KR101434702B1 - 노드 사이의 메시지 전달 방법, 노드의 네트워크를 통한 메시지 중계 시스템, 통신 네트워크를 통한 메시지 중계 방법, 통신 네트워크를 통한 메시지 중계 시스템, 인코더 및 디코더 - Google Patents

노드 사이의 메시지 전달 방법, 노드의 네트워크를 통한 메시지 중계 시스템, 통신 네트워크를 통한 메시지 중계 방법, 통신 네트워크를 통한 메시지 중계 시스템, 인코더 및 디코더 Download PDF

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Abstract

네트워크 내의 노드 사이에서 메시지를 중계하는 시스템 및/또는 방법이 제공된다. 특정 예시적인 실시예에 따르면, 노드 사이에서 실질적인 동시 통신이 달성될 수 있다. 적어도 하나의 2차 터보 코딩 메시지(1204)는 터보 코딩 1차 메시지(1202)로 피기백될 수 있다. 네트워크 내의 메시지는 큐잉되고 송신기에 관하여 수신기 노드의 신호 대 잡음비에 적어도 일부분 기초하여 송신기(1212)로부터 적어도 하나의 수신기로 전송될 수 있다. 따라서, 충돌 문제를 감소시키고, 통신 지연을 감소시키며 및/또는 처리량을 증가시키는 네트워크를 구현할 수 있다.

Description

노드 사이의 메시지 전달 방법, 노드의 네트워크를 통한 메시지 중계 시스템, 통신 네트워크를 통한 메시지 중계 방법, 통신 네트워크를 통한 메시지 중계 시스템, 인코더 및 디코더{SYSTEM AND METHOD FOR RELAYING TURBO-CODED PIGGYBACK MESSAGES}
본 명세서에 설명된 예시적인 실시예는 네트워크(예컨대, 무선 네트워크) 내의 노드들 사이에서 메시지를 중계하는 시스템 및/또는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 예시적인 실시예는 노드들 사이의 실질적인 동시 통신에 관한 것인데, 여기서, 적어도 하나의 터보 코딩 2차 메시지가 터보 코딩 1차 메시지로 피기백되고(piggybacked), 큐잉되며, 송신기에 관하여 수신기 노드의 신호 대 잡음비(들)에 적어도 일부분 기초하여 송신기로부터 적어도 하나의 수신기로 전송된다.
네트워크는 전형적으로 메시지를 송신하고 수신하도록 동작가능한 하나 이상의 노드를 포함한다. 무선 네트워크에서, 예컨대, 송신기의 RF 출력은 신호 수신이 가능한 브로드캐스트 영역을 생성한다. 일대일 정보 링크를 제공하는 것은 무선 통신과 관련된 기본 문제 중 하나이다. 예컨대, 도 1a에 도시된 바와 같이, 수 신기(R1)와 수신기(R2) 양자 모두 송신기(T3)의 브로드캐스트 영역 내에 있다. 송신기(T3)에서 수신기(R1)로 전달되는 메시지는 송신기(T3)에서 수신기(R2)로 전달되는 메시지와 다를 수 있으므로, 몇몇 형태의 신호 분리를 필요로 한다. 이 문제에 대해 잘 알려져 있는 일 해결책은 상이한 물리적 계층을 통해 전송을 보내는 것에 관한 것이다. 예컨대, 신호는 주파수, 시간, 보다 일반적으로는 낮은 교차상관을 가지는 파형에 의해 분리될 수 있다. 실제로, 종래의 통신 기술은 몇몇 형태의 직교 시그널링을 사용하는 신호 분리를 제공한다.
직교 시그널링과 관련된 다수의 실제 이점이 존재한다. 따라서, 좀처럼 대안이 고려되지 않는데, 이는 특히 비직교 시그널링이 어떤 경우에 반직관적인 것처럼 보일 수 있기 때문이다. 무선 네트워크에서 시그널링은 데이터 충돌을 발생시킬 수 있다. 예컨대, 네트워크는 (예컨대, 다수의 송신기 및 수신기를 포함하고, 메시지가 즉시 다수의 경로를 통해 이동하게 함으로써) 더 복잡해지므로, (전달될 메시지를 포함하는) 프레임은 충돌하거나 대립한다. 통신 용량이 높아질수록, 충돌 문제는 더 악화될 수 있다. 2 개의 프레임이 충돌할 때 보통 양 프레임에 포함된 데이터가 손실되므로, 전형적인 결과는 시스템 효율의 저하이다.
중복되는 무선 전파 경로와 노드로의 무선 전송을 조화시키기 위해, 종래의 네트워크는 경합 조정 프로토콜을 사용해 왔다. 이러한 프로토콜은 예컨대, 알로하(Aloha) 프로토콜을 포함한다. 알로하 프로토콜은 정확한 간격으로 전달되며, 채널이 소스마다 프레임을 전달하도록 비어 있는 때를 식별하는 신호(간혹 비콘으로 지칭됨)를 이용한다. 만일 충돌이 예상되면, 송신기는 후퇴할 수 있고 프레임 을 나중에 전달하려고 시도할 수 있다.
기본 알로하 프로토콜에 대한 개선 및/또는 대안을 제공하고, 네트워크 처리량이 증가하는 동안 충돌 문제를 해결하도록 다수의 프로토콜이 개발되어 왔다. 예컨대, CDMA 프로토콜은 네트워크 내에 충돌이 발생할지 여부를 예상하려고 시도하는 각각의 노드를 수반할 가능성이 있다. 충돌이 예상되면, 송신기는 전송을 중단하고, 시간(예컨대, 임의의 시간) 동안 대기하며, 이어서 다시 전송을 시도한다. 다른 예로써, TDMA 프로토콜은 네트워크에 액세스하기 위해 단일 주파수에 걸친 고유한 시간 슬롯의 할당에 기초하므로, 간섭의 가능성을 감소시킨다. FDMA 프로토콜에서, 주어진 대역폭은 더 작은 주파수 대역 또는 세분부로 분할된다. 각 세분부는 그 자신의 반송파 주파수를 가지며, 2 개 이상의 지구국이 동일한 세분부 내에 동시에 전송하지 않음을 보장하는 데 제어 메커니즘이 사용되며, 이로써 세분부마다 수신기가 지정된다. OFDM 프로토콜은 채널 효과가 주어진 서브대역에 걸쳐 일정하도록(예컨대, 균일하도록) 주파수 스펙트럼을 충분히 작은 서브 대역으로 분할한다. 이어서, 서브대역을 통해 변조가 전달된다. 적절히 구현되는 경우에, 빠르게 변하는 채널 효과(예컨대, 다중 경로)는 단일 심볼의 전송 동안에 발생하도록 만들어지며 따라서 수신기에서 페이딩과 함께 균일한 것으로 간주하므로, 이것은 사라진다.
불행히도, 이들 기술은 종래의 네트워크 통신의 형태로 특정 문제를 보상하도록 설계되었지만, 여전히 몇몇 결점을 겪는다. 예컨대, 프로토콜은 일반적으로 임의의 주어진 전송으로 단일 메시지를 전달한다. 전송이 메시지를 수신하도록 의 도되지 않는 임의의 노드는 이를 간단히 무시한다. 이것은 시간, 주파수 및/또는 대역폭을 소용없게 할 수 있다. 부가적으로, 이들 프로토콜은 경합 문제를 감소시키고 처리량을 증가시키도록 설계되었지만, 또 다른 개선이 바람직하다. 또한, 전술한 해결책은 네트워크 기반 최적화이도록 설계된다. 이와 같이, 이러한 최적화가 유리할 수 있지만 일반적으로 일대일 최적화는 고려되지 않는다. 따라서, 예컨대, 네트워크 내에서 다수의 노드로의 고속의 동시 전송을 허용함으로써 경합 문제를 더 감소시키고 처리량을 증가시키는 시스템 및/또는 방법을 제공하는 것이 당해 기술에 필요함을 알 것이다.
특정 예시적인 실시예는 노드 사이에서 메시지를 전달하는 방법을 제공한다. 송신기로부터 전달될 1차 메시지와 적어도 하나의 2차 메시지가 식별될 수 있다. 1차 메시지는 제 1 수신기 노드용으로 지정되고 적어도 하나의 2차 메시지는 제 2 수신기 노드용으로 지정될 수 있다. 1차 메시지는 터보 코딩되어 터보 코딩 1차 메시지를 형성할 수 있다. 각각의 2차 메시지는 터보 코딩되어 터보 코딩 2차 메시지를 형성할 수 있다. 터보 코딩 1차 메시지로 적어도 하나의 터보 코딩 2차 메시지의 피기백이 가능함을 나타내는 신호에 응답하여, 적어도 하나의 터보 코딩 2차 메시지는 터보 코딩 1차 메시지로 피기백되어 터보 코딩 피기백 메시지를 형성할 수 있다. 신호는 송신기 노드에 관하여 제 1 수신기 노드와 제 2 수신기 노드의 특성에 적어도 일부분 기초할 수 있다.
특정 다른 예시적인 실시예는 노드 사이에서 메시지를 전달하는 방법을 제공한다. 송신기 노드와 적어도 2 개의 수신기 노드가 식별될 수 있다. 송신기 노드로부터 전송될 1차 메시지와 적어도 하나의 2차 메시지도 식별될 수 있으며, 각각의 메시지는 메시지 큐에 저장되고, 각각의 메시지는 데이터의 패킷을 포함한다. 전송될 1차 메시지의 다음 패킷이 결정될 수 있다. 1차 메시지는 터보 코딩되어 터보 코딩 1차 메시지를 형성할 수 있다. 각각의 2차 메시지는 터보 코딩되어 터보 코딩 2차 메시지를 형성할 수 있다. 다음 패킷에 대한 피기백을 지원할 수 있는 네트워크 내의 노드 사이의 가능한 파트너 링크가 식별될 수 있다. 피기백이 가능함을 나타내는 신호에 응답하여 터보 코딩 1차 메시지의 다음 패킷으로 각각의 터보 코딩 2차 메시지의 패킷을 피기백함으로써 완전 메시지가 생성될 수 있다. 신호는 송신기 노드에 관하여 적어도 2 개의 수신기 노드의 상대적인 신호 대 잡음비에 적어도 일부분 기초할 수 있다.
특정 예시적인 실시예에 따르면, 노드의 네트워크를 통해 메시지를 중계하는 시스템이 제공될 수 있다. 이러한 시스템은 송신기 노드 및 적어도 2 개의 수신기 노드를 포함할 수 있되, 각각 터보 코드 인코더와 이에 결합된 터보 코드 디코더를 구비하고, 송신기 노드와 적어도 2 개의 수신기 노드는 사이에서 적어도 하나의 1차 메시지와 적어도 하나의 2차 메시지를 전달하도록 구성된다. 1차 메시지와 적어도 하나의 2차 메시지는 송신기 노드에 관하여 적어도 2 개의 수신기 노드의 신호 대 잡음비의 비교에 적어도 일부분 기초하여 터보 코드 인코딩되고 송신기 노드로부터 적어도 2 개의 수신기 노드로 전송될 수 있다. 1차 메시지와 적어도 하나의 2차 메시지는 비교에 적어도 일부분 기초하여 피기백될 수 있다.
특정 다른 예시적인 실시예에 따르면, 노드의 네트워크를 통해 메시지를 중계하는 시스템이 제공될 수 있다. 이러한 시스템은 송신기로부터 전달될 1차 메시지와 적어도 하나의 2차 메시지를 식별하는 수단 -1차 메시지는 제 1 수신기 노드용으로 지정되고 적어도 하나의 2차 메시지는 제 2 수신기 노드용으로 지정됨- 과, 인코딩 1차 메시지를 생성하기 위해 1차 메시지를 인코딩하는 수단과, 인코딩 2차 메시지를 생성하기 위해 각각의 2차 메시지를 인코딩하는 수단, 및 1차 메시지로 적어도 하나의 2차 메시지의 피기백이 가능함을 나타내는 신호에 응답하여, 피기백 메시지를 형성하기 위해 인코딩 1차 메시지로 적어도 하나의 인코딩 2차 메시지를 피기백하는 수단 -신호는 송신기 노드에 관하여 제 1 수신기 노드와 제 2 수신기 노드의 특성에 적어도 일부분 기초함- 을 포함할 수 있다.
