KR102273110B1 - 폴라 코드들의 코딩 및 디코딩 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 개시내용은 폴라 코드들에 대한 최적화된 코딩 및 디코딩 방법, 및 대응하는 인코더 및 디코더를 제공한다. 코딩 방법은: 자유 비트들 및 나머지 비트들을 포함하는 인코딩될 입력 비트들을 제공하는 단계; 나머지 비트들을 복수의 프래그먼트로 분할하는 단계; 연결 코드를 제공하는 단계; 나머지 비트들의 하나의 프래그먼트를 연결 코드에 연결함으로써 연결된 프래그먼트를 형성하는 단계 - 나머지는 여전히 연결되지 않은 프래그먼트들임 -; 폴라 코드들을 획득하기 위해 자유 비트들, 연결된 프래그먼트, 및 연결되지 않은 프래그먼트들에 대해 양극화 코딩을 수행하는 단계를 포함한다.

Description

폴라 코드들의 코딩 및 디코딩 방법 및 장치

본 개시내용은 폴라 코드들의 코딩 및 디코딩에 관한 것으로, 보다 상세하게는 작은 패킷 송신에 적합한 폴라 코드들을 코딩 및 디코딩하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

머신 타입 통신(Machine Type Communication, MTC)은 5G에서 가장 중요한 주제들 중 하나이다. MTC UE들(User Equipment)은 일반적으로 단순하며 배터리로 구동되는 디바이스들이기 때문에, 이러한 종류의 서비스를 지원하기 위해서는 복잡도와 배터리 수명이 중요한 이슈들이다.

폴라 코드들은 터키 Bilken 대학의 Erdal Arikan 교수에 의해 2007년에 제출되고 발표된 그의 논문 "채널 양극화: 대칭적 이진-입력 메모리리스 채널들에 대한 용량을 달성하는 코드들을 구성하기 위한 방법(Channel polarization: a method for constructing capacity achieving codes for symmetric binary-input memoryless channels)"에서 처음 제안되었으며, 폴라 코드들은 대칭적 이진-입력 이산 메모리리스 채널에서 극히 낮은 코딩 및 디코딩 복잡도(연구들에 따르면 터보 코드들의 단지 1.5%)로 섀넌 용량에 도달할 수 있음을 이론적으로 증명하였다. 이 논문의 전체 내용은 본 명세서에서 참조되며 본 출원의 설명에 기록된 것으로 간주되어야 한다.

따라서, 폴라 코드들은 5G, 특히 5G MTC에 대한 후보 코딩 스킴(candidate coding scheme)으로서 정의된다.

그러나 폴라 코드들은 작은 패킷들(예를 들어, 100바이트 이내(수십 비트를 포함하나, 이에 한정되지는 않음))에 대해서는 겨우 만족스러운 성능만을 갖지만, 일부 다른 코딩 스킴들보다 여전히 우수할 것이다. 이것의 증거는 그것들의 실제 디코딩 성능과 이론적인 값 사이에 차이가 여전히 존재한다는 것이다. 그 이유는 폴라 코드들이 채널 양극화 이론(channel polarization theory)에 기반을 두고 있기 때문이며, 여기서 등가 채널은 디코더를 포함하도록 모델링된다. 디코딩 이후, 인코더에 병렬로 입력된 비트들은 채널 양극화 효과를 경험할 것이고, 즉, 상이한 비트들은 상이한 채널 용량들을 경험한다. 이상적으로는, 일부 비트들은 에러가 없는 채널들을 경험하는 반면 나머지 비트들은 용량이 0인 채널들을 경험하게 될 것이다. 폴라 코드들 및 채널 양극화에 대한 자세한 이론들은 Arikan 교수의 이 논문에서 찾을 수 있다.

도 1은 가장 간단한 구성을 갖는 폴라 코드 인코더의 예를 도시한다. 이 예에서, W는 채널을 나타내고,

는 입력된 비트들을 나타내고,

는 코딩된 출력 비트들(본 명세서에서, 코딩된 출력 비트들은 코딩된 비트들이라고도 함)을 나타낸다. 따라서, 채널 상호 정보는

, 및

로 표현된다.

채널 양극화는 채널 결합과 채널 분할의 두 단계로 수행된다. 채널 결합은 결합된 채널

을 형성하고, 채널 분할은 결합된 채널

에 기초하여 N개의 가상 채널을 재-형성하는 프로세스이다. 이것은 아래에 표현된 이론에 기초한다:

. 따라서 이 예에서, 분할 채널들은

이고

이며; 또한,

이다. 이것은 소위 양극화 효과이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 이진 소거 채널(Binary Erasure Channel, BEC) 상의 매우 큰 패킷(예를 들어, 도 2의 가장 오른쪽에 있는

크기의 코드 블록)에 대해, 이상적인 채널 양극화가 달성될 수 있다.

그러나, 더 작은 코드 블록(예를 들어, 도면의 가장 왼쪽에 도시된

크기의 코드 블록)에 대해, 상대적으로 이상적인 채널 양극화가 달성될 수 없으며, 이는 도 2에도 도시돼 있다. 도 3에 도시된 AWGN(Additive White Gaussian Noise, 부가 백색 가우스 잡음) 채널에서의 BER(Bit Error Rate, 비트 에러 레이트) 성능은 AWGN 채널에서의 비-이상적인 양극화 효과가 BEC 채널에서보다 더 심각하다는 것을 보여준다.

이상적으로는, 용량이 0인 분할 채널들은 프로즌 비트들(frozen bits)을 위한 것인 한편, 용량이 큰 채널들은 자유 비트들(free bits)을 위한 것이다. 그리고, 코드 레이트는

이다. 양극화를 통해, 분할 채널들은 상호 독립적이며, BLER(Block Error Rate, 블록 에러 레이트)은

에 의해 추정될 수 있다.

