KR20010107737A - 복합 재전송형식을 사용하는 데이터 통신시스템의 데이터송수신장치 및 방법 - Google Patents

복합 재전송형식을 사용하는 데이터 통신시스템의 데이터송수신장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 통신시스템에서 데이터를 전송하는 중에 오류가 발생한 데이터의 재전송을 처리하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 데이터 블록을 전송하는 데이터 블록 전송채널의 소정 비트 수의 비트들을 천공하고, 상기 천공된 비트 수에 의해 메시지 전송채널의 제어 메시지 비트들을 반복하여 전송하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

복합 재전송형식을 사용하는 데이터 통신시스템의 데이터 송수신장치 및 방법{DATA TRANSMISSION APPARATUS AND METHOD FOR AN HARQ DATA COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 무선 통신시스템에서 데이터 전송장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 데이터를 전송하는 중에 오류가 발생한 데이터의 재전송을 처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
통상적으로 무선 통신시스템에서는 주로 채널부호화 방식으로 컨벌루션널 코드(convolutional codes)나 터보 코드(turbo codes) 등의 단일 복호기가 사용되는 선형블록부호 등이 주로 사용되었다. 한편, 이러한 무선 통신시스템에서는 복호화 및 CRC 오류 체크가 완료될 시 데이터 패킷의 재전송을 요구하는 재전송방식(ARQ: Automatic Repeat Request)을 모두 사용하는 제1복합 재전송방식(Hybrid ARQ)이 적용되고 있다. 복합 재전송형식은 위성시스템, ISDN 시스템, 디지털 셀룰라(Digital cellular) 시스템, CDMA-2000 시스템, UMTS 시스템 또는 IMT-2000 등에 일반적으로 적용되며, 상기 복합 재전송형식으로는 컨벌루션널 코드(convolutional codes)나 터보 코드(turbo codes) 등이 있다.
전술한 복합 재전송방식은 일반적으로 제1복합 재전송방식, 제2복합 재전송방식 및 제3복합 재전송방식 등으로 구분된다. 현재 컨벌루션날 코드(convolutional code)나 터보 코드(turbo codes)를 사용하는 다중접속방식 및 다중채널방식은 대부분 제1복합 재전송방식을 사용하고 있다. 즉, 전술한 채널부호화 구조를 사용하는 무선 통신시스템의 다중접속방식 및 다중채널방식에서 채널 코딩 형식(Channel coding scheme)에 따른 데이터 전송효율성, 즉 처리율(Throughput)을 높이고 시스템의 성능을 개선하기 위한 재전송방식(ARQ: Automatic Repeat Request)으로 제1복합 재전송형식이 사용되고 있는 것이다.
이러한 제1복합 재전송형식의 원칙은 컨벌루션날 코드(convolutional code) 또는 터보 코드(turbo codes) 또는 선형블록부호 등을 사용하는 채널부호화기가 항상 일정한 부호율(code rate)을 가진다는 전제에서 출발하였다. 도 1a와 도 1b는 통상적인 제1복합 재전송형식에 의해 데이터를 처리하는 흐름을 개념적으로 도시한 도면이다.
통상적으로 무선 통신시스템의 송신기는 송출하고자 하는 데이터(L bits)에 오류 검출을 위한 CRC를 결합(L+CRC)한 후 이를 채널 부호화를 통해 코딩하며, 상기 부호화된 데이터를 할당된 소정 채널을 통해 송출한다. 한편, 무선 통신시스템의 수신기는 전술한 송신기 동작의 역동작에 의해 원래 데이터(L bits)와 CRC를 얻게 되며, CRC 결과에 따라서 응답신호(ACK/NAK)를 송신측으로 전송하게 된다.
이를 도 1a를 참조하여 보다 구체적으로 살펴보면, 우선 전송하고자 하는 소스 데이터 패킷(L bits)을 입력으로 하여 CRC 엔코더(110)는 오류검출을 위한 오류검출부호(CRC)를 사용하여 부호화한다. 상기 부호화에 의해 상기오류정정부호(CRC)에 의해 부호화된 데이터 블록(L bits+CRC)이 생성된다. 보통은 상기 부호화 이전에 CRC(Cyclic Redundancy Check) 비트를 추가하여 부호화에 사용한다. 상기 부호화된 데이터 블록(L bits+CRC)은 채널 부호화기(112)로 입력하고, 상기 채널 부호화기(112)에 의해 상기 데이터 블록(L bits+CRC)은 채널 코딩(Channel Coding)되어 출력된다. 상기 채널 코딩된 데이터 블록((L+CRC)×R-1)은 다중화(multiplexing)에 필요한 각각의 기능 블록들(114)을 통하여 소정 채널로 전달된다.