특정 예시적인 실시예에서, 통신 네트워크를 통해 메시지를 중계하는 방법이 제공될 수 있다. 송신기 노드의 제 1 안테나에 의해 전달될 제 1 메시지와 송신기 노드의 제 2 안테나에 의해 전달될 제 2 메시지가 식별될 수 있다. 제 1 안테나와 제 2 안테나는 실질적으로 별개의 안테나 개구부를 구비할 수 있다. 제 1 메시지가 터보 코딩될 수 있다. 제 2 메시지가 터보 코딩될 수 있다. 제 1 메시지와 제 2 메시지는 네트워크의 근역장과 원역장 사이의 브레이크포인트 차이에 따라 제 1 안테나와 제 2 안테나를 사용하여 실질적으로 동일한 채널을 통해 실질적으로 동시에 실질적으로 비직교적으로 전달될 수 있다.
특정 예시적인 실시예에서, 통신 네트워크를 통해 메시지를 중계하는 시스템이 제공될 수 있다. 송신기 노드는 각각 별개의 개구부를 가진 2 개의 송신 안테나를 구비할 수 있다. 수신기 노드는 각각 송신 안테나의 안테나 개구부에 대응하는 별개의 개구부를 가진 2 개의 수신 안테나를 구비할 수 있다. 송신기 노드는 네트워크의 근역장과 원역장 사이의 브레이크포인트 차이에 따라 제 1 안테나를 사용하여 제 1 메시지를 그리고 제 2 안테나를 사용하여 제 2 메시지를 실질적으로 동일한 채널을 통해 실질적으로 동시에 실질적으로 비직교적으로 전송하도록 구성될 수 있다. 송신기 노드는 또한 제 1 메시지와 제 2 메시지를 터보 코딩하도록 구성될 수 있다.
특정 예시적인 실시예에 따르면, 통신 네트워크를 통해 메시지를 중계하는 방법이 제공된다. 적어도 하나의 송신기 노드로부터 전달될 1차 메시지와 적어도 하나의 2차 메시지가 식별될 수 있다. 1차 메시지는 하나 이상의 제 1 수신기 노드용으로 지정되고 적어도 하나의 2차 메시지는 하나 이상의 제 2 수신기 노드용으로 지정될 수 있다. 1차 메시지가 터보 코딩될 수 있다. 적어도 하나의 2차 메시지가 터보 코딩될 수 있다. 1차 메시지와 적어도 하나의 2차 메시지는 실질적으로 동일한 채널을 통해 실질적으로 동시에 전송될 수 있도록 실질적으로 비직교 피기백 메시지를 형성하기 위해 1차 메시지로 적어도 하나의 2차 메시지가 피기백될 수 있다.
특정 예시적인 실시예에 따르면, 통신 네트워크를 통해 메시지를 중계하는 시스템이 제공된다. 이러한 시스템은 송신기 노드 및 적어도 2 개의 수신기 노드를 포함할 수 있되, 송신기 노드와 적어도 2 개의 수신기 노드는 사이에서 적어도 하나의 1차 메시지와 적어도 하나의 2차 메시지를 전달하도록 구성된다. 1차 메시지와 적어도 하나의 2차 메시지는 피기백되어 실질적으로 비직교 피기백 메시지를 형성하여, 1차 메시지와 적어도 하나의 2차 메시지는 실질적으로 동일한 채널을 통해 실질적으로 동시에 전송될 수 있다. 송신기 노드는 또한 1차 메시지와 적어도 하나의 2차 메시지를 터보 코딩하도록 구성될 수 있다.
특정 예시적인 실시예에서, 노드의 네트워크를 통해 중계될 메시지를 준비하기 위해 송신기 노드와 함께 사용할 인코더가 제공된다. 터보 인코딩 모듈은 송신기 노드에 관하여 수신기 노드의 신호 대 잡음비의 비교에 적어도 일부분 기초하여, 적어도 하나의 제 1 수신기 노드용으로 지정된 1차 메시지를 터보 코딩하고 적어도 하나의 제 2 수신기 노드용으로 지정된 적어도 하나의 2차 메시지를 터보 코딩하도록 구성될 수 있다. 피기백 모듈은 비교에 적어도 일부분 기초하여 1차 메시지로 적어도 하나의 2차 메시지를 피기백함으로써 피기백 메시지를 생성하도록 구성될 수 있다.
특정 다른 예시적인 실시예에서, 통신 네트워크를 통해 중계될 메시지를 준비하기 위해 송신기 노드와 함께 사용할 인코더가 제공된다. 피기백 모듈은 적어도 하나의 제 1 수신기 노드용으로 지정된 1차 메시지로 적어도 하나의 2차 수신기 노드용으로 지정된 적어도 하나의 2차 메시지를 피기백함으로써 피기백 메시지를 생성하도록 구성될 수 있다. 피기백 메시지는 실질적으로 비직교할 수 있고, 그 결과 1차 메시지와 적어도 하나의 2차 메시지는 실질적으로 동일한 채널을 통해 실질적으로 동시에 전송될 수 있다. 터보 인코딩 모듈은 1차 메시지와 적어도 하나의 2차 메시지를 터보 코딩하도록 구성될 수 있다.
특정 예시적인 실시예에서, 노드의 네트워크를 통해 중계된 메시지를 처리하기 위해 수신기 노드와 함께 사용할 디코더가 제공된다. 터보 디코딩 모듈은 송신기 노드에 관하여 수신기 노드의 신호 대 잡음비의 비교에 적어도 일부분 기초하여, 적어도 하나의 제 1 수신기 노드용으로 지정된 1차 메시지를 터보 디코딩하고 적어도 하나의 제 2 수신기 노드용으로 지정된 적어도 하나의 2차 메시지를 터보 디코딩하도록 구성될 수 있다. 분리 모듈은 비교에 적어도 일부분 기초하여 피기백 메시지를 분리하도록 구성될 수 있다. 피기백 메시지는 적어도 하나의 2차 메시지와 1차 메시지를 포함할 수 있다.
특정 다른 예시적인 실시예에서, 통신 네트워크를 통해 중계된 메시지를 처리하기 위해 수신기 노드와 함께 사용할 디코더가 제공된다. 분리 모듈은 적어도 하나의 제 1 수신기 노드용으로 지정된 1차 메시지로부터 적어도 하나의 제 2 수신기 노드용으로 지정된 적어도 하나의 2차 메시지를 분리함으로써 실질적인 비직교 피기백 메시지를 분리하도록 구성될 수 있다. 터보 디코딩 모듈은 1차 메시지와 적어도 하나의 2차 메시지를 터보 디코딩하도록 구성될 수 있다.
선택적으로, 터보 디코딩 모듈은 예컨대, 모듈의 복잡도 및/또는 구성요소를 감소시키기 위해 터보 디코딩 프로세스를 제어하도록 구성된 스위치를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면, 특징 및 이점은 본 개시의 일부이고 본 발명의 원리를 예로써 도시하는 첨부 도면과 함께 후속하는 상세한 설명으로부터 자명해질 것이다.
첨부 도면은 본 발명의 다양한 예시적인 실시예의 이해를 용이하게 한다.
도 1a는 2 개의 수신기가 송신기의 브로드캐스트 영역 내에 배치된 시나리오를 도시한다.
도 1b는 SNR이 높은 수신기 및 SNR이 낮은 수신기가 위성의 브로드캐스트 영역 내에 배치된 시나리오를 도시한다.
도 2는 제 1 송신기와 동일한 신호 공간을 사용하는 제 2 송신기가 도입되는 경우에도 무에러(error-free) 디코딩이 가능한 시나리오를 도시한다.
도 3a는 비직교 시그널링이 브로드캐스트 시그널링과 함께 사용될 수 있는 방법의 일례를 도시한다.
도 3b는 비직교 시그널링이 전-양방향 시그널링과 함께 사용될 수 있는 방법의 일례를 도시한다.
도 3c는 예시적인 무분할(division-free) 통신 송수신기를 도시한다.
도 4 및 도 5는 예시적인 피기백 메시지의 예시적인 브로드캐스트 동안에 낮은 SNR 링크와 높은 SNR 링크에 이용가능한 수학적으로 투영된 브로드캐스트 레이트를 도시한다.
도 6은 다중 액세스 채널 통신 동안 단일 사용자 용량의 백분율로서 이용가능한 수학적으로 투영된 추가 용량을 도시한다.
도 7은 TDMA 기반 다중 액세스 채널 통신 동안 전송된 총 에너지에 기반한 용량을 도시한다.
도 8은 3 개의 노드 사이의 3 개의 링크를 포함하는 간단한 메시 네트워크를 도시한다.
도 9는 도 8에 도시된 3 노드 시스템에 대한 수학적으로 투영된 시스템 용량을 도시하되, 노드의 송신 전력이 동일하다고 가정한다.
도 10 및 도 11은 각각 감쇠 지수가 2와 3인 단일 경로 손실 모델에 기반하여 수학적으로 투영된 용량 대 단일 내지 6 사용자 수신에 대한 거리를 플롯화한다.
도 12는 제 1 예시적인 실시예에 따른 피기백 인코딩 모델의 예시적인 블록도이다.
도 13은 다른 예시적인 실시예에 따른 피기백 디코딩 모듈의 예시적인 블록도이다.
도 14는 또 다른 예시적인 실시예에 따라 3 개의 데이터 스트림을 인코딩하는 피기백 인코딩 모듈의 예시적인 블록도이다.
도 15는 또 다른 예시적인 실시예에 따라 3 개의 데이터 스트림을 디코딩하는 피기백 디코딩 모듈의 예시적인 블록도이다.
도 16은 예시적인 실시예에 따른 스위치를 구현하는 단일-다중 피기백 디코더이다.
도 17은 1차 데이터만 전송되었으면 수신될 신호의 추정치를 제공하는 예시 적인 메커니즘이다.
도 18은 예시적인 실시예에 따라 데이터가 네트워크를 통해 피기백될 수 있는 방법을 도시하는 예시적인 순서도이다.
도 19는 예시적인 실시예에 따라 데이터가 피기백될 수 있는 방법의 상세도이다.
도 20a는 예시적인 실시예에 따라, 각각 상이한 개구부를 가진 2 개의 안테나를 사용하여 통신하는 예시적인 송신기를 도시한다.
도 20b는 예시적인 실시예에 따라, 2 개의 안테나를 사용함으로써 도 20a의 송신기와 통신하도록 구성된 예시적인 수신기를 도시한다.
도 21은 예시적인 실시예에 따라 2-사용자 2진 브로드캐스트 채널에 대한 예시적인 레이트 곡선을 도시한다.
도 22는 예시적인 실시예에 따라 데이터가 터보 코딩되고 네트워크를 통해 피기백될 수 있는 방법을 도시하는 예시적인 순서도이다.
1. 비직교 통신 기술에 대한 동기
비직교 신호가 쉽게 분리될 수 있는 일반적으로 발견된 환경이 존재한다.
1.1 비직교 신호가 분리될 수 있는 예
수신된 신호 강도의 현저한 차이를 가진 채널이 가장 적합할 가능성이 있다. 다시 도 1a를 참조하면, 수신기(R2)에 의해 수신된 신호가 수신기(R1)에 의해 수신 된 신호에 비해 상당히 감쇠될 가능성이 있음을 알 것이다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 현저한 경로 손실 차이가 발생하는 다수의 환경, 예컨대, 이동 위성 수신기가 이동 안테나의 작은 개구부 때문에 고정 위성 단말기의 수신기보다 상당히 낮은 신호 대 잡음비(SNR)로 작동하는 경우가 존재한다. 예컨대, 약 1 피트 미만의 직경을 가진 고정 지향성 안테나는 5.7 GHz에서 약 20 dB 이득보다 높은 이득을 제공한다. 제 2 예는 빔 에지에 배치된 위성 단말기가 빔 중앙에 있는 위성 수신기보다 에너지를 덜 수신한다는 사실에 관한 것이다. 세 번째로, 미터당 잎(foliage) 감쇠는 주파수에 따라 증가하고, 수신 강도는 단지 몇 미터 내에서 30 dB보다 많이 변할 수 있다. 네 번째로, 방해에 관련된 쉐도잉 효과도 수신된 신호 전력을 상당히 감소시킨다. 다중경로 채널에서, 방해가 없는 가시선 사용자는 예컨대, 약 2인 전파 경로 손실 지수를 가질 수 있지만, 비 가시선 사용자는 예컨대, 약 4인 전파 경로 손실 지수를 겪을 수 있다. 여러 가지 다른 환경 하에서 현저한 경로 손실 차이가 발생할 수 있음을 알 것이다.