그러나, 실제로는, 자유 비트들을 위한 비트 채널들 이외의 비트 채널들은 더 작은 패킷들에 대해서는 용량이 실제로 0이 아니며; 대신에, 그것들의 용량들은 상당히 크지만, 자유 비트들을 캐리하는 채널들의 용량들보다는 훨씬 낮다. 이는 그것들이 사용되지 않을 경우 채널 용량들의 낭비를 의미한다. 그러나, 이 채널들이 자유 비트들을 캐리하는 데 사용된다면, 대응하는 문제가 발생할 것이고, 즉, 이 채널들 상에 존재하는 극히 높은 비트 에러 레이트로 인해 디코더가 정확하게 디코딩할 수 없다.

본 개시내용의 실시예들에 따르면, 보다 작은 패킷들을 송신하는 데에 특히 유리한, 폴라 코드들을 코딩 및 디코딩하기 위한 신규한 솔루션을 제공하는 것이 바람직하며, 이는 너무 작은 용량을 가지는 것으로 믿어졌던 채널들을 효과적으로 활용할 수 있기 때문이고, 따라서 더 작은 패킷을 송신하기 위해 더 높은 채널 용량을 제공하고; 한편, 보다 중요하게는, 코딩 또는 디코딩 복잡도를 현저하게 증가시키지 않는 것이 바람직하다.

본 개시내용의 양태에 따른 실시예는 폴라 코드들을 코딩하기 위한 방법으로서: 자유 비트들 및 나머지 비트들을 포함하는 인코딩될(to-be-encoded) 입력 비트들을 제공하는 단계; 나머지 비트들을 복수의 프래그먼트(fragment)로 분할하는 단계; 연결 코드를 제공하는 단계; 나머지 비트들의 하나의 프래그먼트를 연결 코드에 연결함으로써 연결된 프래그먼트를 형성하는 단계 - 나머지는 여전히 연결되지 않은 프래그먼트들임 -; 폴라 코드들을 획득하기 위해 자유 비트들, 연결된 프래그먼트 및 연결되지 않은 프래그먼트들에 대해 양극화 코딩(polarization coding)을 수행하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.

임의로(optionally), 연결되지 않은 프래그먼트들은 양극화 코딩 시 양쪽 당사자측에 알려진 프리셋 비트(예를 들어, 0)를 송신 및 수신하도록 구성된다.

임의로, 연결 코드에 연결된 프래그먼트의 길이는 자유 비트보다 작다.

임의로, 연결 코드의 길이는 입력 비트들의 전체 길이보다 작다.

임의로, 단계 b에서, 각각의 프래그먼트 내의 상이한 비트들의 비트 에러 레이트들은 실질적으로 동일하고, 연결 코드는 그곳에 연결된 프래그먼트의 비트 에러 레이트를 감소시키도록 구성되며, 연결 코드는 순환 중복 검사(cyclic redundancy check)를 필요로 하지 않는다.

연결된 프래그먼트의 비트 에러 레이트는 자유 비트들의 최저 비트 에러 레이트보다 높지 않다.

본 개시내용의 다른 양상의 실시예에 따라, 폴라 코드들을 디코딩하는 방법으로서: 코딩된 코드워드(codeword)를 송신단으로부터 수신하는 단계 - 코딩된 코드워드는 연결 코드 및 폴라 코드들을 통해, 코딩될 입력 비트들을 코딩함으로써 생성됨 -; 입력 비트들을 복원하기 위해, 코딩된 코드워드를 디코딩하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.

임의로, 방법은 송신단으로부터 표시를 수신하는 단계를 포함하고, 표시는 다음의 항목들 중 어느 하나를 통지하기 위한 것이다: 송신단이 폴라 코드들을 코딩하기 위해 연결 코드를 사용하는지 여부; 입력 비트들 내의 자유 비트들 이외의 나머지 비트들이 송신단에서 얼마나 많은 프래그먼트들로 분할되는지; 각각의 프래그먼트들이 연결 코드에 연결되는지 여부; 연결 코드의 유형 및 관련된 구성 파라미터들; 연결 코드의 코드 레이트; 각각의 프래그먼트의 합성/인터리빙 스킴(composing/interleaving scheme).

본 개시내용의 또 다른 양태의 실시예에 따라, 폴라 코드들에 대한 인코더로서: 자유 비트들 및 나머지 비트들을 포함하는 인코딩될 입력 비트들을 제공하도록 구성된 제1 유닛; 나머지 비트들을 복수의 프래그먼트로 분할하도록 구성된 제2 유닛; 연결 코드를 제공하도록 구성된 제3 유닛; 나머지 비트들의 하나의 프래그먼트를 연결 코드에 연결함으로써 연결된 프래그먼트를 형성하도록 구성된 제4 유닛 - 나머지는 여전히 연결되지 않은 프래그먼트들임 -; 폴라 코드들을 획득하기 위해 자유 비트들, 연결된 프래그먼트 및 연결되지 않은 프래그먼트들에 대해 양극화 코딩을 수행하도록 구성된 제5 유닛을 포함하는 인코더가 제공된다.

임의로, 연결되지 않은 프래그먼트들은 양극화 코딩 시 양쪽 당사자측에 알려진 프리셋 비트(예를 들어, 0)를 송신 및 수신하도록 구성된다.

임의로, 연결 코드에 연결된 프래그먼트의 길이는 자유 비트보다 작다.

임의로, 연결 코드의 길이는 입력 비트들의 전체 길이보다 작다.

임의로, 각각의 프래그먼트 내의 상이한 비트들의 비트 에러 레이트들은 실질적으로 동일하다.

임의로, 제3 유닛은 복수의 상이한 연결 코드를 제공하도록 구성되며; 제4 유닛은 복수의 상이한 연결 코드를 나머지 비트들의 복수의 상이한 프래그먼트와 연결하여 복수의 연결된 프래그먼트를 형성하는 한편, 나머지는 연결되지 않은 프래그먼트들로 되도록 구성되며, 여기서 연결 코드들은 그곳에 연결된 프래그먼트들의 비트 에러 레이트를 감소시키도록 구성되고, 연결 코드들은 순환 중복 검사를 필요로 하지 않는다.

임의로, 연결된 프래그먼트들 중 임의의 것의 비트 에러 레이트는 자유 비트들의 최저 비트 에러 레이트보다 높지 않다.

