KR101766827B1

KR101766827B1 - Tc-ciod 시스템의 데이터 통신 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101766827B1
Application number: KR1020150103730A
Authority: KR
Inventors: 이호경; 이창완
Original assignee: 홍익대학교 산학협력단
Priority date: 2015-07-22
Filing date: 2015-07-22
Publication date: 2017-08-10
Also published as: KR20170012684A

Abstract

본 기술은 TC-CIOD 시스템의 데이터 통신 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 구체적인 예에 따르면, 수신 신호의 채널 정보에 포함된 페어와이즈 에러 확률(PEP)값의 평균치에 대한 점근적 상한치를 연산하고 연산된 각 경로의 PEP 값의 허밍 거리가 최소인 각각의 TC 부호기에 대해 최대값의 허밍 거리르 가지는 TC 부호기를 최적의 TC 부호기로 설정함으로써, 소스측 신호에 대한 포워딩 에러를 감소하여 목적지 노드의 수신 신호에 대한 디코딩 에러를 줄일 수 있고, 또한 소스측 신호를 송신 안테나의 수와 동일한 수로 멀티플렉싱하여 병렬 형태로 변환하여 싱글 입력 싱글 출력(SISO: Single Input Single Output) 방식으로 최적의 채널 경로를 설정함으로써, 수신 신호의 채널 정보에 포함된 페어와이즈 에러 확률값의 평균치에 대한 점근적 상하치에 대한 연산 복잡도를 감소할 수 있게 된다.

Description

TC-CIOD 시스템의 데이터 통신 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TRANSMITTING DATA USING TC-CIOD}

본 발명은 TC-CIOD 시스템의 데이터 통신 장치 및 방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 목적지 노드의 수신 신호의 채널 정보에 포함된 페어와이즈 에러 확률(Pairwise Error Probability)를 최소화하는 트렐리스 코드(TC) 부호기를 선택하여 디코딩 에러가 적은 최적의 트렐리스 코드 부호기를 검색하는 기술에 관한 것이다.

MIMO(Multiple Input Multiple Output)는 다중의 입출력이 가능한 안테나 시스템으로서, 기지국과 휴대 단말기의 안테나를 2개 이상으로 늘려 데이터를 여러 경로로 전송하고 수신단에서 각각의 경로로 수신된 신호를 검출해 간섭을 줄이고 각각의 전송 속도를 낮출 수 있는 기술이다.

MIMO는 두 개의 안테나가 동시에 동작하도록 해 고속의 데이터 교환을 가능하게 한다. N개의 송신안테나에 동일 시간에 동일 주파수를 사용하여 독립적인 신호를 전송한다. 이렇게 송신된 신호들은 무선채널상에서 공간적으로 다른 페이딩(수신되는 전파가 지나온 매질의 변화에 따라 그 수신전파의 강도가 급격하게 변동되는 현상)을 겪게 되어 각 안테나로 수신되는 신호간에는 비상관성을 갖게 되며, 송신 안테나마다 다른 신호를 송신함으로써 기존보다 송신안테나 수(N개)만큼 더 많은 데이터를 송신할 수 있게 된다.

그리고, OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)은 고속의 송신 신호를 다수의 직교(Orthogonal)하는 협대역 반송파로 다중화시키는 변조 방식으로서, 고속의 전송률을 갖는 데이터열을 낮은 전송률을 갖는 많은 수의 데이터열로 나누고 이들을 다수의 부반송파를 사용하여 동시에 전송하는 것이다. 즉, OFDM은 데이터열을 여러 개의 부채널(Sub-channel)로 동시에 나란히 전송하는 다중 반송파 전송방식의 형태이다.

이러한 MIMO 시스템과 OFDM 시스템의 장점을 동시에 얻을 수 있는 시스템으로써 MIMO-OFDM 시스템에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다. 그 중 STBC-OFDM(Space-Time Block Code OFDM)은 다중 송신 안테나에서 시공간 부호화된 코드를 보냄으로써 전송의 신뢰성을 높이며 전송효율을 좋게 한다.

이러한 시공간 부호화된 코드 디자인으로서 여러 가능한 디자인이 존재한다. 그 중 CIOD(Co-ordinate Interleaved Orthogonal Designs)는 기존에 알라무티(Alamouti)가 제안한 코드를 기반으로, 송신 안테나가 두 개 이상일 때에도 코드율과 코드의 직교성을 유지시킴으로써 매우 각광받고 있는 코드 디자인 중 하나이다.

한편, 상기 OFDM 방식을 사용한 시스템에서 변조 방식중의 하나로 트렐리스 코드 변조(Trellis Coded Modulation, 이하 'TCM'이라 칭하기로 한다) 방식이 있다. 여기서 상기 TCM 방식은 부호화와 변조를 따로 따로하지 않고 하나로 결합함으로서, 정보 전송률을 감소시키거나 대역폭을 증가시키지 않고 큰 부호 이득을 얻었던 방식이다.

상기 TCM 방식을 살펴보면, 심볼 단위의 부호화 방식으로서 집합 분할(set partitioning)에 의한 신호 사상법이 정해진 BPSK((Binary Phase Shift Keying) 보다 변조차수가 큰 변조 방식에 대하여 유클리드 거리를 최대화 하도록 부호기를 설계한 방식이다.

