KR100710348B1 - 적응 레이트 펑쳐링 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차세대 이동 통신에 관한 것으로, 특히 동기 방식인 cdma2000의 물리 계층상에서 적응 레이트 펑쳐링을 지원하기 위한 차세대 이동 통신에서의 적응 레이트 펑쳐링 방법에 관한 것이다.

이와 같은 본 발명에 따른 적응 레이트 펑쳐링 방법은 채널 코딩된 데이터들이 물리 계층에 매핑되도록 인터리빙하는 과정에서, 상기 채널 코딩된 다른 비트 레이트의 데이터들이 일정한 심볼 레이트 이상이 되도록 반복하여 출력하는 단계와, 실제 펑쳐링 거리를 내림하는 제1 펑쳐링 거리와 실제 펑쳐링 거리를 올림하는 제2 펑쳐링 거리에 의한 펑쳐링이 전체 비트열에 대해 균일하게 배치되어지도록 상기 심볼 반복된 비트열을 펑쳐링 알고리즘에 의해 펑쳐링하는 단계로 이루어진다.

따라서, 송신단에서의 에너지 분포의 불균형을 해결하고 될 수 있는 한 균일한 펑쳐링 패턴을 얻음으로써 수신단의 복호 기능을 향상시키는 효과가 있다.

펑쳐링 거리, 적응 레이트 펑쳐링

Description

적응 레이트 펑쳐링 방법{Flexible Rate Puncturing Method}

도 1은 종래 기술에 따른 펑쳐링 알고리즘의 문제점의 한 예를 나타낸 도면.

도 2는 본 발명에 따른 적응 펑쳐링 알고리즘을 나타낸 도면.

본 발명은 차세대 이동 통신에 관한 것으로, 특히 동기 방식인 cdma2000의 물리 계층상에서 적응 레이트 펑쳐링을 지원하기 위한 차세대 이동 통신에서의 적응 레이트 펑쳐링 방법에 관한 것이다.

범세계적 로밍을 목표로 그 표준화가 진행되고 있는 차세대 이동 통신 시스템에서 특히 미국을 중심으로 하는 동기 방식인 cdma2000에서는 코드 분할 다중 접속 방식(CDMA) 방식을 근간으로 하고 있다.

이러한 cdma2000에서는 서로 다른 전송 채널에 대해 심볼 반복과 펑쳐링(puncturing)을 적용하여 최적 수준의 채널 심볼 레이트로 조정하는 과정을 수행한다.

상기 펑쳐링 방식에서는 적응 레이트 펑쳐링 방식이라는 것이 존재한다.

상기 적응 데이터 레이트 방식은 cdma2000의 각각의 무선 구조상에서 지원하 고 있는 표준 전송율 이외에도 임의의 전송율을 지원할 수 있도록 하는 전송 방법으로써, 물리 계층 상에서 3GPP의 음성 코덱중의 하나인 적응형 멀티-레이트(Adaptive Multi-Rate) 코덱을 지원하기 위하여 도입되었다.

즉, 적응형 멀티-레이트(AMR)의 경우 20ms 동안의 프레임 구간동안 현재 cdma2000의 각각의 무선 구조에서 지원하고 있는 표준 전송율과 맞지 않는 데이터 비트들이 내려올 수 있게 된다.

이때, 하나의 예로서 물리 계층상에서의 제로 패딩(Zero Padding)을 통하여 RC에서 지원하는 전송율의 데이터 사이즈를 맞추는 방법이 있다.

또 다른 하나의 예로서 채널 부호화기와, 블록 인터리버 간의 데이터 레이트를 최적화하기 위한 심볼 반복과, 펑쳐링을 수행하는 과정에서의 적응 데이터 레이트 방식을 예를 들 수 있다.

일반적으로 채널 부호화기의 출력열의 길이를 L이라 하고, 현재의 무선 구조상에서 사용하고 있는 블록 인터리버의 데이터 사이즈를 N이라고 하면, 다음의 식에 의하여 심볼 반복의 횟수 M이 설정된다.

여기서

는 x보다 큰 최소 정수값이다.

그러면, 심볼 반복기를 통과한 후의 출력열의 길이는 L*M이 된다.

만약, 수신단에 전송하고자 하는 블록 인터리버의 사이즈 N보다 상기 심볼 반복기의 출력열의 길이가 큰 값을 가지게 되는 경우, 이 출력열의 길이를 원하는 인터리버의 길이에 맞추기 위한 펑쳐링이 필요하게 된다.

따라서, 한 프레임당 필요한 펑쳐링 양 P는 다음 식 2와 같이 구한다.

