KR101691224B1 - 네트웍 부호를 적용한 데이터 재전송 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 HARQ(Hybrid Automatic Retransmission Request)를 이용한 데이터 재전송 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 데이터 재전송 방법은,

수신국으로부터 데이터 재전송 요청을 수신하는 단계, 현재 전송하는 데이터 프레임에 배타적 논리합(Exclusive OR) 연산을 통하여 상기 수신국으로부터 재전송 요청을 받은 데이터 프레임을 부가하여 재전송 프레임을 구성하는 단계, 및 상기 구성된 재전송 프레임을 상기 수신국으로 전송하는 단계를 포함한다.

릴레이, HARQ, 네트웍 코딩, XOR 연산

Description

네트웍 부호를 적용한 데이터 재전송 방법 및 장치{APPARATUS AND METHOD OF DATA RETRANSMISSION WITH NETWORK CODING SCHEME}

본 발명은 데이터 재전송 방법 및 장치에 관한 것으로, HARQ(Hybrid Automatic Retransmission Request) 방식이 적용된 시스템에서 네트워크 부호(network coding)를 적용한 XOR 연산을 통하여 기존 통신채널에 구성함으로써 추가적인 데이터 재전송구간 및 채널을 필요로 하지 않도록 하여 throughput 성능을 향상시키는 방법 및 장치에 관한 것이다.

이동통신시스템에서 고속, 고품질의 데이터 서비스를 구현하는데 가장 큰 어려움은 채널 환경의 급속한 변화에 대처하기 어렵다는 점이다. 따라서, 고속의 무선 데이터 서비스를 제공하기 위해서는 채널 변화에 대한 적응 능력을 높일 수 있는 진보된 기술이 필요하며, 송수신국 간의 데이터 전송 오류 발생시 이를 재전송하는 기법이 그 대표적인 기술이라 할 수 있다.

즉, 송신국과 수신국 사이의 통신 링크에서 프레임 단위로 통신을 수행시 송신 프레임의 오류가 발생한 경우, 수신국은 오류가 발생된 프레임을 ACK/NACK을 통해 송신국으로 알리고, 송신국은 오류가 발생한 프레임을 수신국으로 재전송한다. 이와 같은 데이터 재전송 기법을 ARQ(Automatic Retransmission request) 라고 하며, 특히 ARQ 방식을 부호화 방식과 결합한 HARQ(Hybrid ARQ) 방식이 통상적으로 활용되고 있다. HARQ 방식은 기본적으로 세가지 타입으로 구분할 수 있다.

HARQ 타입 1(type 1) 방식은 전송링크에서 오류가 발생한 경우 원래 전송된 프레임과 동일한 프레임을 재전송하는 방식이다. 수신국에서는 처음 전송된 프레임과 재전송된 프레임들을 결합하여 복호할 수도 있고 재전송된 프레임들에 대해서 개별적인 복호를 수행할 수 있다. 일반적으로 처음 전송된 프레임과 재전송된 프레임들을 결합하여 복호하는 경우가 개별적인 프레임을 독립적으로 복호하는 경우보다 성능이 우수하지만, 채널상황과 시스템 요구사항에 따라서는 개별적인 복호가 필요한 상황이 발생할 수도 있다.

HARQ 타입 2(type 2) 방식은 전송링크에서 오류가 발생한 경우 원래 전송된 프레임과 결합하여 최대의 성능을 나타내도록 설계된 프레임을 재구성하여 전송한다. 일반적으로 타입 2 에서는 재전송 프레임의 크기가 원래의 프레임 크기보다 작은 크기로 구성되며 이것을 증분 잉여(Incremental Redundancy)방식이라고 한다. HARQ 타입 1 에서 재전송된 개별적인 프레임 자체만으로 독립적인 복호가 가능하지만, HARQ 타입 2 에서는 개별적인 프레임 자체만으로 독립적인 복호가 불가능하다. 타입 2 방식의 재전송 프레임 설계 방식은 부호종류와 채널상황에 따라 달라지지만 기본적으로 컨벌루션(Convolution) 부호 형태에서는 최소 해밍 거리(Hamming distance)를 기준으로 하여 설계된 RCPC(Rate Compatible Punctured Code)형태로 설계되거나, 이보다는 성능이 떨어지지만 구성이 간단한 낮은 부호율의 모부호를 균일 펑쳐링(Puncturing)하여 높은 부호율을 가지는 부호를 구성하는 형태로 설계한다.