송신기(T3)와 수신기(R2) 사이의 유용한 링크 성능을 유지하기 위해, 송신기(T3)는 전형적으로 약 1 % 미만의 비트 에러율로의 수신기(R2)에 의한 수신을 보장하기에 충분한 RF 에너지를 전송해야 한다. 송신기(T3)로부터 전송된 신호가 수신기(R2)용으로 의도되고 R2에서 수신된다고 간주한다. 수신기(R1)와 수신기(R2)가 동일한 브로드캐스트 영역 내에 있으므로, 수신기(R1)는 송신기(T3)로부터 수신기(R2)로의 전송을 에러 없이 디코딩할 수 있다. 이는 수신기(R1)에 의해 수신된 송신기(T3)로부터 수신기(R2)로의 전송이 상당히 높은 SNR을 가지기 때문이다. 송 신기(T3)와 동일한 신호 공간을 사용하는 제 2 송신기(T4)가 도입되는 경우에도, 송신기(T4)로부터의 신호가 송신기(T3)로부터의 신호에 비해 약하면 송신기(T3)로부터 수신기(R2)로의 전송의 무에러 디코딩은 여전히 가능하다. 이 시나리오는 도 2에 반영된다.
RF 브로드캐스트 영역에서 약한 신호의 추가는 비직교 통신을 달성하기에 가장 간단한 방법이다. 이 예의 약한 신호 정보는 도 2와 관련해서도 설명되는 후속 단계에 따라 디코딩된다.
1. 수신기(R1)는 RF 신호(S)를 수신한다. 신호(S)는 수신기(R1)용으로 의도되는, 송신기(T4)로부터 전송된 약한 신호와, 수신기(R2)용으로 의도되는, 송신기(T3)로부터 전송된 간섭하는 강한 신호와, 잡음의 중첩(예컨대, 합계)이다.
2. 수신기(R1)는 수신기(R1)에 의해 수신되는 송신기(T3)로부터 수신기(R2)로 전달된 강한 신호를 결정하고 복제한다.
3. 수신기(R1)는 신호(S)에서 수신기(R1)에 의해 수신되는 송신기(T3)로부터 수신기(R2)로 전달된 신호를 감산하여, 수신기(R1)에 의해 수신되는 송신기(T4)로부터 수신기(R1)로 전달된 신호와 잡음을 남긴다.
4. 수신기(R1)는 수신기(R1)에 의해 수신되는 송신기(T4)로부터 수신기(R1)로 전달된 정보를 디코딩한다.
이 프로세스는 비직교 시그널링을 사용하는 다중 사용자 또는 다중 액세스 채널에 대응한다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 송신기(T4,T3)로부터의 신호가 동일한 지점으로부터 전송되는 경우에 채널은 브로드캐스트 채널이 된다. 여기서, 약 한 신호와 강한 신호의 합계가 제어되고 동기화된다. 이는 신호 검출을 간단하게 한다.
비직교 시그널링이 좀처럼 고려되지 않는 다른 종류의 링크는 도 3b에 도시된 전-양방향 링크이다. 이론적으로, 전송된 신호 세트를 역방향 링크에 재사용하는 것이 가능하다. 이는 수신된 신호에서 전송된 신호를 감산함으로써 달성될 수 있다. 그러나, 완전한 감산은 구현하기 어렵다. 이는 하드웨어 전송 경로와 추정되어야 하는 자기 간섭 수신 신호 사이에 왜곡이 존재하기 때문이다. 원하는 신호(예컨대, 송신기(T4)로부터 수신기(R3)로 전달된 신호)와 자기 간섭 신호(예컨대, 송신기(T3)로부터 수신기(R3)로 전달된 신호)의 동적 범위 차이는 극단적이다. 그럼에도, 브리스톨 대학팀에 의해 설계된 "무분할" 통신 송수신기는 성공적으로 증명되었다. 송수신기의 재생은 도 3c의 아래에 도시된다(Electronics Letters, 34.2, Jan. 1998: 22, Chen, S., M. Beach 및 J. McGeehan의 "Division-free duplex for wireless applications" 참조).
1.2 이상화된 비직교 다중 사용자 통신 이론
1.2.1 이상화된 브로드캐스트 채널
비직교 시그널링을 지원하는 정보 이론은 우선 Cover에 의해 나타내었다. (IEEE Transactions on Information Theory, vol. IT-18, Jan. 1972: pp. 2-14, Cover, T.M. "Broadcast Channels" 참조.) 이제 하나의 송신기와 2 개의 수신기를 가진 가우시안 브로드캐스트 채널의 특별한 경우를 개설할 것이다. (IEEE Transactions on Information Theory, vol. IT-18, Jan. 1972: pp. 2-14, Cover, T.M. "Broadcast Channels", IEEE Transactions on Information Theory, vol. IT-44, Oct. 1998: pp. 2524-30, Cover, T.M. "Comments on Broadcast Channels", Elements of Information Theory. New York: John While & Sons, 1991, T.M. 및 J. A. Thomas 표지 참조.)
용량 함수는 비트/신호 치수를 반영하는 다음 식으로 정의될 수 있다.
Figure 112009036918358-pct00001
이 식에서, C는 용량이고, P는 신호 전력 제약이며, N은 잡음이다. 따라서, P/N은 신호 대 잡음비이다. Cover의 브로드캐스트 이론은 신호 전력 제약(P)을 가진 가우시안 브로드캐스트 채널에 대한 용량 영역이 다음과 같이 주어짐을 설명한다.
Figure 112009036918358-pct00002
수신기 R1 및 R2에 대해, 0≤α≤1
강한 신호와 약한 신호와 함께 이용가능한 브로드캐스트 레이트의 예는 도 4 및 도 5에 도시된다. 3 dB의 수신 SNR의 기준선은 약한 경로용으로 가정하였다. 도 5에서, 강한 수신기에 대한 최대 백분율 전력 할당은 10 %이다. 강한 경로 데이터 레이트의 감소가 거의 없는 강한 경로 수신기에 유용한 데이터 레이트가 할당될 수 있음을 알아야 한다. 이용가능한 레이트의 포락선(envelope)은 시스템 설계에 대해 많은 유동성을 제공한다.
1.2.2 이상화된 다중 액세스 채널
다중 액세스 채널 용량 경계는 서로 다른 사용자가 공통 수신기로 전송할 수 있는 최대 레이트를 규정한다. 모델은 이상화되지만, 자유 공간 링크를 통한 다중 사용자 수신은 실제로 어렵다. (실제로 구현하기에 비실용적이지 않다면) 다중경로 링크를 통한 다중 사용자 수신은 상당히 어렵다. 결과는 공유된 신호 세트를 통해 획득될 수 있는 것의 한계를 도시한다.
수신된 전력(P1,P2)을 가진 2-사용자 가우시안 다중 액세스 채널에 대한 경계는 다음과 같다.
Figure 112009036918358-pct00003
가우시안 채널의 최대 조합 레이트는 동일한 총 전력에서 단일 사용자 채널의 용량과 같다. 채널이 단일 송신기-수신기 쌍에 할당되므로, 이 포락선은 무선 네트워크 설계에서 일반적으로 무시된다. 예컨대, 만일 채널이 T-R 쌍 1에 할당되면, 용량 레이트 쌍은 (C1,0)이고 채널에 전송되는 총 정보는 R1 + R2 = C1으로 주어진다.
채널에 의해 지원될 수 있는(그러나 사용되고 있지 않은) 추가 정보 전송은 다음과 같다.
Figure 112009036918358-pct00004
단일 사용자 용량의 백분율로서 이용가능한 추가 용량은 도 6에 그래프로 도시된다. SNR 범위는 터보 코딩 시스템의 전형적인 작동 영역을 일치시키도록 선택되었다.
이상의 결과는 최대 전력이 제한되는 전송을 가정한다. 이와 달리, 에너지에 대하여 처리량을 최대화하는 것이 더 중요할 수 있다. 경계를 이해하기 위해, 이제 2 개의 전송 노드가 단기 전력을 변경하는 능력을 가지는 모델을 설명할 것이다. 이 경우에, 실제 시스템은 에너지가 P1T1 및 P2T2로 제한되는 원하는 신호 수신을 가진 TDMA일 수 있으며, 여기서 T1 + T2 = T이다. 이 에너지 제약 하에서 획득가능한 2-사용자 레이트는 도 7에 도시된다. 원은 사용자의 슬롯 기간이 수신 전력에 비례하여 할당되는 경우에 발견된 최대 총 레이트의 위치를 지정한다(P1/T1 = P2/T2). TDMA를 사용하면, Cover의 이론의 다중 액세스 용량 경계가 도달될 수 있다. 불행히도, TDMA는 이 조건 하에서만 최적이다.
FDMA에 대해서 유사한 논의가 이루어질 수 있다. Cover는 대역폭에 걸쳐 공유하는 비례 전력이 다중 액세스 경계에 도달함을 나타낸다. 불행히도, FDMA는 보통 TDMA보다 덜 유동적인 것으로 고려되지만, 피크 전송 에너지를 감소시킨다는 이점이 있다.
1.3 토폴로지 및 애플리케이션
브로드캐스트 및 다중 액세스 용량 영역은 연속적인 전송을 가진 성형(star) 네트워크(예컨대, 위성 통신)에 가장 직접적으로 적용한다. 이 채널은 AWGN(Additive White Gaussian Noise) 채널로서 모델링될 수 있다. 높은 고도의 비행선은 유사한 통신 특성을 가질 수 있다. 이들 네트워크는 전형적으로 빔 패턴 내에 다양한 강도로 배치된 상이한 안테나 이득을 가진 상이한 단말 구성을 포함한다.
큐, 패킷 오버헤드, ARQ(Automatic Repeat-reQuest) 및 프로토콜의 다른 측면이 모델링되지 않으므로, 결과는 패킷 교환 네트워크에 즉시 적용가능하지 않다. 수신된 SNR을 아는 것도 몇몇 정보 전송을 필요로 한다. 그러나, 곡선은 강하고 약한 채널 쌍에 대한 큐잉 시스템의 학습을 제안한다. 제안된 일 해결책은 강한 사용자에게 추가 신호 치수를 할당하였으며, 이는 브로드캐스트 채널 논의와 일치 하지 않는다. 추가 신호 치수는 제 2 사용자에게 필요하지 않다. (IEEE Journal on Selected Areas in Communication. vol. 23, March 2005: pp. 486-495, Jung, K. 및 J. M. Shea의 "Simulcast Packet Transmission in Ad Hoc Networks"을 참조한다.)
훨씬 더 복잡한 토폴로지는 애드혹(ad-hoc) 네트워크의 임의의 메시(mesh)이다. (IEEE Transactions on Information Theory. 44.6, Oct. 1998: pp. 2416-34, Hajek, B. 및 A. Ephremides의 "Information Theory and communication Networks: An Unconsummated Union", IEEE Transactions on Information Theory. 50.5, May 2004: pp. 748-67, Liang-Liang, X. 및 P. R. Kumer의 "A Network Information Theory of Wireless Communication: Scaling Laws and Optimal Operation", IEEE Transactions on Information Theory. 49.8, Aug 2003, Gupta, P. 및 P. R. Kumar의 "Towards an Information Theory of Large Networks: An Achievable Rate Region"을 참조한다.)