본 개시내용의 추가로 다른 양상의 실시예에 따라, 폴라 코드들에 대한 디코더로서: 코딩된 코드워드를 송신단으로부터 수신하도록 구성된 제6 유닛 - 코딩된 코드워드는 연결 코드 및 폴라 코드들을 통해, 코딩될 입력 비트들을 코딩함으로써 생성됨 -; 및 입력 비트들을 복원하기 위해, 코딩된 코드워드를 디코딩하도록 구성된 제7 유닛을 포함하는 디코더가 제공된다.

임의로, 디코더는: 송신단으로부터 표시를 수신하도록 구성된 제8 유닛을 더 포함하고, 표시는 다음의 항목들 중 어느 하나를 통지하기 위한 것이다: 송신단이 폴라 코드들을 코딩하기 위해 연결 코드를 사용하는지 여부; 입력 비트들 내의 자유 비트들 이외의 나머지 비트들이 송신단에서 얼마나 많은 프래그먼트들로 분할되는지; 각각의 프래그먼트들이 연결 코드에 연결되는지 여부; 연결 코드의 유형 및 관련된 구성 파라미터들; 연결 코드의 코드 레이트; 각각의 프래그먼트의 합성/인터리빙 스킴.

종래 기술에 비해, 본 개시내용의 실시예들은 다음과 같은 이점들을 갖는다: 1. MTC를 예로 들면, 폴라 코드를 갖는 더 작은 패킷들을 송신할 때의 채널 용량이 향상되고; 2. 에러 레이트(비트 에러 레이트 또는 블록 에러 레이트)가 손상되지 않고; 3. 폴라 코드들의 디코딩 복잡도는 극히 낮은 정도로 유지되고; 4. 코딩 복잡도가 매우 낮고 확장성이 우수하여, 상이한 패킷 크기들 및 코딩 매트릭스들을 지원한다.

본 개시내용의 다른 특징들, 목적들 및 이점들은 첨부된 도면들을 참조하여 비한정적인 실시예들의 상세한 설명을 읽음으로써 더욱 명백해질 것이다.
도 1은 가장 간단한 구성을 갖는 폴라 코드 인코더의 개략도를 도시한다.
도 2는 종래 기술에 따른 이진 소거 채널 상의 채널 양극화 효과를 도시한다.
도 3은 부가 백색 가우스 잡음 채널에 대한 종래 기술에 따른 채널 양극화 효과를 도시한다.
도 4는 도 3의 예에서의 인코더의 개략도이다.
도 5는 본 개시내용의 실시예에 따른 폴라 코드들을 코딩하기 위한 방법의 흐름도이다.
도 6은 본 개시내용의 실시예에 따른 폴라 코드들을 디코딩하기 위한 방법의 흐름도이다.
도 7은 본 개시내용의 실시예에 따른 폴라 코드 인코더의 블록도이다.
도 8은 본 개시내용의 실시예에 따른 폴라 코드 디코더의 블록도이다.
도 9는 본 개시내용의 바람직한 실시예에 따른 코드 구조의 개략도이다.
도 10은 본 개시내용의 실시예에 따른 폴라 코드들의 코딩 및 디코딩 스킴의 비트 에러 레이트들을 시뮬레이션한 결과의 개략도이다.
도면 전체에 걸쳐 동일하거나 대응하는 참조 번호들은 동일하거나 대응하는 부분들을 나타낸다.

예시적인 실시예들을 보다 상세하게 논의하기 전에, 일부 예시적인 실시예들은 흐름도들로 묘사된 프로세스들 또는 방법들로서 설명됨을 주목해야 한다. 흐름도들은 다양한 동작을 순차적인 프로세싱으로 설명하지만, 그 안의 많은 동작들은 병렬적으로, 함께 또는 동시에 구현될 수 있다. 또한, 다양한 동작들의 시퀀스는 재배열될 수 있다. 이 동작들이 완료될 때, 프로세싱은 종료될 수 있으며; 또한, 도면들에 포함되지 않은 추가 단계들을 또한 포함할 수 있다. 프로세싱은 방법, 기능, 사양, 서브 루틴, 서브 프로그램 등에 대응할 수 있다.

본 명세서에서 "컴퓨터 디바이스"("컴퓨터"라고도 함)는 미리 결정된 프로그램 또는 명령어를 실행함으로써 수치 계산 및/또는 논리 계산과 같은 미리 결정된 프로세싱 프로세스를 실행할 수 있는 스마트 전자 디바이스를 지칭하며, 이는 프로세서 및 메모리를 포함할 수 있으며, 프로세서는 메모리에 미리 저장된 프로그램 명령어를 실행하여 미리 결정된 프로세싱 프로세스를 실행하거나, ASIC, FPGA 및 DSP와 같은 하드웨어를 사용하여 미리 결정된 프로세싱 프로세스를 실행하거나, 위의 두 가지를 조합함으로써 실행한다. 컴퓨터 디바이스는 서버, 개인용 컴퓨터(PC), 랩탑 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 스마트폰 등을 포함하지만 이에 한정되지 않는다.

컴퓨터 디바이스는 예를 들어 사용자 장비 및 네트워크 디바이스를 포함한다. 특히, 사용자 장비는 개인용 컴퓨터(PC), 랩탑 컴퓨터 및 이동 단말기 등을 포함하지만, 이에 한정되지 않으며; 이동 단말기는 스마트폰, PDA 등을 포함하지만, 이에 한정되지 않으며; 네트워크 디바이스는 단일 네트워크 서버, 복수의 네트워크 서버로 구성된 서버 그룹, 또는 클라우드 컴퓨팅에 기초한 대량의 컴퓨터 또는 네트워크 서버로 구성된 클라우드를 포함하지만 이에 한정되지 않으며, 클라우드 컴퓨팅은 일종의 분산 컴퓨팅, 즉 느슨하게 결합된 컴퓨터 집합들의 그룹으로 구성된 하이퍼바이저와 같은 것이다. 특히, 컴퓨터 디바이스는 본 개시내용을 개별적으로 구현하도록 동작할 수도 있고, 또는 네트워크에 액세스하여 네트워크 내의 다른 컴퓨터 디바이스들과의 대화형 동작(interactive operation)을 통해 본 개시내용을 구현할 수도 있다. 특히, 컴퓨터 디바이스가 위치되는 네트워크는 인터넷, 광역 네트워크, 대도시권 네트워크, 근거리 네트워크, VPN 네트워크 등을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.