HARQ 타입 3(type 3) 방식은 타입 2와 같은 방식으로 재전송 프레임이 구성되지만 재전송되는 각각의 프레임만으로 독립적인 복호가 가능하도록 재전송 프레임을 구성하는 방식이다.

한편, 일반적인 셀룰러 네트웍은 기지국이 커버하는 셀 내에서 기지국과 단말간의 직접 링크(direct link)를 통하여 통신이 이루어지는 중앙 집중적인 셀 설계를 통해서 상호 신뢰도가 높은 무선 통신링크를 구성한다. 그러나, 최근 통신망은 서비스 주파수 대역이 점점 높아지고 있으며 고속 통신 및 더 많은 통화량을 수용하기 위해 셀들이 반경이 점차 작아지고 있는 추세인 바, 기존의 중앙 집중적인 셀룰러 무선망 방식을 향후에도 그대로 운용하기에는 많은 문제점이 발생한다. 즉, 기지국의 위치가 고정되어 있어서 무선링크 구성의 유연성(flexibility)이 떨어지므로 트래픽 분포나 통화 요구량의 변화가 심한 무선환경에서 효율적인 통신 서비스를 제공하기 어려운 문제점이 있다.

따라서, 차세대 통신시스템은 분산적으로 제어되고 구축되면서도, 새로운 기지국의 추가와 같은 환경 변화에 능동적으로 대처할 수 있어야 한다.

이와 같은 문제점을 해결하고자 다중홉 릴레이(Multi-Hop relay) 시스템이 제안되었다. 다중홉 릴레이 시스템은 셀 영역 내에서 발생하는 부분적인 음영 지역을 커버하여 셀 서비스 영역을 넓힐 수 있으며, 시스템 용량을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라, 서비스 요구가 적은 초기 상황을 릴레이(Relay, 이하 '중계국'이라 함)를 이용함으로써 초기 설치 비용에 대한 부담을 줄일 수 있는 장점이 있다. 상기 릴레이 시스템은 단말(Mobile Station; MS)이 기지국(Base Station; BS)으로부터 멀리 떨어져 있거나 건물 등의 장애물에 의하여 신호 전송이 원활하지 않은 경우, 중계국(Relay Station; RS)을 통하여 단말의 신호를 기지국으로 중계함으로써 셀의 커버리지(Coverage)를 증대시키고 음영지역을 해소할 수 있다.

도 1은 DF(Decode and Forward) 방식의 릴레이 시스템을 도시한 도면이다.

도시된 바와 같이, 전송블록은 두 개의 시간 슬롯(time slot)으로 구분되어 전송된다. 첫 번째 시간 슬롯에는 송신국(S)으로부터 수신국(D) 및 릴레이(R)로 전송 블록(Xs)이 모두 전송된다. 릴레이(R)에서는 수신된 전송블록을 복호하여 재부호화 및 변조를 한 후, 두 번째 시간 슬롯에 재부호화 된 신호(Xr)를 수신국(D)으로 전송한다. 수신국(D)에서 첫 번째 시간 슬롯 및 두 번째 시간 슬롯에 전송된 신호를 결합(combine)하여 복호한다.

도 2는 릴레이 시스템에서 상기 ARQ방식을 적용한 전송 프로토콜을 도시한 도면이다.

매 첫 번째 시간 슬롯에서 송신국(S)으로부터 릴레이(R) 및 수신국(D)으로 프레임이 전송되며, 매 두 번째 시간슬롯에서 릴레이(R)는 수신된 프레임을 복호 및 재부호화한 후 수신국(D)으로 전송한다. 수신국(D)에서 최종적인 복호는 첫 번째 시간슬롯과 두 번째 시간슬롯에 송신국(S)과 릴레이(R)로부터 수신된 신호를 결합하여 복호하며, 수신국(D)은 이와 같은 다이버시티 효과를 통하여 성능이득을 얻 게 된다.

이때, 수신국(D)의 최종 복호시 복호 오류가 D 프레임에서 발생한 경우, 수신국(D)은 NACK 시그널링을 통하여 복호 실패를 알리고 송신국(S) 및 중계국(R)에서는 복호 에러가 발생된 D를 재전송(201)한다. 재전송된 프레임을 통하여 D의 복호가 성공하면 수신국(D)은 ACK 시그널링을 통하여 복호 성공을 알리고 송신국(S)과 수신국(D)은 계속해서 다음 프레임의 전송을 시작한다. 이때, 수신국(D)에서 오류가 발생한 프레임에 대해서는 재전송 횟수의 제한이 있으며, 이를 최대재전송횟수라고 정의한다.