특정 네트워크에서 전송 용량에 도달하는 데 다중 사용자 시그널링 및 수신이 필요하다는 것에 유의한다. 관련된 주요 이슈는 네트워크 프로토콜의 성능을 측정하는 방법이다. 예컨대, 미해결 이슈는 전송 용량이 네트워크의 원하는 피처를 캡처하기 위해 비트-미터에 기반해야 하는지 여부, 접속성 또는 처리량 대신에 거리를 강조해야 하는지 여부 및 양자 모두 실제로 적용가능하고 수학적으로도 다루기 쉬운 측정치에 관한 것이다. 애드혹 네트워크와 관련된 이들 주요 문제는 해결되지 않는다.
도 8에 도시된 바와 같이, 가장 간단한 메시는 3 개의 노드를 갖는다. 모든 노드가 공통 브로드캐스트 영역에 있다고 가정하는 상이한 송수신기 복잡도 모델 하에서 총 시스템 용량의 플롯은 도 9(보다 상세히 후술됨)에 도시된다. 총 시스템 용량은 모든 링크 상에 전송된 모든 데이터의 합계이다. 각 노드는 동일한 전송 전력 및 수신기 SNR에 할당된다. 이상화된 모델은,
1) 언제든지 단 하나의 링크만 사용될 수 있다고 가정하는 시분할 시스템. 대응하는 시스템 용량은 다음과 같다.
Figure 112009036918358-pct00005
2) 무분할 듀플렉스를 가진 시분할은 다음과 같다.
Figure 112009036918358-pct00006
3) (대칭에 의해) 모든 링크가 무분할 듀플렉스를 사용하여 동시에 작동하는 경우에 획득된 시스템 용량은 다음과 같다.
Figure 112009036918358-pct00007
4) 무분할 듀플렉스가 없는 동시 링크 시스템 용량은 다음과 같다.
Figure 112009036918358-pct00008
4 개의 식은 도 9에 플롯화된다. 그것들은 수신 전력이 동일한 경우에, 무분할 전송과 함께 큰 용량 이득을 이용할 수 있지만, 낮은 수신 SNR에서 다중 사용자 브로드캐스트 및 다중 액세스 시그널링과 함께 비교적 작은 이득만을 이용할 수 있음을 나타낸다. 높은 SNR(도시 생략)에서, 사용자가 동일한 수신 SNR을 가지는 경우에 다중 사용자 전력을 사용하는 것은 이점이 없다.
1.4 링크 거리 대 용량
링크 거리 대 용량을 연구할 때, 2 가지 기본 이슈가 발생한다. 첫 번째는 주어진 수신 레이트를 허용하는, 노드와 노드의 가장 가까운 이웃 사이의 최대 거리에 관한 것이다. 두 번째는 다중 사용자 수신이 가진 이론상 거리 이점에 관한 것이다. 후자 이슈는 예컨대, 특히 메시 네트워크, 셀룰러 시스템 및 LEO 위성 시스템을 고려하는 경우에 제기된다.
도 10에 감쇠 지수가 2(자유 공간)인 간단한 경로 손실 모델에 기반하여 단일 내지 6 사용자 수신에 대한 용량 대 거리가 플롯화된다. 도 11은 감쇠 지수가 3인 동일한 데이터를 나타낸다. 결과를 해석하는 상이한 방법이 존재한다. 한편으로는, 공동 전송이 네트워크 내 이웃들 간의 거리를 상당히 확장할 수 있다. 다른 한편으로는, 위성 시스템을 고려하면, 낮은 궤도는 상당히 적은 위성이 주어진 수신 레이트를 전달하게 한다.
1.5 피기백 시스템 해결책
이상의 결과가 주어지면, 다중 사용자 브로드캐스트 시그널링이 수신 신호 전력 차이가 큰 환경에 적합할 수 있다. 공동 브로드캐스트 영역은 2 개의 링크 세트 -예컨대, 하나는 덜 유능한 전송을 지원하고 다른 하나는 보다 유능한 전송을 지원함- 로 분할될 수 있다. 본 명세서에 정의된 피기백은 동일한 채널 상에 또는 동일한 시간-주파수-대역폭 스케일 상에 동시에 전송되는 2 개 이상의 메시지를 지칭한다(예컨대, 송신기(A)는 수신기(B)를 향해 제 1 메시지를 전송하고 수신기(C)를 향해 제 2 메시지를 전송하되, 양 메시지는 단일 메시지 내에 포함되고 양 수신기로 동시에 전송된다). 특정 비제한 구현에서, 네트워크 내 노드들 사이의 각 링크 쌍 간의 SNR 차이를 검사함으로써 피기백 통신 능력을 보다 정교하게 결정할 수 있다.
2. 예시적인 피기백 기술
이제 피기백 기술을 구현하는 특정 예시적인 모듈을 설명할 것이다. 물론, 후속 기술은 예로써 그리고 제한 없이 제공된다. 이러한 모듈이 네트워크를 포함하는 노드, 네트워크 내의 노드와 관련된 다른 메커니즘 등에 의해 저장되고 실행될 수 있음을 알 것이다. 모듈이 소프트웨어, 하드웨어, 펌웨어 또는 이들의 몇몇 조합으로서 구현될 수 있음도 알 것이다. 또한, 예시적인 모듈에 관하여 다양한 인코더 및 디코더가 설명된다. 본 명세서에 개시된 예시적인 실시예와 함께, 임의의 인코딩/디코딩 프로토콜이 단독으로 또는 조합하여 사용될 수 있음을 알 것이다. 따라서, 특정 예시적인 실시예는 예컨대, 네트워크 코딩, 계층화 코딩, 터보 코딩 등을 구현할 수 있다.
2.1 강한 신호 상에서 하나의 약한 신호를 피기백하는 예시적인 기술
종래의 브로드캐스팅에서, 브로드캐스트 영역 내의 모든 사용자에게 동일한 데이터가 전송된다. 따라서, 전송 전력은 최약 수신기에까지 도달할 정도로 실질적으로 계속 강해야 한다. 이는 피기백 네트워크에 대한 유리한 위치를 나타낸다. 예컨대, 최약 수신기와 최강 수신기의 차이가 증가함에 따라, 독립적인 정보 신호(예컨대, 제 3 신호)를 전송에 추가하는 것이 가능해진다. 추가적인 수신기의 SNR은 강한 수신기 및 약한 수신기의 중간에서 데시벨 범위 내에 존재해야할 것이다. 이는 강한 SNR과 약한 SNR의 차이가 증가함에 따라 제 3(제 4 등) 사용자의 전력을 설정하는 더 많은 유동성을 가능하게 할 수 있다.
예컨대, 강한 수신기와 약한 수신기 사이의 대략 40 dB 신호 차이는 제 2 피기백 전송(예컨대, 제 3 신호)으로 스퀴즈하기에(squeeze) 적당할 수 있으므로, 배치가 트라이캐스트(tricast)에 대략 같아진다. 그러나, 보다 광범위하게, 이 프로세스는 (예컨대, 조건이 유리한 특정 예시적인 실시예에서 소프트웨어를 통해) (예컨대, 후술되는 바와 같이) 추가 신호를 부가하기 위해 특정 예시적인 실시예에서 일반화될 수 있다.
도 12는 예시적인 실시예에 따른 피기백 인코딩 모듈(1200)의 예시적인 블록도이다. 1차 인코딩 데이터(1202) 및 피기백 인코딩 데이터(1204)는 모듈(1200)로 입력된다. 피기백 인코딩 데이터(1204)는 1차 인코딩 데이터(1202)보다 약해질 수 있도록 스케일러(1208)에 의해 스케일 계수(1206)로 스케일링된다. 임의의 수의 스케일 계수가 사용될 수 있음을 알 것이다. 예컨대, 상대적인 신호 강도를 약 100:1의 비율로 감소시키는 스케일 계수는 일반적으로 충분할 것이지만, 이러한 큰 스케일 감소는 모든 구현에서 필요하지 않을 수도 있다. 특정 예시적인 실시예에서, 실제 손실은 알려져 있을 수 있고 그에 따라 데이터는 스케일링될 수 있다. 특정 다른 예시적인 실시예에서, (예컨대, 신호 강도의 1/r2 대 1/r3 감소 등을 가정함으로써) 손실이 추정될 수 있다. 스케일러(1208)로부터의 출력과 1차 인코딩 데이터(1202)는 합산기(1210)에 의해 합계되고, 처리된 출력(1212)은 노드의 송신기로 전송될 수 있다.
도 13은 예시적인 실시예에 따른 피기백 디코딩 모듈(1300)의 예시적인 블록도이다. 일단 노드가 피기백 인코더(1200)에 의해 인코딩된 메시지를 수신하면, 수신된 데이터(1302)가 처리될 수 있다. 먼저, 1차 데이터 디코더(1304)가 디코딩하고 원시 1차 데이터(1306)를 출력할 수 있다. 인코딩된 피기백 데이터는 수신된 데이터(1302)로부터 1차 데이터의 시뮬레이션 전송을 감산함으로써 검색될 수 있다.
1차 데이터의 전송을 시뮬레이션하기 위해, 원시 1차 데이터(1302)는 1차 인코더(1308)에 의해 인코딩되고, 채널 효과(1312)는 결과적인 인코딩 1차 데이터(1310)와 조합된다. 따라서, 시뮬레이션 데이터(1314)가 획득되고, 감산기(1316)에 의해 수신된 데이터(1302)로부터 감산될 수 있다. 1차 데이터를 디코딩하고 1차 데이터의 인코딩을 시뮬레이션하는 프로세서가 적어도 얼마 동안의 처리 준비 시간을 필요로 하므로, 시뮬레이션 데이터(1314)가 감산기(1316)에 대해 준비될 때까지 수신된 데이터(1302)를 (예컨대, 메모리 등에) 저장하는 것이 필요 할 수 있다. 그 대신에 또는 부가적으로, 메모리 대신에 하나 이상의 버퍼가 사용될 수 있다. 일반적으로, 시뮬레이션 데이터(1314)가 획득되기 전에 수신된 데이터(1302)를 처리하는 것으로부터 감산기(1316)를 지연시키는 데 임의의 지연 메커니즘이 사용될 수 있다.
감산된 출력은 인코딩된 피기백 데이터(1318)를 나타내며, (예컨대, 스케일링, 채널 효과 등을 보상하기 위해) 피기백 데이터 디코더(1320)에 의해 디코딩될 수 있다. 마지막으로, 피기백 데이터(1322)가 출력될 수 있다.
2.2 강한 신호 상에서 2 개의 약한 신호를 피기백하는 예시적인 기술
도 14는 예시적인 실시예에 따라 2 개의 데이터 스트림을 인코딩하는 피기백 인코딩 모듈(1400)의 예시적인 블록도이다. 1차 인코딩 데이터(1402) 및 제 1 및 제 2 피기백 인코딩 데이터(1404a,1404b)는 모듈(1400)로 입력된다. 제 1 및 제 2 피기백 인코딩 데이터(1404a,1404b)는 양자 모두 1차 인코딩 데이터(1402)보다 약할 수 있도록 스케일러(1406a,1406b)에 의해 저마다의 스케일 계수로 스케일링된다. 합산기(1408)는 1차 인코딩 데이터(1402)와 제 1 및 제 2 피기백 인코딩 데이터(1404a,1404b)를 합계한다. 처리된 출력(1404)은 노드의 송신기로 전달될 수 있다.
도 15는 예시적인 실시예에 따른 3 개의 데이터 스트림을 디코딩하는 피기백 디코딩 모듈(1500)의 예시적인 블록도이다. 일단 노드가 피기백 인코더(1400)에 의해 인코딩된 메시지를 수신하면, 수신된 데이터(1502)가 처리될 수 있다. 먼저, 1차 데이터 디코더(1504)가 디코딩하고 원시 1차 데이터(1506)를 출력할 수 있다. 수신된 데이터(1502)로부터 1차 데이터의 시뮬레이션 전송을 감산함으로써 인코딩된 제 1 피기백 데이터가 검색될 수 있다.