상기 소정 채널을 통해 채널 부호화된 데이터 블록을 수신한 수신기의 역다중화에 필요한 각각의 기능 블록들(124)은 상기 채널 부호화된 데이터 블록을 역다중화하여 채널 코딩이 이루어진 데이터 블록((L+CRC)×R-1)을 출력한다. 상기 채널 코딩이 이루어진 데이터 블록((L+CRC)×R-1)은 채널 복호기(Channel Decoder)(122)로 입력되어 채널 디코딩(Channel Decoding)이 이루어진다. 상기 채널 디코딩이 이루어진 데이터 블록(L bits+CRC)은 CRC 복호기(120)로 입력되어 오류정정부호 복호화가 이루어져 원래 데이터, 즉 소스 데이터 패킷(L bits)을 얻을 수 있다. 한편, 상기 오류정정부호 복호화가 이루어지면 그 결과를 가지고 CRC를 검사하여 상시 소스 데이터 패킷에 오류가 발생하였는지를 검사한다.
만약, 상기 CRC 검사를 통해 오류가 검출되지 않으면 상기 소스 데이터 패킷은 상위계층으로 전달되고, 상기 소스 데이터 패킷에 대응한 확인신호로 "ACK(Acknowledgement)"를 송신기로 전송한다. 하지만, 상기 CRC 검사를 통해 오류가 검출되면 상기 채널 부호화된 데이터 패킷의 재전송을 요구하는 확인신호인 "NAK(Not Acknowledgement)"를 송신기로 전송한다.
송신기는 데이터 블록을 부호화하여 전송한 후 상기 전송한 채널 부호화된 데이터 블록에 응답하여 상기 수신기로부터의 확인신호인 ACK/NAK을 수신한다. 상기 송신기는 확인신호로서 NCK를 수신하면 해당 채널 부호화된 데이터 블록을 전술한 동작에 의해 재 전송한다. 상기 재 전송방식으로는 Stop-and-Wait ARQ, Go-Back-N ARQ, Selective-Repeat ARQ 등의 여러 종류의 방식이 있으나 구체적인 설명은 생략한다.
상기 송신기와 수신기간에 있어 채널 부호화된 데이터 패킷의 재전송이 이루어지는 절차는 도 1b에서 개념적으로 보여주고 있다. 상기 도 1b에서는 수신기로부터의 m번에 걸친 NAK 수신에 의해 송신기는 채널 부호화된 데이터 블록을 m번 재 전송함을 보이고 있다.
이러한 예로서는 최근에 매우 많은 관심을 모으고 있는 3GPP-2(3rd Generation Project Partnership-2; 동기방식의 표준)를 표준으로 하는 차세대 이동통신시스템(이하 "CDMA-2000"이라 칭함)의 에어 인터페이스(Air interface) 표준에서 보면 시스템의 다중접속방식 및 다중채널방식에서 채널 코딩 형식(Channel coding scheme)의 데이터 전송효율성을 높이고, 시스템의 성능을 개선하기 위하여 제1복합 재전송형식이 사용되고 있다. 또한, 3GPP(3rd Generation Project Partnership; 비동기방식의 표준)를 표준으로 하는 차세대 이동통신시스템(이하 "UMTS"라 칭함)의 에어 인터페이스(Air interface) 표준에서 보면 시스템의 다중접속방식 및 다중채널방식에서 채널 코딩 방식(Channel coding scheme)의 데이터 전송효율성을 높이고, 시스템의 성능을 개선하기 위하여 제1복합 재전송형식이 사용되고 있다.
하지만, 전술한 제1복합 재전송형식은 다음과 같은 문제점을 지니고 있다.
첫 번째로, 제1복합 재전송형식은 단순 재전송방식(Pure ARQ)에 비하여 처리율이 높다. 그러나, 신호의 신호대잡음비(S/N: signal to noise ratio)가 증가할수록 처리율이 FEC의 부호율(R)로 포화되는 현상이 발생하여 오히려 단순 재전송방식에 비하여 처리율이 감소하는 역효과가 발생한다. 즉, 매우 높은 S/N에서도 처리율이 1.0(100%)에 접근하지 못하는 문제점을 가진다. 이와 같은 문제점은 도 2의 제1복합 재전송형식(HARQ Type 1)의 경우에서 보여주고 있다. 즉, 제1복합 재전송형식은 도 2에서 보듯이 처리율이 1.0에 더 이상 근접하지 못하고, 부호율 R(<1.0)에 포화된다는 점이다.
두 번째로, 제1복합 재전송형식은 단순 재전송방식에 비하여 오류정정부호가 오류정정을 수행하여 처리율을 개선한다. 하지만 제1복합 재전송형식은 S/N의 변화에 관계없이 일정한 리던던시(redundancy) 즉, 일정한 부호율을 사용하므로 전송효율 면에서 비효율적이다. 따라서, 상기 제1복합 재전송형식은 채널의 상태변화에 적응적으로 대처하지 못함으로써 처리량의 제한을 일으킬 수 있다.