P=LM-N

그리고, 이러한 펑쳐링을 수행하기 위해서는 우선적으로 펑쳐링 거리 D를 다음과 같이 정의한다.

여기에서

는 x를 넘지 않는 최대 정수값이다.

즉, 전체 (L*M)개의 코드 비트열에 대하여 P 비트의 펑쳐링을 D만큼의 간격으로 행하게 된다.

이때, 펑쳐링이 일어나게 되는 위치는 코드 비트열의 비트 인덱스가 1부터 (L*M)의 값을 가진다고 할 경우, D, 2D, 3D...가 된다.

한편, 원래의 펑쳐링 거리를 D_org라고 나타내는 경우 D_org는 다음과 같은 식으로 표현된다.

이때, 위의 D_org는 일반적으로 정수값을 가지지 못한다는 문제점을 가지고 있다. 따라서, 이를 정수로 만들기 위하여 사용하는 방법은 식 3에서와 같이 실제 펑쳐링 거리 D_org에 대하여 내림 연산을 수행한다.

상기 D_org에 대한 올림 연산을 통하여 펑쳐링 거리를 계산하지 못하는 이유는 이런 식으로 펑쳐링 거리를 늘려주게 되면, (L*M)개의 코드 비트열 가운데에서 전체 펑쳐링의 개수 P를 모두 수행하지 못하기 때문이다.

위와 같은 방식으로 실제 펑쳐링 거리에 대한 내림 연산을 통하여 펑쳐링 거리를 줄여주고 이를 통하여 펑쳐링을 수행하게 되는 경우 도 1에서 알 수 있는 바와 같이 일부 코드 비트열에 대해서만 펑쳐링이 집중적으로 이루어진다.

이는 에너지 분포를 불균형적으로 실어 전송하게 되므로 수신단의 트렐리스 복호에 있어서 각 신호의 크기가 불균형하게 복호된다.

따라서, 복호기가 신호를 판정하는데 있어 문제점이 발생하며, 궁극적으로 복호기의 성능의 저하를 가져오는 중요한 원인이 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 수신단의 복호 성능을 향상시키는 균일 펑쳐링이 가능한 송신단의 적응 레이트 펑쳐링 기법을 제공하기 위한 것이다.

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본 발명은 입력된 데이터 비트들을 채널 코딩하는 단계와, 상기 채널코딩된 데이터 비트들(L)에 대하여, 정해진 반복회수(M)에 의해 반복(repetition)을 수행하는 단계 및 상기 반복된 데이터 비트들의 길이가 인터리버 사이즈(N)에 정합하도록 하는 펑처링양(P)을 펑처링(puncturing)하되, 제 1 펑처링 거리와 제 2 펑처링 거리를 이용하여 펑처링을 수행하는 단계를 포함하여 이루어진다.
또한, 본 발명은, 입력된 비트열에 대하여, 소정의 코딩 레이트로 인코딩을 수행하는 단계와, 인코딩된 비트열의 길이 및 인터리버 깊이에 따라 결정되는 반복(repetition) 횟수만큼 상기 인코딩된 비트열을 반복하는 단계 및 상기 반복이 수행된 비트열에 대하여 펑처링을 수행하되, 펑처링 되는 비트 상호간의 거리를, 제 1 펑처링 거리 또는 제 2 펑처링 거리 중 어느 하나에서 선택하여 펑처링 하는 단계를 포함하여 이루어진다.

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이하 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 구성 및 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 적응 데이터 채널 부호화기와, 블록 인터리버 간의 데이터 레이트를 최적화하기 위한 심볼 반복과, 펑쳐링을 수행하는 과정에서의 적응 데이터 레이트 방식의 알고리즘을 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 전송 채널에서 L비트를 갖는 데이터 열이 내려오면, 이 데이터 열은 순환 중복 코드(CRC)와 테일(tail)이 부가되어 L비트 이상의 비트열이 형성된다.(S1)

예를 들어 현재의 순방향 링크의 제3 무선 구조에서 최대의 전송률이 9.6kbps일때 20ms 동안 데이터만의 사이는 172비트가 된다. 그리고, 여기에 12비트의 순환 중복 코드(CRC)와, 8비트의 테일 비트가 부가되고, 구속장이 9인 컨벌루션 부호를 사용하게 되는 경우, 데이터 사이즈가 170인 데이터 열은 채널 부호화에 의하여 192비트가 형성된다.

그리고, 1/n 레이트의 코딩을 사용하므로, 코딩을 거치고 난 후의 코드 비트열의 길이는 768(n이 4인 경우)비트가 된다.