이러한 TC(Trellis Code) 부호기 및 CIOD(Co-ordinate Interleaved Orthogonal Designs) 부호기를 이용하여 다중 채널의 소스측 신호의 심볼을 인코딩하여 전송하고 수신 신호의 심볼을 디코딩하는 TC-CIOD 시스템은, 도 1에 도시된 바와 같이, 소스측 신호의 심볼을 일정 크기의 심볼 집합으로 구성된 블록 단위로 그룹핑하여 트렐리스 코드(Trellis Coded) 부호화한 후 좌표축 인터리브된 직교 설계(CIOD: coordination Interleaved Orthogonal design) 부호화한다. 즉. 하나의 트렐리스 코드 부호기를 이용하여 다중 채널을 통해 전송된 심볼을 부호화하여 디코딩 에러가 적은 최적의 트렐리스 부호기를 검색함에 있어 연산 복잡도 및 연산 속도 및 연산 시간이 오래 걸리는 한계가 존재하였다.

이에 본 발명에서 다중 송신 안테나 및 하나의 수신용 안테나를 통해 수신된 신호의 심볼에 포함된 채널 정보로부터 페어와이즈 에러 확률(PEP: Pairwise Error Probability)를 도출하고 도출된 페어와이즈 에러 확률값 중 거리가 최소화되는 트렐리스 부호기를 설정하여 연산 복잡도를 감소할 수 있는 방안을 제안하고자 한다.

본 발명의 목적은, 수신 신호의 채널 정보에 포함된 페어와이즈 에러 확률값을 토대로 다수의 트렐리스 코드(TC) 부호기 중 최적의 TC 부호기를 검색하여 목적지의 수신 신호에 대한 디코딩 에러를 감소할 수 있는 TC-CIOD 시스템의 데이터 통신 장치 및 방법을 제공하고자 함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 최적의 TC 부호기를 설정함에 있어 연산 복잡도를 감소할 수 있는 TC-CIOD 시스템의 데이터 통신 장치 및 방법을 제공하고자 함에 있다.

이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 TC-CIOD 시스템의 데이터 통신 장치는 소스측 노드의 다중 송신측 안테나의 소스측 신호를 부호화하여 목적지 노드로 전달하는 TC-CIOD 시스템의 데이터 통신 장치에 있어서, 소스측 노드는, 직렬 형태로 전송된 소스측 심볼을 전송 안테나 수와 동일한 차수로 멀티플렉싱하는 직렬/병렬 변환기; 상기 멀티플렉싱된 각 소스측 신호의 심볼에 대해 일정 크기의 심볼 집합으로 구성된 블록 단위로 그룹핑하여 트렐리스 코드(Trellis Coded : 이하 TC로 약칭함) 인코딩을 수행하는 복수개의 TC 부호기; 상기 복수개의 TC 부호기의 심볼을 인터리빙을 수행하는 하나의 인터리버; 및 인터리버된 심볼에 대해 좌표축 인터리브된 직교 설계(CIOD: coordination Interleaved Orthogonal design) 부호하여 목적지 노드로 전송하는 CIOD 부호기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 시스템은, 상기 소스측 노드와 목적지 노드 사이에 마련되고 소스측 신호의 채널 정보를 이용하여 상기 복수개의 TC 부호기 중 디코딩 에러가 적은 채널을 선택하는 TC 부호기 선택 장치를 더 포함하고, 상기 TC 부호기 선택 장치는 수신 신호를 감지하는 수신 신호 감지부; 상기 수신 신호의 채널 정보에 대한 페어와이즈 에러 확률(Pairwise Error Probability: 이하 PEP로 약칭함) 값을 도출하는 PEP 도출부; 상기 PEP 도출부의 평균치를 도출한 후 상한치를 도출하며 도출된 PEP 평균치에 대한 점근적 상한치를 연산하는 PEP 연산부; 및 PEP 평균치에 대한 점근적 상한치를 토대로 디코딩 에러가 적은 TC 부호기를 설정하는 TC 부호기 설정부를 포함할 수도 있으며, 상기 TC 부호기 설정부는 연산된 PEP 평균치에 대한 점근적 상한치의 허밍 거리가 최소값을 가지는 각각의 TC 부호기에 대해 허밍 거리가 최대값을 가지는 TC 부호기를 최적의 TC 부호기로 설정하도록 구비될 수 있다.

그리고, 전술한 장치를 기반으로 하는 본 발명의 TC-CIOD 시스템의 데이터 통신 장치는, 소스측 신호의 채널 정보를 이용하여 복수개의 TC 부호기 중 최적의 TC 부호기를 선택하여 디코딩 에러가 적은 TC 부호기를 선택하는 TC 부호기 선택 장치를 더 포함하고, 상기 TC 부호기 선택 장치는 수신 신호를 감지하는 수신 신호 감지부; 상기 수신 신호의 채널 정보에 대한 페어와이즈 에러 확률(Pairwise Error Probability: 이하 PEP로 약칭함) 값을 도출하는 PEP 도출부; 상기 PEP 도출부의 평균치를 도출한 후 상한치를 도출하며 도출된 PEP 평균치에 대한 점근적 상한치를 연산하는 PEP 연산부; 및 PEP 평균치에 대한 점근적 상한치를 토대로 디코딩 에러가 적은 TC 부호기를 설정하는 상기 TC 부호기 설정부를 포함할 수도 있으며, 상기 TC 부호기 설정부는 연산된 PEP 평균치에 대한 점근적 상한치의 허밍 거리가 최소값을 가지는 각각의 TC 부호기에 대해 허밍 거리가 최대값을 가지는 TC 부호기를 최적의 TC 부호기로 설정하도록 구비될 수 있다.