본 명세서에서 사용자 장비, 네트워크 디바이스 및 네트워크는 단지 예들일 뿐이며, 다른 현존하거나 미래에 있을 가능성이 있는 컴퓨터 디바이스들 또는 네트워크들도 마찬가지로, 본 개시내용에 적용 가능할 경우, 본 개시내용의 보호범위 내에 포함될 수 있음을 알아야 하며, 그것들은 본 명세서에서 참조에 의해 포함된다.

이하에서 논의되는 방법들은 (그 일부가 흐름도들을 통해 예시되고) 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 미들웨어, 마이크로코드, 하드웨어 설명 언어, 또는 이들의 임의의 조합에 의해 구현될 수 있다. 그들이 소프트웨어, 펌웨어, 미들웨어 또는 마이크로코드로 구현될 때, 필수적 작업들을 구현하기 위한 프로그램 코드들 또는 코드 세그먼트들은 컴퓨터 또는 컴퓨터 판독가능 매체(예를 들어, 저장 매체)에 저장될 수 있다. (하나 이상의) 프로세서는 필수적 작업들을 구현할 수 있다.

본 명세서에 개시된 특정 구조들 및 기능적 세부 사항은 단지 대표적인 것이며 본 개시내용의 예시적인 실시예들을 설명하기 위한 것이다. 또한, 본 개시내용은 복수의 대안적인 방식에 의해 구체적으로 구현될 수 있으며, 본 명세서에 단지 예시된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.

"제1" 및 "제2"와 같은 용어들은 본 명세서에서 각각의 유닛들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 유닛들은 이러한 용어들에 의해 제한되어서는 안 됨을 이해해야 한다. 이러한 용어들의 사용은 단지, 하나의 유닛을 다른 유닛으로부터 구별하기 위한 것이다. 예를 들어, 예시적인 실시예들의 범위를 벗어나지 않으면서, 제1 유닛은 제2 유닛으로 지칭될 수 있고, 마찬가지로 제2 유닛은 제1 유닛으로 지칭될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "및/또는"은 나열된 하나 이상의 연관된 항목들의 임의의 및 모든 조합을 포함한다.

하나의 유닛이 다른 유닛에 "연결된" 또는 "커플링된" 것으로 지칭될 때, 그 유닛은 상기 다른 유닛에 직접 연결 또는 커플링될 수 있거나, 또는 중간적 유닛(medium unit)이 존재할 수 있음을 알아야 한다. 대조적으로, 하나의 유닛이 다른 유닛에 "직접 연결" 또는 "직접 커플링된" 것으로 설명될 때, 중간적 유닛은 존재하지 않는다. 유닛들 사이의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들(예를 들어, "...사이에 배치된" 대 "...사이에 직접 배치된", 및 "...에 인접한" 대 "...에 바로 인접한" 등)은 유사한 방식으로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 단지 바람직한 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 예시적인 실시예들을 제한하고자 하는 것은 아니다. 다르게 표시되어 있지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 단수 형태 "하나(a(n) 또는 one)"는 복수형도 포함하고자 한 것이다. 본 명세서에서 사용된 용어 "포함하는(comprise 및/또는 include)"은 언급된 바와 같은 특징들, 정수들, 단계들, 동작들, 유닛들 및/또는 컴포넌트들의 존재를 규정하지만, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들, 정수들, 단계들, 동작들, 유닛들, 컴포넌트들 및/또는 조합들의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다는 것을 이해해야 한다.

일부 대안적인 구현예들에서, 언급된 바와 같은 기능들/동작들은 도면들에 표시된 것과 상이한 시퀀스들에 따라 실행할 수 있다는 것도 또한 언급돼야 한다. 예를 들어, 관련된 기능들/동작들에 따라, 연속적으로 표시된 2개의 다이어그램은 사실상 실질적으로 동시에 실행될 수 있거나, 때로는 역순으로 실행될 수 있다.

본 개시내용의 실시예에 따르면, 기본 아이디어들 중 하나는, 보다 짧은 연결 코드를 사용하여 입력 비트들의 자유 비트들 이외의 나머지 비트들의 프래그먼트를 연결하는 것이다. 이 연결 코드는 바람직하게는 입력 비트들보다 짧은 길이를 가지며, 그것의 코딩된 출력은 입력 비트들의 일부에만 연결된다. 그 다음, 입력 비트들의 나머지 비트들은 BER에 따라 분할되어, 복수의 프래그먼트를 형성한다.

특정 MCS에 대해, 입력 비트들 내의 자유 비트들 및 나머지 비트들이 획득될 수 있다. 나머지 비트들에 대해서, 그것의 BER 또는 채널 상호 정보는 통계 또는 계산에 기초하여 획득될 수 있다. 나머지 비트들의 BER들 또는 채널 상호 정보는 도 3에 도시된 바와 같이 계단식 구조를 따르고; 그 다음, 그러한 구조에 기초하여, 나머지 비트들의 상이한 프래그먼트들이 정의될 수 있으며, 각각의 프래그먼트 내의 비트들은 유사한 BER 성능을 갖는다.

보다 짧은 연결 코드는 양극화 코딩 시 프래그먼트들의 BER 성능을 향상시키기 위해 이들 프래그먼트들 중 적어도 하나에 연결되기 위한 것이다. 일 예에서, 중복 코드(duplicate code)가 사용될 수 있다. 특정 코드에 대해, 디코딩 성능은 주로 코드 레이트에 의해 결정되는 것으로 알려져 있으며; 그 다음, 코드 레이트는 연결 코드 및 프래그먼트들에 의해 형성된 연결된 프래그먼트의 BER이 연결 코드를 사용하지 않은 자유 비트들의 최악의 BER보다 높지 않도록 설계된다.

