KR101462816B1 - 계층 변조를 이용한 협력 통신 시스템 및 그 통신 방법 - Google Patents

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세종대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 계층 변조를 이용한 협력 통신 시스템 및 그 통신 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 계층 변조를 이용한 협력 통신 시스템은, 전송할 데이터를 리드 솔로몬 코딩하고, 상기 전송할 데이터 중에서 기 설정된 중요 데이터에 대해 축약된 리드 솔로몬 코딩을 수행하는 제1 리드 솔로몬 인코딩부; 상기 리드 솔로몬 코딩된 중요 데이터와 상기 중요 데이터에 대한 패러티 비트는 HP(High Priority) 영역에 매핑되고, 나머지 데이터 및 전체 패러티 비트는 LP(Low Priority) 영역에 매핑되도록 계층 변조하는 제1 계층 변조부; 및 상기 계층 변조된 데이터를 중계 단말 및 수신 단말로 송신하는 제1 송신부를 포함한다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 리드 솔로몬 디코딩부의 에러 정정능력에 따라 통신 채널 환경이 좋지 않은 경우에는 수신단에서 최소의 서비스를 만족시킬 수 있으며, 통신 채널 환경이 좋은 경우에는 많은 데이터의 전송을 가능하게 한다.

Description

계층 변조를 이용한 협력 통신 시스템 및 그 통신 방법{COOPERATIVE COMMUNICATION SYSTEM USING HIERARCHICAL MODULATION}
본 발명은 협력 통신 시스템 및 그 통신 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 통신 채널 환경에 따른 계층 변조를 이용한 협력 통신 시스템 및 그 통신 방법에 관한 것이다.
무선 통신 환경에서, 페이딩은 통신 품질과 관련하여 해결해야 할 큰 문제 중 하나이다. 페이딩은 수신 신호의 감쇄의 원인이 된다. 그래서 수신단은 원신호를 복원하는데 어려움을 겪게 된다. 이를 이동통신 기기들이 극복하기 위한 방안으로 협력 통신이 제안되었다.
협력 통신에서 여러 사용자는 가상의 안테나 배열을 이루어 가상의 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 형태를 구축한다. 다시 말해, 협력 통신이란 상황에 따라 안테나를 공유하여 마치 하나의 이동통신 기기에서 정보를 보내는 것처럼 보이도록 하는 기술이다. 협력 통신은 크게 송신 단말, 중계 단말, 수신 단말로 구성된다. DF(Decode-and-forward) 기법은 협력 통신을 이루는 방법 중에 한가지 방법으로 채널코딩과 결합되면 잡음 등에 강한 성질을 가지게 된다.
기존의 통식 방법은 다음과 같다. 첫 번째 단계에서 송신단은 보내고자 하는 메시지를 리드 솔로몬 코딩으로 인코딩을 한 후에, 정해진 변조기법을 활용하여 변조한 후 브로드캐스팅 한다. 미리 정해진 중계단에서는 이 신호를 수신 후에 디코딩을 한다. 만일 디코딩 과정이 성공적이라면, 송신단과 같은 과정의 인코딩 및 변조 과정을 거친 후 수신단으로 신호를 전송한다. 두 번째 단계에서 수신단은 송신단 및 중계단으로부터 받은 신호를 MRC(Maximal Ratio Combining) 과정 이후에 복조 및 디코딩을 통해서 원신호를 복원한다. 이러한 통신 방법의 경우 채널 환경의 변화에 적응적이지 못하다는 단점이 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 공개특허공보 제2011-0055926호(2011.05.26)에 기재되어 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 통신 채널의 환경에 맞는 변조 및 복조 방법을 고려한 협력 통신 방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 실시예에 따른 계층 변조를 이용한 협력 통신 시스템은, 전송할 데이터를 리드 솔로몬 코딩하고, 상기 전송할 데이터 중에서 기 설정된 중요 데이터에 대해 축약된 리드 솔로몬 코딩을 수행하는 제1 리드 솔로몬 인코딩부; 상기 리드 솔로몬 코딩된 중요 데이터와 상기 중요 데이터에 대한 패러티 비트는 HP(High Priority) 영역에 매핑되고, 나머지 데이터 및 전체 패러티 비트는 LP(Low Priority) 영역에 매핑되도록 계층 변조하는 제1 계층 변조부; 및 상기 계층 변조된 데이터를 중계 단말 및 수신 단말로 송신하는 제1 송신부를 포함하는 송신 단말을 포함한다.
