KR100547916B1 - 패킷 교환 서비스를 가진 디지털 전송 시스템에서 데이터전송을 하는 방법 - Google Patents

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Abstract

패킷 교환 서비스를 가진 디지털 전송 시스템에서 데이터 전송을 하는 방법에 있어서, 채널 코딩을 위해서 터보 코딩이 송신기단의 터보 코더에서 수행되고, 터보 디코딩이 연판정 출력 신호를 가진 수신기단의 터보 디코더에서 수행된다. ARQ를 트리거하기 위해, 공지된 파라미터 평가 방법에 의해 채널 품질이 평가되며, 터보 디코더에서의 연판정 출력 신호의 분산이 결정되며, 채널 품질과 분산으로부터 전송된 패킷의 정확 또는 부정확이 추정되며, 부정확한 패킷의 적어도 일부의 재전송이 트리거된다. 부정확한 패킷의 정보의 재전송 시에, 이전 전송에서 천공된 정보의 적어도 일부가 전송된다. 이 부가적 정보는 수신기단에서 이미 존재하는 정보에 삽입되고, 이 완전한 정보가 다시 디코드된다.

Description

패킷 교환 서비스를 가진 디지털 전송 시스템에서 데이터 전송을 하는 방법 {METHOD FOR DATA TRANSFER IN A DIGITAL TRANSMISSION SYSTEM WITH A PACKET-SWITCHING SERVICE}
본 발명은 패킷 교환(packet-switched) 서비스를 가진 디지털 전송 시스템에서 디지털 전송을 하는 방법으로서, 채널 코딩을 위해서 송신기단의 터보 코더에서는 터보 코딩이 수행되고, 연판정(soft-decision) 출력 신호를 통해 수신기단의 터보 디코더에서는 터보 디코딩이 수행되는 방법이다.
디지털 전송 시스템에서의 터보 코드의 이용은 P. Jung의 IEEE 저널의 통신에 관한 선택된 부분, Volume 14(1996), 페이지 530-537의 "Comparison of Turbo-Code Decoders Applied to Short Frame Transmission Systems"에 연구되어 있는데, 전송 경로에서의 터보 코드에 대해 코더와 디코더가 모두 연구되어 있다. 터보 코드의 디코딩은 소프트-입력/소프트-출력 디코더의 이용에 근거한 것으로서, 이는 MAP(최대 사후(a-posteriori)) 심볼 평가기 또는 예를 들어, 사전 소프트-출력 비터비 알고리듬(APRI-SOVA)을 갖는 평가기를 이용하는 MAP 시퀀스 평가기를 이용하여 생성될 수 있다. 이 문헌에서는 4개의 상이한 디코더 장치와 정해진 에러 비율을 처리하는 그들의 성능을 설명하고 있다. 더욱이, 이들 디코더의 성능이 서로 다른 애플리케이션에 대해 연구되어 있다. 터보 코드들과 그들의 반복 디코딩이 패킷 에러에 대한 효과적인 대책으로 알려져 있다.
D. Divsalar와 F. Pollara의 ICC '95, Seattle, Washington, June 18-22, 1995, "Turbo Codes for BCS Applications"는 사실상 소위 샤논 한계(Shannon limit)로 알려진 것에 거의 도달하는 에러 정정을 이루기 위해 터보 코드를 제안하고 있다. 이 목적을 위해 비교적 간단한 성분 코드와 큰 인터리브가 이용된다. 이 문헌에서는, 터보 코드가 다수의 코드를 갖는 코더에서 생성되며, 적절한 디코더에서 디코드된다. 터보 코드는 베로우(Berrou) 등에 의해 1993년에 도입되었다(C. Berrou, A. Glavieux 및 P. Thitimayshima의 "Near Shannon limit area correction coding: Turbo codes" Proc. 1993 IEE International conference on communications, 페이지 1064-1070 참조). 한편, 이 방법은 매우 우수한 에러 교정을 얻게 해준다.
터보 균등화(turbo-equalization)는 Catherine Douillard 등의 ETT European Transactions on Telecommunications, Vol. 6, No. 5, September-October 1995, "Iterative Correction of Intersymbol Interference : Turbo-Equalization"에 개시되어 있으며, 이는 컨볼루션 코드에 의해 보호되는 디지털 전송 시스템에서 심볼간 간섭의 역효과를 제거하기 쉽다. 수신기는 두 개의 연속적 소프트-출력 결정을 하는데, 이는 반복 프로세스를 통해 심볼 검출기와 채널 디코더에 의해 이루어진다. 각 반복에서는 다음 반복 및 터보 디코딩에서 검출기와 디코더로부터의 외부 정보를 이용한다. 다중 경로 채널에서의 심볼간 간섭의 영향이 터보 균등화에 의해 극복될 수 있음이 알려져 있다.