특히, 상이한 프래그먼트들이 상이한 연결 코드들에 연결될 수 있다. 상이한 프래그먼트들의 코드 레이트들은 그들의 BER에 기초하여 구성된다. 따라서, 그들의 코드들은 반드시 동일할 필요는 없고, 통상적으로 1보다 작다. 위에서 언급된, 연결 코드와 연결되지 않은 나머지 비트들의 연결되지 않은 프래그먼트들은 양극화 코딩 시 송신측 및 수신측 양쪽에 알려진 프리셋 비트로서 설정되고, 예를 들어, 0으로 설정된다. 연결 코드를 생성하기 위해 입력된 비트들은 보다 양호한 평균 BER 성능을 얻기 위해 더 그룹화될 수 있다. 일 예에서, 1/3의 코드 레이트를 갖는 반복 코드(repetition code)가 사용되는데, 여기서 폴라 코드의 한 비트는 높은 BER을 가지며, 폴라 코드들의 두 비트는 더 낮은 BER을 갖는다.

임의로, 연결되지 않은 프래그먼트들은 양극화 코딩 시 송신측 및 수신측 양쪽에 알려진 프리셋 비트, 예를 들어, 0으로 설정된다.

본 개시내용의 적어도 하나의 예에서, 연결 코드의 목적은 단지 나머지 비트들의 프래그먼트들의 일부분의 BER 성능을 향상시키는 것이며; 따라서, 이 연결 코드들은 본 개시내용의 예의 주된 특징이기도 한 순환 중복 검사(CRC)를 가질 필요가 없다. CRC에는 상당한 오버헤드가 있기 때문에, 연결 코드들에 대한 CRC의 필요성의 제거는 디코딩 복잡도를 낮추는 것을 용이하게 할 것이다.

일 예에서, 송신 및 수신단들 사이에서 사용되는 코드 구조(연결 코드들이 존재하는지 여부, 나머지 비트들을 분할하는 방법 등)는 고정될 수 있다. 다른 예에서, 그러한 코드 구조는 복합적일 수 있는데, 즉, 여기서 파라미터들의 한 부분은 고정되고, 파라미터들의 다른 부분은 동적으로 결정된다. 코드 구조를 수신단에 표시하기 위한 송신단 또는 네트워크단의 시그널링은 다음의 정보를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다: 연결 코드가 사용되는지 여부; 나머지 비트들이 얼마나 많은 프래그먼트들로 분할될 수 있는지(1부터 N까지); 각각의 프래그먼트가 연결 코드들에 연결되어 있는지 여부; 연결 코드들의 유형들 및 관련 구성 파라미터들; 연결 코드들의 코드 레이트들; 및 각각의 프래그먼트의 합성/인터리빙 방식.

일 예에서, 시그널링에서 표시된 정보는 정의 내에서 미리 정의될 수 있으며, 그리고/또는 상위 레벨 시그널링, 예를 들어 RRC 시그널링을 통해 통지될 수 있으며, 반면 다른 정보는 DCI 메시지에 의해 동적으로 통지된다. 이 방식은 첫 번째 송신 및 재송신에 적용할 수 있다.

수신단(예를 들어, UE 단부)에서, 수신단은 정보를 수신하고 코딩된 코드워드를 디코딩한다. 수신단은 반복 디코딩(iterative decoding), 즉 폴라 코드들을 먼저 디코딩한 다음, 연결 코드들을 디코딩하고, 마지막으로 폴라 코드들을 디코딩하는 것을 사용할 수 있다. 다운 링크 수신단, 즉 사용자 장비의 디코더의 복잡도를 감소시키기 위해, 연결 코드들은 경판정(hard decision)을 사용하여 디코딩될 수 있다.

디코딩 후에, 수신측은 다음 중 적어도 하나를 송신측에 피드백할 수 있다:

- 연결 코드의 효과;

- 연결 코드의 사용 또는 비활성화의 권장;

- 바람직하거나 지원되는 연결 코드 스킴;

- 각각의 연결 코드의 바람직한 코드 레이트.

일 예에서, 64개의 폴라 코드가 사용되며, 코드 레이트는 0.5이고; 입력 비트들은 32개의 자유 비트(이하에서 균등하게 자유 비트들이라고 함) 및 32개의 나머지 비트(이하에서 균등하게 나머지 비트들이라고 함)를 포함한다. 특정 신호 대 잡음비의 경우, 코드 레이트는 더 향상될 수 없으며; 그렇지 않으면, BLER이 현저하게 저하될 것이다. 이 예의 코드 구조가 도 9에 도시된다.

폴라 코드들의 각각의 비트의 BER의 관측은, 비트들 [8...22]가 동일한 프래그먼트로 간주될 수 있고 안정된 BER을 형성할 수 있음을 보여준다. 반복 코드들은 5비트를 송신하는 데 사용될 수 있고, 15비트를 출력하며, 15개의 입력 비트들, 즉 입력 비트들 [8...22]의 위치에 연결된다.

수신단에서, 디코더는 경판정을 사용하여 비트들을 생성하기 위해 리스트 디코더를 사용하여 코딩된 코드워드를 디코딩하려고 시도한다. 그 다음, 프래그먼트(즉, 비트들 [8...22])의 출력은 반복 코드 디코더를 사용하여 디코딩될 것이다. 디코딩된 비트들은 그리고 나서 프래그먼트, 즉 비트들 [8...22]의 대응하는 원래의 출력 비트들을 대체하는 데 사용된다. 마지막으로, 디코딩된 블록들은 CRC로 검사된다.

도 10은 본 개시내용의 실시예에 따른 폴라 코드들의 코딩 및 디코딩 스킴의 비트 에러 레이트들의 비교 결과들을 도시한다. 반복 코드의 BER은 효과적으로 감소되어, 자유 비트들의 BER들과 비슷하거나 또는 심지어 그보다 약간 더 낮은 것으로 나타난다. 시뮬레이션 결과들은 전반적인 BLER이 0.1487로, 기술이 없이 초기 0.1457과 비교해 거의 동일하다는 것을 보여준다. 이는 BLER 성능이 거의 같지만 더 많은 비트들이 송신될 수 있음을 의미한다. 이것이 본 개시내용의 주요한 이점이다. 고급 쇼트 코드(advanced short code)가 사용되면 BLER은 훨씬 더 낮아질 수 있다.