또한, 상기 중계 단말은, 상기 송신 단말로부터 수신된 데이터를 디코딩하는 디코딩부, 상기 디코딩이 성공하면, 상기 디코딩된 데이터에 대하여 리드 솔로몬 코딩하고, 상기 전송할 데이터 중에서 기 설정된 중요 데이터에 대해 축약된 리드 솔로몬 코딩을 수행하는 제2 리드 솔로몬 인코딩부; 상기 리드 솔로몬 코딩된 중요 데이터와 상기 중요 데이터에 대한 패러티 비트는 HP(High Priority) 영역에 매핑되고, 나머지 데이터 및 전체 패러티 비트는 LP(Low Priority) 영역에 매핑되도록 계층 변조하는 제2 계층 변조부; 및 상기 계층 변조된 데이터를 상기 수신 단말로 송신하는 제2 송신부를 포함한다.
또한, 상기 제1 계층 변조부와 상기 제2 계층 변조부는 16 QAM 방식으로 계층 변조할 수 있다.
또한, 상기 수신 단말은, 상기 송신 단말과 상기 중계 단말로부터 수신된 계층 변조된 데이터들을 MRC(maximum ratio combing) 복조하여 상기 리드 솔로몬 코딩된 데이터를 추정하는 MRC부; 상기 리드 솔로몬 코딩된 데이터를 제1 복조 방식으로 복조하는 제1 복조부; 상기 복조된 데이터를 리드 솔로몬 디코딩하는 리드 솔로몬 디코딩부; 및 상기 리드 솔로몬 디코딩하는 과정에서 발생된 에러가 수정이 가능하지 않은 경우에는, 상기 HP(High Priority) 영역에 매핑된 중요 데이터에 대하여 상기 제1 복조 방식보다 저차의 복조 방식인 제2 복조 방식으로 복조하는 제2 복조부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 복조 방식은 16 QAM 방식이고, 상기 제2 복조 방식은 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 복조 방식일 수 있다.
송신 단말, 중계 단말 및 수신 단말을 포함하는 협력 통신 시스템의 협력 통신 방법에 있어서, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 계층 변조를 이용한 협력 통신 시스템의 협력 통신 방법은, 상기 송신 단말은 전송할 데이터를 리드 솔로몬 코딩하고, 상기 전송할 데이터 중에서 기 설정된 중요 데이터에 대해 축약된 리드 솔로몬 코딩을 수행하는 단계; 상기 송신 단말은 상기 리드 솔로몬 코딩된 중요 데이터와 상기 중요 데이터에 대한 패러티 비트는 HP(High Priority) 영역에 매핑되고, 나머지 데이터 및 전체 패러티 비트는 LP(Low Priority) 영역에 매핑되도록 계층 변조하는 단계; 및 상기 송신 단말은 상기 계층 변조된 데이터를 상기 중계 단말 및 수신 단말로 송신하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 계층 변조를 활용한 협력 통신 시스템에 있어서, 리드 솔로몬 디코딩부의 에러 정정능력에 따라 통신 채널 환경이 좋지 않은 경우에는 수신단에서 최소의 서비스를 만족시킬 수 있으며, 통신 채널 환경이 좋은 경우에는 많은 데이터의 전송을 가능하게 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 계층 변조를 이용한 협력 통신 시스템의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 계층 변조를 이용한 협력 통신 시스템에서 송신 단말의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 계층 변조를 이용한 협력 통신 시스템에서 중계 단말의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 계층 변조를 이용한 협력 통신 시스템에서 수신 단말의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 송신 단말에서의 계층 변조를 이용한 협력 통신 방법의 순서도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 리드 솔로몬 및 축약된 리드 솔로몬 코딩을 거쳐 나오는 인코딩된 블록을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 계층 변조의 성상도를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 중계 단말의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 9은 본 발명의 실시예에 따른 수신 단말의 복조 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 계층 변조를 이용한 협력 통신 방법과 기존 방법 간의 비트 오류 확률을 비교한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 계층 변조를 이용한 협력 통신 방법과 기존 방법 간의 데이터 전송률을 비교한 그래프이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
먼저 본 발명의 계층 변조를 이용한 협력 통신 시스템(100)에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 계층 변조를 이용한 협력 통신 시스템의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 계층 변조를 이용한 협력 통신 시스템(100)은 송신 단말(110), 중계 단말(120) 및 수신 단말(130)을 포함한다. 도 1에서는 본 발명에 따른 계층 변조를 이용한 협력 통신 시스템의 채널 모델이 나타나 있으며, 본 시스템은 복호후 전달(Decode-and-forward, DF) 방식의 중계(Relay) 방법을 사용한다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 시스템은 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)에 기반하고 있다.