터보 코딩, ARQ(Automatic Repeat Request) 및 무선 시스템을 결합시키는 방법이 Narayanan, K.R.("A Novel ARQ Technique Using the Turbo-Coding Principle; IEEE Communications Letters, vol. 1, Nr. 2, March, 1997: 49-51)과 Naddhan, M.("New Results on the Application of Antenna Diversity and Turbo-codes in a JD-CDMA Mobile Radio Systems; 5th IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications(PIMRC '92) and ICCC Regional Meeting on Wireless Computer Networks(WCN), The Hague, Netherlands, vol. 2, Sept. 18-23, 1994: 524-528)에 의해 알려져 있다.
다른 전송 시스템, 예를 들어 European UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)는 유동적인 방식으로 2 Mbit/s 까지의 캐리어 데이터 비율을 갖는 다수의 공존 캐리어 서비스의 지원을 필요로 함으로써, 최고의 가능한 스펙트럼 효율이 요구된다. ACTS(Advanced Communications Technologies and Services) 프로젝트 AC090 FRAMES(Future Radio Wideband Multiple Access Systems)에서 다중 접속(MA) 방식이 개발되었는데, 이는 FRAMES 다중 접속(FMA)이라고 불리며 UMTS 조건을 만족시킨다. 광범위한 적용 분야, 캐리어 서비스 및 여러 시나리오를 가지는 3세대 전송 시스템으로서, FMA는 UMTS 무선 인터페이스 규격의 현재와 미래의 발전에 부합해야 한다. FMA는 두 개의 동작 모드를 가지는데, 확산 및 GSM(Global System for Mobile Communications)과의 호환성 및 확산을 가지거나 가지지 않은 WB-TDMA(Wideband Time Division Multiple Access)과 WB-CDMA(Wideband Code Division Multiple Access)이다. 비록 기본적으로 FMA에 근거한 시스템이 고려되지만, 예를 들어 FDMA(Frequency Division Multiple Access), MC-CDMA(Multicarrier-CDMA) 또는 이들의 결합과 같이 다중 접속 방식을 갖는 다른 전송 시스템도 포함될 수 있다.
터보 코드의 고성능과 관련하여, 상기 터보 코드를 디지털 전송 시스템에서 이용하는 것이 바람직하다. 그러나, FMA에 대한 여러 조건들은, 위와 같은 터보 코드를 이용할 때 데이터 전송이 에러 정정 코드의 전송에 의해 과부하되지 않도록 주의함을 요한다.
본 발명은 디지털 전송 시스템에서 전송 채널 상에서 ARQ 프로토콜에 따른 패킷 전송을 하는 방법으로서, 채널 코딩을 위해 터보 코딩이 이용됨으로써, 새로운 터보 코드와 거기에 동조된 천공(dotting)에 의해 ARQ로 인한 채널 부하를 최적으로 작게 유지할 수 있는 방법을 제공함을 목적으로 한다.
이 목적을 위해서 상기 방법에서는, ARQ를 트리거하기 위해서,
MMSE, MOM 또는 MVU와 같은 공지된 파라미터 평가 방법에 의해 채널 품질이 평가되며,
터보 디코더로부터의 연판정 출력 신호의 분산으로부터 서비스 품질이 결정되며,
채널 품질과 서비스 품질로부터 전송된 패킷의 정확성 또는 부정확성이 추측되며,
부정확한 패킷의 적어도 일부의 재전송이 트리거된다.
종래에는, 전송된 데이터 패킷이 CRC(Cyclic Redundancy Check)와 같은 적절한 에러 검출 코딩에 의해 보호되었을 때 ARQ가 트리거되었다. 다음, 이 타입의 코딩에 의해 부정확한 데이터 블록들이 수신기에서 검출되어 재요구될 수 있다. 이 방법의 단점은 에러 검출 코딩이 정보 전송을 불가능하게 하는 부가적인 중복 비트를 발생시킨다는 것이다. 이에 비해, 본 발명의 방법은 서비스 품질의 평가가 ARQ의 트리거 목적으로 적용될 수 있다는 장점을 가진다. 이하에 상세히 설명하겠지만, 디코드된 블록에 대해서, LLR의 경우에는 계산된 분산을 통해 채널 품질에 의존하는 패킷 또는 블록의 정확성에 대해 분명한 판단을 할 수 있다. MMSE(Minimum Means Square Error Estimation), MOM(Method of Moments) 또는 MVU(Minimum Variance Unbiased Estimation)과 같은 공지의 파라미터 평가 방법들 중의 하나가 이 목적을 위해 채널 품질을 평가하는데 사용될 수 있다. 따라서, 데이터 패킷의 에러 검출 코딩이 생략된다. 이는 전송 채널 상의 전체 코딩율을 증가시키고 따라서 패킷에 포함된 페이로드(payload) 정보를 증가시킨다. 더욱이, 디코딩을 위한 계산상의 비용이 감소되며, 따라서 에러 검출 부분의 디코딩에 의해 발생되는 지연도 감소된다.