또한, 반복 코드의 인코딩 및 디코딩 복잡도는 많은 다른 스킴들에 비해 무시할 만하다.

도 5 내지 도 8은 상기의 아이디어를 구현하기 위한 코딩 방법, 인코더, 디코딩 방법 및 디코더의 개략도들을 각각 도시한다. 도면에서,

도 5는 본 개시내용의 실시예에 따른 폴라 코드들을 코딩하기 위한 방법의 흐름도이다. 이 예에서, 방법은 단계들(S50 내지 S58)을 포함한다. 특히, 자유 비트들 및 나머지 비트들을 포함하여 코딩될 입력 비트들이 제공된다. 단계(S52)에서, 나머지 비트들은 복수의 부분(fraction)으로 분할된다. 단계(S54)에서, 연결 코드가 제공된다. 단계(S56)에서, 나머지 비트들의 하나의 프래그먼트가 연결 코드에 연결되어, 연결된 프래그먼트를 형성하는 한편, 나머지 프래그먼트들은 연결되지 않은 프래그먼트들이다. 최종적으로, 단계(S58)에서, 자유 비트들, 연결된 프래그먼트 및 연결되지 않은 프래그먼트들은 양극화 코딩을 하게 되어, 폴라 코드들을 획득한다.

일 예에서, 연결 코드의 길이는 입력 비트들의 전체 길이보다 작다.

일 예에서, 청구항 1에 따른 코딩 방법에 따르면, 단계(S52)에서, 각각의 프래그먼트 내의 상이한 비트들의 비트 에러 레이트들은 실질적으로 동일하고;

일 예에서, 연결 코드는 그곳에 연결된 프래그먼트의 비트 에러 레이트를 감소시키도록 구성되고, 연결 코드는 순환 중복 검사를 필요로 하지 않는다.

일 예에서, 연결된 프래그먼트의 비트 에러 레이트는 자유 비트들의 최저 비트 에러 레이트보다 높지 않다.

도 6은 단계(S60 및 S62)를 포함하는, 본 개시내용의 실시예에 따른 폴라 코드들을 디코딩하기 위한 방법의 흐름도이다. 특히, 단계(S60)에서, 코딩된 코드워드는 송신단으로부터 수신되고, 코딩된 코드워드는 연결 코드 및 폴라 코드들을 통해, 코딩될 입력 비트들을 코딩함으로써 생성되고; 단계(S62)에서, 입력 비트들을 복원하기 위해, 코딩된 코드워드는 디코딩된다.

이 방법은 다른 단계(도시되지 않음): 송신단으로부터 표시를 수신하는 단계를 더 포함하고, 표시는 다음의 항목들 중 어느 하나를 통지하기 위한 것이다: 송신단이 폴라 코드들을 코딩하기 위해 연결 코드를 사용하는지 여부; 입력 비트들 내의 자유 비트들 이외의 나머지 비트들이 송신단에서 얼마나 많은 프래그먼트들로 분할되는지; 각각의 프래그먼트들이 연결 코드에 연결되는지 여부; 연결 코드의 유형 및 관련된 구성 파라미터들; 연결 코드의 코드 레이트; 각각의 프래그먼트의 합성/인터리빙 스킴.

도 7은 본 개시내용의 실시예에 따른 폴라 코드 인코더의 블록도로서: 자유 비트들 및 나머지 비트들을 포함하는 인코딩될 입력 비트들을 제공하도록 구성된 제1 유닛(70); 나머지 비트들을 복수의 프래그먼트로 분할하도록 구성된 제2 유닛(72); 연결 코드를 제공하도록 구성된 제3 유닛(73); 나머지 비트들의 하나의 프래그먼트를 연결 코드에 연결함으로써 연결된 프래그먼트를 형성하도록 구성된 제4 유닛(74) - 나머지는 여전히 연결되지 않은 프래그먼트들임 -; 폴라 코드들을 획득하기 위해 자유 비트들, 연결된 프래그먼트 및 연결되지 않은 프래그먼트들에 대해 양극화 코딩을 수행하도록 구성된 제5 유닛(75)을 포함한다.

연결되지 않은 프래그먼트들은 양극화 코딩 시 송신측 및 수신측 양쪽에 알려진 프리셋 비트, 예를 들어 0으로 설정된다.

일 예에서, 연결 코드의 길이는 입력 비트들의 전체 길이보다 작다.

일 예에서, 각각의 프래그먼트 내의 상이한 비트들의 비트 에러 레이트들은 실질적으로 동일하다.

일 예에서, 제3 유닛(74)은 복수의 상이한 연결 코드를 제공하도록 구성되고; 제4 유닛(76)은 복수의 상이한 연결 코드를 나머지 비트들의 복수의 상이한 프래그먼트와 연결하여 복수의 연결된 프래그먼트를 형성하도록 구성되며, 나머지는 연결되지 않은 프래그먼트이다.

일 예에서, 연결 코드들은 그곳에 연결된 프래그먼트들의 비트 에러 레이트를 감소시키도록 구성되고, 연결 코드들은 순환 중복 검사를 필요로 하지 않는다.

일 예에서, 연결된 프래그먼트들 중 임의의 것의 비트 에러 레이트는 자유 비트들의 최저 비트 에러 레이트보다 높지 않다.

도 8은 본 개시내용의 실시예에 따른 폴라 코드 디코더의 블록도로서: 코딩된 코드워드를 송신단으로부터 수신하도록 구성된 제6 유닛(80) - 코딩된 코드워드는 연결 코드 및 폴라 코드들을 통해, 코딩될 입력 비트들을 코딩함으로써 생성됨 -; 및 입력 비트들을 복원하기 위해, 코딩된 코드워드를 디코딩하도록 구성된 제7 유닛(80)을 포함한다.