도 3은 네트웍 부호를 적용한 릴레이 시스템에서의 프레임 전송 과정을 도시한 도면이다.

상기와 같은 릴레이 시스템에서 ARQ 적용시 전송 성능을 향상시키기 위해서는 통상 네트웍 부호(network coding)를 활용한다. 도시된 바와 같이, 송신국(S)은 수신국(D)과 릴레이(R)로 동일한 데이터 프레임을 송신하며, 릴레이(R)에서는 이전 구간에서 송신국(S)으로부터 전송된 프레임과 현재 수신된 프레임의 배타적 논리합(Exclusive OR, 이하 'XOR'이라 함)하여 그 연산결과를 수신국(D)으로 전송한다.

따라서 수신국(D)에서는 현재의 전송구간에서 수신된 신호에 대한 복호는 다음 구간에 이루어지므로, 각 전송구간에서 한 전송구간 이전에 전송된 프레임에 대한 복호가 이루어진다. 도 3의 4번째 전송구간을 보면, 수신국은 송신국으로부터 전송된 프레임 D와 릴레이로부터 전송된 C와 D의 XOR 연산 결과를 이용하여 프레임 C에 대한 복호를 수행하며, 이는 하기 수학식 1과 같이 이루어진다.

따라서, 네 번째 전송구간에 송신국(S)으로부터 D가 전송되었더라도, 수신국(D)에서는 D에 대한 복호가 이루어지는 것이 아니라 이전에 전송된 프레임인 C에 대한 복호가 이루어지는 시간 지연이 발생한다.

상기와 같이, 네트웍 부호를 적용하는 경우, 송신국-수신국 링크 및 릴레이-수신국 링크에서 얻어지는 공간 다이버시티(diversity) 이외에도 시간 다이버시티 효과를 추가적으로 얻을 수 있어 성능을 보다 향상시킬 수 있다.

그러나, 시간 지연이 기본적인 릴레이 시스템 구성에 있어서 상기와 같은 구성은 한 전송 구간만큼 더 지연이 발생되며, 복호 과정이 이전 프레임의 복호와 연결되어 있기 때문에, 이전 프레임의 오류가 다음 프레임의 복호에 영향을 미쳐 오류가 전파될 수 있는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, HARQ를 사용하는 릴레이 시스템에서 네트웍 코딩을 사용하여 throughput 손실을 방지하는 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 다이버시티 향상을 위하여 네트웍 코딩을 사용하는 경우 발생하는 오류 전파(error propagation)를 방지하는 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 데이터 재전송 방법은,

HARQ(Hybrid Automatic Retransmission Request)를 이용한 데이터 재전송 방법에 있어서, 수신국으로부터 데이터 재전송 요청을 수신하는 단계, 현재 전송하는 데이터 프레임에 배타적 논리합(Exclusive OR) 연산을 통하여 상기 수신국으로부터 재전송 요청을 받은 데이터 프레임을 부가하여 재전송 프레임을 구성하는 단계, 및 상기 구성된 재전송 프레임을 상기 수신국으로 전송하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명의 다른 일실시예에 따른 네트워크 코딩(network coding)을 이용한 데이터 재전송 방법은, 제1 데이터 프레임을 수신하여 오류를 검사하는 단계; 상기 검사결과 상기 제1 데이터 프레임에 오류가 발생된 경우, 상기 제1 데이터 프레임의 재전송을 요청하는 단계; 제2 데이터 프레임과 상기 재전송 요청된 제1 데 이터 프레임의 배타적 논리합(Exclusive OR) 연산으로 부호화된 복합 데이터 프레임을 수신하는 단계; 기 수신된 제1 데이터 프레임을 이용하여 상기 복합 데이터 프레임에서 제2 데이터 프레임을 추출하는 단계; 상기 추출된 제2 데이터 프레임을 이용하여 상기 복합 데이터 프레임에서 재전송된 제1 데이터 프레임을 추출하는 단계; 및 상기 추출된 제1 데이터 프레임과 기 수신된 제1 데이터 프레임을 결합하여 복호하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 데이터 재전송 장치는, 릴레이(Relay)를 이용하는 통신 시스템의 데이터 재전송 장치에 있어서, 첫번째 시간 슬럿(time slot)을 통해서 릴레이(Relay) 및 수신국으로 데이터 프레임을 전송하는 송신국과, 상기 송신국으로부터 수신한 데이터 프레임과 기 수신된 데이터 프레임의 배타적 논리합(Exclusive OR) 연산으로 구성된 복합 데이터 프레임을 구성하고, 두번째 시간 슬럿을 통해서 상기 복합 데이터 프레임을 상기 수신국으로 전송하는 릴레이(Relay)를 포함하며,