여기서, 송신 단말(110)은 정보 신호를 송신하는 송신국으로, 중계 단말(120)은 송신 단말(110)과 수신 단말(130) 사이에서 정보 신호를 중계하는 중계기(Relay)로 그리고 수신 단말(130)은 스마트폰, 태블릿PC 등의 사용자 통신 단말로 구현될 수 있다.
도 1의 (a)는 송신 단말(110)이 중계 단말(120) 및 수신 단말(130)에 신호를 전송하는 제1 전송 단계를 나타낸 것이며, 도1의 (b)는 중계 단말(120)이 변조 및 디코딩 과정이 성공적으로 수행한 경우 중계 단말(120)이 수신 단말(130)에 신호를 전송하는 제2 전송 단계를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 계층 변조를 이용한 협력 통신 시스템에서 송신 단말의 구성도이다.
도 2에 나타낸 것처럼, 송신 단말(110)은 제1 리드 솔로몬 인코딩부(111), 제1 계층 변조부(112) 및 제1 송신부(113)를 포함한다.
제1 리드 솔로몬 인코딩부(111)는 전송할 데이터를 리드 솔로몬 코딩하고, 상기 전송할 데이터 중에서 기설정된 중요 데이터에 대해 축약된 리드 솔로몬 코딩을 수행한다. 리드 솔로몬 코딩에 대해서는 본 발명에 따른 협력 통신 방법에서 후술하기로 한다.
제1 계층 변조부(112)는 상기 리드 솔로몬 코딩된 중요 데이터와 상기 중요 데이터에 대한 패러티 비트는 HP(High Priority) 영역에 매핑되고, 나머지 데이터 및 전체 패러티 비트는 LP(Low Priority) 영역에 매핑되도록 계층 변조한다.
즉, 제1 계층 변조부(112) 전송되는 데이터의 중요도에 따라서 중요도가 상대적으로 높은 데이터와 상대적으로 낮은 데이터를 계층적으로 분리하여 변조한다. 즉, 상대적으로 중요도가 높은 데이터 및 그에 대한 패러티 비트는 HP(High Priority) 영역에, 그리고 상대적으로 중요도가 낮은 나머지 데이터 및 전체 패러티 비트는 LP(Low Priority) 영역에 각각 매핑되도록 계층 변조한다.
여기서, 데이터의 상대적 중요도는 전송되는 데이터 간에 상대적으로 결정되며 전송 시작 전에 사용자에 의하거나 또는 데이터가 갖는 특징에 의해 미리 설정될 수 있다.
제1 송신부(113)는 상기 계층 변조된 데이터를 중계단말 및 수신단말로 송신한다. 도 1(a)에서, 제1 송신부(113)의 송신 신호는 x1으로 중계 단말의 수신 신호는 ySR로 수신단의 수신 신호는 ySD로 각각 표시되어 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 계층 변조를 이용한 협력 통신 시스템의 중계 단말의 구성도이다.
도 3에 나타낸 것처럼, 중계 단말(120)은 디코딩부(121), 제2 리드 솔로몬 인코딩부(122), 제2 계층 변조부(123) 및 제2 송신부(124)를 포함한다.
디코딩부(121)는 상기 송신 단말로부터 수신된 데이터를 디코딩한다.
상기 디코딩이 성공하면, 제2 리드 솔로몬 인코딩부(122)는 상기 디코딩된 데이터에 대하여 리드 솔로몬 코딩하고, 상기 전송할 데이터 중에서 기설정된 중요 데이터에 대해 축약된 리드 솔로몬 코딩을 수행한다.