그리고, 전술한 장치를 기반으로 하는 본 발명의 TC-CIOD 시스템의 데이터 통신 방법은, 소스측 노드의 다중 송신측 안테나의 소스측 신호를 부호화하여 목적지 노드로 전달하는 TC-CIOD 시스템의 데이터 통신 방법에 있어서, 소스측 노드에서 다중 전송 안테나를 통해 수신된 직렬 형태의 소스측 신호의 심볼을 전송 안테나 수와 동일한 수로 멀티플렉싱하는 (a) 과정; 복수의 TC(Trellis Coded : 이하 TC로 약칭함) 부호기에서 상기 멀티플렉싱된 각 소스측 신호의 심볼을 일정 크기의 심볼 집합으로 구성된 블록 단위로 그룹핑하여 트렐리스 코드로 인코딩하는 (b) 과정; 상기 복수의 TC 부호기의 심볼을 인터리빙을 수행하는 (c) 과정; 및 인터리빙된 심볼에 대해 좌표축 인터리브된 직교 설계(CIOD: coordination Interleaved Orthogonal design)로 인코딩하는 목적지 노드로 전송하는 (d) 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 (d) 과정 이 후 소스측 노드와 목적지 노드 사이에 마련되고 소스측 신호의 채널 정보를 이용하여 복수개의 TC 부호기 중 최적의 TC 부호기를 선택하여 디코딩 에러가 없는 최적의 채널을 설정하는 (e) 과정을 포함하고, 상기 (e) 과정은 수신 신호를 감지하는 수신 신호 감지 단계; 상기 채널 정보에 대한 페어와이즈 에러 확률(Pairwise Error Probability: 이하 PEP로 약칭함) 값을 도출하는 PEP 도출 단계; PEP의 평균치를 도출한 후 상한치를 도출하며 도출된 PEP 평균치에 대한 점근적 상한치를 연산하는 PEP 연산 단계; 및 PEP 평균치에 대한 점근적 상한치를 토대로 디코딩 에러가 적은 최적의 TC 부호기를 설정하는 TC 부호기 설정 단계를 포함할 수도 있으며, 상기 TC 부호기 설정 단계는, 연산된 PEP 평균치에 대한 점근적 상한치의 허밍 거리가 최소값을 가지는 각각의 TC 부호기에 대해 허밍 거리가 최대값을 가지는 TC 부호기를 최적의 TC 부호기로 설정하도록 구비될 수 있다.

그리고, 전술한 장치를 기반으로 하는 본 발명의 TC-CIOD 시스템의 데이터 통신 방법은 소스측 노드의 다중 송신측 안테나의 소스측 신호를 부호화하여 목적지 노드로 전달하는 TC-CIOD 시스템의 데이터 통신 방법에 있어서, 소스측 노드와 목적지 노드 사이에 마련된 채널 선택 장치에서 소스측 신호의 채널 정보를 이용하여 복수개의 TC 부호기 중 최적의 TC 부호기를 선택하여 디코딩 에러가 없는 최적의 채널을 설정하는 (e) 과정을 포함하고, 상기 (e) 과정은 수신 신호를 감지하는 수신 신호 감지 단계; 상기 채널 정보에 대한 페어와이즈 에러 확률(Pairwise Error Probability: 이하 PEP로 약칭함) 값을 도출하는 PEP 도출 단계; PEP의 평균치를 도출한 후 상한치를 도출하며 도출된 PEP 평균치에 대한 점근적 상한치를 연산하는 PEP 연산 단계; 및 PEP 평균치에 대한 점근적 상한치를 토대로 디코딩 에러가 적은 최적의 트렐리스 부호기를 설정하는 트렐리스 부호기 설정 단계를 포함할 수도 있으며, 상기 트렐리스 부호기 설정 단계는 상기 트렐리스 부호기 설정 단계는, 연산된 PEP 평균치에 대한 점근적 상한치의 허밍 거리가 최소값을 가지는 각각의 트렐리스 부호기에 대해 허밍 거리가 최대값을 가지는 트렐리스 부호기를 최적의 트렐리스 부호기로 설정하도록 구비될 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 수신 신호의 채널 정보에 포함된 페어와이즈 에러 확률(PEP)값의 평균치에 대한 점근적 상한치를 연산하고 연산된 PEP 값의 허밍 거리가 최소인 각각의 TC 부호기에 대해 최대값의 허밍 거리를 가지는 TC 부호기를 최적의 TC 부호기로 설정함으로써, 소스측 신호에 대한 포워딩 에러를 감소하여 목적지 노드의 수신 신호에 대한 디코딩 에러를 줄일 수 있는 효과를 얻는다.