상기 릴레이는 상기 송신국으로부터 수신된 데이터 프레임의 복호 오류가 발생한 경우 상기 송신국으로 복호 오류를 통지하고, 상기 복호 오류가 발생된 데이터 프레임과 연관된 복합 데이터 프레임에 대해서는 상기 수신국으로 전송을 중단하며,

상기 송신국은, 상기 릴레이로부터 복호 오류를 통보받은 데이터 프레임에 대해서 이전 데이터 프레임과 배타적 논리합 연산을 수행하여 복합 데이터 프레임을 구성하고, 상기 복합 데이터 프레임을 두번째 시간 슬럿을 이용하여 상기 단말 로 전송하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 재전송 프레임에 대해서 따로 전송구간을 할당하지 않고 현재 전송하는 프레임에 재전송 프레임을 XOR 연산하여 재전송함으로써 데이터 전송효율(throughput)을 높일 수 있으며, 이전 프레임의 오류가 다음 프레임의 복호에 영향을 미치지 않으므로 종래 오류 전파의 문제점이 해결된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.

종래 HARQ 방식에서는 전송 프레임에 오류가 발생한 경우 재전송을 위하여 따로 전송 구간을 할당하여 재전송을 시도한다. 이러한 재전송 방식에 따라서 데이터 재전송율이 결정되고, 결정된 재전송율은 시스템의 throughput을 결정짓는 중요 인자가 된다.

그러나 종래와 달리 재전송을 위한 전송 구간의 설정이 필요하지 않도록 시 스템 설계가 가능하다면 throughput 측면에서 상당한 이득을 기대할 수 있다.

본 발명에서 제안하는 데이터 재전송 방식은 수신국에서 복호 오류가 발생한 경우 송신국에서는 재전송 프레임에 대해 따로 전송구간을 할당하지 않고 현재 전송하려는 프레임에 재전송 프레임을 XOR 연산하여 재전송 한다.

이와 같이, 네트웍 부호를 통하여 HARQ를 구성함으로써 재전송을 위한 전송 구간이 별도로 필요치 않는 시스템을 구성할 수 있게 된다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 네트웍 부호를 적용한 HARQ 시스템에서의 프레임 전송 과정을 도시한 도면이다.

본 실시예에서는 현재 전송 예정인 프레임에 재전송신호가 부가됨에 따라서, 전송예정 프레임의 복호 성능에도 영향을 미칠 수 있다. 따라서 이를 고려하여 오류 프레임의 일부만을 전송하는 HARQ 타입 2 형식이나 전송예정 프레임의 부호율을 낮춰 전송하는 방안 등이 고려될 수 있다.

도시된 바와 같이, 4번째 전송구간에서 전송되는 프레임 D에 대해서 수신국에서 복호 오류가 발생하였으며, 현재 전송 예정인 프레임을 E라 하고 재전송되는 프레임을 D'이라 할 때, 송신국에서는 별도의 재전송 구간을 할당하지 않고 현재 전송 예정인 프레임 E에 재전송 신호를 XOR 연산하여

를 수신국으로 전송한다(401).

수신국에서는

를 수신(401)한 후, 먼저 이전 수신된 복호 오류 판 정된 D 프레임을 이용하여

에서 E를 추출하여 복호한다.

이후, 추출된 E를 이용하여 다시

에서 D'을 추출하여 직접 복호하거나 또는 이전 수신된 복호 오류 판정된 D와 결합(combine)하여 복호한다.

이와 같이 D에 대한 복호가 이루어진 후, 이를 이용하여 다시

에서 E를 추출하여 복호한다. 이와 같이

를 이용하여 E를 두번 복호함으로써 성능상의 이득을 높일 수 있다.

만일 D에 대한 복호가 실패한 경우에는 여러 번의 재전송을 통해서 D의 복호 성공 확률을 높이며, 최종적으로 D의 복호 성공 후에 E의 복호를 수행한다.

상기에서 프레임 D'은 원래의 전송프레임 D의 HARQ 타입 1 또는 타입 3인 재전송 프레임 자체이거나 인터리빙(Interleaving) 된 프레임 형태로 구성될 수 있으며, 또는 원래의 전송프레임 D의 HARQ 타입 2인 재전송 프레임 자체이거나 인터리빙 된 프레임 형태로 구성될 수 있다.