1차 데이터의 전송을 시뮬레이션하기 위해, 1차 인코더(1508)에 의해 원시 1차 데이터(1506)가 인코딩되고, 채널 효과(1512)가 결과적인 인코딩 1차 데이터(1510)와 조합된다. 따라서, 시뮬레이션 1차 데이터(1514)가 획득되고, 제 1 감산기(1516)에 의해 수신된 데이터(1502)로부터 감산된다. 전술한 바와 같이, 제 1 감산기(1516)가 수신된 데이터(1502)를 처리하기 전에 지연 메커니즘을 구현하는 것이 필요할 수 있다. 감산된 출력은 인코딩된 제 1 및 제 2 피기백 데이터(1518)를 나타낸다.
프로세스는 본질적으로 그 자체를 반복하여, 메시지 중 남은 것으로부터 2 개의 피기백 데이터 스트림을 추출한다. 따라서, 제 1 피기백 데이터 디코더(1520)는 인코딩된 제 1 및 제 2 피기백 데이터(1518)를 디코딩한다. 이때 제 1 피기백 데이터(1522)가 출력될 수 있다. 인코딩된 제 1 피기백 데이터(1522)의 전송은 인코딩된 제 1 및 제 2 피기백 데이터(1518)로부터 감산되어 마지막으로 제 1 피기백 데이터를 산출하도록 시뮬레이션되는 것을 필요로 한다. 따라서, 제 1 피기백 데이터(1522)는 제 1 피기백 인코더(1524)에 의해 인코딩되고, 채널 효과(1528)는 결과적인 인코딩 제 1 피기백 인코더(1526) 내로 도입된다. 이어서 시뮬레이션된 인코딩 제 1 피기백 데이터(1530)는 감산기(1532)에 의해 인코딩된 제 1 및 제 2 피기백 데이터(1522)로부터 감산될 수 있다. 다시 한번, 제 2 감산 기(1532)가 제 1 피기백 데이터(1522)를 처리하기 전에 제 2 지연 메커니즘을 구현하는 것이 필요할 수 있다. 제 2 피기백 데이터 디코더(1536)에 의해 결과적인 인코딩 제 2 피기백 데이터(1534)가 디코딩될 수 있다. 이어서 제 2 피기백 데이터(1538)가 출력될 수 있다.
2.2 강한 신호 상에서 약한 신호를 피기백하는 예시적인 일반 기술
(예컨대, 브랜치 또는 루프의 인코딩 및 디코딩을 추가함으로써) 추가 데이터 스트림에 전술한 기술이 사용될 수 있음을 알 것이다. 여전히, 추가 데이터 스트림이 메시지에 도입되므로 이들 기술은 특히 디코더 모듈에 방해가 될 수 있다. 따라서, 특정 예시적인 실시예는 브랜치를 유리하게 붕괴시켜 예시적인 단일-다중 피기백 디코더를 제공할 수 있다. 예컨대, 하나 이상의 스트림의 처리와 조절을 일반화하는 일 예시적인 기술은 디코더 내에 스위치를 구현하는 것에 관한 것이다. 도 16은 예시적인 실시예에 따라 스위치를 구현하는 단일-다중 피기백 디코더(1600)이다.
도 16에 도시된 예시적인 모듈에서, 수신된 데이터(1602)는 모듈 내 스위치(1604)로 입력된다. 스위치(1604)는 어떤 데이터가 디코딩되어야 하는지(예컨대, 디코딩 프로세스가 얼마나 진행되었는지)를 제어할 수 있다. 이는 예컨대, 스트림에 내장된 하나 이상의 패리티 비트를 사용함으로써, 간단한 카운트를 유지함으로써 등에 의해 달성될 수 있다. 데이터 스트림은 스위치(1604)로부터 디코더(1608)로 중계될 수 있는데, 어떤 스트림이 디코딩되어야 하는지를 디코더(1608) 에 지시하는 데 스위치 정보를 사용할 수 있다. 디코더(1608)는 디코딩된 데이터(1610)를 출력할 수 있다. 스트림으로부터 감산될 전송을 시뮬레이션하기 위해, 디코딩된 데이터(1610)는 인코더(1612)에 의해 인코딩될 수 있고, 채널 효과(1616)는 인코딩된 데이터(1614)에 적용될 수 있다. 스위치 데이터(1606)에 의해 시그널링된 감산기(1620)에 의해 원시 데이터 스트림(1602)으로부터 시뮬레이션 스트림(1618)이 감산될 수 있다. 감산된 출력(1622)은 이제 원시 수신 데이터(1602)로서 기능하고 스위치(1604)로 공급된다. 이때 스위치(1604)는 갱신될 수 있다(예컨대, 카운터가 증가할 수 있고, 하나 이상의 패리티 비트가 변할 수 있음 등). 이어서 프로세스는 1차 스트림 상에서 피기백된 스트림의 수에 적합한 임의의 횟수만큼 반복될 수 있다. 루프를 통과한 마지막 시간과, 감산된 출력(1622)이 다시 스위치를 통과하지 않으면서 직접(도시 생략) 출력될 수 있음을 알 것이다. 그 대신에 또는 부가적으로, 데이터는 스위치를 통과할 수 있지만, 인코더(1612)에서 또는 이후에(예컨대, 인코딩하고 감산하기 위해 남아 있는 데이터가 없으므로) 프로세스를 중단하면서, 스위치 데이터(1606)는 디코더(1608)에 디코딩할 것은 없다고 지시할 수 있으며, 데이터는 디코딩된 데이터(1610)로서 출력될 수 있다.
도 17은 1차 데이터만이 전송되었으면 수신될 신호의 추정치를 제공하는 예시적인 메커니즘이다. 이와 다르게 설명하면, 이 프로세스는 수신된 신호와 원시 코딩 스트림 사이의 최적합 정합(best fit match)을 계산하는 선택적인 추가 단계를 포함할 수 있으며, 이는 인코딩된 메시지를 디코딩할 때(예컨대, 후술되는 바와 같이 터보 코딩 메시지를 디코딩할 때) 필요한 동기화 파라미터를 개선하기 위해 수행될 수 있다. 도 17에서 출력(1706)은 도 16의 시뮬레이션 스트림(1618)에 대응한다. 송신기와 수신기 사이에서, 전송된 신호가 수신되기 전에 그 신호를 왜곡하기 위해 다양한 채널 효과가 제공된다. 이들은 자유 공간 손실 및 쉐도잉, 반송파 위상 및 심볼 타이밍 모호성 및 드리프트, 반사 및 다중 경로 페이딩, 하드웨어 왜곡 등에 관한 감쇠를 포함한다. 디코딩된 데이터(1702)는 채널 효과 블록(1704)으로 입력되고 재인코딩되어, 전송된 신호의 이상화 사본을 생성한다. 채널 효과 추정기는 이들 효과의 일부 또는 전부를 측정하려고 시도하고, 전송된 신호의 이상화 사본을 변경하는데, 그것은 재인코딩된 채널 효과 출력(1706)으로서 출력한다. 채널 효과 추정기의 품질을 측정하는 데 상관 블록(1708)이 사용된다. 높은 상관은 채널 효과 파라미터가 더 좋은 성능으로 측정됨을 나타낸다. 상관 블록은 상관 신호 또는 상관 메트릭을 출력하며, 이는 채널 효과 추정기로 피드백된다. 어떤 경우에, 예컨대, 상관 출력에 대한 미분과 같은 연산을 수행하는 것은 에러 신호로서 사용되어 채널 효과 추정기의 품질을 개선할 수 있다.
3. 네트워크를 통해 데이터를 피기백하는 예시적인 기술
3.1 노드들 사이의 예시적인 전송
전술한 바와 같이, 전형적으로 (예컨대, 송신기에 가까운 노드에 비해 낮은 SNR을 가지는 송신기로부터 멀리 떨어져 있는 노드)에 관하여 송신기로부터 멀리 떨어져 있는 노드가 약한 신호를 갖는 문제가 고려된다. 적어도 이런 이유로, 종래의 통신은 한번에 단일 메시지만을 전송하는데, 수신 영역 내의 임의의 노드는 부적당한 메시지를 무시한다. 그러나, 예시적인 실시예는 이 특징을 기술 이점으로서 사용하여, 예컨대, 하나 이상의 가까운 노드와 하나 이상의 먼 노드로 실질적으로 동시에 데이터를 동시 전송하는 것을 고려할 수 있다. 따라서, 본 명세서에 개시된 특정 예시적인 실시예가 대역폭의 재사용을 고려하여, 주파수 재사용 기술과 관련된 이점과 대략 유사한 이점을 제공할 수 있음을 알 것이다. 예컨대, 특정 예시적인 실시예가 하나의 가까운 노드와 하나의 먼 노드로 메시지를 전달하도록 구현되는 경우에 대역폭의 실질적인 2배 사용을 달성할 수 있다. 따라서 특정 예시적인 실시예는 (예컨대, 각각의 SNR에 의해 추측되는) 거리에 기반한 필터링 통신으로서 간주될 수 있다. 수신 SNR 비율의 차이가 큰 다수의 노드로의 동시 전송을 허용함으로써, 후술되는 특정 예시적인 기술에 따라 송신/수신된 통신이 전술한 경합 문제를 감소시키고 네트워크 처리량을 증가시킬 수 있음을 알 것이다. 라우팅에 대한 영향이 감소하는 일 방안이 후속된다.
3.1.1 메시지를 전송하는 예시적인 기술
도 18은 예시적인 실시예에 따라 데이터가 네트워크를 통해 피기백될 수 있는 방법을 도시하는 예시적인 순서도이다. 단계(S1802)에서, 전송될 다음 패킷의 링크 SNR이 결정된다. 이어서, 단계(S1804)에서 다음 패킷에 대한 피기백을 허용하는 가능한 파트너 링크가 결정된다. 만일 단계(S1806)에서 피기백이 가능하다고 결정되면, 단계(S1808)에서 데이터는 피기백되고 단계(S1810)에서 전송된다. 그러나, 만일 단계(S1806)에서 피기백이 가능하지 않다고 결정되면, 데이터는 피기백되 지 않고 단계(S1810)에서 통상적으로 전송된다. 단순히 1차 메시지와 2차 메시지보다 많이 직렬로 피기백하고 전송하는 특정 예시적인 실시예에서 이 프로세스가 루핑될 수 있음을 알 것이다.
이 프로세스는 SNR 추정치 리스트가 각 노드에서 이용가능하다고 가정한다. 정적 네트워크에서, 링크 SNR은 이미 알려져 있을 수 있다. 그러나, 다른 경우(예컨대, 동적 네트워크가 제공됨)에, 링크 SNR이 온더플라이(on-the-fly)(예컨대, 메시지가 한 노드에서 다른 노드로 전달되므로, 메시지가 한 노드에서 다른 노드로 전달될 예정이므로 등) 추정될 필요가 있을 수 있다. 이용가능한 링크 당 데이터 레이트 추정치(예컨대, 피기백 채널에 관련된 데이터 레이트 증가를 포함함)가 라우팅, 네트워크 및 토폴로지 관리 프로토콜에 공급될 수 있다. 특정 예시적인 실시예와 함께 가능한 토폴로지 최적화의 일례는 시스템이 네트워크에 걸치도록 용량 및 보다 소수의 홉에 기초하여 최적화하기 위해 분할될 수 있다는 것이다. 이는 각 세트 내의 적합한 가까운 및 먼 통신 노드를 포함하도록 안테나 패턴 빔(예컨대, 지향성 안테나의 브로드캐스트 영역)을 배치함으로써 달성될 수 있다. 다수의 링크(예컨대, 가까운 링크 및 먼 링크)가 빔 내에 존재할 수 있음을 알 것이다. 다른 예로써, 셀룰러 네트워크에서, 노드는 실질적으로 일정한 피드백을 다른 노드에 제공할 수 있고, 이 정보에 기반하여 링크 SNR이 인증될 수 있다. 다른 예로써, 전력 제어는 CDMA 프로토콜 구현과 유사한 SNR 추정 메커니즘을 제공할 수 있다. 이 정보가 이용가능하지 않을 수 있는 경우에, 데이터는 결국 피기백될 수 있다 (그리고 수신기에서 또는 나중에 네트워크 내에서 예외가 처리될 수 있다). 그 대신에 또는 부가적으로, 데이터는 종래의 방식으로 전송될 수 있다.