즉, 상기 예에서 170비트를 갖는 비트열은 채널 부호화에 의해 궁극적으로 768비트를 출력한다. 이러한 768 비트의 데이터열은 블록 사이즈 N이 768인 블록 인터리빙을 통과하는 경우에는 펑쳐링 과정이 필요없다.

그러나, 만약 상위에서 내려오는 데이터 열의 길이가 150인 경우 12비트의 순환 중복 코드(CRC)와 8비트의 제로-테일을 부가한 후의 코드 비트열은 170비트가 된다.

이때, 170비트의 입력열에 대하여 1/4 레이트의 부호기의 출력열은 680 비트가 된다.

상기 블록 인터리버(N)의 크기는 768이고, 1/4 레이트의 부호기의 출력열은 680 비트이므로, 심볼 반복기에 의한 심볼 반복은 식 1에 의하여 2(=

)가 되므로, 심볼 반복기를 통과한 후의 출력열의 길이는 1360(680*2) 비트가 된다.(S2)

이 출력열의 길이는 블록 인터리버의 크기보다 큰 값을 가지므로 592(=1360-768) 비트의 펑쳐링이 필요하다.(S3)

본 발명에서는 이러한 펑쳐링 과정이 균일 펑쳐링의 개념으로 설명된다.

먼저, 상기 균일 펑쳐링의 개념을 실제 펑쳐링 거리로부터 생각해 본다.

만일, D_org가 2.333...으로 계산되었다고 하자. 그러면, 균일 펑쳐링이 의미하는 바는 전체 펑쳐링 양 P중 2/3는 펑쳐링 거리 2를 가지고 수행되어야 하고, 나머지 1/3의 펑쳐링은 거리 3을 가지고 수행되어야 한다는 것을 의미한다.

즉, D_org의 소수점 이하 부분인 0.3333...은 펑쳐링의 거리가 3이 될 확률값으로 생각할 수 있다.

그러므로, 상기 개념을 도입하기 위하여 먼저 두 개의 펑쳐링 거리 D₁, D₂를 다음의 식 5와 식 6과 같이 정의할 수 있다.

이때, 펑쳐링 거리 D₂를 가질 확률(A)은 다음의 식 7로 계산되어진다.

A=

즉, 실제 펑쳐링 거리 D_org로부터 D₁를 빼주게 되면 소수점 이하의 부분만을 얻게 되므로 이 값을 통하여 거리 D₂를 가질 확률 값을 계산할 수 있다.

다음으로 확률 값으로부터 펑쳐링 거리 D₂가 발생하는 횟수를 구할 수 있다. 이 횟수는 전체 펑쳐링의 양 P와 식 7에서 계산한 확률 값의 곱셈을 통하여 다음과 같이 구할 수 있다.

상기 식 8에서와 같이 D₂의 거리를 가지는 펑쳐링의 횟수(n)를 구한 이후, 다음에 해결해야 하는 과제는 이러한 펑쳐링의 위치를 어떤 방식으로 정하는가 하 는 것이다.

실제로 가장 좋은 복호 성능을 가지도록 하기 위해서는 전체 P개의 펑쳐링의 위치는 비트상에서 될 수 있는 한 균일하게 D₂의 펑쳐링 거리를 가지는 것들을 위치시키는 것이다.

이와 같은 균일한 펑쳐링을 목적으로 하여 다음과 같은 알고리즘을 구성할 수 있다.

e_ini = P ; P는 펑쳐링 양

e_minus =

; 거리 D₂에 의한 펑쳐링 발생 횟수.

e_plus = P ; P는 펑쳐링 양

i=1 ; 펑쳐링이 하나 이상 일어나는 경우 이 알고리즘을 사용.

e = e_ini ; e는 초기화 값 P를 가짐.

While(i≤P)do{

e = e - e_minus

if(e>0)

puncture bit with distance D₁ ; 거리 D₁에 의한 펑쳐링 수행

else{

puncture bit with distance D₂ ; 거리 D₂에 의한 펑쳐링수행

e = e + e_plus

}

i++

}

상기 알고리즘에서는 상기 각 펑쳐링 거리에 의한 펑쳐링이 상기 심볼 반복된 전체 비트열에 대해 균일하게 이루어지도록 전체 펑쳐링 양과 상기 펑쳐링 거리D₂에 의한 펑쳐링 양의 차가 양수인 경우에는 펑쳐링 거리 D₁에 의해, 음수인 경우에는 펑쳐링 거리 D₂에 의해 펑쳐링이 이루어진다.

위의 알고리즘을 통하여 알 수 있는 바와 같이 전체 P개의 펑쳐링 중 펑쳐링 거리 D₂를 가지는

을 균일하게 배치시킬 수 있게 된다.