제2 계층 변조부(123)는 상기 리드 솔로몬 코딩된 중요 데이터와 상기 중요 데이터에 대한 패러티 비트는 HP(High Priority) 영역에 매핑되고, 나머지 데이터 및 전체 패러티 비트는 LP(Low Priority) 영역에 매핑되도록 계층 변조한다.
제2 송신부(124)는 상기 계층 변조된 데이터를 상기 수신단말로 송신한다.
또한, 상기 제1 계층 변조부(112)와 상기 제2 계층 변조부(123)는 16-QAM 방식으로 계층 변조 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 계층 변조를 이용한 협력 통신의 수신 단말의 구성도이다.
도 4에 나타낸 것처럼, 수신 단말(130)은 MRC부(131), 제1 복조부(132), 리드 솔로몬 디코딩부(133) 및 제2 복조부(134)를 포함한다.
MRC부(131)는 송신 단말(110)과 중계 단말(120)로부터 수신된 계층 변조된 데이터들을 MRC(Maximum Ratio Combing) 복조(합성)하여 리드 솔로몬 코딩된 데이터를 추정한다.
제1 복조부(132)는 리드 솔로몬 코딩된 데이터를 제1 복조 방식으로 복조한다.
리드 솔로몬 디코딩부(133)는 제1 복조된 데이터를 리드 솔로몬 디코딩한다.
제2 복조부(134)는 상기 리드 솔로몬 디코딩하는 과정에서 발생된 에러가 수정이 가능하지 않은 경우에는, 상기 HP(High Priority) 영역에 매핑된 중요 데이터에 대하여 상기 제1 복조 방식보다 저차의 복조 방식인 제2 복조 방식으로 복조한다.
또한, 제1 복조부(132)는 제1 복조 방식으로서 16-QAM 방식으로, 제2 복조부(134)는 제2 복조 방식으로서 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 복조 방식으로 복조할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 계층 변조를 이용한 협력 통신 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 송신 단말(110)에서의 정보 신호 송신 과정에 대해 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 송신 단말(110)에서의 계층 변조를 이용한 협력 통신 방법의 순서도이다.
도 5에 나타낸 것처럼, 제1 리드 솔로몬 인코딩부(111)는 전송할 데이터를 리드 솔로몬 코딩하고, 상기 전송할 데이터 중에서 기설정된 중요 데이터에 대해 축약된 리드 솔로몬 코딩을 수행한다(S510). 여기서 기설정된 중요 데이터는 상기 본 발명에 따른 시스템에서 상술한 바 있다.
여기서, 리드 솔로몬 코드(Reed-Solomon Code)는 블록(block)에 기반하여 에러를 보정하는 기법으로 현재 디지털 통신과 스토리지(storage) 분야 전반에 걸쳐 광범위하게 사용되고 있는 코드의 일종이다. 따라서, 본 발명에 따른 실시예에서의 리드 솔로몬 코드를 이용하는 코딩 및 디코딩에 관한 기술은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 보편적인 전문가에게 알려진 기술이므로 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 리드 솔로몬 및 축약된 리드 솔로몬 코딩을 거쳐 나오는 인코딩된 블록을 나타내는 도면이다.
제1 리드 솔로몬 인코딩부(111)에 의한 인코딩 결과 도 6과 같은 인코딩된 블록을 개략적으로 표현할 수 있다. 여기서 표시 DBi (i=1,2,…,k)는 인코딩된 데이터 블록들을 나타내고, P13 ,j 및 Pswh ,j (j=1,2,…,n-k)는 중요 데이터에 대한 패러티 비트블록들과 전체 데이터에 대한 패러티 비트블록들을 각각 나타낸다.
다음으로, 제1 계층 변조부(112)는 상기 리드 솔로몬 코딩된 중요 데이터와 상기 중요 데이터에 대한 패러티 비트를 HP(High Priority) 영역에 매핑시키고, 나머지 데이터 및 전체 패러티 비트를 LP(Low Priority) 영역에 매핑시키는 방식으로 계층 변조한다(S320).