도 19는 예시적인 실시예에 따라 데이터가 피기백될 수 있는 방법의 상세도이다. 도 19는 예시적인 단계(S1808)를 보다 상세히 도시한다. 특히, 파트너 링크를 사용하는 가장 앞쪽의 패킷에 대해 각 노드에서 패킷의 큐가 검색될 수 있다(단계 S1902). 그러나, 보다 일반적으로 말하면, 데이터는 전술한 바와 같이 알려져 있거나 추정된 피기백 링크 세트에 따라 큐잉된다. 파트너 링크는 1차 데이터와 2차 데이터와 관련된 링크이다. 예컨대, 만일 1차 데이터가 A에서 B로 전송되고 2차 데이터가 C로 전송되면, 전송 A→C 및 A→B가 파트너 링크일 것이다. 결과적인 패킷은 피기백 패킷으로 나타낼 수 있다. 다음 패킷을 선택하는 데 사용된 선택 기준은 파트너에 임의대로 적용될 수 있다. 예컨대, 큐로부터 다음 패킷을 선택하는 동일한 메커니즘도 가능한 파트너 리스트로부터 피기백 패킷을 선택할 수 있다. 링크 SNR을 추정하고 가능한 피기백 채널에 큐를 정합시킴으로써, 통신 네트워크에서 지연이 감소할 수 있고 처리량은 증가할 수 있다.
다음 패킷 및/또는 피기백 패킷(들)은 링크 SNR에 따라 스케일링될 수 있다(단계 S1904). 스케일링은 예컨대, 2 개의 링크의 상대적인 SNR에 의존할 수 있다. 네트워크의 작동 파라미터(예컨대, 비트 에러율, 패킷 에러율 등)가 다양한 가중치를 제안할 수 있으므로, 최적의 가중이 실험적으로 결정될 수 있음을 알아야 할 것이다. 다음 패킷 및 피기백 패킷(들)은 조합될 수 있다(단계 S1906). 따라서, 조합된 패킷은 단계 S1810에서 전송할 준비가 될 것이다. 다시 한번, 1차 메시지와 2차 메시지 이상으로 피기백하는 다중 메시지를 수용하도록 특정 예시적인 실시예에서 이 프로세서가 루핑될 수 있음을 알 것이다.
도 19에 도시된 프로세스의 예로써, 브로드캐스트 영역 내에 5 개의 링크가 존재하는 시스템을 가정한다. 4 개의 링크는 가능한 파트너 링크로서 평가된다. 기준은 파트너 링크가 다음 패킷의 수신기보다 높은 수신 SNR 20 dB를 가진다는 것일 수 있다. 2 개의 링크가 기준을 만족시킨다고 더 가정한다. 이어서 그 링크들 중 하나를 사용하는 가장 앞쪽의 패킷에 대해 큐가 검색될 수 있다. 검색 속도를 증가시키는 데 계산 향상(예컨대, 링크 파트너 사전결정 및 콘텐츠 어드레싱가능 메모리의 사용 등)이 사용될 수 있다. 물론, 이 예가 예로써 그리고 제한 없이 제공됨을 알 것이다.
링크 세트 정보는 전술한 기술 외에 또는 그와 별개로 다양한 방식으로 영향을 줄 수 있다. 예컨대, 2 개의 패킷이 발신지 A로부터 착신지 C로 스케줄링된다고 가정한다. 만일 A가 C에 직접 도달할 수 있으면, 네트워크는 A-C 링크를 두 번 사용하도록 선택할 수 있다. 이 경우에, B를 경유하여 C로 전송된 A(예컨대, A-B, 이어서 B-C)는 2 개의 패킷을 전달하는 가능한 방법이다. 이 배치를 이용하기 위해 네트워크 알고리즘(예컨대, 네트워크 라우팅 알고리즘)을 구현하는 것은 지연 감소, 처리량 증가 등과 같은 네트워크 리소스 이점을 가질 수 있다.
3.1.2 예시적인 메시지 수신 기술
대응하여, SNR이 낮은 수신기는 정규 디코딩을 수행할 수 있지만, SNR이 높은 수신기는 피기백 링크가 수신기에 할당되어왔을 가능성이 있는 경우에 피기백 디코딩을 수행할 수 있다. 특정 예시적인 실시예에 따르면, (예컨대, 비트를 어드레싱하는) 예정된 수신기(들)를 식별하는 데 데이터 스트림 내의 비트가 사용될 수 있다. 어드레싱하는 데 필요한 비트의 수가 예컨대, 네트워크 내의 노드의 수, 메시지가 동시에 전송될 수 있는 노드의 수 등에 의존할 수 있음을 알 것이다.
피기백 패킷이 분리가능한지를 검증하기 위해 터보 코드를 이용하는 기본 시뮬레이션이 생성되었다. 이 예시적인 시뮬레이션에서, 각각의 전송된 블록은 채널 강도 차이만큼 스케일링된 2차 코드워드에 추가된 1차 코드워드를 포함하였다. 20 dB 및 30 dB의 상대적인 채널 강도 차이에서 어떠한 성능 저하도 보이지 않았지만, 10 dB의 전력 차이에서 약한 수신기에 대하여 0.6 dB Eb/No 손실이 관찰되었다. 아날로그-디지털 변환 및 다른 예시적인 구현 측면은 모델링되지 않았지만, 특정 예시적인 실시예가 이러한 측면을 수용하도록 구현될 수 있음을 알 것이다.
3.2 예시적인 하드웨어 및/또는 소프트웨어 변경
특정 예시적인 실시예는 하나의 송신기 노드가 지향성 안테나를 구비하고 하나 이상의 수신기 노드가 이에 결합된 전방향성 안테나를 구비하는 애플리케이션에 상당히 적합하다. 따라서, 송신기와 수신기 사이의 거리는 특정 예시적인 실시예가 보다 빠른 전송을 허용하도록 영향을 줄 수 있는 SNR 배치를 생성하는 거리에 기반하여 변한다. 전방향성 안테나로부터 전방향성 안테나로의 통신도 유사한 배치를 생성할 수 있다. 이러한 배치는 예컨대, 위성 네트워크, 셀룰러 네트워크, PDA가 서버와 통신하는 네트워크 등에서 발견될 수 있다.
피기백 통신이 구현될 수 있는 다른 배치는 동일한 위치에서 2 개의 개별 안테나 개구부를 사용하는 것에 관한 것이다. 예컨대, 도 20a 및 도 20b는 송신기와 수신기 양자 모두 각각의 송신기 안테나가 상이한 개구부를 가지는 2 개의 안테나를 포함하는 또 다른 변경을 설명한다. 특히, 도 20a는 예시적인 실시예에 따라 각각 상이한 개구부를 가지는 2 개의 안테나를 사용하여 통신하는 예시적인 송신기를 도시하고, 도 20b는 예시적인 실시예에 따라 2 개의 안테나를 사용함으로써 도 20a의 송신기와 통신하도록 구성된 예시적인 수신기를 도시한다. 이들 예시적인 실시예는 동일한 변조를 이용하지만 2 개의 상이한 안테나 개구부를 사용하는 동일한 주파수에서 발생할 수 있다. 송신기(2000)는 안테나 개구부(A)(2002)를 통해 하나의 메시지를 전송할 수 있고 안테나 개구부(B)(2004) 상에 다른 메시지를 전송할 수 있다. 상이한 최대 치수를 가진 안테나 개구부(A)(2002) 및 (B)(2004)를 제공함으로써, 근역장/원역장 변환이 대략 2D/λ2이므로(D는 안테나 개구부의 최대 치수이고, λ는 파장임), 근/원 브레이크포인트는 2 개의 전송에 대해 상이할 것이다. 따라서 송신기를 가리키는 라인을 따라 거리(d)만큼 분리된 2 개의 수신 안테나(2012,2014)를 구비한 수신기(2010)는 (α가 적절히 설정되는 경우에) 합산기(2018)에서 수신 안테나(2014)의 출력에 가산되는 경우에 스케일러(2016)에 의해 (예컨대, -α배 만큼) 수신 안테나(2012)의 출력을 적절히 가중시킴으로써 송신기 안테나 개구부(A)(2002) 또는 송신기 안테나 개구부(B)(2004)로부터 전송을 완전히 제거할 수 있다.
원역장 브레이크포인트 및 전송 전력을 적절히 조정함으로써, 이 2 개의 개구부 기반 통신 실시예는 가장 먼 수신기가 전송으로부터 덜 먼 수신기까지 감지할 수 있을 정도의 어떠한 간섭도 수신하지 않게 되도록 기능하게 될 수 있으며 따라서 가장 먼 수신기는 2 개의 안테나 개구부와 가중화 합성기를 사용할 필요가 없을 것이다. 예컨대, 하나의 안테나는 주로 예컨대, 대략 1/r2으로 하강하는 필드를 가지는 통신 신호를 방사할 수 있고, 다른 안테나는 주로 예컨대, 대략 1/r3으로 하강하는 필드를 가지는 통신 신호를 방사할 수 있다. 비교적 먼 수신기는 대략 1/r3으로 하강하는 방사에 의해 영향을 받지 않을 수도 있다. 그 대신에 또는 부가적으로, 송신기에 가까운 수신기는 차동 안테나를 사용함으로써 대략 1/r3 신호의 SNR을 강화할 수 있다.
다른 선택적인 변경은 유한 워드-길이, 확장가능 워드, 무한 워드(또는 시뮬레이션 무한 워드-길이) 등을 사용하는 것을 포함할 수 있다. 특정 예시적인 실시예에서 아날로그-디지털 분해능도 구현될 수 있다. 또한, 특정 예시적인 실시예는 (예컨대, SNR을 추정하고 그에 따라 리던던트 데이터를 전송함으로써 등) 성능에 대하여 SNR 에러율에 대한 영향을 고려할 수 있다.
전술한 예시적인 실시예는 (예컨대, SNR을 이용하여) 물리 계층에 대한 액세스에 관하여 설명되었지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않는다. 예컨대, 특정 예시적인 실시예는 공동 전송 레이트를 결정하는 데 링크 비트 에러율 및/또는 패 킷 에러율에 관한 링크 성능의 상당한 차이를 이용할 수 있다. 예시적인 실시예에 따른 2-사용자 2진 브로드캐스트 채널에 대한 예시적인 레이트 곡선은 도 21에 도시되는데, 사용자 1은 10E-6 BER로 작동한다. (Cover, T. M. 및 J. A. Thomas의 Elements of Information Theory를 참조한다.) 이동 위성 채널에서 발생할 수 있는 BER의 범위를 반영하기 위해 사용자 2의 불량 실행 링크가 선택되었다. 곡선은 시분할 다중화(TDM)를 통한 브로드캐스트 코딩의 이점을 나타낸다. 예컨대, 약한 채널이 약 20% BER에 있으면, TDM은 사용자 2가 0.24 비트/전송을 필요로 하는 경우에 사용자 1이 0.14 비트/전송에서 동작하게 하지만, 브로드캐스트 코딩과 함께 (0.21, 0.24)의 공동 레이트를 이용할 수 있다. 위성 채널 페이딩은 시간에 걸쳐 상관되고 곡선에서 모델링되지 않는다. 또한, 본 명세서에 설명된 특정 기술과 함께 또는 대신하여 멀티캐스트와 같은 다른 기술이 사용될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 예시적인 실시예가 무선 통신에 관한 큰 부분으로 설명되었지만, 본 발명은 이것으로 제한되지 않는다. 예컨대, 몇몇 기술은 예컨대, 공유 통신 버스를 사용하는 유선 시스템에 적용될 수 있다.