또한 본 발명에 의하면, 소스측 신호를 송신 안테나의 수와 동일한 수로 멀티플렉싱하여 병렬 형태로 변환하여 싱글 입력 싱글 출력(SISO: Single Input Single Output) 방식으로 최적의 채널 경로를 설정함으로써, 수신 신호의 채널 정보에 포함된 페어와이즈 에러 확률값의 평균치에 대한 점근적 상한치에 대한 연산 복잡도를 감소할 수 있는 잇점을 가진다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1을 일반적인 데이터 통신 장치의 구성을 보인 도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 TC-CIOD 시스템의 데이터 통신 장치의 구성을 보인 도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 TC-CIOD 시스템의 데이터 통신 장치에 도시된 소스측 노드 및 목적지 노드의 상세한 구성을 보인 도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 TC-CIOD 시스템의 데이터 통신 장치에 도시된 일정 크기의 심볼 집합으로 구성된 블록 단위로 그룹핑된 소스측 신호를 보인 도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 TC-CIOD 시스템의 데이터 통신 장치에 도시된 TC 부호기의 세부적인 구성을 보인 도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 TC-CIOD 시스템의 데이터 통신 장치에 도시된 각 스테이트 별 TC 부호기의 세부적인 구성을 보인 도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 TC-CIOD 시스템의 데이터 통신 장치에 도시된 소스측 노드와 목적지 노드 사이의 최적의 TC 부호기를 선택하기 위해 최적의 TC 부호기를 선택하는 TC 부호기 선택 장치의 세부적인 구성을 보인 도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 TC-CIOD 시스템의 데이터 통신 과정을 보인 순서도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 TC-CIOD 시스템의 데이터 통신 과정의 TC 부호기 선택 과정들 보인 순서도이다.

본 발명의 구체적인 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 TC-CIOD 시스템의 데이터 통신 장치의 구성을 보인 도이고, 도 3은 도 2에 도시된 소스측 노드 및 목적지 노드의 상세한 구성을 보인 도이며, 도 4는 도 2에 도시된 일정 크기의 심볼 집합으로 구성된 블록 단위로 그룹핑된 소스측 신호를 보인 도이며, 도 5는 도 3에 도시된 TC 부호기의 세부적인 구성을 보인 도이며, 도 6은 도 3에 도시된 각 스테이트 별 TC 부호기의 세부적인 구성을 보인 도이고, 도 7은 도 2에 도시된 소스측 노드와 목적지 노드 사이의 최적의 TC 부호기를 선택하기 위해 최적의 TC 부호기를 선택하는 TC 부호기 선택 장치의 세부적인 구성을 보인 도이다.

도 2 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 TC-CIOD 시스템의 데이터 통신 장치는, 소스 노드(S)에서 복수 개의 심볼(s0, s1,... si)을 멀티플렉싱한 후 변조하여 송신하고, 송신된 심볼은 각 목적지 노드(D)에서 디코드된다.

즉, TC-CIOD 시스템의 데이터 통신 장치는, 소스측 신호의 심볼을 멀티플렉싱한 후 변조하여 전송하는 상기 소스 노드(S)와, 소스측 노드(S)로부터 제공되는 수신 신호에 포함된 채널 정보를 토대로 최적의 채널을 설정하는 상기 최적의 채널을 통해 수신된 소스측 신호를 디코딩하는 목적지 노드(D)의 구성을 갖춘다.

이에 소스측 노드(S)는 도 3에 도시된 바와 같이, 직렬/병렬 변환기(10), 복수개의 TC 부호기(30), 인터리버(50), 및 CIOD 디코더(70)를 포함한다.

이하에서 구체적인 언급은 생략하겠으나, 소스측 노드(S)는 다수의 송신 안테나를 통해 소스측 신호를 인코딩하여 전달하고, 목적지 노드(D)는 하나의 수신 안테나를 통해 수신하여 수신 신호를 디코딩한다. 그리고, 목적지 노드(D)는 소스측 노드(S)로부터 공급되는 다수 채널의 수신 신호의 각각의 채널 정보를 토대로 디코딩 에러가 적은 최적의 TC 부호기를 설정한다. 본 발명의 실시 예에서, 소스측 노드(S)와 목적지 노드(D)가 직접 연결하는 것을 일례로 설명하고 있으나, 소스측 노드(S)의 소스측 신호를 다수의 중계 노드를 통해 목적지 노드(D)로 전달될 수 있다.

우선, 본 발명의 설명하기 앞서 시변 채널(Time Varying Channel)에서 4개의 송신 안테나를 가지는 CIOD를 디자인하고 디자인된 CIOD 사용 시 최적화된 트렐리스 코드 부호기(TC 부호기)를 검색하는 과정을 설명하면 다음과 같다.

우선, CIOD 설계함에 있어, 쉬프트 레지스터(Shift Register)의 개수를 선택하고, 쉬프트 레지스터의 개수에 따라 스테이트(State)의 수가 달라지며, 이때 쉬프트 레지스터의 수가 많으면 성능이 좋아지지만, 복잡도가 증가한다.

　이에 따라 쉬프트 레지스터의 개수를 정하고 나면, 연결 상태에 따라 다수의 트렐리스 부호기가 결정된다.

　이 후 다수의 트렐리스 부호기(Trellis Encoder) 중 디코딩 에러가 적은 트릴레스 부호기(Trellis Encoder)가 검색한다. 즉, 트렐리스 부호기(Trellis Encoder)의 성능을 비교하는 요소는　PEP 이므로, 디코딩 에러가 적은 최적의 트렐리스 부호기를 선택하기 위해 수신 신호로부터 PEP를 도출하고 도출된 PEP에서 간소화된 허밍 거리(d)가 이용된다.