이러한 문제점을 해결하고자 사용되는 것이 제2 및 제3복합 재전송형식이다. 상기 제2 및 제3복합 재전송형식은 오류정정부호에 사용되는 리던던시의 양을 채널환경의 양호한 품질 정도에 따라 가변적으로 결정하도록 하는 적응적구조(Adaptivestructure)를 가진다. 따라서 전술한 제2 및 제3복합 재전송형식은 제1복합 재전송형식에 비하여 일반적으로 처리율이 개선된다. 즉, 신호의 S/N이 증가할수록 오류정정부호의 부호율(R)이 1에 근접하도록 리던던시의 양을 최소로 줄임으로서 처리율이 1에 근접하도록 한다. 한편, 신호의 S/N이 감소하면 오류정정부호의 부호율(R)이 0에 근접하도록 리던던시의 양을 최대로 늘리거나 또는 리던던시를 반복하여 줌으로써 처리율이 가급적 0에 근접하지 않도록 최선의 오류 정정을 수행한다. 이러한 이유로 인해 제2 및 제3복합 재전송형식은 낮은 S/N과 높은 S/N에서 모두 처리율의 개선을 제공할 수 있다.
한편, 전술한 제1 내지 제3복합 재전송형식에서의 수신된 채널 데이터 블록에 대응한 응답신호 ACK/NAK, 채널 상태 식별자 비트 또는 패킷 넘버의 전송은 제어채널(Control Channel) 또는 제어 메시지 채널(Message Channel)을 통해 이루어진다. 이하 상기 응답신호 또는 제어신호 메시지를 전송하는 채널을 메시지 채널로 통칭하여 설명하도록 한다. 한편, 상기 메시지 채널을 통해 전송되는 메시지를 제어 메시지로 통칭하여 설명하도록 한다.
상기 메시지 채널은 전송하는 주체에 의해 순방향 메시지 채널(Forward Message Channel)과 역방향 메시지 채널(Reverse Message Channel)로 구분될 수 있다. 이때, 상기 제1 내지 제3복합 재전송형식에서는 일반적으로 응답 채널로서 주로 역방향 메시지 채널을 사용한다. 다른 예로서, 물리 제어채널을 통해 응답 메시지 분류, ACK/NACK를 전송할 수 있다. 상기 역방향 메시지 채널은 수신기가 수신 데이터 블록의 수신 결과를 알리는 신호를 송신기로 전송하는 메시지 채널이다.
하지만, 상기 제1복합 재전송형식의 경우에는 재전송방식에 따라서 순방향 메시지 채널이 사용되는 경우가 있다. 예로서 Selective Repeat ARQ(SR-ARQ)를 사용하는 경우에는 송신기로부터 매 전송되는 데이터 블록의 일련번호가 수신기에 전달되어야 하므로 이를 순방향 메시지 채널로 전달하여야 한다. 한편, 상기 제2 및 제3복합 재전송형식의 경우에는 이외에도 각각의 리던던시 재전송 시에 발생되는 데이터 블록의 일련번호뿐만 아니라 각각의 재전송 시에 사용되는 리던던시의 버전 등이 순방향 메시지 채널을 통하여 수신기에 올바르게 전달되어야 한다.
상기 제1 내지 제3복합 재전송형식의 성능을 보장하기 위한 중요한 요소 중의 하나는 상기 제어 메시지를 전송하는 메시지 채널(Message Channel)의 신뢰도이다.
예를 들어, 수신기에서 수신 데이터 블록에 대응한 ACK가 전송되었으나 역방향 메시지채널의 오류로 인하여 송신기가 올바르게 수신하지 못한 경우 송신기는 계속해서 수신기가 요구하지 않은 잘못된 데이터 블록을 전송하게 된다. 이러한 문제는 비단 역방향 메시지 채널뿐만 아니라 순방향 메시지 채널에서도 발생한다. 즉, 상기 송신기로부터 전송된 데이터 블록 일련번호, 리던던시 번호 등의 제어 메시지가 순방향 메시지 채널의 오류로 인하여 수신기가 올바르게 수신하지 못한 경우 수신기는 계속해서 송신기가 전송한 데이터 블록이 아닌 잘못된 데이터 블록으로 간주하고 이를 복호화하려고 노력할 것이다.
따라서, 복합 재전송형식을 사용하는 경우 이러한 문제점을 해결하기 위해서 메시지 채널은 데이터 블록을 전송하는 채널의 신뢰도에 비해서 매우 높은 신뢰도를 가진 채널이 사용되어야 한다. 이와 더불어 메시지 채널의 응답속도 즉, 얼마만큼 빠르게 메시지가 전달될 수 있는가 역시 복합 재전송형식의 성능을 결정하는 중요한 요소가 된다.
그러나, 기존의 데이터 통신시스템을 포함한 동기방식의 표준인 3GPP-2(3rd Generation Project Partnership-2) CDMA-2000 시스템의 다중접속방식 및 다중채널방식에서 채널 코딩 형식(HARQ Type 1)이나, 비동기방식의 표준인 3GPP(3rd Generation Project Partnership) UMTS 시스템의 다중접속방식 및 다중채널방식에서 제2 및 제3복합 재전송형식을 사용할 경우 이에 관한 구체적인 디자인 규칙이 제시되지 않았다. 즉, 현재의 데이터 시스템들이 사용하는 제2 및 제3복합 재전송형식에서 메시지 채널의 전송방식과 구조에 관해서 아직까지 충분히 고려되지 않았으므로 성능에 있어 문제를 일으킬 수 있다. 따라서, 복합 재전송형식에 따른 최적의 성능을 구현하기 위해서는 전술한 바를 만족하도록 하는 제2 및 제3복합 재전송형식의 메시지 채널을 구현하여야만 할 것이다.