D'이 HARQ 타입 2 형태인 경우 전송프레임 E와 XOR 연산된

는 도 5 또는 도 6의 형태로 구성이 된다.

도 5는 프레임 길이가 16 이며 재전송 프레임이 크기 16의 프레임에서 크기 2의 형태로 추출되어 구성될 때, 재전송 횟수에 따라 XOR 연산되는 과정을 나타내고 있다. 도시된 바와 같이, 도 5에서는 일정한 재전송 단계에서 XOR 연산되어 부가된 프레임을 수신국에서 추출할 때, 부가된 프레임의 심볼 단위의 분포가 현재 전송단계 또는 전송회수를 통합하여 볼 때 프레임 전체적으로 균일하게 분포되도록 설계된다. 이것은 일정 재전송단계에서 최종적인 XOR 연산 부가된 심볼의 분포가 3GPP 표준의 레이트 매칭(rate matching) 방법의 펑처링 또는 반복(repetition) 패턴을 따르는 것을 의미하며, 적용된 특정부호에 적합하도록 특정패턴으로 설계하지 않은 경우 최상의 성능을 나타낼 것으로 기대되는 패턴이다.

도 6은 특정 패턴에서 따라 최적의 성능을 나타내도록 설계된 HARQ 시스템의 재전송 횟수에 따른 XOR 연산 과정을 나타내고 있다. 앞서 도 5에서는 균일 분포가 되도록 연산되었으나, 도 6에서는 특정 패턴의 순서에 따라 재전송 프레임의 XOR 연산과정이 결정된다.

또한, 현재 전송하는 프레임의 성능저하를 방지하기 위해 현재 전송하는 프레임 E의 부호율을 낮추어 전송하는 것도 가능하다. 이는 재전송율이 낮아지는 대신 부호율이 낮아지는 만큼의 throughput의 손실이 발생하게 된다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 네트웍 부호를 적용한 HARQ 릴레이 시스템에서의 프레임 전송 과정을 도시한 도면이다.

도시된 바와 같이, 4번째 전송구간에서 전송되는 프레임 D에서 오류가 발생한 경우 별도의 재전송 구간이 할당되지 않고 현재 전송 예정인 프레임 E에 재전송 신호를 XOR 연산하여

를 전송한다(701). 이때 송신국은 전송 예정된 프레임을 계속 릴레이와 수신국으로 전송하며, 릴레이에서는 오류 발생한 프레임과 송신국으로부터 수신한 프레임을 XOR 연산(

)하여 수신국으로 전송한다. 즉, 릴레이를 활용하는 경우 송신국-수신국 링크 보다는 릴레이-수신국 링크의 채널 상태가 양호할 확률이 높기 때문에 오류가 발생된 경우는 채널 상태가 양호한 링크를 적극 활용하는 것이 효율적이다.

수신국에서

를 수신함에도 불구하고 D에 대한 복호 오류가 계속 발생한 경우, 송신국은 계속하여 새로운 프레임을 릴레이 및 수신국으로 전송하고 있으며, 릴레이에서는 현재 전송 예정인 프레임 F에 재전송 신호를 XOR 연산하여

를 수신국으로 전송한다(703). 이와 같이 릴레이에서는 ARQ 전송이 준비된 시점의 전송예정 프레임에 오류가 발생한 프레임을 XOR 연산하여 전송하며, D에 대한 최종적인 복호 오류가 계속 발생하는 경우에는 같은 과정을 반복하게 된다.

도 8은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 네트웍 부호를 적용한 HARQ 릴레이 시스템에서의 프레임 전송 과정을 도시한 도면으로서, 송신국-릴레이 링크에서 오류가 발생(803)한 경우의 네트웍 부호를 적용한 HARQ 시스템의 프레임 전송 과정을 도시하고 있다.

도시된 바와 같이, 릴레이를 활용하는 시스템에서는 송신국-릴레이 링크에서 오류가 발생한 경우 송신국-수신국의 직접 링크를 활용할 수도 있다.

한편 ARQ 시스템의 성능은 throughput으로 나타낼 수 있으며 throughput에 비례하는 throughput factor(T)를 다음 수학식 2와 같이 정의할 수 있다.

이때 수학식 2에서 사용된 용어들은 하기와 같이 정의된다.