하기에서 상기의 일련의 과정을 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다,

본 발명의 실시 예에 따른 TC-CIOD 시스템의 데이터 통신 장치의 직렬/병렬 변환기(10)는 직렬 형태의 소스측 신호의 심볼을 4개의 송신 안테나의 수와 동일한 수로 멀티플렉싱하여 병렬 형태로 변환하는 기능을 수행한다.

그리고, 복수개의 TC(Trellis Code) 부호기(30)는 상기 직렬/ 병렬 변환기(10)를 통해 멀티플렉싱 차수와 동일한 수로 구비되고, 각 심볼에 대해 일정 크기의 심볼 집합으로 구성된 블록 단위로 그룹핑한 후 각 블록을 트렐리스 코드로 인코딩한다. 일정 크기의 심볼 집합으로 구성된 블록 단위로 그룹핑하는 소스측 신호는 도 4에 도시된 바와 같다.

여기서, 복수개의 TC 부호기(30)은 설명 상의 편의를 위해 4 개인 것을 일례로 설명하고 있으며, 이에 국한하지 아니한다. 이에 소스측 신호의 심볼은 4 차수로 멀티플렉싱하여 TC 인코딩한 후 인터리빙을 통해 조정 결합되며 이 후 CIOD 인코딩하여 목적지 노드(D)로 전달한다.

이하 도 5 및 도 6를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 TC 부호기(30)의 세부 구성에 대해 설명하면 다음과 같다.

우선 도 5는 스테이트의 수가

인 경우의 TC 부호기(30)의 구성을 보인 도이고, 도 6는 스테이트의 수가 2, 4, 8, 16, 32 인 각각의 경우 TC 부호기(30)의 구성을 보인 도이다. 예를 들어, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 스테이트가 2인 경우 하나의 쉬프트 레지스터(D)에 대해 2개의 경로를 가지며,

는 피드백 Systematic Convolutional 인코딩을 위해 필요하다. 이에 따라 2개의 입력에 대해 출력은 3개가 된다. 즉, 입력 심볼이 2이면, 각각 입력은 1 및 0이 입력된다.

또한 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 2개의 쉬프트 레지스터(D1, D2)를 가지는 TC 부호기(30)의 경우 스테이트가 2²⁺¹-1= 7 결정됨을 알 수 있다.

이에 따라 도 5에 도시된 바와 같이, TC 부호기(30)는 쉬프트 레지스터의 수가 v 일 때 스테이트의 수는

로 결정됨을 알 수 있다.

각각의 TC 부호기(30)를 통과한 소스측 신호의 심볼은 인터리버(50)에 전송되며, 상기 인터리버(50)는 상기 복수개의 트렐리스 코드(TC) 부호기(30)의 심볼을 결합하여 인터리빙을 수행한다. 즉, 상기 도 4의 블록과 블록 사이의 채널값은 상호 독립적이나 블록 내부의 소스측 심볼값은 서로 종속적이다. 이에 TC 부호기(30) 각각을 통과한 소스측 심볼에 대해 깊이(Depth)를 무한대로 인터리버(50)에서 인터리빙됨에 따라 블럭 내부의 소스측 심볼값 간은 독립적 관계를 가진다.

그리고, 상기 인터리빙된 소스측 심볼은 CIOD 부호기(70)에 전달되며, 상기 CIOD 부호기(70)에 적용되는 컨스텔레이션 (constellation)는 다음 식 1을 만족한다.

... 식 1

즉, 본 발명의 실시 예에 따른 TC-CIOD 시스템은 4x1 MISO(Multiple Input Single Output) 채널을 4개의 parallel한 시간 독립적인 SISO(Single Input Single Output)로 나타낼 수 있게 된다.

그리고, CIOD 부호기(70)에서 출력되는 소스측 심볼은 목적지 노드(D)에 도달되며, 목적지 노드(D)는 하나의 수신 안테나를 통해 상기 소스측 심볼을 수신한다.

한편, 목적지 노드(D)는 각 TC 부호기의 각 경로에 대해 수신 신호의 채널 정보에 포함된 페어와이즈 에러 확률(PEP)값의 평균치에 대한 점근적 상한치를 연산하고 연산된 각 경로의 PEP 값의 허밍 거리가 최소인 각각의 TC 부호기에 대해 최대값의 허밍 거리를 가지는 TC 부호기를 최적의 TC 부호기로 설정하도록 구비된다.

즉, 목적지 노드(D)는 소스측 신호의 채널 정보를 이용하여 복수개의 TC 부호기 중 디코딩 에러가 적은 TC 부호기를 선택하는 TC 부호기 선택 장치(90)를 더 포함하고, 상기 TC 부호기 선택 장치(90)는 수신 신호를 감지하는 수신 신호 감지부(110)와, 상기 수신 신호의 채널 정보에 대한 페어와이즈 에러 확률(Pairwise Error Probability: 이하 PEP로 약칭함) 값을 도출하는 PEP 도출부(120)와, 상기 PEP의 평균치를 도출한 후 상한치를 도출하며 도출된 PEP 평균치에 대한 점근적 상한치를 연산하는 PEP 연산부(130)과, PEP 평균치에 대한 점근적 상한치를 토대로 디코딩 에러가 적은 TC 부호기를 설정하는 TC 부호기 설정부(140)를 포함할 수도 있다.