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 계층 변조의 성상도를 나타낸다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예로서 제1 계층 변조부(112)는 중요 데이터와 그에 해당되는 패러티 비트는 계층 변조 상의 높은 영역(High Priority, HP)에 매핑되고, 나머지 데이터 및 전체 패러티 비트는 계층 변조 상의 낮은 영역(Low Priority, LP)에 매핑되도록 변조할 수 있다.
또한, 상기 제1 계층 변조부(112)는 코딩된 데이터를16-QAM 방식으로 계층 변조 할 수 있다. 즉, 전체적으로 매핑되는 전체 계층은 16-QAM 형태를 띄게 된다.
제1 송신부(113)는 도 1의 (a)와 같이 계층 변조된 데이터를 중계 단말(120) 및 수신 단말(130)로 송신한다(S530). 즉, 계층 변조된 데이터(심볼)는 사전에 협력 통신 초기화로 인해 선택된 중계 단말(120) 및 수신 단말(130)로 브로드 캐스팅 형태로 송신된다. 도 1(a)에 제1 송신부(113)에 의한 송신 단말의 송신과정이 정보 신호와 함께 도시되어 있다.
상기 중계 단말에서 수신되는 정보 신호를 수학식 1과 같이 나타낼 수 있으며, 수학식 1은 중계단에서 수신되는 송신 신호를 나타낸다.
Figure 112013117119132-pat00001
여기서, R은 부호화기의 코드 레이트를, Eb는 비트당 에너지를, hSR은 상기 송신단과 상기 중계단 사이의 채널을 그리고 nSR은 상기 송신단과 중계단 사이의 평균이 0이고 분산이 N0/2를 가지는 AWGN(Additive White Gaussian Noise) 잡음을 각각 나타낸다.
다음으로, 중계 단말(120)에서의 정보 신호의 중계 과정에 대해 설명한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 중계 단말의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
먼저, 도 8의 디코딩 과정 전에 중계 단말은 송신 단말을 통해서 전달 받은 데이터(심볼)들을 16-QAM 방식을 이용하여 복조를 한다.
도 8에서, 디코딩부(121)는 도 6의 DBi 및 Pswh,j를 이용하여 상기 송신 단말(110)로부터 수신되어 복조된 데이터를 디코딩한다(S810). 즉, 디코딩부(121)는 송신 단말(110)에서 송신된 데이터를 복원하도록 한다.
디코딩이 성공하면(S820), 제2 리드 솔로몬 인코딩부(122)는 제1 리드 솔로몬 인코딩부(111)와 마찬가지로 디코딩된 데이터에 대하여 리드 솔로몬 코딩하고, 상기 전송할 데이터 중에서 기 설정된 중요 데이터에 대해 축약된 리드 솔로몬 코딩을 수행한다(S830).
제2 계층 변조부(123)는 제1 계층 변조부(112)와 마찬가지로 리드 솔로몬 코딩된 중요 데이터와 중요 데이터에 대한 패러티 비트는 HP(High Priority) 영역에 매핑되고, 나머지 데이터 및 전체 패러티 비트는 LP(Low Priority) 영역에 매핑되도록 계층 변조한다(S840).
또한, 제2 계층 변조부(123)는 16-QAM 방식으로 계층 변조 할 수 있다. 즉, 전체적으로 매핑되는 전체 계층은 16-QAM 형태를 띄게 된다.
이와 같이 리드 솔로몬 디코딩이 성공적인 경우, 이상의 중계 단말(120)에서의 리드 솔로몬 인코딩 과정(S830) 및 계층 변조 과정(S840)은 상기 송신 단말(110)에서의 과정(S510, S520)과 동일한 방식으로 진행된다.
다음으로, 제2 송신부(124)는 도 1의 (b)와 같이 계층 변조된 데이터를 수신 단말(130)로 송신한다(S850). 즉, 제2 송신부(124)는 재 생성된 데이터(심볼)을 수신 단말(130)로 송신한다.