FN_OK: 복호 성공 프레임 개수

FN_NOK: 복호 실패 프레임 개수

FN_R: 재전송된 프레임 개수

FER: 프레임 에러율

RTX_rate: 재전송율[= FN_R/(FN_OK+FN_NOK)]

본 발명에서는 ARQ 방식을 수행하는 경우 재전송에 소요되는 별도의 전송구간(RTX)이 요구되지 않기 때문에 RTX_rate=0 이 되며, 따라서 수학식 2의 throughput factor(T)는 다음과 같이 간략하게 표현될 수 있다.

한편, 재전송 데이터가 시스터매틱(systematic) 파트와 패러티(parity) 파트로 구성된 경우, 네트웍 부호의 적용을 시스터매틱(systematic) 부분에 대해서만 적용하게 된다면 부호화와 복호화가 단순화되는 장점을 가진다. 즉, 패리티(Parity) 부분에 대해서는 XOR 연산을 수행하지 않고 시스터매틱 부분에 대해서만 XOR 연산이 이루어진다.

예를 들어 데이터 A를 시스터매틱 파트(Ua)와 패리티 파트(Pa)로 구성되었다고 할 때, A를 (Ua, Pa)라 나타낼 수 있으며, 데이터 A의 XOR 연산을 시스터매틱 부분에만 적용할 경우 다음 수학식 4의 형태로 구성된다.

여기서

는

에 의해 부호화되어 얻어지는 패리티 파트를 의미한다.

부호화 과정에서는 비트 단위의 XOR 연산이 이루어지고 복호화 과정에서는 얻어지는 LR(Likelihood Ratio)에 대해서 soft XOR 연산이 이루어진다. LR 값은 MAP 알고리즘과 같은 최대 posteriori 관점에서 심볼 단위로 최적의 오류성능을 나타내는 연판정복호알고리즘에서 심볼단위로 출력되는 연판정 값을 의미한다. 이진단위의 XOR 연산을 부정 소수점 연산에 맞추는 soft XOR 연산은 다음 수학식 5 및 6과 같이 표현된다.

수학식에서 L(*)형태는 연판정복호알고리즘에서 최종적으로 출력되는 연판정 확률값을 의미한다. XOR연산은 합에 대한 모듈러-2연산을 의미하고 합에 대한 모듈러-2연산이 이진단위에서 0 또는 1의 값을 가질 확률형태를 표현한 것이 수학식 5와 6이다.

Max-Log-MAP 형태의 복호 방식인 경우 수학식 5 및 6은 하기 수학식 7 및 8과 같이 변환된다.

여기서, Max(a,b)는 a와 b 중 큰 값을 의미한다.

도 9는 송신국-릴레이 링크에서 전송 데이터의 오류가 발생한 경우, 송신국-수신국 링크를 통해서 오류가 발생한 프레임을 재전송하는 과정을 도시한 도면이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 송신국-릴레이 링크에서 D 복호에 오류(901)가 발생한 경우 이와 관련된

및

의 전송은 릴레이-수신국의 링크가 아닌 송신국-수신국의 직접 링크를 통해서 수행(903, 905)된다. 이와 같이, 송신국-수신국의 직접 링크를 이용하게 된다면 일반적으로 우수한 것으로 가정되는 릴레이-수신국의 링크 환경을 활용할 수 없다는 단점은 있지만, 송신국-수신국 링크를 결과적으로 2개의 타임 슬럿 동안 충분히 활용할 수 있기 때문에 시간 다이버시티 효과를 얻을 수 있는 장점이 발생한다.

그러나, 일반적으로 릴레이-수신국 링크는 송신국-수신국 링크보다 양호한 환경이 가정되므로, 채널 링크 활용 측면에서는 릴레이-수신국 링크를 사용하는 것이 전체적인 성능을 고려할 때 바람직하다.

도 10은 릴레이-수신국 링크를 활용한 데이터 재전송 과정을 도시한 도면이다.

D 복호에 오류(1001)가 발생한 경우 이와 관련된

의 전송이 송신국-수신국 링크(1003)에서 이루어진 후, 릴레이에서는

에 대해 기존 복 호가 성공한 C을 이용하여 D에 대한 프레임을 추출하고 릴레이-수신국 링크를 사용하여

에 대한 전송을 수행한다. 바람직하게는 상기 송신국은

를 브로드캐스팅(broadcasting) 함으로써, 상기 송신국-수신국 링크(1003)뿐만 아니라 릴레이에서도

를 수신하도록 한다.