여기서, TC 부호기 설정부(140)은 채널 정보를 통해 연산된 PEP 평균치에 대한 점근적 상한치의 허밍 거리가 최소값인 각각의 TC 부호기에 대해 허밍 거리가 최소값을 가지는 TC 부호기를 최적의 TC 부호기를 디코더 에러가 적은 경로로 설정된다.

예를 들어 허밍 거리가 최소값은 가지는 스테이트 수와 일치하는 각각 TC 부호기에 대해 허밍 거리가 최대값을 가지는 TC 부호기를 디코딩 에러가 없는 최적의 TC 부호기로 설정한다.

이하 도 7을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 TC 부호기 설정부(140)의 세부 구성에 대해 설명하면 다음과 같다.

목적지 노드(D가 4x1 Quasi Static Rayleigh 채널인 경우 수신 신호는 다음 식 2로 나타낸다.

.. 식 2

여기서,

는

에 부합한 수신 심볼이며,

이다. 지수에 있는

는 각각 심볼의 실수파트와 허수파트를 나타낸다.

는 평균은 0 이며, 분산이

인 화이트 가우시안 노이즈(AWGN : Additive White Gaussian Noise)이다.

와

는 자유도가 4인 독립적인 Chi square random variable 인 채널 이득값이다. 이에

을 만족하며,

는 Time index를 나타낸다.

그리고 SISO 방식으로 TC가 인코딩되어 전송된 경우 목적지 노드(D)는 각 TC 부호기에 대한 채널이득값이 주워졌다고 가정하면 PEP(Pairwise Error Probability) 값은 다음 식 3으로 표현된다.

... 식 3

여기서

는

이고,

는

이며,

은 Error Event의 전체 길이이고,

,는 채널이득 값의 집합이다.

식 3으로부터

,가 주워졌다고 했을 시에,

를 보내

로 판단한 확률이고,

은

로서 잡음과 신호의 에너지의 비이다.

한편,

,

을 만족하므로, 식 3은 Craig's formula를 사용하면 PEP 값은 다음 식 4로 정리된다.

... 식 4

한편,

에 대한 Moment Generation Function(MGF)을 통해 PEP 값의 평균은 다음 식 5로 나타낸다.

... 식 5

그리고, 식 5의

를

로 대체하면 식 5의 PEP 값의 평균치에 대한 상한치는 다음 식 6으로 표현된다.

... 식 6

신호대 노이즈 비(SNR)인

를 만족하면, PEP 값의 평균치에 대한 상한치는 다음 식 7로 나타낸다.

... 식 7

는

의 값이 0이 아닌 갯수이며, 식 7을 이용하여 비트 에러 비(BNR: Bite Error Rate)를 도출하며 상기 BNR은 다음 식 8을 만족한다.

.. 식 8

여기서, 다중 채널 중 BNR이 최소값이 되는 채널의 허밍 거리(

)가 최대값을 가지는 TC 부호기(30)를 선택하면 선택된 TC 부호기(30)를 가지는 채널이 디코딩 에러가 없는 최적의 채널로 설정된다.

상기

는 TC 부호기(30)의 입력 비트, 즉, 직렬/병렬 변환기(10)의 출력 심볼의 수이며,

는

와

의 허밍 가중치이다.

이에 선택된 TC 부호기(30)를 통과한 소스측 신호의 심볼은 인터리버(50)에 전송되며, 상기 인터리버(50)는 상기 복수개의 트렐리스 코드(TC) 부호기(30)의 심볼을 결합하여 인터리빙을 수행하고, 상기 인터리빙된 소스측 심볼은 CIOD 부호기(70)에 전달된 후 목적지 노드(D)로 제공되어 디코딩된다. 이때 선택된 TC 부호기(30)를 통해 수신된 심볼에 대한 디코딩 에러는 최적의 TC 부호기를 통해 수신되므로 감소할 수 있게 된다.

따라서_,수신 신호의 채널 정보에 포함된 페어와이즈 에러 확률(PEP)값의 평균치에 대한 점근적 상한치를 연산하고 연산된 각 경로의 PEP 값의 허밍 거리가 최소값을 가지는 각 TC 부호기에 대해 허밍 거리가 최대값인 TC 부호기를 최적의 TC 부호기로 설정함으로써, 소스측 신호에 대한 포워딩 에러를 감소하여 목적지 노드의 수신 신호에 대한 디코딩 에러를 줄일 수 있다.

또한 소스측 신호를 송신 안테나의 수와 동일한 수로 멀티플렉싱하여 병렬 형태로 변환하여 싱글 입력 싱글 출력(SISO: Single Input Single Output) 방식으로 최적의 채널 경로를 설정함으로써, 수신 신호의 채널 정보에 포함된 페어와이즈 에러 확률값의 평균치에 대한 점근적 상하치에 대한 연산 복잡도를 감소할 수 있다.

수신 신호의 채널 정보에 포함된 페어와이즈 에러 확률(PEP)값의 평균치에 대한 점근적 상한치를 연산하고 연산된 각 경로의 PEP 값의 허밍 거리가 최소인 각 TC 부호기에 대해 허밍 거리 중 최대값인 TC 부호기를 최적의 TC 부호기로 설정하는 일련의 과정을 도 8을 참조하여 설명한다.