상술한 바를 통해 종래에는 데이터 통신시스템을 포함한 CDMA-2000 시스템의 다중접속방식 및 다중채널방식에서 채널 코딩 형식(HARQ Type 1)이나, UMTS 시스템의 다중접속방식 및 다중채널방식에서 제2 및 제3복합 재전송형식 또는 심볼 결합을 사용하는 수정된 제1복합 재전송형식을 사용할 경우 이에 관한 구체적인 메시지 채널의 전송방식이 제시되지 않았다.
따라서, 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 복합 재전송형식을 사용하는 데이터 통신시스템에서 메시지 채널의 신뢰도를 향상시키는 장치 및 방법을 제안함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 데이터 블록 전송채널의 리던던시 비트를 메시지 채널로 할당함으로서 메시지 채널의 신뢰도를 향상시키는 장치 및 방법을 제안함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 제2 및 제3복합 재전송형식 또는 심볼 결합을 사용하는 수정된 제1복합 재전송형식에서 가장 효율적인 메시지 채널에 필요한 조건들을 고려한 전송방식을 제안함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 메시지 채널의 응답속도를 증가시키기 위한 빠른 속도의 복합 재전송형식에 따른 메시지 채널의 구조를 제안함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 통신시스템이 컨벌루션날 코드(Convolutional code)를 사용하는 복합 재전송형식에 있어서 메시지 채널을 통한 제어 메시지의 전송방식에 관한 구체적인 방식을 제안함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 통신시스템이 터보코드(turbo codes)를 사용하는 복합 재전송형식에 있어서 메시지채널을 통한 제어 메시지의 전송방식에 관한 구체적인 방식을 제안함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 통신시스템이 선형블록부호들을 사용하는 복합 재전송형식에 있어서 메시지채널을 통한 제어 메시지의 전송방식에 관한 구체적인 방식을 제안함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 통신시스템이 컨벌루션날 코드(Convolutional code), 터보코드(turbo codes), 선형블록부호들을 모두 사용하는 복합 재전송형식에 있어서 메시지채널을 통한 제어 메시지의 전송방식에 관한 구체적인 방식을 제안함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 비동기 방식의 이동통신시스템의 표준안을 예로 하여 복합 재전송형식에 가장 효율적인 메시지채널을 통한 제어 메시지의 전송방식을 제안함에 있다.
도 1a는 통상적인 제1복합 재전송형식에 의해 데이터를 처리하기 위한 송신기와 수신기의 구성을 보이고 있는 도면.
도 1b는 통상적인 제1복합 재전송형식에 의해 데이터를 처리하는 흐름을 개념적으로 도시한 도면.
도 2는 통상적인 복합 재전송형식에 있어 신호대잡음비와 처리율간의 관계를 보여주고 있는 도면.
도 3a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전송채널(TrCH) 및 메시지 영역 구조의 일 예를 보여주는 도면.
도 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전송채널(TrCH) 및 메시지 영역 구조의 다른 예를 보여주는 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 다운 링크(Down Link)에 있어서의 송신기에 구비된 전송채널 구조를 보이고 있는 도면.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 업 링크(Up Link)에 있어서의 송신기에 구비된 전송채널 구조를 보이고 있는 도면.
도 6은 본 발명의 실시 예를 적용함으로서 전송채널들의 성능 변화를 보이고 있는 도면.
이하 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
한편, 후술되는 본 발명의 실시 예에 따른 상세한 설명은 기존의 컨벌루션날 코드(Convolutional code) 또는 터보 코드(turbo codes) 혹은 선형블록부호를 사용하는 제1복합 재전송형식의 메시지 전송방식을 분석하여 그 문제점을 파악하고, 이로부터 복합재전송방식의 성능개선을 위한 메시지 전송채널 전송방식에 대해 개시할 것이다. 다음으로 상기 메시지 전송채널이 가져야 하는 조건들을 비동기 방식 이동통신시스템의 표준(3GPP)에 적용한 몇 가지 실시 예를 보이고 이들의 장점 및 단점을 비교할 것이다.
우선, 본 발명에서 제안하고자 하는 복합 재전송형식을 위한 메시지채널 전송방식과 메시지채널 전송방식을 3GPP 표준에 적용한 실시 예로 구성된다.
복합재전송 형식을 위한 메시지채널 전송방식
하기의 <표 1>은 기존의 전용 제어 전송채널(Dedicated Control Transport Channel, 이하 " 전용 제어 TrCH"라 칭한다)에 제어 메시지를 포함하여 전송하는 방식이다.
여기서, 전송될 제어 메시지는 기존의 제어 데이터(Control Data)에 비해 더 강력한 보호(protection)가 요구된다. 따라서, 전용 제어 TrCH을 부호화하는 경우 상기 전송할 제어 메시지가 상기 전용 제어 TrCH의 앞 부분이나 마지막 부분에 포함되도록 하여 상기 전용 제어 TrCH의 다른 부분에 비해 나은 성능을 보장받을 수 있도록 한다. 이는 부호화 방식이 컨벌루션날 코드(convolutional code)를 사용할 경우 제로 상태(zero state)에서부터 트레리스(trellis)가 시작하여 제로상태(zero state)로 트레리스(trellis)가 끝난다는 정보를 알고 있기 때문이다.