D에 대한 복호가 성공한다면 릴레이에서 릴레이-수신국 링크를 통하여 수신국으로

에 대한 전송이 가능하다.

또한, 네트워크 부호를 적용하여 다이버시티(diversity)를 향상시키는 방식은 다음과 같이 확장될 수 있다.

송신국에서 각 전송구간에서 송신되는 프레임을 Fi (i는 전송구간 인덱스; i=0, 1, 2,...)라고 할 때, 릴레이에서는 각 전송구간의 두 번째 시간 슬롯에서 다음 수학식 9와 같은 프레임이 전송된다.

(단, i-n < 0 인 경우 i-n-k < 0 인 F_{i -n-k}는 0임)

여기서, Ri는 i번째 전송구간의 두 번째 타임 슬롯에 전송되는 프레임을 의미하고, F'_i는 릴레이에서 F_i를 수신하여 복호후 재부호화한 프레임을 의미한다. 또 한, 프레임 값 0은 비트 값이 0으로만 구성된 프레임을 의미한다.

이와 같은 네트웍 부호를 적용한 다이버시티 향상 기법에 있어서 오류전파를 방지하기 위한 방안은 다음 수학식 10과 같이 표현된다.

상기 수학식 10에서 D(F_i)는 릴레이에서 수신된 프레임 F_i가 복호 성공인 경우 재부호화된 프레임 F'_i를 나타낸다. 복호가 실패한 경우 상기 D(F_i)는 0의 값을 갖는다.

도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 데이터 재전송 방법을 순차적으로 도시한 순서도이다.

릴레이는 송신국으로부터 프레임 F_i를 수신하고(S1101), 수신된 프레임 F_i를 복호한다(S1103).

수신된 프레임 F_i에 대한 복호성공 여부를 검사(S1105)한 후, 복호가 성공한 경우는 릴레이에서 이들의 XOR 연산값

을 전송 한다(S1107).

그러나, 수신된 프레임 F_i에 대한 복호성공 여부를 검사(S1105)하여, 복호 오류가 발생한 경우는 제어채널을 통해 이를 송신국으로 알리고(S1109), 송신국은 릴레이 대신 이들의 XOR 연산값

을 수신국으로 전송한다(S1111). 바람직하게는, 상기 XOR 연산은 전송시작과 전송종료 시점의 프레임에 대해서는 수행되지 아니하며, 나머지 프레임들에 대해서 XOR 연산이 수행된다.

수신 프레임 F_i의 복호 성공여부를 검사하는 과정은 송신국으로부터 매 전송구간의 첫 번째 시간슬롯에서 수신된 프레임만을 검사하거나, 또는 두 번째 시간슬롯에서 송신국으로부터 전송되는 프레임과 이전에 복호 성공한 프레임을 통해 재복호를 통한 검사를 수행한다.

도 12 및 도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 HARQ 방식을 도시한 도면이다.

도 12에서는 오류가 난 전송 구간에서 전송된 프레임들을 다음 전송 구간에서 다시 반복하여 전송하는 방식을 나타낸 것으로서, 첫 번째 타임 슬롯에서 송신국은 릴레이 및 수신국으로 이전에 송신한 것과 동일한 데이터 프레임(D)를 전송하며, 두 번째 타임 슬롯에서 릴레이는 수신국으로 이전에 송신한 것과 동일한 데이 터 프레임(

)을 전송한다.

도 13에서는 오류가 난 전송구간에서 복호되어야 될 프레임 C를 다음 전송 구간에서 송신국 및 릴레이가 모두 전송하는 방식을 나타낸 도면이다.

도 12 및 도 13에서 고려되는 방식은 송신국-수신국 링크와 릴레이-수신국 링크를 모두 사용하고 있지만 시스템 자원의 효율적 분배를 위해서 2개의 슬롯을 할당하지 않고 1개의 슬롯만을 할당하여 송신국 또는 릴레이에서 C 또는

를 전송하는 것도 가능하다.

여기까지 설명된 본 발명에 따른 방법은 소프트웨어, 하드웨어, 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 방법은 저장 매체(예를 들어, 단말 내부 메모리, 플래쉬 메모리, 하드 디스크, 기타 등등)에 저장될 수 있고, 프로세서(예를 들어, 단말 내부 마이크로 프로세서)에 의해서 실행될 수 있는 소프트웨어 프로그램 내에 코드들 또는 명령어들로 구현될 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시 예에만 한정되는 것은 아니므로, 본 발명은 본 발명의 사상 및 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있다.