도 8은 도 2에 도시된 TC-CIOD 시스템의 데이터 통신 장치의 동작 상태를 보인 순서도로서, 도 8을 참조하여 본 발명의 다른 실시 예에 따른 TC-CIOD 시스템의 데이터 통신 과정을 설명한다.

우선, 직렬/병렬 변환기(10)에서 다중 전송 안테나를 통해 수신된 직렬 형태의 소스측 신호의 심볼을 전송 안테나 수와 동일한 수로 멀티플렉싱하고, 다수의 TC 부호기(30)에서 상기 멀티플렉싱된 각 소스측 신호의 심볼을 일정 크기의 심볼 집합으로 구성된 블록 단위로 그룹핑하여 트렐리스 코드(Trellis Coded : 이하 TC로 약칭함)로 인코딩한다(S1, S2).

그리고, 인터리버(50)는 상기 복수개의 트렐리스 코드 부호기(30)의 심볼을 인터리빙을 수행한 후 CIOD 부호기(70)에서 인터리빙된 심볼에 대해 좌표축 인터리브된 직교 설계(CIOD: coordination Interleaved Orthogonal design)로 인코딩하는 목적지 노드로 한다(S3, S4).

또한, 목적지 노드(D)에서 소스측 신호의 채널 정보를 이용하여 복수개의 TC 부호기(30) 중 최적의 TC 부호기를 선택하여 디코딩 에러가 없는 최적의 채널을 설정한다(S5).

이하 도 9를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 채널 설정 과정(S5)에 대해 설명하면 다음과 같다.

우선, 채널 설정 장치(90)에서 수신 신호를 감지하고, 상기 채널 정보에 대한 페어와이즈 에러 확률(Pairwise Error Probability: 이하 PEP로 약칭함) 값을 도출하며, PEP의 평균치를 도출한 후 상한치를 도출하며 도출된 PEP 평균치에 대한 점근적 상한치를 연산한다(S51-53).

그리고, 채널 설정 장치(90)는 PEP 평균치에 대한 점근적 상한치를 토대로 디코딩 에러가 없는 최적의 TC 부호기를 설정한다(S54).

단계(S54)에서 최적의 TC 부호기는 채널 정보의 PEP 평균치에 대한 점근적 상한치의 허밍 거리가 최소값인 각각의 TC 부호기에 대해 허밍 거리가 최대값인 TC 부호기로 설정한다(S55, S56).

이에 따라, 수신 신호의 채널 정보에 포함된 페어와이즈 에러 확률(PEP)값의 평균치에 대한 점근적 상한치를 연산하고 연산된 각 경로의 PEP 값의 허밍 거리가 최소값을 가지는 각 TC 부호기에 대해 허밍 거리가 최대값인 TC 부호기를 최적의 TC 부호기로 설정함으로써,, 소스측 신호에 대한 포워딩 에러를 감소하여 목적지 노드의 수신 신호에 대한 디코딩 에러를 줄일 수 있다.

본 실시예에서 사용되는 '~부'라는 용어, 즉 '~모듈'은 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, 모듈은 어떤 기능들을 수행한다. 그렇지만 모듈은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. 모듈은 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 모듈은 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성 요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 모듈들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 모듈들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 모듈들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 모듈들은 디바이스 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수 도 있다.

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시 예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등 물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

수신 신호의 채널 정보에 포함된 페어와이즈 에러 확률(PEP)값의 평균치에 대한 점근적 상한치를 연산하고 연산된 각 경로의 PEP 값의 허밍 거리가 최소인 각각의 TC 부호기에 대해 최대값의 허밍 거리르 가지는 TC 부호기를 최적의 TC 부호기로 설정함으로써, 소스측 신호에 대한 포워딩 에러를 감소하여 목적지 노드의 수신 신호에 대한 디코딩 에러를 줄일 수 있고, 또한 소스측 신호를 송신 안테나의 수와 동일한 수로 멀티플렉싱하여 병렬 형태로 변환하여 싱글 입력 싱글 출력(SISO: Single Input Single Output) 방식으로 최적의 채널 경로를 설정함으로써, 수신 신호의 채널 정보에 포함된 페어와이즈 에러 확률값의 평균치에 대한 점근적 상하치에 대한 연산 복잡도를 감소할 수 있는 TC-CIOD 시스템의 데이터 통신 장치 및 방법의 정확성 및 신뢰도 측면, 더 나아가 성능 효율 면에 매우 큰 진보를 가져올 수 있으며, 적용되는 단말의 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이다.