수신 단말(130)에 송신되는 총 두 개의 신호는 수학식 2와 같다. 도 1의 (a) 및 (b)에는 수신 단말의 수신 과정이 도시되어 있으며, 도 1의 (a) 및 (b)에 표시된 송신 단말(110)로부터 수신된 제1 수신 신호(ySD)와 중계 단말(120)로부터 수신한 제2 수신 신호(yRD)는 다음의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013117119132-pat00002
여기서, R은 부호화기의 코드 레이트를, Eb는 비트당 에너지를, hSD는 상기 송신단과 상기 수신단 사이의 채널을, nSD는 상기 송신단과 수신단 사이의 평균이 0이고 분산이 N0/2를 가지는 AWGN(Additive White Gaussian Noise) 잡음을, hRD 는 상기 중계단과 상기 수신단 사이의 채널을, nRD 는 상기 중계단과 상기 수신단 사이의 평균이 0이고 분산이 N0/2를 가지는 AWGN(Additive White Gaussian Noise) 잡음을 각각 나타낸다.
다음으로, 수신 단말(130)에서의 신호 복조 과정에 대해서 설명한다.
도 9은 본 발명의 실시예에 따른 수신 단말의 복조 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 9에서, MRC부(131)는 상기 송신 단말과 상기 중계 단말로부터 수신된 계층 변조된 데이터들을 MRC(maximum ratio combing) 복조하여 리드 솔로몬 코딩된 데이터를 추정한다(S910). 여기서, MRC 복조 대신에 MRC 합성이라는 표현을 사용하기도 한다. 수학식 3은 상기 MRC 합성 과정을 나타낸다.
Figure 112013117119132-pat00003
여기서,
Figure 112013117119132-pat00004
는 MRC 이후에 복원되는 신호를, h* 는 채널에 대한 공액을 각각 나타낸다.
다음으로, 제1 복조부(132)는 리드 솔로몬 코딩된 데이터를 제1 복조 방식으로 복조한다(S920). 또한, 제1 복조부(132)는 제1 복조 방식으로서 16-QAM 방식으로 상기 합성된 데이터를 복조할 수 있다.
리드 솔로몬 디코딩부(133)은 리드 솔로몬 코드(Reed-Solomon Code)의 특징 중의 하나인 에러 검출 기능에 의해 수신된 데이터의 에러 발생 여부를 확인할 수 있다. 그리고 에러가 발생한 경우에도 리드 솔로몬 디코딩부(133)는 사용된 코딩의 디코딩 방법에 의해 에러 정정이 가능한지 여부를 알 수 있다(S930).
만약, 발생된 에러 수정이 가능한 경우, 리드 솔로몬 디코딩부(133)는 상기 복조된 데이터를 리드 솔로몬 디코딩한다(S950).
그러나 발생된 에러 수정이 불가능(S940)한 경우에는, 제2 복조부(134)는 HP(High Priority) 영역에 매핑된 중요 데이터에 대하여 제1 복조 방식보다 저차의 복조 방식인 제2 복조 방식으로 복조한다(S960). 여기서, 제2 복조부(134)는 제2 복조 방식으로서 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 복조 방식으로 복조할 수 있다.
즉, 제2 복조부(134)는 QPSK 복조를 통해서 중요한 데이터들에 대한 디코딩 과정을 수행한다. QPSK 복조를 통해 중요한 데이터 및 그에 대한 패러티 비트들이 출력된다. 결과적으로, 채널 환경이 좋지 않은 경우, 제2 복조부(1340)에 의한 QPSK 복조를 통해서 최소의 통신을 만족시킬 수 있는 중요한 데이터들을 복원할 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 계층 변조를 이용한 협력 통신 방법과 기존 방법 간의 비트 오류 확률(Bit Error Rate)을 비교한 그래프이다.
여기서 기존 방법들은 본 발명의 실시예에 따른 방법과 같은 협력 통신 환경에서 리드솔로몬 코드를 활용하였고, 변조 기법으로는 각각 QPSK와 16-QAM 만을 사용하는 방법이다.
낮은 SNR(Signal to Noise Ratio) 환경에서, 본 발명에 따른 실시예의 방법(Proposed Scheme)은 QPSK와 비슷한 비트 오류 확률을 나타내는 것을 볼 수 있다. 이는 수신단에서 수신한 신호가 시스템에서 사용된 리드 솔로몬 코드의 에러정정능력을 넘어버려서, 16-QAM 방식으로 복원을 할 경우, 최소의 서비스를 만족시키기 어렵기 때문에 QPSK 방식을 활용하여 중요 데이터만이라도 복원을 해서 최소의 서비스를 만족시키기 위함을 알 수 있다.