하기의 도 3a 및 도 3b는 전술한 복합 재전송을 위한 제어 메시지를 전용 제어 TrCH를 통해 전송하는 경우의 TrCH의 구조 및 메시지 영역의 구조를 두 가지 예로서 보이고 있다. 상기 복합 재전송 메시지 내 필드들은 물리 제어채널을 통해 전송된다.
상기 두 가지의 예들 중 상기 도 3a는 복합 재전송을 위한 제어 메시지가 전용 제어 TrCH의 앞 부분에 포함되는 경우의 TrCH 구조 및 메시지 영역의 구조를 보이고 있는 도면이며, 상기 도 3b는 복합 재전송을 위한 제어 메시지가 전용 제어 TrCH의 마지막 부분에 포함되는 경우의 TrCH 구조 및 메시지 영역의 구조를 보이고 있는 도면이다.
상기 도 3a와 상기 도 3b에서 보여지고 있는 바와 같이 전용 제어 TrCH은 기본적으로 현행 메시지(Existing Message) 영역과 복합 재전송을 위한 메시지(HARQ Message) 영역으로 이루어진 구조를 가진다.
한편, 상기 도 3a와 상기 도 3b에서 보여지고 있는 바와 같이 상기 메시지 영역은 기본적으로 재전송의 응답을 위한 NACK/ACK, 전송되는 데이터 블록의 일련번호(Frame #), 주어진 패킷의 버전 넘버(version #), 주어진 버전에서의 리던던시 타입(redundancy Type)으로 구성되어 있다. 물론, 상기 각각의 영역은 상기 도 3a와 상기 도 3b에서 보여지고 있는 바와는 다르게 배치될 수 있다. 또한, 상기 각각의 영역에 할당되는 비트(bit) 수는 복합 재전송형식 및 제한 요건에 따라 결정된다. 즉, 최대 허용 가능한 전송 지연(delay), 수신단에서의 메모리 요구사항 등에 따라 결정될 수 있다. 하기 <표 2>는 메시지 영역을 위한 비트 할당의 일 예를 보이고 있다.
Message Field Bits
Reserved 0-4
NACKK/ACK 1
Frame # 4
Version # 2
Redundancy type 2
또한, 복합 재전송을 위한 제어 메시지의 경우 일반적으로 빠른 응답이 요구된다. 이를 위해서는 제어 메시지를 전송하는 전용 제어 TrCH이 적어도 데이터 블록을 전송하는 전용 데이터 TrCH과 같이 수신기로 수신되어야 할 것이다. 따라서, 전용 제어 TrCH에서의 TTI(Transport Time Interval)는 최소한 복합재전송을 위한 전용 트래픽 TrCH과 동일하거나 작은 TTI를 사용하여야 한다. 예컨대, 상기 복합 재전송을 위한 메시지를 전용 제어 TrCH(Dedicated Control TrCH)를 통해 전송 시 모든 경우 동일한 TTI를 사용하고자 한다면 10msec TTI를 사용하는 것이 바람직하다.
메시지채널 전송방식을 3GPP 표준에 적용한 실시 예(Dedicated Control Transport Channel 사용)
다음으로 3GPP 표준에서 복합 재전송형식을 사용하는 경우 효율적인 메시지 전송채널의 전송방식에 관해서 기술하도록 한다. 즉, 3GPP에서 사용하는 전송율 정합(Rate Matching)을 이용하여 메시지 전송채널의 전송 신뢰도를 향상시키는 방법에 관해서 기술한다.
통상적으로 데이터 블록 전송채널의 데이터 전송율은 메시지 전송채널의 데이터 전송율에 비하여 상대적으로 매우 높다. 예로서 메시지 전송채널의 경우 TTI(Transmission Time Interval) 당 전송되는 제어 메시지 비트의 수는 대부분 최대 수십 비트 이내이다. 즉, TTI가 10msec인 경우 메시지 전송채널로 전송되는 제어 메시지 비트가 20비트라고 하면 2kbps가 된다. 이에 반하여 데이터 블록 전송채널의 데이터 전송율은 최소 수십 kbps에서 수백 kbps가 사용된다. 이러한 상황에서 데이터 블록 전송채널로 사용되는 TrCH로부터 소수의 n비트를 전송율 정합(RM)을 사용하여 심볼 천공(Symbol Puncturing)하고, 이를 메시지 전송채널로 사용되는 TrCH에 할당함으로서 메시지 전송채널의 신뢰도는 심볼 반복(Symbol repetition)에 의해 급격하게 증가하게 된다.
전술한 바와 같이 데이터 블록 전송 채널로부터 소정 비트들을 천공하고, 상기 천공한 소정 비트들의 수만큼을 메시지 전송채널에 할당하는 송신기내의 전송채널 구조의 예들은 도 4와 도 5에서 보이고 있다.