일 예에서, 디코더는 송신단으로부터 표시를 수신하도록 구성된 제8 유닛(도시되지 않음)을 더 포함하고, 표시는 다음의 항목들 중 어느 하나를 통지하기 위한 것이다: 송신단이 폴라 코드들을 코딩하기 위해 연결 코드를 사용하는지 여부; 입력 비트들 내의 자유 비트들 이외의 나머지 비트들이 송신단에서 얼마나 많은 프래그먼트들로 분할되는지; 각각의 프래그먼트들이 연결 코드에 연결되는지 여부; 연결 코드의 유형 및 관련된 구성 파라미터들; 연결 코드의 코드 레이트; 각각의 프래그먼트의 합성/인터리빙 스킴.

본 발명은 소프트웨어 및/또는 소프트웨어와 하드웨어의 조합으로 구현될 수 있다는 것을 알아야 한다. 예를 들어, 본 발명의 각각의 모듈은 주문형 집적 회로(ASIC) 또는 임의의 다른 유사한 하드웨어 디바이스에 의해 구현될 수 있다. 일 실시예에서, 본 발명의 소프트웨어 프로그램은 전술된 바와 같은 단계들 또는 기능들을 구현하기 위해 프로세서를 통해 실행될 수 있다. 마찬가지로, 본 발명의 소프트웨어 프로그램(관련 데이터 구조를 포함함)은 컴퓨터 판독가능 기록 매체, 예를 들어, RAM 메모리, 자기 또는 광학 드라이버 또는 소프트 플로피 또는 유사한 디바이스들에 저장될 수 있다. 추가적으로, 본 발명의 일부 단계들 또는 기능들은 하드웨어에 의해, 예를 들어 기능들의 다양한 단계를 구현하기 위한 프로세서와 협력하는 회로에 의해 구현될 수 있다.

본 발명이 상기 예시적인 실시예들의 세부사항들로 제한되지 않으며, 본 발명은 본 발명의 사상 또는 기본적 특징들로부터 벗어남이 없이 다른 실시예들로 구현될 수 있음은 본 기술분야의 통상의 기술자들에게 자명하다. 따라서, 어떤 방식으로든, 실시예들은 제한적이 아닌 예시적인 것으로 간주되어야 하며; 본 발명의 범위는 상기 설명 대신 첨부된 청구항들에 의해 제한된다. 따라서, 청구항들의 균등한 엘리먼트들의 의미 및 범위에 속하도록 의도되는 모든 변형들은 본 발명 내에 포함되어야 한다. 청구항들의 어떠한 참조 부호들도 그 관련 청구항들을 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 또한, 용어 "포함하다"는 다른 유닛들 또는 단계들을 배제하지 않으며, 단수형이 복수형을 배제하지 않음은 자명하다. 시스템 청구항에서 언급된 복수의 유닛 또는 모듈은 또한 소프트웨어 또는 하드웨어를 통해 단일 유닛 또는 모듈에 의해 구현될 수 있다. "제1" 및 "제2"와 같은 용어들은 이름들을 표시하는 데 사용되지만, 임의의 특정 시퀀스를 표시하지는 않는다.

Claims (13)