반대로, 높은 SNR 환경에서 본 발명에 따른 실시예의 방법(Proposed Scheme)은 QPSK 만을 사용한 방법과 유사한 비트 오류 확률을 가지며, 16-QAM 방식만을 사용한 것보다 좋은 비트 오류 확률을 가짐을 알 수 있다. 이는 채널 환경이 좋아지는 경우 QPSK 방식만을 사용하는 경우보다 더 많은 데이터를 활용하여 높은 데이터 레이트(Data Rate)를 가지는 것을 알 수 있고, 16-QAM 방식만을 사용하는 경우보다 신뢰성 있는 데이터 전송이 가능함을 알 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 계층 변조를 이용한 협력 통신 방법과 기존 방법 간의 데이터 전송률(Data Rate)을 비교한 그래프이다.
도 11에 도시된 바와 같이, SNR 크기에 따라 낮은 SNR 환경에서는 데이터 전송률(Data Rate)이 QPSK 만을 사용하는 방식에 수렴하고, 높은 SNR 환경에서는 16-QAM 만을 사용한 방법에 수렴한다. 그리고 중간 범위의 SNR 환경에서는 기존의 방법들 사이의 중간 값을 갖는 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 의하는 경우 통신 채널의 환경에 보다 잘 적응할 수 있음을 알 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 계층 변조를 이용한 협력 통신 시스템 및 그 통신 방법에 따르면, 리드 솔로몬 디코딩부의 에러 정정능력에 따라 통신 채널 환경이 좋지 않은 경우에는 수신단에서 최소의 서비스를 만족시킬 수 있으며, 통신 채널 환경이 좋은 경우에는 많은 데이터의 전송을 가능하게 한다.
이제까지 본 발명에 대하여 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 따라서 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허청구범위에 기재된 내용 및 그와 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.
100: 계층 변조를 이용한 협력 통신 시스템,
110: 송신 단말, 111: 제1 리드 솔로몬 인코딩부,
112: 제1 계층 변조부, 113: 제1 송신부,
120: 중계 단말, 121: 디코딩부,
122: 제2 리드 솔로몬 인코딩부, 123: 제2 계층 변조부,
124: 제2 송신부, 130: 수신 단말,
131: MRC부, 132: 제1 복조부,
133: 리드 솔로몬 디코딩부, 134: 제2 복조부

Claims (10)

  1. 전송할 데이터를 리드 솔로몬 코딩하고, 상기 전송할 데이터 중에서 기 설정된 중요 데이터에 대해 축약된 리드 솔로몬 코딩을 수행하는 제1 리드 솔로몬 인코딩부;
    상기 리드 솔로몬 코딩된 중요 데이터와 상기 중요 데이터에 대한 패러티 비트는 HP(High Priority) 영역에 매핑되고, 나머지 데이터 및 전체 패러티 비트는 LP(Low Priority) 영역에 매핑되도록 계층 변조하는 제1 계층 변조부; 및
    상기 계층 변조된 데이터를 중계 단말 및 수신 단말로 송신하는 제1 송신부를 포함하는 송신 단말을 포함하며,
    상기 중계 단말은,
    상기 송신 단말로부터 수신된 데이터를 디코딩하는 디코딩부;
    상기 디코딩이 성공하면, 상기 디코딩된 데이터에 대하여 리드 솔로몬 코딩하고, 상기 전송할 데이터 중에서 기 설정된 중요 데이터에 대해 축약된 리드 솔로몬 코딩을 수행하는 제2 리드 솔로몬 인코딩부;
    상기 리드 솔로몬 코딩된 중요 데이터와 상기 중요 데이터에 대한 패러티 비트는 HP(High Priority) 영역에 매핑되고, 나머지 데이터 및 전체 패러티 비트는 LP(Low Priority) 영역에 매핑되도록 계층 변조하는 제2 계층 변조부; 및
    상기 계층 변조된 데이터를 상기 수신 단말로 송신하는 제2 송신부를 포함하는 계층 변조를 이용한 협력 통신 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 계층 변조부와 상기 제2 계층 변조부는 16 QAM 방식으로 계층 변조하는 계층 변조를 이용한 협력 통신 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 수신 단말은,
    상기 송신 단말과 상기 중계 단말로부터 수신된 계층 변조된 데이터들을 MRC(Maximum Ratio Combing) 복조하여 상기 리드 솔로몬 코딩된 데이터를 추정하는 MRC부;
    상기 리드 솔로몬 코딩된 데이터를 제1 복조 방식으로 복조하는 제1 복조부;
    상기 복조된 데이터를 리드 솔로몬 디코딩하는 리드 솔로몬 디코딩부; 및
    상기 리드 솔로몬 디코딩하는 과정에서 발생된 에러가 수정이 가능하지 않은 경우에는, 상기 HP(High Priority) 영역에 매핑된 중요 데이터에 대하여 상기 제1 복조 방식보다 저차의 복조 방식인 제2 복조 방식으로 복조하는 제2 복조부를 포함하는 계층 변조를 이용한 협력 통신 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제1 복조 방식은 16 QAM 방식이고, 상기 제2 복조 방식은 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 복조 방식인 계층 변조를 이용한 협력 통신 시스템.