상기 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 다운 링크(Down Link)에 있어서의 송신기에 구비된 전송채널 구조를 보이고 있으며, 상기 도 5는 본 발명의 실시 에에 따른 업 링크(Up Link)에 있어서의 송신기에 구비된 전송채널 구조를 보이고 있는 도면이다.
상기 도 4와 상기 도 5에서 점들로 표현한 두개의 전송채널은 복합 재 전송시에 사용되는 전송채널의 예를 나타내고 있다. 즉, 상기 복합 재전송을 사용하는 데이터 블록 전송채널과 상기 데이터 블록 전송채널과 관련하여 사용되는 관련 제어 메시지를 전송하는 메시지 전송채널을 표시하고 있다. 한편, 기존의 데이터 전송채널과 메시지 전송채널에 본 발명의 실시 예를 적용함으로서 레이트 매칭시에 데이터 전송채널의 레이트 매칭부분과 메시지 전송채널의 레이트 매칭부분이 종래의 방법과 달라진다.
상기 본 발명의 실시 예에 따른 송신기의 전송채널 구조를 설명함에 있어 상기 도 4와 상기 도 5에서 보이고 있는 TrCH들 중 하나를 메시지 전송채널(420, 520)로 사용하고, 나머지 TrCH들 중 하나를 데이터 블록 전송채널(430, 530)로 사용한다고 가정한다. 또한, 상기 도 4와 상기 도 5에서의 가장 좌측의 전송채널은 다른 서비스 채널을 나타낸다.
먼저, 상기 도 4를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 다운 링크(Down Link)에 있어서의 송신기의 전송채널들 중 메시지 전송채널의 구조를 살펴보면, 메시지 전송채널의 CRC 삽입부(421)는 제어 비트들로 이루어진 제어 메시지 블록을 입력으로 하고, 상기 제어 메시지에 대해 CRC를 부가하여 출력한다. 즉, 상기 CRC 삽입부(421)는 제어 메시지 블록에 발생되는 오류를 검출하기 위해서 송신기에 사용되는 순환 리던던시 검사 부호화기(Cyclic redundancy check encoder)를 나타낸다. 코드 블록 분할부(Code block Segmentation)(422)는 상기 CRC가 부가된 제어 메시지 블록을 입력으로 하고, 상기 CRC가 부가된 제어 메시지 블록에 대해 블록 분할하여 출력한다. 상기 코드 블록 분할부(422)는 본 발명에서 생략할 수 있다. 채널 부호화기(Channel encoder)(423)는 상기 CRC가 부가된 제어 메시지 블록을 입력으로 하고, 상기 블록 분할된 제어 메시지 블록을 정해진 채널 코드로 부호화하여 출력한다. 상기 채널 코드로는 앞서 기술한 바와 같이 채널전송과정에서 발생되는 오류의 정정이 가능한 컨벌루션날 코드(convolutional codes), 터보코드(turbo codes) 등이 사용될 수 있다. 레이트 매칭부(Rate Matching)(424)는 상기 부호화된 제어 메시지 블록을 입력으로 하고, 상기 부호화된 제어 메시지 블록을 소정 비트 수에 대해 반복/천공하여 출력한다. 상기 소정 비트 수는 데이터 블록 전송 채널(430)에서 전송된 데이터 비트 수에 의해 결정된다. 상기 데이터 블록으로부터 소정 비트 수의 데이터를 반복/천공하는 구성은 후술될 것이다. 상기 레이트 매칭이 이루어진 제어 메시지 블록은 DTX 삽입부(DTX insertion)(425)에 의해 불연속 전송 비트, 즉 해당 구간에서의 심볼들의 전송을 중단하고 인터리버(426)로 입력되어 인터리빙되어 출력된다. 상기 인터리빙된 제어 메시지 블록은 무선 프레임 분할부(427)에 의해 무선 프레임으로 분할되어 출력된다.
다음으로, 상기 도 4를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 다운 링크(Down Link)에 있어서의 송신기의 전송채널들 중 데이터 블록 전송채널 구조를 살펴보면, CRC 삽입부(431)는 상위로부터 메시지 번호를 포함한 데이터를 수신하여 그 데이터에 대하여 미리 정해진 방법으로 CRC를 부가한다. 즉, 상기 CRC 삽입부(431)는 데이터 블록에 발생되는 오류를 검출하기 위해서 송신기에 사용되는 순환 리던던시 검사 부호화기(Cyclic redundancy check encoder)를 나타낸다. 코드 블록 분할부(432)는 상기 CRC가 부가된 데이터 블록을 입력으로 하고, 상기 CRC가 부가된 데이터에 대해 블록 분할을 수행하여 출력한다. 채널 부호화기(433)는 상기 코드 블록 분할부(432)로부터의 입력 데이터 블록을 정해진 채널코드로 코딩하여 리던던시 선택부(434)로 전달한다. 상기 채널 코드로는 앞서 기술한 바와 같이 채널전송과정에서 발생되는 오류의 정정이 가능한 컨벌루션날 코드(convolutional codes), 터보코드(turbo codes) 등이 사용될 수 있다. 상기 리던던시 선택부(434)는 복합 재전송형식을 사용하는 데이터 통신시스템의 데이터 송수신장치 및 방법의 선택기준에 따라서 1차 전송, 2차 전송 및 3차 전송에 따라 리던던시를 선택하여 레이트 매칭부(435)로 보낸다. 상기 레이트 매칭부(435)는 본 발명의 실시 예에 따라 상기 리던던시 선택부(434)로부터 입력되는 데이터 블록으로부터 소정 비트 수의 일부 데이터를 반복/천공한 후 DTX 삽입부(436)로 전달한다. 상기 레이트 매칭이 이루어진 데이터 블록은 DTX 삽입부(DTX insertion)(436)에 의해 불연속 전송 비트, 즉 소정 구간에서의 심볼들의 전송을 중단하고, 인터리버(437)로 입력되어 인터리빙되어 출력된다. 상기 인터리빙된 데이터 블록은 무선 프레임 분할부(438)에 의해 무선 프레임으로 분할되어 출력된다.