본 명세서에서, "서비스 품질"이란 용어는 다음과 같이 사용된다. 정해진 QoS(Quality of Service) 기준(criteria)이 여러 서비스에 적용되며, 여러 캐리어 서비스에 대한 QoS 기준의 정의는 FRAMES를 통해 실시된다. QoS 기준의 중요한 요소의 하나가 캐리어 데이터 비율 R이다. QoS 기준은 또한 최대 허용에러비 Pb G 또는 패킷손실비 Pl G를 최대 실패 확률 Pout G와 함께 포함한다. 전원 교환 서비스(power-switched services)에서, 순간 비트에러비 Pb가 Pb G를 초과할 확률 Pr(Pb>Pb G)은 Pout G보다 크지 않아야한다. 즉,
Pr {Pb > Pb G} < Pout G
이다.
음성 전송의 경우, Pb G는 10-3이며 Pout G는 0.05이다. 패킷 서비스의 경우, 순간 패킷손실율 P1에 대해서도 유사한 상황이 유지된다.
Pr {Pb > P1 G} < Pout G
Pr에 대한 기준과 별도로, QoS 기준에 대한 다른 조건도 있다. 그러나, 여기서는 에러 정정 코드(ECC)의 선택에 직접 관련된 QoS 파라미터 Pb G, P1 G, Pout G가 주로 고려된다. ECC에 있어서, 코딩율 Rc는 본질적으로 다중(multiplex) 방법, 변조 및 패킷 파라미터에 의해 결정된다. 다시 말해서, 코딩율 Rc는 특정 서비스에 대해 QoS 기준이 만족되었는가의 질문에 직접 관련된다.
소프트-입력/소프트-출력 심볼 평가기 또는 시퀀스 평가기가 수신기단에서 사용되는 방법에서는, 서비스 품질이 터보 디코더의 연판정 출력 신호의 분산(variances)
Figure 112005053711411-pct00001
으로부터 결정되고, 그로인해 서비스 품질의 척도로서 비트에러비가 분산
Figure 112005053711411-pct00002
으로부터 계산되는 것이 바람직하다.
MAP 심볼 평가기 또는 MAP 시퀀스 평가기가 상기 평가기로서 수신기단에서 이용되는 방법에서는, 서비스 품질이 터보 디코더의 연판정 출력 신호의 분산
Figure 112005053711411-pct00003
으로부터 결정되는 것이 유리하다.
시퀀스 평가를 위해 비터비(Viterbi) 알고리듬이 상기 평가기로서 수신기단에서 이용되는 방법에서는, 서비스 품질이 터보 디코더의 연판정 출력 신호의 분산
Figure 112005053711411-pct00004
으로부터 결정되는 것이 유리하다.
본 발명에 따른 방법은 MAP 평가기가 제공되거나 비터비 알고리듬에 의한 평가가 제공되기 때문에, 시퀀스와 심볼 평가를 위한 가장 중요한 방법에 관해 사실상 제한이 없다. 다만 아래에서는 MAP 심볼 평가기와 관련하여서만 설명된다.
유리한 일 양상에 따르면, 본 발명의 방법은 소위 베로우의 천공(Berrou's dotting)으로 알려진 것이 천공에 이용되고 비-시스템적인(non-systematic) 정보만이 천공되는(dotted) 것을 특징으로 한다. 이 타입의 천공은 비교적 신호대잡음비가 낮은 경우에 유리하다.
유리한 일 양상에 따르면, 본 발명의 방법은 UKL 천공으로 공지된 것이 천공에 이용되어 시스템적인 정보와 비-시스템적인 정보가 모두 천공되는 것을 특징으로 한다. 이 타입의 천공은 비교적 신호대잡음비가 높아서 비트에러비 < 10-4 인 경우에 유리하다.
유리한 일 양상에 따르면, 본 발명의 방법은 터보 코드로서 RCPTC가 사용되는 것을 특징으로 한다. 상세한 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 이 타입의 코드는 특히 융통성이 있으며 본 발명의 목적에 적합하다. RCPTC는 고정 ECC 방법에서 적응성 ECC 방법으로 전환하게 해주며, 후자는 시간에 따라 변하는 조건에 적응하게 되어, 융통성있는 링크층(link layer) 제어 및 매체 액세스 제어가 가능하다.