1. 폴라 코드(polar code)들의 코딩 방법으로서,
   a. 자유 비트들 및 나머지 비트들을 포함하는 인코딩될(to-be-encoded) 입력 비트들을 제공하는 단계;
   b. 상기 나머지 비트들을 복수의 프래그먼트(fragment)들로 분할하는 단계;
   c. 연결 코드를 제공하는 단계;
   d. 상기 나머지 비트들의 하나의 프래그먼트를 상기 연결 코드에 연결함으로써 연결된 프래그먼트를 형성하는 단계 ― 나머지는 여전히 연결되지 않은 프래그먼트들임 ―; 및
   e. 상기 폴라 코드들을 획득하기 위해 상기 자유 비트들, 상기 연결된 프래그먼트, 및 상기 연결되지 않은 프래그먼트들에 대해 양극화 코딩(polarization coding)을 수행하는 단계
   를 포함하고,
   상기 연결 코드에 연결된 상기 프래그먼트의 길이는 상기 자유 비트들보다 작은, 코딩 방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 연결 코드의 길이는 상기 입력 비트들의 전체 길이보다 작은, 코딩 방법.
4. 폴라 코드들의 코딩 방법으로서,
   a. 자유 비트들 및 나머지 비트들을 포함하는 인코딩될 입력 비트들을 제공하는 단계;
   b. 상기 나머지 비트들을 복수의 프래그먼트들로 분할하는 단계;
   c. 연결 코드를 제공하는 단계;
   d. 상기 나머지 비트들의 하나의 프래그먼트를 상기 연결 코드에 연결함으로써 연결된 프래그먼트를 형성하는 단계 ― 나머지는 여전히 연결되지 않은 프래그먼트들임 ―; 및
   e. 상기 폴라 코드들을 획득하기 위해 상기 자유 비트들, 상기 연결된 프래그먼트, 및 상기 연결되지 않은 프래그먼트들에 대해 양극화 코딩을 수행하는 단계
   를 포함하고,
   단계 b에서, 각각의 프래그먼트 내의 상이한 비트들의 비트 에러 레이트들은 동일하고, 상기 연결 코드는 상기 연결 코드와 연결된 프래그먼트의 비트 에러 레이트를 감소시키도록 구성되고, 그리고 상기 연결 코드는 순환 중복 검사를 필요로 하지 않고; 상기 연결되지 않은 프래그먼트들은 양극화 코딩 시에 송신측 및 수신측 양쪽에 알려진 프리셋(preset) 비트로 설정되는, 코딩 방법.
5. 폴라 코드들에 대한 디코딩 방법으로서,
   코딩된 코드워드(coded codeword)를 송신단으로부터 수신하는 단계 ― 상기 코딩된 코드워드는 연결 코드 및 폴라 코드들을 통해, 코딩될 입력 비트들을 코딩함으로써 생성됨 ―; 및
   상기 입력 비트들을 복원하기 위해 상기 코딩된 코드워드를 디코딩하는 단계
   를 포함하고,
   상기 디코딩 방법은 상기 송신단으로부터 표시를 수신하는 단계를 포함하고, 상기 표시는 다음의 항목들:
   - 상기 송신단이 상기 폴라 코드들을 코딩하기 위해 상기 연결 코드를 사용하는지 여부;
   - 상기 입력 비트들 내의 자유 비트들 이외의 나머지 비트들이 상기 송신단에서 얼마나 많은 프래그먼트들로 분할되는지;
   - 상기 프래그먼트들 각각이 상기 연결 코드에 연결되는지 여부;
   - 상기 연결 코드의 유형 및 관련된 구성 파라미터들;
   - 상기 연결 코드의 코드 레이트; 및
   - 각각의 프래그먼트의 합성/인터리빙 스킴(composing/interleaving scheme)
   중 어느 하나를 통지하기 위한 것인, 디코딩 방법.
6. 삭제
7. 폴라 코드들에 대한 인코더로서,
   하나 이상의 프로세서들을 포함하고,
   상기 하나 이상의 프로세서들은:
   자유 비트들 및 나머지 비트들을 포함하는 인코딩될 입력 비트들을 제공하고;
   상기 나머지 비트들을 복수의 프래그먼트들로 분할하고;
   연결 코드를 제공하고;
   상기 나머지 비트들의 하나의 프래그먼트를 상기 연결 코드에 연결함으로써 연결된 프래그먼트를 형성하고 ― 나머지는 여전히 연결되지 않은 프래그먼트들임 ―; 그리고
   상기 폴라 코드들을 획득하기 위해 상기 자유 비트들, 상기 연결된 프래그먼트, 및 상기 연결되지 않은 프래그먼트들에 대해 양극화 코딩을 수행하도록
   구성되고,
   상기 연결 코드에 연결된 상기 프래그먼트의 길이는 상기 자유 비트들보다 작은, 인코더.
8. 삭제
9. 제7항에 있어서, 상기 연결 코드의 길이는 상기 입력 비트들의 전체 길이보다 작은, 인코더.
10. 폴라 코드들에 대한 인코더로서,
    하나 이상의 프로세서들을 포함하고,
    상기 하나 이상의 프로세서들은:
    자유 비트들 및 나머지 비트들을 포함하는 인코딩될 입력 비트들을 제공하고;
    상기 나머지 비트들을 복수의 프래그먼트들로 분할하고;
    연결 코드를 제공하고;
    상기 나머지 비트들의 하나의 프래그먼트를 상기 연결 코드에 연결함으로써 연결된 프래그먼트를 형성하고 ― 나머지는 여전히 연결되지 않은 프래그먼트들임 ―; 그리고
    상기 폴라 코드들을 획득하기 위해 상기 자유 비트들, 상기 연결된 프래그먼트, 및 상기 연결되지 않은 프래그먼트들에 대해 양극화 코딩을 수행하도록
    구성되고,
    각각의 프래그먼트 내의 상이한 비트들의 비트 에러 레이트들은 동일한, 인코더.
11. 폴라 코드들에 대한 인코더로서,
    하나 이상의 프로세서들을 포함하고,
    상기 하나 이상의 프로세서들은:
    자유 비트들 및 나머지 비트들을 포함하는 인코딩될 입력 비트들을 제공하고;
    상기 나머지 비트들을 복수의 프래그먼트들로 분할하고;
    연결 코드를 제공하고;
    상기 나머지 비트들의 하나의 프래그먼트를 상기 연결 코드에 연결함으로써 연결된 프래그먼트를 형성하고 ― 나머지는 여전히 연결되지 않은 프래그먼트들임 ―; 그리고
    상기 폴라 코드들을 획득하기 위해 상기 자유 비트들, 상기 연결된 프래그먼트, 및 상기 연결되지 않은 프래그먼트들에 대해 양극화 코딩을 수행하도록
    구성되고,
    상기 하나 이상의 프로세서들은: 복수의 상이한 연결 코드들을 제공하고; 그리고 복수의 상이한 연결 코드들을 상기 나머지 비트들의 복수의 상이한 프래그먼트들과 연결하여 복수의 연결된 프래그먼트들을 형성하도록 구성되는 한편, 나머지는 연결되지 않은 프래그먼트들이고, 그리고 상기 연결 코드들은 상기 연결 코드들과 연결된 프래그먼트들의 비트 에러 레이트를 감소시키도록 구성되고, 그리고 상기 연결 코드들은 순환 중복 검사를 필요로 하지 않고; 상기 연결되지 않은 프래그먼트들은 양극화 코딩 시에 송신측 및 수신측 양쪽에 알려진 프리셋 비트로 설정되는, 인코더.
12. 폴라 코드들에 대한 디코더로서,
    하나 이상의 프로세서들을 포함하고,
    상기 하나 이상의 프로세서들은:
    코딩된 코드워드를 송신단으로부터 수신하고 ― 상기 코딩된 코드워드는 연결 코드 및 상기 폴라 코드들을 통해, 코딩될 입력 비트들을 코딩함으로써 생성됨 ―; 그리고
    상기 입력 비트들을 복원하기 위해, 상기 코딩된 코드워드를 디코딩하도록
    구성되고,
    상기 하나 이상의 프로세서들은 상기 송신단으로부터 표시를 수신하도록 추가로 구성되고, 상기 표시는 다음의 항목들:
    - 상기 송신단이 상기 폴라 코드들을 코딩하기 위해 상기 연결 코드를 사용하는지 여부;
    - 상기 입력 비트들 내의 자유 비트들 이외의 나머지 비트들이 상기 송신단에서 얼마나 많은 프래그먼트들로 분할되는지;
    - 상기 프래그먼트들 각각이 상기 연결 코드에 연결되는지 여부;
    - 상기 연결 코드의 유형 및 관련된 구성 파라미터들;
    - 상기 연결 코드의 코드 레이트; 및
    - 각각의 프래그먼트의 합성/인터리빙 스킴
    중 어느 하나를 통지하기 위한 것인, 디코더.
    
13. 삭제

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