  6. 송신 단말, 중계 단말 및 수신 단말을 포함하는 협력 통신 시스템의 협력 통신 방법에 있어서,
    상기 송신 단말은 전송할 데이터를 리드 솔로몬 코딩하고, 상기 전송할 데이터 중에서 기 설정된 중요 데이터에 대해 축약된 리드 솔로몬 코딩을 수행하는 단계;
    상기 송신 단말은 상기 리드 솔로몬 코딩된 중요 데이터와 상기 중요 데이터에 대한 패러티 비트는 HP(High Priority) 영역에 매핑되고, 나머지 데이터 및 전체 패러티 비트는 LP(Low Priority) 영역에 매핑되도록 계층 변조하는 단계; 및
    상기 송신 단말은 상기 계층 변조된 데이터를 상기 중계 단말 및 수신 단말로 송신하는 단계를 포함하며,
    상기 중계 단말은, 상기 송신 단말로부터 수신된 데이터를 디코딩하는 단계;
    상기 중계 단말은 디코딩이 성공하면, 상기 디코딩된 데이터에 대하여 리드 솔로몬 코딩하고, 상기 전송할 데이터 중에서 기 설정된 중요 데이터에 대해 축약된 리드 솔로몬 코딩을 수행하는 단계;
    상기 중계 단말은 상기 리드 솔로몬 코딩된 중요 데이터와 상기 중요 데이터에 대한 패러티 비트는 HP(High Priority) 영역에 매핑되고, 나머지 데이터 및 전체 패러티 비트는 LP(Low Priority) 영역에 매핑되도록 계층 변조하는 단계; 및
    상기 중계 단말은 상기 계층 변조된 데이터를 상기 수신 단말로 송신하는 단계를 포함하는 계층 변조를 이용한 협력 통신 시스템의 협력 통신 방법.
  7. 삭제
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 송신 단말과 상기 중계 단말은 16-QAM 방식으로 계층 변조하는 계층 변조를 이용한 협력 통신 시스템의 협력 통신 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 수신 단말은, 상기 송신 단말과 상기 중계 단말로부터 수신된 계층 변조된 데이터들을 MRC(maximum ratio combing) 복조하여 상기 리드 솔로몬 코딩된 데이터를 추정하는 단계;
    상기 수신 단말은 상기 리드 솔로몬 코딩된 데이터를 제1 복조 방식으로 복조하는 단계;
    상기 수신 단말은 상기 복조된 데이터를 리드 솔로몬 디코딩하는 단계; 및
    상기 수신 단말은 상기 리드 솔로몬 디코딩하는 과정에서 발생된 에러가 수정이 가능하지 않은 경우에는, 상기 HP(High Priority) 영역에 매핑된 중요 데이터에 대하여 상기 제1 복조 방식보다 저차의 복조 방식인 제2 복조 방식으로 복조하는 단계를 포함하는 계층 변조를 이용한 협력 통신 시스템의 협력 통신 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제1 복조 방식은 16-QAM 방식이고, 상기 제2 복조 방식은 QPSK 복조 방식인 계층 변조를 이용한 협력 통신 시스템의 협력 통신 방법.
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