유리한 일 양상에 따르면, 본 발명의 방법은 부정확한 패킷의 정보의 재전송에 있어서 이전 전송에서의 RCPTC의 천공에 의해 억제된 정보의 적어도 일부가 전송되고, 이 부가적 정보는 수신기단에서 이미 존재하는 정보에 삽입되고, 이 완전한 정보가 다시 디코드되는 것을 특징으로 한다. 이 방식으로, ARQ 방법의 사용에 있어서 가능한 채널이 적게 부하된다.
유리한 일 양상에 따르면, 본 발명의 방법에서는 부가적으로 이용가능하면서 다음으로 낮은 코딩율로 제공되는 비트들만이 재전송 시에 전송되는데, 이는 상기 비트들만이 천공되어 있지 않기 때문이다. 이 방식으로 적절한 전송 품질을 얻기 위해 필요한 최소 정보만이 전송된다.
유리한 일 양상에 따르면, 본 발명의 방법은 에러 없는 패킷 디코딩이 이루어지거나 패킷의 코딩된 모든 정보가 전송될 때까지 방법이 반복됨을 특징으로 한다. 이 방식으로, 패킷의 에러를 교정하기 위해 코딩의 전체 가능성이 규명된다.
도 1은 터보 코더의 블록도이다.
도 2는 도 1의 터보 코더에서 사용되는 RSC 코더의 블록도이다.
도 3은 터보 디코더의 블록도이다.
도 4는 터보 디코딩의 반복 수의 함수로서, AWGN 채널에서 RCPTC의 성능을 도시한 그래프이다.
도 5는 서로 다른 터보 디코딩 반복 수에 대해, 레일리(Rayleigh) 채널에서 RCPTC의 성능을 도시한 그래프이다.
도 6은 서로 다른 코딩율의 함수로서, AWGN 채널에서 RCPTC의 성능을 도시한 그래프이다.
도 7은 서로 다른 코딩율의 함수로서, 레일리 채널에서 RCPTC의 성능을 도시한 그래프이다.
도 8은 여러 가지 코딩율에 대해, AWGN 채널에서 RCPTC의 성능을 도시한 그래프이다.
도 9는 여러 가지 코딩율에 대해, 레일리 채널에서 RCPTC의 성능을 도시한 그래프이다.
도 10은 제 2 디코더의 출력의 분산
Figure 112000003252725-pct00005
과 비트에러비 BER 사이의 관계를 도시한 그래프이다.
도 11은 정확하게 그리고 부정확하게 디코드된 패킷들에 대해서, 신호대잡음비에 대해 표시된 분산
Figure 112000003252725-pct00006
의 그래프이다.
본 발명의 예시적 실시예들을 첨부 도면을 참조하여 설명한다.
하드웨어의 경제적 이용을 위해, ECC 구성이 소프트웨어 제어에 기초하여 높은 융통성(flexibility)을 허용하면서 ECC 회로가 최대한 범용적으로 이용될 수 있어야 한다. 여기에서 이용되는 RCPTC는 필요한 융통성을 가지므로, 이를 가능하게 한다. RCPTC는 도 1에 도시된 터보 코더(2)를 이용하여 생성될 수 있다. 터보 코더(2)는 예를 들어 3 내지 5 사이의 작은 구속 길이(constraint length)를 가진 Ne = 2 이진, 반복, 시스템적인 컨볼루션 코더(4, 6)(RSC)를 가지며, 이들은 터보 인터리버(8)를 이용하여 서로 병렬로 연결되어 있다. 입력 시퀀스 u가 코더(4)(RSC, 코드 1)로 공급되고, 터보 코드 인터리버(8)를 통해 코더 6(RSC, 코드 2)으로 공급되고, 천공/멀티플렉서 장치(10)로 공급된다. 천공/멀티플렉서 장치는 코더(4)로부터 다른 입력 C1을 수신하고 코더(6)로부터 다른 입력 C2를 수신한다. 천공/멀티플렉서 장치(10)의 출력은 출력 시퀀스 b이다.
터보 코더(2)에서, 최소 코드율 Rc,min은 1/(Ne+1) = 1/3이다. 최소 코딩율 Rc,min은 부가적 RSC 코더들을 이용하면 더 감소될 수 있다.