상기 펑쳐링 알고리즘은 3GPP상에서 정의된 데이터 매칭 알고리즘과 흡사한 모양을 가지게 된다.

그러나, 위의 알고리즘을 사용하게 되면 전체 (L*M)개의 코드 비트열에 대하여 루프를 반복할 필요가 없이 실제로 펑쳐링이 일어나는 양인 P만큼의 루프만을 반복할 수 있으므로 보다 간단한 펑쳐링 알고리즘을 구성하는 것이 가능해진다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명은 현재의 3GPP2의 적응 데이터 레이트를 지원하기 위한 펑쳐링 방법의 문제점을 해결한다. 즉, 에너지 분포의 불균형을 해결하고 될 수 있는 한 균일한 펑쳐링 패턴을 얻음으로써 수신단의 복호 기능을 향상 시키는 효과가 있다.

기존의 3GPP의 레이트 매칭 패턴 결정 알고리즘에 비해 보다 적은 루프 반복을 통하여 균일한 펑쳐링 패턴을 얻음으로써 시스템의 지연을 감소시키는 효과가 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정하는 것이 아니라 특허 청구 범위에 의해서 정해져야 한다.

Claims (8)

1. 입력된 데이터 비트들을 채널 코딩하는 단계;

   상기 채널코딩된 데이터 비트들(L)을 정해진 반복횟수(M)만큼 반복(repetition)하는 단계; 및

   상기 반복된 데이터 비트들의 길이가 인터리버 사이즈(N)에 정합하도록 하는 펑처링양(P)을 펑처링(puncturing)하되, 펑처링되는 비트 상호간의 거리가 제 1 펑처링 거리 또는 제 2 펑처링 거리 중 어느 하나가 되도록 펑처링을 수행하는 단계

   를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 적응 레이트 펑처링 방법
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 펑처링 양 중 상기 제 2 펑처링 거리에 의한 펑처링양은,

   

   인 것을 특징으로 하는 적응 레이트 펑처링 방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 펑처링하는 단계는, 상기 펑처링양에서 상기 제 2 펑처링거리에 의한 펑처링양을 뺀 값의 차이가 양인 경우에는 상기 제 1 펑처링 거리를 이용하여 펑처링을 수행하고,

   양이 아닌 경우에는, 상기 제 2 펑처링 거리를 이용하여 펑처링을 수행하는 것을 특징으로 하는 적응 레이트 펑처링 방법.
4. 입력된 비트열에 대하여, 소정의 코딩 레이트로 인코딩을 수행하는 단계;

   인코딩된 비트열의 길이 및 인터리버 길이에 따라 결정되는 반복(repetition) 횟수만큼 상기 인코딩된 비트열을 반복하는 단계; 및

   상기 반복이 수행된 비트열에 대하여 펑처링을 수행하되, 펑처링 되는 비트 상호간의 거리가 제 1 펑처링 거리 또는 제 2 펑처링 거리 중 어느 하나가 되도록 펑처링 하는 단계

   를 포함하여 이루어지는 적응 레이트 펑처링 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 반복 횟수는,

   

   인 것을 특징으로 하는 적응 레이트 펑처링 방법(상기 N 은 인터리버 깊이, 상기 L 은 인코딩된 비트열).
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 펑처링이 수행되는 비트 수는,

   

   인 것을 특징으로 하는 적응 레이트 펑처링 방법(상기 M 은 반복 횟수).
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 제 1 펑처링 거리는

   

   이고, 상기 제 2 펑처링 거리는

   

   인 것을 특징으로 하는 적응 레이트 펑처링 방법(상기 P 는 펑처링이 수행되는 비트 수).
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 펑처링을 수행하는 단계는,

   (a) 상기 인코딩된 비트열 중에서 임의의 비트를 펑처링 하는 단계;

   (b)

   

   ,

   

   ,

   

   로 초기화 하는 단계;

   (c) 상기 e 값을 갱신하되,

   

   값으로 갱신하는 단계;

   (d) 상기 갱신된 e 값이 0 보다 큰 경우, 이전 펑처링 한 비트로부터

   

   거리에 있는 비트를 펑처링 하고,

   상기 갱신된 e 값이 0 보다 크지 않은 경우, 이전 펑처링한 비트로부터

   

   거리에 있는 비트를 펑처링 하는 단계; 및

   (e) 상기 (c) 및 (d) 단계를 반복 수행하되, 펑처링되는 비트 수가 P 에 이르기까지 수행하는 단계

   를 포함하여 이루어지는 적응 레이트 펑처링 방법.

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