한편, 상기 도 4에서의 전송채널들 각각으로부터 출력되는 데이터들은 멀티플렉서(440)로 입력되고, 상기 멀티플렉서(440)는 각 전송채널들로부터의 데이터를 다중화하여 전송한다. 또한, 상기 도 4에서는 도시하고 있지 않으나 테일 비트 삽입부(Tail bits insertion)는 채널 부호화기(Channel encoder)(423,433)에서 사용되는 컨벌루션날 코드(convolutional codes) 혹은 터보 코드(turbo codes)에 필요한 제로 상태 종료(Zero state termination)를 위해서 사용되는 종료 비트들(termination bits)을 추가하는 블록이다.
전술한 도 4의 구성에서도 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 실시 예에서는 메시지 전송채널(420)의 레이트 매칭부(424)에서 상기 데이터 블록 전송채널(430)의 레이트 매칭시에 천공한 데이터 대신에 메시지 전송채널(420)의 데이터를 반복할 수 있으므로 해서 메시지 전송채널(420)을 더 안정적으로 사용할 수 있다.
상기 도 5에서 보이고 있는 본 발명의 실시 예에 따른 업 링크(Up Link)에 있어서의 송신기의 전송채널 구조는 상기 도 4에서의 전송채널 구조에서의 DTX 삽입부(415, 425, 436)를 이퀄라이져(514, 524, 535)로 대체하고 있다. 또한, 상기 도 5에서는 분할 블록(516, 526, 537)에 의해 문선 프레임 분할한 후 레이트 매칭부(517, 527, 538)로부터 레이트 매칭이 수행되는 전송채널의 구조를 보이고 있다. 상기 도 5에서 보이고 있는 구성들의 본 발명의 실시 예에 따른 동작은 상기 도 4를 참조하여 전술한 구성들의 동작과 동일함에 따라 상세한 설명은 생략한다.
전술한 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 블록으로부터 소정 비트 수의 천공과 제어 메시지를 소정 비트 수만큼 반복하는 동작을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
상기 도 4와 도 5에서 보듯이 TrCHi를 메시지 전송채널로 할당된 TrCH라고 정의하고, 여기에 전송되는 메시지 블록의 크기를 Ni라 정의한다. 한편, TrCHk를 데이터 블록 전송을 위해 할당된 TrCH라고 정의하고, 여기에 전송되는 데이터 블록의 크기를 Nk라 정의한다. 그리고 전송서비스의 품질요구(QoS)에 따라 상위 서비스 결정계층에 의해 TrCHi와 TrCHK 각각에 결정된 전송율 정합 변수를 Pi와 Pk라 정의한다. 다음으로 위에서 언급한 것처럼 n비트를 TrCHk로부터 분리하여 이를 TrCHi로 이전하는 경우 최종적으로 결정되는 전송율 정합 변수를 각각 Pi'와 Pk'로 정의하면 상기한 변수들간의 관계는 하기의 수학식들과 같이 표현되어질 수 있다.
(Pi,Ni) → (Pi',Ni' )
(Pk,Nk) → (Pk',Nk' )
(Nk(1-Pk)-n)/Nk = 1-Pk'
(Ni(1-Pi)+n)/Ni = 1-Pi'
만일 "Nk >> n"이고 "Nk >> Ni"라고 가정하면 상기 <수학식 3>과 상기 <수학식 4>는 하기 <수학식 5>와 <수학식 6>으로 표현될 수 있다.
(Nk(1-Pk)-n)/Nk = 1-Pk' = (1-Pk)-n/Nk ≒ 1-Pk
(Ni(1-Pi)+n)/Ni = 1-Pi' =(1-Pi)+n/Ni >> 1.0
따라서, TrCHk의 경우에는 n비트를 삭제하더라도 기본적으로 처음에 설정된 RM 변수 Pk에서 성능에 변화가 거의 없을 만큼 미소한 변화인 n/Nk(<<1.0)만이 발생한다. 하지만, TrCHi의 경우에는 n비트의 추가에 의해서 n/Ni만큼의 RM 변수 값 증가가 가능하며, 실질적인 RM 변수가 1.0보다 큰 심볼 반복(Symbol repetition)이 발생된다. 이러한 관계를 상기 도 4와 도 5에서 Pi'와 Pk'를 점선으로 연결하여 이러한 상호관계를 표시하였다. 따라서 상기 TrCHi의 레이트 매칭부(424)에서 2배의심볼 반복이 사용되는 경우 약 +3dB의 심볼 에너지 증가를 제공하고, 이에 따라 TrCHi인 메시지 채널의 신뢰도도 급격하게 증가한다.