유한 지속시간(finite time duration)을 가진 이진 입력 시퀀스 u는 코더(4)로 입력되며, 그 출력에서는 u와 동일한 유한 지속시간을 가지는 중복(redundancy) 시퀀스 C1이 생성된다. 인터리빙 후의 시퀀스 u를 나타내는 시퀀스 uI는 코더(6)로 입력된다. 코더(6)에서의 코딩은 중복 시퀀스 C2를 생성한다. 중복 시퀀스 C1, C2와 시퀀스 u는 천공되어 멀티플렉스됨으로써 출력 시퀀스 b를 형성한다. 터보 코더는 시스템적인 코더이며, u는 b에 포함된 시스템적인 정보의 기초(basis)이다.
코더(4, 6)에 대해 사용된 RSC 코더가 도 2에서 코더(4)를 예로 들어 도시되어 있다. 시퀀스 u는 시스템적인 정보로서 코더(4)의 한 입력으로 인가된다. 시퀀스 u는 가산 요소(12)를 통해 지연단(delay stage)(14)과 다른 가산 요소(16)로 인가된다. 지연단(14)에서의 출력 신호는 제 2 지연단(18)과 가산 요소(12)로 인가된다. 제 2 지연단(18)에서의 출력 신호는 가산 요소(12)와 가산 요소(16)로 인가된다. 가산 요소로부터의 출력은 중복 시퀀스 C1이다.
이 코더의 선택에 있어서 하드웨어 비용은 중요한 요소이며, 가능한 낮게 유지되어야 한다. 그런 이유로, FRAMES와 관련해서 이용되는 두 개의 RSC 코더는 동일하며 구속 길이 3을 가진다. 비록 이들 RSC 코더들이 단지 4개 단만을 가지지만, 신호대잡음비 Eb/N0의 값이 낮을 때에는 그 성능이 우수하다. 이들 코더들을 이용하는 RCPTC의 성능은 따라서 낮은 신호대잡음비에서 유리하다.
터보 코더(2)의 출력 시퀀스 b는 전송 채널과 복조기를 통해 터보 디코더(22)(도 3)로 보내어지는데, 터보 디코더(22)는 제 1 RSC 디코더(24)와 제 2 RSC 디코더(26)를 가진다. 디코더(24)의 한 출력과 디코더(26)의 한 입력 사이에 터보 코드 인터리버(28)가 제공된다. 터보 코드 인터리버(30)가 디코더(26)의 출력과 디코더(24)의 출력 사이에 제공된다. 디코더(24, 26)는 소프트-입력/소프트-출력 디코더이다.
복조기(도시되지 않음)는 u에 포함된 시스템적인 정보 un의 평가치들 xn과 각기 코더들(4, 6)에 의해 생성되는 전송 중복 비트의 평가치 y1,n과 y2,n을 공급한다. 두 디코더(24, 26)는 채널 상태 정보(CSI)를 필요로 하는데, 여기에는 순간 신호 진폭과 잡음 분산이 포함된다. CSI를 처리하는 동안 각 디코더(24, 26)는 시스템적인 정보, 중복 정보 및 사전 정보 Le1,n과 Le2,n을 처리하며, 그 결과 외부 정보 Le1,n과 Le2,n이 생성되며, 이는 후속하는 디코더에서 사전 지식으로 이용된다. 디코딩 처리는 반복적이며, 디코딩 처리의 결과는 각 반복을 통해 개선된다. 그러나, 개선량은 더 이상의 반복 시에는 감소된다. 일정 수의 반복이후에, 터보 디코더(22)로부터의 출력 신호가 검출기(도시되지 않음)로 공급되며, 이는 그런 전송 시스템에서 통상적인 것이다.
RCPTC의 이용과 현존 서비스 조건을 매치하기 위해, RSC 코더를 개조하는 것을 상정할 수 있지만, 이는 하드웨어 비용과 관련하여 바람직하지 않은 부가적 부 담을 초래할 것이다. 인터리버 크기를 특정 서비스에 매칭시키는 것은 그 자체로 자명하며, 이 또한 그 융통성으로 인해 RCPTC를 이용할 때 문제가 된다.
더욱이, 디코딩의 반복 수는 QoS 기준에 따라 전체 코딩 복잡도를 고려하여 설정될 수 있다. 수신기에서 터보 코드의 이러한 특징을 이용하기 위해 두 선택사항이 있다. 주어진 QoS 기준에 대해, 반복 수는 신호대잡음비 Eb/N0이 상승함에 따라 증가될 수 있다. 이는 예를 들어 전송 채널과 같은 페이딩 채널에서 특히 유리하다. 한편, 시간적으로 변하는 QoS 기준에 따라 반복 수도 변할 수 있다. 디코딩 반복 수를 조정하는 특성은 터보 코드 특히 RCPTC를 이용할 때에만 가능하다.