4. 예시적인 터보 코딩 기술을 통한 예시적인 노드 대 노드 개선
터보 코드는 샤논 한계(shannon limit)에 가까운 비트 에러율(BER)의 관점에서 성능을 획득한다. 일반적으로, 터보 코드는 대응하는 전송 전력의 증가 없이 데이터 레이트의 증가를 가능하게 한다. 이에 대응하여, 터보 코드는 특정 데이터 레이트로 전송하는 데 사용된 전력량을 감소시킬 수 있다. 부가적으로, 터보 코드 는 상대적인 SNR에 관한 가정을 내장함으로써, 상대적인 노드 SNR에 의존하여 메시지를 전송하는 본 명세서에 설명된 예시적인 실시예와 함께 사용하기에 편리해진다. 당업자가 알 게 되듯이, 터보 코드 인코더는 일반적으로 순환적인 규칙적 컨볼루션 코드의 병렬 연결을 사용하여 구성된다. 대응하는 터보 코드 디코더는 일반적으로 파이프라인 동일 기본 디코더로서 구현된 피드백 디코딩 룰을 사용하여 구성된다. (IEEE International Communications Conference, Geneva, Switzerland, May, 1993: 1064-1070, Berrou, Claude, Alain Glavieux 및 Punya Thitimajshima의 "Near Shannon Limit error-correcting coding and decoding: Turbo-Codes"를 참조한다.) 터보 코드는 특히 일반적으로 데이터 변조 잡음이 없는(예컨대, 위성 통신) 제한된 대역폭 링크에 걸쳐 최대 정보 전송을 획득하는 데 필요한 애플리케이션에서 사용하기에 상당히 적합하다. 이러한 인코더와 디코더에 대한 다른 기술은 혼동을 피하기 위해 생략된다. 임의의 터보 코드 인코더 및 디코더가 사용될 수 있음을 알 것이다. 또한, 일대일 원리에 기초한 메시지의 전송을 향상시키기 위해 다른 코드 -터보 코드에 관련되거나 관련되지 않음- 가 구현될 수 있음을 알 것이다.
도 22는 예시적인 실시예에 따라 데이터가 터보 코딩되고 네트워크를 통해 피기백될 수 있는 방법을 도시하는 예시적인 순서도이다. 단계(S2202)에서, 전송될 다음 패킷의 링크 SNR이 결정된다. 이어서, 단계(S2204)에서 다음 패킷에 대해 피기백하는 것을 허용하는 가능한 파트너 링크가 결정된다. 단계(S2205)에서 적합한 메시지가 터보 코딩된다. 만일 단계(S2206)에서 피기백이 가능하다고 결정되 면, 데이터는 단계(S2208)에서 피기백되고 단계(S2210)에서 전송된다. 단계(S2208)의 피기백 프로세스가 도 19에 관하여 설명된 피기백 프로세스와 유사하게 수행될 수 있음을 알 것이다. 그러나, 만일 단계(S2206)에서 피기백이 가능하지 않다고 결정되면, 데이터는 피기백되지 않고 단계(S2210)에서 통상적으로 전송된다. 도 22에 관하여 설명된 예시적인 실시예가 도 18에 관하여 설명된 것과 유사하므로, 다른 상세한 설명은 생략됨을 알 것이다. 그러나, 특정 예시적인 실시예가 예컨대, 채널 효과를 정정하기 위해 동기화 파라미터를 추정하는 추가 단계를 포함할 수 있음을 알 것이다.
이들 기술은 예컨대, 추가 대역폭(예컨대, 위성 시스템에 대한 RF 대역폭)을 필요로 하지 않으면서 네트워크 집합 데이터 레이트를 증가시키므로 특히 유리하다. 또한, 2차 사용자가 상이한 사용자용으로 지정된 채널 상에서 데이터를 수신할 수 있다. 데이터 레이트 용량을 증가시키고 네트워크 지연을 감소시키는 것 외에, 피기백과 함께 알려진 코드(예컨대, 터보 코드)가 사용되어, (예컨대, 커스텀 인코더 및 디코더를 필요로 할 수 있는 커스텀 코드를 사용하는 것에 비해) 노드 설계를 간단하게 할 수 있다.
본 발명은 현재 가장 실용적이고 바람직한 실시예인 것으로 고려되는 것과 관련하여 설명되었지만, 본 발명은 개시된 실시예로 제한되지 않으며, 오히려 본 발명의 사상 및 범주 내에 포함된 다양한 변경 및 균등한 장치를 커버하도록 의도된다. 또한, 전술한 다양한 실시예는 다른 실시예와 함께 구현될 수 있는데, 예컨대, 일 실시예의 측면이 다른 실시예의 측면과 조합되어 또 다른 실시예를 구현할 수 있다.

Claims (47)

  1. 각각의 노드가 프로세서를 포함하는 노드들 사이에서 메시지를 전달하는 방법에 있어서,
    송신기의 프로세서를 이용하여, 상기 송신기로부터 전달될 1차 메시지와 적어도 하나의 2차 메시지를 식별하는 단계 -상기 1차 메시지는 제 1 수신기 노드용으로 지정되고 상기 적어도 하나의 2차 메시지는 제 2 수신기 노드용으로 지정됨- 와,
    상기 송신기의 프로세서를 이용하여, 터보 코딩된 1차 메시지를 형성하기 위해 상기 1차 메시지를 터보 코딩하는 단계와,
    상기 송신기의 프로세서를 이용하여, 터보 코딩된 2차 메시지를 형성하기 위해 각각의 2차 메시지를 터보 코딩하는 단계와,
    상기 송신기의 프로세서를 이용하여, 상기 터보 코딩된 1차 메시지로 적어도 하나의 상기 터보 코딩된 2차 메시지의 피기백(piggyback)이 가능함을 나타내는 신호에 응답하여, 터보 코딩된 피기백 메시지를 형성하기 위해 상기 터보 코딩된 1차 메시지로 상기 적어도 하나의 터보 코딩된 2차 메시지를 피기백하는 단계 -상기 신호는 송신기 노드에 관하여 상기 제 1 수신기 노드 및 상기 제 2 수신기 노드의 특성에 적어도 부분적으로 기초함- 와,
    상기 송신기 노드에 관한 상기 제 1 수신기 노드의 SNR 및 상기 송신기 노드에 관한 상기 제 2 수신기 노드의 SNR에 적어도 부분적으로 기초하여 스케일 계수를 결정하는 단계를 포함하되,
    상기 피기백하는 단계는,
    상기 스케일 계수에 의해 상기 적어도 하나의 터보 코딩된 2차 메시지를 스케일링하여 스케일링된 메시지를 형성하고,
    상기 터보 코딩된 1차 메시지와 상기 스케일링된 메시지를 합함으로써 실행되는
    노드들 사이의 메시지 전달 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호가 피기백이 가능함을 나타내면, 상기 터보 코딩된 피기백 메시지를 전송하는 단계와,
    상기 신호가 피기백이 가능하지 않음을 나타내면, 상기 터보 코딩된 1차 메시지 및/또는 상기 적어도 하나의 터보 코딩된 2차 메시지를 전송하는 단계를 더 포함하는
    노드들 사이의 메시지 전달 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 노드들 사이의 각각의 링크에 대응하는 특성을 저장하는 리스트를 유지하는 단계를 더 포함하는
    노드들 사이의 메시지 전달 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 리스트는 정적인
    노드들 사이의 메시지 전달 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 리스트는 상기 노드들 사이의 피드백에 기초하여 유지되는
    노드들 사이의 메시지 전달 방법.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 신호는 상기 리스트에 또한 기초하는
    노드들 사이의 메시지 전달 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 수신기 노드의 특성은 상기 송신기 노드에 관한 SNR이고, 상기 제 2 수신기 노드의 특성은 상기 송신기 노드에 관한 SNR인
    노드들 사이의 메시지 전달 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 1차 메시지와 상기 적어도 하나의 2차 메시지를 식별하는 단계는 피기백할 수 있고/있거나 피기백하고 있는 가장 앞쪽의 패킷에 대한 메시지 큐를 검색하는 단계를 포함하는
    노드들 사이의 메시지 전달 방법.
  11. 각각의 노드가 프로세서를 포함하는 노드들 사이에서 메시지를 전달하는 방법에 있어서,
    송신기 노드와 적어도 2 개의 수신기 노드를 식별하는 단계와,
    송신기의 프로세서를 이용하여, 상기 송신기 노드로부터 전송될 1차 메시지와 적어도 하나의 2차 메시지를 식별하는 단계 -각각의 메시지는 메시지 큐에 저장되고, 각각의 메시지는 데이터의 패킷을 포함함- 와,
    상기 송신기의 프로세서를 이용하여, 상기 전송될 상기 1차 메시지의 다음 패킷을 결정하는 단계와,
    상기 송신기의 프로세서를 이용하여, 터보 코딩된 1차 메시지를 형성하기 위해 상기 1차 메시지를 터보 코딩하는 단계와,
    상기 송신기의 프로세서를 이용하여, 터보 코딩된 2차 메시지를 형성하기 위해 각각의 2차 메시지를 터보 코딩하는 단계와,
    상기 다음 패킷에 대한 피기백을 지원할 수 있는 노드 사이의 가능한 파트너 링크를 식별하는 단계와,
    상기 송신기의 프로세서를 이용하여, 상기 피기백이 가능함을 나타내는 신호에 응답하여 상기 터보 코딩된 1차 메시지의 다음 패킷으로 각각의 터보 코딩된 2차 메시지의 패킷을 피기백함으로써 완전(full) 메시지를 생성하는 단계를 포함하되,
    상기 신호는 상기 송신기 노드에 관한 상기 적어도 2 개의 수신기 노드의 상대적인 신호 대 잡음비에 적어도 부분적으로 기초하고,
    상기 터보 코딩된 1차 메시지의 다음 패킷으로 각각의 터보 코딩된 2차 메시지의 패킷을 피기백하는 단계는,
    각각의 터보 코딩된 2차 메시지에 대하여, 파트너 링크를 사용하는 가장 앞쪽의 2차 패킷에 대한 메시지 큐를 검색함으로써 피기백 패킷을 식별하는 단계와,
    링크 신호 대 잡음비에 따라 각각의 피기백 패킷을 스케일링하는 단계와,
    상기 다음 패킷과 각각의 피기백 패킷을 조합하는 단계를 포함하는
    노드들 사이의 메시지 전달 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    피기백이 가능하면, 상기 완전 메시지를 전송하는 단계와,
    피기백이 가능하지 않으면, 상기 터보 코딩된 1차 메시지 및/또는 상기 적어도 하나의 터보 코딩된 2차 메시지를 전송하는 단계를 더 포함하는
    노드들 사이의 메시지 전달 방법.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    노드들 사이의 링크마다 링크 신호 대 잡음비를 추정하는 단계를 더 포함하는
    노드들 사이의 메시지 전달 방법.
  16. 노드들의 네트워크를 통해 메시지를 중계하는 시스템에 있어서,
    송신기 노드 및 적어도 2 개의 수신기 노드 -각각의 노드는 터보 코드 인코더와 이에 결합된 터보 코드 디코더를 구비하고, 상기 송신기 노드와 상기 적어도 2 개의 수신기 노드 각각은 적어도 1차 메시지와 적어도 하나의 2차 메시지를 전달하도록 구성됨- 를 포함하되,
    상기 1차 메시지와 상기 적어도 하나의 2차 메시지는 상기 송신기 노드에 관하여 상기 적어도 2 개의 수신기 노드의 신호 대 잡음비의 비교에 적어도 부분적으로 기초하여 터보 코드 인코딩되고 상기 송신기 노드로부터 상기 적어도 2 개의 수신기 노드로 전송되며,
    상기 1차 메시지와 상기 적어도 하나의 2차 메시지는 상기 비교에 적어도 부분적으로 기초하여 피기백되고,
    각각의 노드는 피기백 메커니즘을 포함하되,
    상기 피기백 메커니즘은,
    스케일 계수에 기초하여 상기 적어도 하나의 터보 코딩된 2차 메시지를 스케일링하여 스케일링된 메시지를 형성하도록 동작가능한 스케일러 - 상기 스케일 계수는 상기 송신기 노드에 관한 상기 적어도 2 개의 수신기 노드의 SNR에 적어도 부분적으로 기초함 - 와,
    상기 스케일링된 메시지와 상기 터보 코딩된 1차 메시지를 합하도록 동작가능한 합산기를 포함하는
    노드들의 네트워크를 통한 메시지 중계 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    전달될 메시지를 저장하도록 동작가능한 노드와 관련된 메시지 큐를 더 포함하는
    노드들의 네트워크를 통한 메시지 중계 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 네트워크 내 노드들 사이의 각각의 링크에 대한 SNR 리스트를 더 포함하는
    노드들의 네트워크를 통한 메시지 중계 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 노드들은 상기 리스트를 갱신하도록 동작가능한
    노드들의 네트워크를 통한 메시지 중계 시스템.