도 6에서는 이러한 성능 변화의 예를 보이고 있다. 상기 도 6에서 실선은 본 발명의 실시 예를 적용하기 전에 TrCHi와 TrCHk의 비트 에러 율(BER: bit error rate)을 나타낸다. 한편, 상기 도 6에서 점선은 본 발명의 실시 예를 적용함으로서 상기 TrCHi와 TrCHk의 BER을 나타낸다. 상기 본 발명의 실시 예의 적용 여부는 상기 TrCHk에 대한 천공과, 상기 TrCHi에 대한 반복을 수행하였는지 여부에 의해 구분된다. 상기 도 6에서 보듯이 본 발명의 실시 예를 적용하는 경우 TrCHk는 거의 성능의 감쇠가 없는 반면에 TrCHi는 급격한 성능개선이 있음을 보이고 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 복합 재전송형식에 따른 전송방식의 가장 효율적인 메시지 채널에 필요한 조건들을 고려하고, 메시지 채널의 응답 속도를 증가시키기 위한 빠른 복합 재전송형식을 제안하였다. 따라서, 본 발명은 데이터 통신시스템의 신뢰도를 향상시킬 뿐만 아니라 처리율을 개선함으로서 데이터 통신시스템의 성능의 향상과 향후 차세대 이동통신시스템의 성능을 개선시키는 효과가 있다.

Claims (14)

  1. 다수의 비트들의 열을 가지는 데이터 블록과 상기 데이터 비트 열의 복호를 위한 필요한 제어 비트들을 가지는 제어 메시지를 송신하는 방법에 있어서,
    상기 데이터 블록을 지나가게 하는 제1전송채널내의 천공기에 의해 상기 데이터 블록내의 상기 다수의 비트들 중 미리 결정된 수의 비트들을 천공하는 과정과,
    제2전송채널내의 반복기에 의해 상기 미리 결정된 수의 천공 비트들만큼 상기 제어 메시지를 반복하는 과정과,
    상기 천공된 데이터 블록과 상기 반복된 제어 메시지를 다중화하는 과정과,
    상기 다중화된 비트를 수신기로 전송하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2전송채널은 앞 부분에 상기 제어 메시지를 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2전송채널은 마지막 부분에 상기 제어 메시지를 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어 메시지는 수신 데이터 블록에 응답하는 메시지임을 특징으로 하는 상기 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어 메시지는 전송되는 데이터 블록의 일련번호, 주어진 데이터 블록의 버전 넘버를 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2전송채널의 전송지연시간은 상기 제1전송채널의 전송지연시간과 동일함을 특징으로 하는 상기 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2전송채널의 전송지연시간은 상기 제1전송채널의 전송지연시간보다 작음을 특징으로 하는 상기 방법.
  8. 복수의 전송채널들을 구비하고, 다수의 비트들의 열을 가지는 데이터 블록과 상기 데이터 비트 열의 복호에 필요한 제어 비트들을 가지는 제어 메시지를 송신하는 장치에 있어서,
    상기 복수의 전송채널들 중 상기 데이터 블록을 지나가게 하는 하나의 데이터 블록 전송채널 내에 구비하여 상기 데이터 블록내의 상기 다수의 비트들 중 미리 결정된 수의 비트들을 천공하는 제1레이트 매칭부와,
    상기 복수의 전송채널들 중 상기 제어 메시지를 지나가게 하는 상기 데이터 블록 채널과 다른 하나의 메시지 전송채널 내에 구비하여 상기 미리 결정된 수의 천공 비트들만큼에 대응하여 상기 제어 비트들을 반복하는 제2레이트 매칭부와,
    상기 제1레이트 매칭부로부터의 출력과 상기 제2레이트 매칭부로부터의 출력을 다중화하여 출력하는 다중화기를 포함함을 특징으로 하는 상기 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 메시지 전송채널은 앞 부분에 상기 제어 메시지를 포함함을 특징으로 하는 상기 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 메시지 전송채널은 마지막 부분에 상기 제어 메시지를 포함함을 특징으로 하는 상기 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제어 메시지는 수신 데이터 블록에 응답하는 메시지임을 특징으로 하는 상기 장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 제어 메시지는 전송되는 데이터 블록의 일련번호, 주어진 데이터 블록의 버전 넘버를 포함함을 특징으로 하는 상기 장치.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 메시지 전송채널의 전송지연시간은 상기 데이터 블록 전송채널의 전송지연시간과 동일함을 특징으로 하는 상기 장치.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 메시지 전송채널의 전송지연시간은 상기 데이터 블록 전송채널의 전송지연시간보다 작음을 특징으로 하는 상기 장치.
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