RCPTC를 가진 시스템의 성능을 개선하는 다른 선택사항은 가변 코드율 Rc,min <= Rc <= Rc,max를 가진 RCPTC가 제공될 수 있도록 천공을 설정하는 것이며, 이에 의해 터보 코드 인터리버 또는 RSC 코더를 변경하지 않고도 코딩 특성이 변할 수 있게 된다.
원칙적으로 시퀀스 u, C1, C2는 천공에 대해 이용 가능하다. 시퀀스 중의 둘이 천공에 의해 완전히 억제되면, 최대 코드율 Rc,max = 1이 얻어진다. 이 경우, 코딩 특성은 어느 시퀀스가 천공되는가에 따라 다르다. 예를 들어, 중복 시퀀스 C1, C2가 완전히 천공되고, 단지 시퀀스 u만이 변하지 않고 통과되면, 어떠한 ECC도 이용할 수 없으며 페이딩 채널들에 대해 시간 다이버시티 이득이 수신기에서 얻어질 수 없다. 이 경우, 터보 디코더는 간단한 임계치 검출기로 감축된다.
하나의 중복 시퀀스 C1 또는 C2가 천공 처리에 의해 완전히 억제되며, 제 2 중복 시퀀스와 시퀀스 u 만이 통과되며, 터보 코더는 통상적인 RSC 코더로 된다. 터보 디코더는 반복의 반을 수행하도록 설계된 RSC 디코더로 감축된다. 이 경우, 외부 정보에 근거한 어떤 사전 정보도 없다. 코딩율 Rc는 QoS 기준에 따라 1/2와 1 사이에서 변할 수 있다. Ne = 2이기 때문에, RSC 코더는 두 개의 서로 다른 코드에 근거할 수 있으며, 코딩율 Rc를 변경하지 않고도 특정 중복 시퀀스 C1 또는 C2를 억제함에 의해 QoS 기준과 코딩 복잡도가 변할 수 있다.
그러나, 상기 선택사항들은 터보 코드 동작을 방해하며, 이는 단지 두 중복 시퀀스 C1, C2의 비트들이 전송되고, un과 u1,n이 각기 u와 u1에 각각 포함되어 있을 때,
un ≠ u1,n
이다.
이 경우,
Rc,min <= Rc < 1
이다.
어떠한 천공도 수행되지 않을 때 최소 코딩율 Rc,min = 1/(Ne + 1)이 얻어진다. 이 경우, 전송 애플리케이션에 따라 시간적으로 변하는 요소인 QoS 기준과 전송 채널 상태에 따라, 통상적인 RSC 디코딩 또는 터보 디코딩의 어느 것도 제공될 수 있다.
아래의 변형은 순수한 터보 코드 동작에서 가능하다. 시퀀스 u는 천공되지 않으며, 중복 시퀀스 C1, C2는 부분적으로 천공된다. 이 경우, RSC 코드로서 또는 터보 코드로서 동작하는 것이 가능하며, 디코딩 반복 수는 조정될 수 있으며, 코딩율은 1/3과 1 사이일 수 있다. 이 타입의 천공은 베로우 천공(Berrou's dotting)이라 불린다.
대안적 선택사항은 시퀀스 u와 중복 시퀀스 C1, C2가 부분적으로 천공되는 것이다. 이 경우, RSC 코드로의 동작은 불가능하며, 단지 터보 코드로만 동작할 수 있다. 디코딩 반복 수는 조정될 수 있으며, 코딩율은 1/3 내지 1 사이이다. 이 타입의 천공은 UKL 천공(University Kaiserslautern)이라 불린다. 마지막으로, 어떠한 천공도 이루어지지 않는 경우도 생각할 수 있다. 이 경우, RSC 코드 및 터보 코드로의 동작이 가능하다. 디코딩 반복 수는 조정될 수 있으며, 코딩율은 약 1/3이다.
RCPTC의 장점은 적응성 있게 코딩율 Rc를 변경하는 능력이며, 이 경우 전체 코딩된 패킷을 전송하지 않고도 ARQ를 위해 필요한 정보가 전송될 수 있다. 코딩율의 차이를 보상하는 정보의 부가적 일부를 전송하는 것으로 충분하다.
이제 RCPTC 경우의 코딩의 개조에 대한 선택사항을 설명하였으며, 앞으로 RCPTC를 이용한 시스템의 성능 상의 매칭 선택사항의 효과를 시뮬레이션에 근거하여 설명한다.