  20. 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,
    상기 네트워크 내의 노드들 사이의 각각의 링크에 대한 비교를 구비한 리스트를 더 포함하는
    노드들의 네트워크를 통한 메시지 중계 시스템.
  21. 삭제
  22. 제 17 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 메시지 큐는 피기백할 수 있고/있거나 피기백하고 있는 가장 앞쪽의 패킷을 출력하도록 동작가능한
    노드들의 네트워크를 통한 메시지 중계 시스템.
  23. 제 16 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비교가 상기 송신기 노드에 관하여 상기 적어도 2 개의 수신기 노드에 대한 실질적인 SNR을 나타내면, 상기 터보 코딩된 1차 메시지와 상기 적어도 하나의 터보 코딩된 2차 메시지는 피기백되는
    노드들의 네트워크를 통한 메시지 중계 시스템.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 실질적인 SNR은 100:1인
    노드들의 네트워크를 통한 메시지 중계 시스템.
  25. 노드들의 네트워크를 통해 메시지를 중계하는 시스템에 있어서,
    송신기로부터 전달될 1차 메시지와 적어도 하나의 2차 메시지를 식별하는 수단 -상기 1차 메시지는 제 1 수신기 노드용으로 지정되고 상기 적어도 하나의 2차 메시지는 제 2 수신기 노드용으로 지정됨- 과,
    인코딩된 1차 메시지를 생성하기 위해 상기 1차 메시지를 인코딩하는 수단과,
    인코딩된 2차 메시지를 생성하기 위해 각각의 2차 메시지를 인코딩하는 수단과,
    상기 1차 메시지로 상기 적어도 하나의 2차 메시지의 피기백이 가능함을 나타내는 신호에 응답하여, 피기백 메시지를 형성하기 위해 상기 인코딩된 1차 메시지로 상기 적어도 하나의 인코딩된 2차 메시지를 피기백하는 수단 -상기 신호는 송신기 노드에 관하여 상기 제 1 수신기 노드와 상기 제 2 수신기 노드의 특성에 적어도 부분적으로 기초함- 과,
    상기 송신기 노드에 관한 상기 제 1 수신기 노드의 SNR 및 상기 송신기 노드에 관한 상기 제 2 수신기 노드의 SNR에 적어도 부분적으로 기초하여 스케일 계수를 결정하는 수단을 포함하되,
    상기 피기백하는 수단은,
    상기 스케일 계수에 의해 상기 적어도 하나의 터보 코딩된 2차 메시지를 스케일링하여 스케일링된 메시지를 형성하고, 상기 터보 코딩된 1차 메시지와 상기 스케일링된 메시지를 합하도록 구성되는
    노드들의 네트워크를 통한 메시지 중계 시스템.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 피기백 메시지 및/또는 상기 1차 메시지 및/또는 상기 적어도 하나의 2차 메시지를 전송하도록 구성된 송신기를 더 포함하는
    노드들의 네트워크를 통한 메시지 중계 시스템.
  27. 삭제
  28. 삭제
  29. 삭제
  30. 삭제
  31. 삭제
  32. 통신 네트워크를 통해 메시지를 중계하는 방법에 있어서,
    적어도 하나의 송신기 노드로부터 전달될 1차 메시지와 적어도 하나의 2차 메시지를 식별하는 단계 -상기 1차 메시지는 하나 이상의 제 1 수신기 노드용으로 지정되고 상기 적어도 하나의 2차 메시지는 하나 이상의 제 2 수신기 노드용으로 지정됨- 과,
    상기 1차 메시지를 터보 코딩하는 단계와,
    적어도 하나의 2차 메시지를 터보 코딩하는 단계와,
    상기 1차 메시지와 상기 적어도 하나의 2차 메시지가 실질적으로 동일한 채널을 통해 실질적으로 동시에 전송될 수 있도록 실질적으로 비직교 피기백 메시지를 형성하기 위해 상기 1차 메시지로 상기 적어도 하나의 2차 메시지를 피기백하는 단계를 포함하되,
    상기 피기백하는 단계는,
    상기 적어도 하나의 송신기 노드와, 상기 하나 이상의 제 1 수신기 노드 및 상기 하나 이상의 제 2 수신기 노드 사이의 사전정의된 SNR에 기초하여 스케일 계수를 결정하고,
    상기 스케일 계수에 의해 상기 적어도 하나의 터보 코딩된 2차 메시지를 스케일링하여 스케일링된 메시지를 형성하고,
    상기 터보 코딩된 1차 메시지와 상기 스케일링된 메시지를 합함으로써 수행되는
    통신 네트워크를 통한 메시지 중계 방법.
  33. 제 32 항에 있어서,
    수신기 노드가 메시지를 수신하는 경우에, 상기 메시지가 피기백 메시지인지 여부에 따라 상기 메시지를 처리하는 단계를 더 포함하는
    통신 네트워크를 통한 메시지 중계 방법.
  34. 삭제
  35. 제 32 항 또는 제 33 항에 있어서,
    상기 피기백 메시지는 멀티캐스트 정보를 포함하는
    통신 네트워크를 통한 메시지 중계 방법.
  36. 통신 네트워크를 통해 메시지를 중계하는 시스템에 있어서,
    적어도 1차 메시지와 적어도 하나의 2차 메시지를 전달하도록 구성된 송신기 노드 및 적어도 2 개의 수신기 노드를 포함하되,
    상기 1차 메시지와 상기 적어도 하나의 2차 메시지는 피기백되어 실질적으로 비직교 피기백 메시지를 형성하여, 상기 1차 메시지와 상기 적어도 하나의 2차 메시지는 실질적으로 동일한 채널을 통해 실질적으로 동시에 전송될 수 있고,
    상기 송신기 노드는 또한 상기 1차 메시지와 상기 적어도 하나의 2차 메시지를 터보 코딩하도록 구성되되,
    상기 1차 메시지와 상기 적어도 하나의 2차 메시지는 상기 송신기 노드와 상기 적어도 2 개의 수신기 노드 사이의 사전정의된 SNR에 기초한 스케일 계수에 의존하여 피기백되고, 그에 따라, 상기 적어도 하나의 터보 코딩된 2차 메시지는 상기 스케일 계수에 의해 스케일링되어 스케일링된 메시지를 형성하고 상기 터보 코딩된 1차 메시지와 상기 스케일링된 메시지는 합산되는
    통신 네트워크를 통한 메시지 중계 시스템.
  37. 제 36 항에 있어서,
    각각의 수신기 노드는 또한 수신 메시지가 피기백 메시지인지 여부에 따라 상기 수신 메시지를 처리하도록 동작가능한
    통신 네트워크를 통한 메시지 중계 시스템.
  38. 삭제
  39. 제 36 항 또는 제 37 항에 있어서,
    상기 1차 메시지는 하나 이상의 수신기 노드를 향해 브로드캐스트되는
    통신 네트워크를 통한 메시지 중계 시스템.
  40. 제 36 항 또는 제 37 항에 있어서,
    상기 피기백 메시지는 멀티캐스트 정보를 포함하는
    통신 네트워크를 통한 메시지 중계 시스템.
  41. 노드들의 네트워크를 통해 중계될 메시지를 준비하도록 구성된 인코더를 저장하는 송신기 노드의 비-일시적 컴퓨터 저장 매체에 있어서,
    상기 인코더는,
    상기 송신기 노드에 관하여 적어도 하나의 제 1 수신기 노드의 신호 대 잡음비 및 적어도 하나의 제 2 수신기 노드의 신호 대 잡음비의 비교에 적어도 부분적으로 기초하여, 상기 적어도 하나의 제 1 수신기 노드용으로 지정된 1차 메시지를 터보 코딩하고 상기 적어도 하나의 제 2 수신기 노드용으로 지정된 적어도 하나의 2차 메시지를 터보 코딩하도록 구성된 터보 인코딩 모듈과,
    상기 비교에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 1차 메시지로 상기 적어도 하나의 2차 메시지를 피기백함으로써 피기백 메시지를 생성하도록 구성된 피기백 모듈을 포함하되,
    상기 비교는, 상기 적어도 하나의 터보 코딩된 2차 메시지를 스케일링하기 위한 스케일 계수로서 사용되어, 상기 피기백 메시지를 생성할 시에 상기 터보 코딩된 1차 메시지와 함께 합산될 스케일링된 메시지를 형성하기 위한 것인
    비-일시적 컴퓨터 저장 매체.
  42. 제 41 항에 있어서,
    상기 인코더는, 상기 비교에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 피기백 메시지, 상기 1차 메시지 및 상기 적어도 하나의 2차 메시지 중 적어도 하나를 전송하도록 구성된 송신 모듈을 더 포함하는
    비-일시적 컴퓨터 저장 매체.
  43. 노드들의 네트워크를 통해 중계될 메시지를 준비하도록 구성된 인코더를 저장하는 송신기 노드의 비-일시적 컴퓨터 저장 매체에 있어서,
    상기 인코더는,
    적어도 하나의 제 1 수신기 노드용으로 지정된 1차 메시지로 적어도 하나의 2차 수신기 노드용으로 지정된 적어도 하나의 2차 메시지를 피기백함으로써 피기백 메시지를 생성하도록 구성된 피기백 모듈 -상기 피기백 메시지는 실질적으로 비직교하여, 상기 1차 메시지와 상기 적어도 하나의 2차 메시지는 실질적으로 동일한 채널을 통해 실질적으로 동시에 전송될 수 있음- 과,
    상기 1차 메시지와 상기 적어도 하나의 2차 메시지를 터보 코딩하도록 구성된 터보 인코딩 모듈을 포함하되,
    상기 1차 메시지 및 상기 적어도 하나의 2차 메시지는 상기 송신기 노드와 상기 수신기 노드 사이의 신호 대 잡음 비의 비교에 의존하여 피기백되고,
    상기 비교는, 상기 적어도 하나의 터보 코딩된 2차 메시지를 스케일링하기 위한 스케일 계수로서 사용되어 상기 피기백 메시지를 생성할 시에 상기 터보 코딩된 1차 메시지와 함께 합산될 스케일링된 메시지를 형성하기 위한 것인
    비-일시적 컴퓨터 저장 매체.
  44. 노드들의 네트워크를 통해 송신기 노드로부터 수신된 메시지를 처리하도록 구성된 디코더를 저장하는 수신기 노드의 비-일시적 컴퓨터 저장 매체에 있어서,
    상기 디코더는,
    상기 송신기 노드에 관하여 적어도 하나의 제 1 수신기 노드의 신호 대 잡음비 및 적어도 하나의 제 2 수신기 노드의 신호 대 잡음비의 비교에 적어도 부분적으로 기초하여, 상기 적어도 하나의 제 1 수신기 노드용으로 지정된 1차 메시지를 터보 디코딩하고 상기 적어도 하나의 제 2 수신기 노드용으로 지정된 적어도 하나의 2차 메시지를 터보 디코딩하도록 구성된 터보 디코딩 모듈과,
    상기 비교에 적어도 부분적으로 기초하여 피기백 메시지를 분리하도록 구성된 분리 모듈 -상기 피기백 메시지는 상기 적어도 하나의 2차 메시지와 상기 1차 메시지를 포함함- 을 포함하되,
    상기 비교는 상기 적어도 하나의 터보 디코딩된 2차 메시지를 스케일링하기 위한 스케일 계수로서 사용되어 상기 터보 디코딩된 1차 메시지로부터 차감될 스케일링된 메시지를 형성하기 위한 것인
    비-일시적 컴퓨터 저장 매체.
  45. 제 44 항에 있어서,
    상기 터보 디코딩 모듈은 터보 디코딩 프로세스를 제어하도록 구성된 스위치를 더 포함하는
    비-일시적 컴퓨터 저장 매체.
  46. 삭제
  47. 삭제
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