Claims

소스측 노드에서 다중 송신측 안테나의 소스측 신호를 부호화하여 목적지 노드로 전달하는 TC-CIOD 시스템의 데이터 통신 장치에 있어서,
상기 소스측 노드는, 직렬 형태로 전송된 소스측 심볼을 전송 안테나 수와 동일한 차수로 멀티플렉싱하는 직렬/병렬 변환기;
상기 멀티플렉싱된 각 소스측 신호의 심볼에 대해 일정 크기의 심볼 집합으로 구성된 블록 단위로 그룹핑하여 트렐리스 코드(Trellis Coded : 이하 TC로 약칭함) 인코딩을 수행하는 복수개의 TC 부호기; 및
상기 복수개의 TC 부호기의 심볼을 인터리빙을 수행하는 하나의 인터리버; 및
인터리버된 심볼에 대해 좌표축 인터리브된 직교 설계(CIOD: coordination Interleaved Orthogonal design) 부호하여 목적지 노드로 전송하는 CIOD 부호기를 포함하되,
상기 소스측 신호로부터 페어와이즈 에러 확률(Pairwise Error Probability: 이하 PEP로 약칭함) 값을 도출하고 도출된 PEP에서 간소화된 허밍 거리(d)가 이용하여 복수의 TC 부호기의 성능을 측정하고,
상기 소스측 신호를 송신 안테나의 수와 동일한 수로 멀티플렉싱하여 병렬 형태로 변환하여 싱글 입력 싱글 출력(SISO: Single Input Single Output) 방식으로 채널 경로를 설정하도록 구비되며,
상기 소스측 노드와 목적지 노드 사이에 마련되고 소스측 신호의 채널 정보를 이용하여 복수개의 TC 부호기 중 최적의 TC 부호기를 선택하여 디코딩 에러가 없는 채널을 선택하는 TC 부호기 선택 장치를 더 포함하는 하는 것을 특징으로 하는 TC-CIOD 시스템의 데이터 통신 장치.
삭제
제1항에 있어서, 상기 TC 부호기 선택 장치는
수신 신호를 감지하는 수신 신호 감지부; 상기 수신 신호의 채널 정보에 대한 페어와이즈 에러 확률(Pairwise Error Probability: 이하 PEP로 약칭함) 값을 도출하는 PEP 도출부;
상기 PEP 도출부의 평균치를 도출한 후 상한치를 도출하며 도출된 PEP 평균치에 대한 점근적 상한치를 연산하는 PEP 연산부; 및
PEP 평균치에 대한 점근적 상한치를 토대로 디코딩 에러가 적은 채널을 설정하는 TC 부호기 설정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 TC-CIOD 시스템의 데이터 통신 장치.
제3항에 있어서, 상기 TC 부호기 설정부는
PEP 평균치에 대한 점근적 상한치에 대한 허밍 거리가 최소값을 가지는 각각의 TC 부호기에 대해 최대값의 허밍 거리를 가지는 TC 부호기를 최적의 TC 부호기로 설정하는 것을 특징으로 하는 TC-CIOD 시스템의 데이터 통신 장치.
삭제
삭제
삭제
소스측 노드에서 다중 송신측 안테나의 소스측 신호를 부호화하여 목적지 노드로 전달하는 TC-CIOD 시스템의 데이터 통신 방법에 있어서,
상기 소스측 노드에서 다중 전송 안테나를 통해 수신된 직렬 형태의 소스측 신호의 심볼을 전송 안테나 수와 동일한 수로 멀티플렉싱하는 (a) 과정; 복수개의 TC(Trellis Coded : 이하 TC로 약칭함) 부호기에서 상기 멀티플렉싱된 각 소스측 신호의 심볼에 대해 일정 크기의 심볼 집합으로 구성된 블록 단위로 그룹핑하여 트렐리스 코드 인코딩을 수행하는 (b) 과정; 상기 복수개의 TC 부호기의 심볼을 인터리빙을 수행하는 (c) 과정; 및 인터리빙된 심볼에 대해 좌표축 인터리브된 직교 설계(CIOD: coordination Interleaved Orthogonal design)로 인코딩하는 목적지 노드로 전송하는 (d) 과정을 포함하되,
상기 소스측 신호로부터 페어와이즈 에러 확률(Pairwise Error Probability: 이하 PEP로 약칭함) 값을 도출하고 도출된 PEP의 허밍 거리(d)를 이용하여 복수의 TC 부호기의 성능을 측정하고,
상기 소스측 신호를 송신 안테나의 수와 동일한 수로 멀티플렉싱하여 병렬 형태로 변환하여 싱글 입력 싱글 출력(SISO: Single Input Single Output) 방식으로 채널 경로를 설정하도록 구비되고,
상기 (d) 과정 이 후
소스측 노드와 목적지 노드 사이에 마련된 채널 선택 장치에서 소스측 신호의 채널 정보를 이용하여 복수개의 TC 부호기 중 최적의 TC 부호기를 선택하여 디코딩 에러가 적은 최적의 TC 부호기를 설정하는 (e) 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 TC-CIOD 시스템의 데이터 통신 방법.
삭제
제8항에 있어서, 상기 (e) 과정은
수신 신호를 감지하는 수신 신호 감지 단계;
상기 채널 정보에 대한 페어와이즈 에러 확률(Pairwise Error Probability: 이하 PEP로 약칭함) 값을 도출하는 PEP 도출 단계;
PEP의 평균치를 도출한 후 상한치를 도출하며 도출된 PEP 평균치에 대한 점근적 상한치를 연산하는 PEP 연산 단계; 및
PEP 평균치에 대한 점근적 상한치를 토대로 디코딩 에러가 없는 최적의 채널 를 설정하는 TC 부호기 설정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 TC-CIOD 시스템의 데이터 통신 방법.
제10항에 있어서, 상기 TC 부호기 설정 단계는
PEP 평균치에 대한 점근적 상한치에 대한 허밍 거리가 최소값을 가지는 각각의 TC 부호기에 대해 최대값의 허밍 거리를 가지는 TC 부호기를 최적의 TC 부호기로 설정하는 것을 특징으로 하는 TC-CIOD 시스템의 데이터 통신 방법.
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