도 4는 AWGN 채널을 통한 음성 전송에 대해서 비트에러비 BER을 신호대잡음비 Eb/N0에 대해 도시한 그래프로서 RCPTC의 성능을 도시한다. 패킷 크기는 150 비트이며, 코딩율은 대략 1/3이었다. 음성 전송에 대한 캐리어 데이터율은 8kbit/s였다. 비코딩된(uncoded) 전송은 기준 라인으로 도시되어 있다. 이 시뮬레이션에 대한 파라미터는 디코딩 반복의 수로서 1 내지 5 사이에서 변한다. 제 1 디코딩 반복 이후에, 10-3보다 작은 비트에러비를 얻는데 필요한 최소 신호대잡음비는 약 3.5 dB이다. 제 2 디코딩 반복 후에는 약 1.3 dB 작은 값이 필요하다. 다음 디코딩 반복으로 또 0.2 dB의 이득이 허용된다. 다음 반복으로 0.1 dB 미만의 이득이 허용된다. 제 5 반복 이후에, 10-3보다 작은 비트에러비를 얻는데 필요한 최소 신호대잡음비는 약 1.8 dB이다. 따라서, 반복 수가 증가함에 따라 성능 개선이 감소됨을 알 수 있다. 이에 비해, 구속 길이 9를 가진 통상적인 NSC 코드는 10-3보다 작은 동일 비트에러비를 얻는데 약 1.9 dB를 요한다. 따라서, RCPTC는 150 비트만큼 작은 패킷 크기로도 통상적인 코드보다 약간 더 강력하다.
도 5는 RCPTC의 성능을 도시한 그래프로서, 캐리어 데이터율 144kbit/s, 패킷 크기 672 비트, 코딩율 약 1/2와 완전히 인터리빙되는 레일리 페이딩 채널을 가진 협대역 ISDN 에 대해서 비트에러비 BER을 도시하고 있다. 시뮬레이션 파라미터는 역시 디코딩 반복의 수이다. 제 4 디코딩 반복 이후에, 10-3보다 작은 비트에러비는 약 3.8 dB의 최소 신호대잡음비를 요한다. 제 10 반복 후에는 단지 약 3.4 dB 만이 필요하다. 제 4 디코딩 반복의 그것과 유사한 디코딩 복잡도를 가진 통상 적인 NSC 코드는 구속 길이 8을 가지며, 1.1 dB 더 큰 신호대잡음비를 요한다.
도 6 내지 도 9는 RCPTC를 이용할 때 신호대잡음비 Eb/N0에 대해 각기 비트에러비 BER와 프레임에러비 FER를 도시한 성능 그래프이다. 도 6은 패킷 크기 672 비트, 10회 디코딩 반복, 하나의 AWGN 채널에 대해서, 신호대잡음비에 대한 비트에러비를 도시하고 있다. 도 7은 패킷 크기 672 비트, 10회 코딩 반복, 및 완전히 인터리빙되는 레일리 페이딩 채널에 대해서, 신호대잡음비에 대한 비트에러비를 도시하고 있다. 도 8은 패킷 크기 672 비트, 10회 디코딩 반복, 하나의 AWGN 채널에 대해서, 신호대잡음비에 대한 프레임에러비 FER을 도시하고 있다. 도 9는 패킷 크기 672 비트, 10회 코딩 반복, 및 완전히 인터리빙되는 레일리 페이딩 채널에 대해서, 신호대잡음비에 대한 프레임에러비를 도시하고 있다. 도 6 내지 도 9의 그래프는 두 개의 서로 다른 천공 방법 즉, 상기한 베로우 천공과 UKL 천공을 이용한다. 베로우 천공은 낮은 신호대잡음비에 대해 더 우수한 성능을 가지며, UKL 천공은 높은 신호대잡음비에 대해 따라서 10-4보다 작은 비트에러비에 대해서 유리하다. 코딩율이 증가함에 따라 교차점은 낮은 비트에러비의 방향으로 이동한다.
도 10에서, 하나의 RCPTC, 패킷 크기 372 비트, 10회 디코딩 반복 및 하나의 AWGN 채널을 가정할 때의 비트에러비가 로그확률비(LLR)의 분산에 대해 도시되어 있다. 이 도면으로부터 코딩율은 비트에러비와 분산
Figure 112000003252725-pct00007
사이의 관계에 어떠한 영향도 미치지 않음을 알 수 있는데, 이는 두 변수가 신호대잡음비 Eb/N0에 유사하게 의존하기 때문이다. 따라서,
Figure 112000003252725-pct00008
을 알고 있으면, 비트에러비가 쉽게 평가될 수 있 고, 이 결과는 전송 품질을 개선하거나 또는 ARQ의 경우에 부정확하게 코드된 패킷의 반복 전송을 요구하기 위해서 예를 들어 디코딩 반복 수의 개정이나 코딩율의 개정과 같은 작용의 기초로 사용될 수 있다.