도 1은 DF 방식의 릴레이 시스템을 도시한 도면

도 2는 릴레이 시스템에서 ARQ 방식을 적용하여 데이터 프레임을 재전송하는 과정을 도시한 도면

도 3은 네트웍 부호를 적용한 릴레이 시스템에서 프레임 전송 과정을 도시한 도면

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 네트웍 부호를 적용한 HARQ 시스템에서 프레임 전송 과정을 도시한 도면

도 5는 균일한 분포를 가지면서 XOR 연산이 수행되는 과정을 도시한 도면

도 6은 특정 패턴을 가지면서 XOR 연산이 수행되는 과정을 도시한 도면

도 7은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 네트웍 부호를 적용한 HARQ 시스템에서 프레임 전송 과정을 도시한 도면

도 8은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 네트웍 부호를 적용한 HARQ 시스템에서 프레임 전송 과정을 도시한 도면

도 9는 송신국-수신국 링크를 통해서 오류가 발생한 데이터 프레임을 재전송하는 과정을 도시한 도면

도 10은 릴레이-수신국 링크를 활용하여 데이터 재전송 과정을 도시한 도면

도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 데이터 재전송 방법을 순차적으로 도시한 구성도

도 12는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 네트웍 부호를 적용한 HARQ 시 스템에서 프레임 전송 과정을 도시한 도면

도 13은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 네트웍 부호를 적용한 HARQ 시스템에서 프레임 전송 과정을 도시한 도면

Claims (9)

1. HARQ(Hybrid Automatic Retransmission Request)를 이용한 데이터 재전송 방법에 있어서,

   수신국으로부터 데이터 재전송 요청을 수신하는 단계;

   현재 전송하는 데이터 프레임에 배타적 논리합(Exclusive OR) 연산을 통하여 상기 수신국으로부터 재전송 요청을 받은 데이터 프레임을 부가하여 재전송 프레임을 구성하는 단계; 및

   상기 구성된 재전송 프레임을 상기 수신국으로 전송하는 단계를 포함하되,

   상기 데이터는 시스터매틱(systematic) 부분과 패러티(parity) 부분으로 구성되며,

   상기 재전송 프레임을 구성하는 단계는, 현재 전송하는 데이터 프레임의 시스터매틱 부분과 상기 수신국으로부터 재전송 요청을 받은 데이터 프레임의 시스터매틱 부분에 대해서 배타적 논리합(Exclusive OR) 연산을 수행하여 재전송 프레임을 구성하는 것을 특징으로 하는 데이터 재전송 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 데이터 재전송 방법은 HARQ(Hybrid Automatic Retransmission Request) 타입 2 방식인 것을 특징으로 하는 데이터 재전송 방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 구성된 재전송 프레임을 상기 수신국으로 전송하는 단계는,

   상기 재전송 프레임의 부호율을 최초 전송시의 부호율 보다 낮춰서 전송하는 것을 특징으로 하는 데이터 재전송 방법.
4. 삭제
5. 네트워크 코딩(network coding)을 이용한 데이터 재전송 방법에 있어서,

   제1 데이터 프레임을 수신하여 오류를 검사하는 단계;

   상기 검사결과 상기 제1 데이터 프레임에 오류가 발생된 경우, 상기 제1 데이터 프레임의 재전송을 요청하는 단계;

   제2 데이터 프레임과 상기 재전송 요청된 제1 데이터 프레임의 배타적 논리합(Exclusive OR) 연산으로 부호화된 복합 데이터 프레임을 수신하는 단계;

   기 수신된 제1 데이터 프레임을 이용하여 상기 복합 데이터 프레임에서 제2 데이터 프레임을 추출하는 단계;

   상기 추출된 제2 데이터 프레임을 이용하여 상기 복합 데이터 프레임에서 재전송된 제1 데이터 프레임을 추출하는 단계; 및

   상기 추출된 제1 데이터 프레임과 기 수신된 제1 데이터 프레임을 결합하여 복호하는 단계를 포함하되,

   상기 복합 데이터 프레임은 상기 제1 데이터 프레임의 시스터매틱 부분과 상기 제2 데이터 프레임의 시스터매틱 부분에 대해서 배타적 논리합(Exclusive OR) 연산을 수행하여 구성되는 것을 특징으로 하는 데이터 재전송 방법.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 복합 데이터 프레임의 부호율은 상기 최초 수신된 제1 데이터 프레임의 부호율보다 낮은 것을 특징으로 하는 데이터 재전송 방법.
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제

Images