마지막으로, 도 11은 패킷 크기 600 비트, 코드율 약 5/9, 10회 디코딩 반복 및 하나의 AWGN 채널을 가진 하나의 RCPTC를 이용할 때, 신호대잡음비에 Eb/N0에 대한 제 2 디코더의 출력의 로그확률비(LLR)의 분산
Figure 112005053711411-pct00009
을 도시하고 있다. RCPTC는 64 kbit/s 캐리어 서비스에 대해 설계되었다. 도 11로부터, 도 10에서와 유사한 관계가 패킷 에러의 발생에 대한 분산
Figure 112005053711411-pct00010
의 의존성에도 적용될 수 있음을 알 수 있다. 부정확하게 디코드된 패킷들에 대한
Figure 112005053711411-pct00011
는 항상 정확히 디코드된 패킷들에 대한
Figure 112005053711411-pct00012
보다 크다. 따라서, 하나의 패킷에 대해 널리 체크되는 신호대잡음비 Eb/N0과
Figure 112005053711411-pct00013
을 알고 있으면, 패킷 에러 확률에 관련된 연판정 변수가 쉽게 생성되어 제어 목적으로 사용될 수 있다.
비록 상기 설명이 주로 디지털 이동 전화에 본 발명을 사용하는 경우에 관한 것이지만, 본 발명은 그에 한정되지 않으며 일반적으로 예를 들어 전력 기반 시스템, 광 전송 시스템(적외선 및 레이저 전송 시스템), 위성 무선 시스템, 우주 공간 전송 시스템, 무선 링크 전송 시스템, 방송 무선 전송 시스템(디지털 라디오 또는 TV)과 같은 디지털 전송 시스템들에도 상기 장점을 가진 채 이용될 수 있다.

Claims (11)

  1. 패킷 교환 서비스를 가진 디지털 전송 시스템에서 데이터 전송을 하는 방법으로서, 채널 코딩을 위해서 터보 코딩이 송신기단의 터보 코더에서 수행되고 연판정(soft-decision) 출력 신호를 가진 터보 디코딩이 수신기단의 터보 디코더에서 수행되는 방법에 있어서, ARQ를 트리거하기 위해,
    MMSE, MOM 또는 MVU와 같은 공지된 파라미터 평가 방법에 의해 채널 품질이 평가되며,
    터보 디코더로부터의 연판정 출력 신호의 분산으로부터 서비스 품질이 결정되며,
    상기 채널 품질과 서비스 품질로부터 전송된 패킷의 정확성 또는 부정확성이 추정되며,
    부정확한 패킷의 적어도 일부의 재전송이 트리거되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    수신기단에서 소프트-입력/소프트-출력 심볼 평가기 또는 시퀀스 평가기가 사용되며,
    터보 디코더로부터의 연판정 출력 신호의 분산
    Figure 112005053711411-pct00014
    으로부터 서비스 품질이 결정되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    서비스 품질의 척도로서 비트에러비가 분산
    Figure 112000003252725-pct00015
    으로부터 계산되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    수신기단에서 상기 평가기로서 MAP 심볼 평가기 또는 MAP 시퀀스 평가기가 사용되며,
    터보 디코더로부터의 연판정 출력 신호의 분산
    Figure 112005053711411-pct00016
    으로부터 서비스 품질이 결정되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    수신기단에서 시퀀스 평가를 위해 상기 평가기로서 비터비 알고리듬이 사용되며,
    터보 디코더로부터의 연판정 출력 신호의 분산
    Figure 112005053711411-pct00017
    으로부터 서비스 품질이 결정되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    소위 베로우 천공이 천공에 사용되어 단지 비-시스템적인 정보(non-systematic information)만이 천공되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    소위 UKL 천공이 천공에 사용되어 시스템적인 정보 및 비-시스템적인 정보가 모두 천공되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    터보 코드로서 RCPTC(rate compatible punctured Turbo-code)가 사용되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    부정확한 패킷의 정보의 재전송에서, 이전 전송에서 RCPTC의 천공에 의해 천공된 정보의 적어도 일부가 재전송되며, 이 부가적 정보가 수신기단에 이미 존재하는 정보로 삽입되며, 이 완전한 정보가 다시 디코드되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    부가적으로 이용가능하면서 다음으로 낮은 코딩율로 제공되는 비트들만이 재전송 시에 전송되는데, 이는 상기 비트들만이 천공되어 있지 않기 때문인 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    에러 없는 패킷 디코딩이 완료되거나 패킷의 전체 코드된 정보가 전송될 때까지 상기 방법이 반복되는 것을 특징으로 데이터 전송 방법.
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