KR20020031036A - 통신시스템에서 부호 생성장치 및 방법 - Google Patents

통신시스템에서 부호 생성장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른, 입력되는 정보비트열에 응답하여 정보심볼들과 제1 패리티심볼들 및 제2 패리티심볼들을 발생하는 터보부호기와, 상기 터보부호기로부터 상기 정보심볼들과 상기 제1 및 제2 패리티심볼들을 천공 매트릭스들을 사용하여 상기 천공 매트릭스들과 동일한 수의 서브부호들을 발생하는 서브부호 발생기를 포함하는 통신시스템에서, 초기 전송에서 전송되는 초기 서브부호를 발생하기 위한 초기 천공 매트릭스를 생성하는 방법이, 상기 천공 매트릭스 내에서 선택되는 심볼들의 수 Ns와 상기 초기 천공 매트릭스의 열들의 크기의 차가 상기 제1 및 제2 패리티 심볼들을 발생하는 상기 터보부호기내의 구성부호기들의 수와 동일하거나 클 때 상기 터보부호기로부터의 상기 정보심볼들중 상기 열들의 수와 동일한 정보 심볼들을 선택하는 과정과, 상기 터보부호기로부터의 상기 제1 및 제2 패리티심볼들중 상기 차와 동일한 제1 및 제2 패리티 심볼들을 선택하여 상기 선택된 제1 패리티 심볼들의 수가 상기 선택된 제2 패리티 심볼들의 수와 동일하거나 크게 하는 과정을 포함한다.

Description

통신시스템에서 부호 생성장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR GENERATING CODES IN COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 데이터 통신시스템의 부호생성 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 재전송을 사용하는 통신시스템에서 터보부호를 가지고 보완 부호(complementary codes)를 생성하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
통상적으로, 재전송방식( 예 : 하이브리드 ARQ)을 사용하는 시스템에서, 전송효율(throughput)을 개선하고자 할 경우 연성 결합(Soft combining)을 사용한다. 상기 연성 결합에는 패킷 다이버시티 결합(packet diversity combining)과 패킷 부호 결합(packet code combining)이 있다. 일반적으로, 이 두 방식을 모두 연성 패킷 결합(Soft Packet Combining)이라고 말하며, 이 중 상기 패킷 다이버시티 결합(packet diversity combining) 방식은 상기 패킷 부호 결합(packet code combining) 방식에 비하여 성능 면에서 차선의(sub-optimal) 방식이지만, 구현의 편이성 때문에 성능상의 큰 손실이 없는 경우 자주 사용된다.
또한, 패킷(Packet)을 전송하는 시스템에서 전송효율 (Throughput)을 증가시키기 위해서 상기 패킷 부호 결합 방식을 사용한다. 즉, 각각의 전송마다 전달되는 패킷(Packet)에 대하여 부호율이 상호 다른 부호를 전송하고, 수신측에서는 수신된 패킷에 오류가 검출되는 경우 수신 패킷을 소멸시키지 않고 저장한 뒤에 향후 재 전송되는 패킷과 연성결합 (Soft Combining)을 행하게 된다. 이때 재전송되는 패킷은 상호 다른 부호가 사용될 수 있다. 즉, 상기 패킷 부호 결합은 부호율이 R인 N개의 패킷을 수신한 경우, 상기 N개의 패킷들을 결합(또는 조합)하여 실효 부호율(effective code rate)이 R/N인 부호로 전환한 뒤에 복호함으로써 부호이득(coding gain)을 얻는 방식이라 할수 있다.
반면에 패킷 다이버시티 결합은, 각각의 전송마다 전달되는 패킷(Packet)에 대하여 부호율이 R인 동일한 부호를 사용하고, 수신측에서는 수신된 패킷에 오류가 검출되는 경우 이를 소멸시키지 않고 저장한 뒤에 향후 재 전송되는 패킷과 연성결합(Soft Combining)을 행하는 방식이다. 이때 재전송되는 패킷은 항상 동일한 부호가 사용된다. 따라서 패킷 다이버시티 결합은 랜덤채널에서 일종의 심볼 에너지의 평균화 과정(Symbol Averaging)으로 볼 수 있다. 즉, 상기 패킷 다이버시티 결합은 수신심볼 연성출력(soft output)을 평균함으로써 잡음전력감소 효과를 얻을수 있고, 페이딩 채널에서 동일한 부호를 반복하여 전송하기 때문에 다중성 채널에서 제공되는 다중성이득(diversity gain)을 획득할 수 있다. 그러나, 패킷 부호 결합에서의 부호 구조(Code structure)에 따른 추가적인 부호 이득(Coding Gain)을 제공하지는 못한다.
현재까지의 패킷통신 시스템에서는 구현의 용이함 때문에 대부분 패킷 다이버시티 결합을 사용하고 있으며, 동기방식의 IS-2000 시스템과 비동기방식의 UMTS 시스템 등에서 이러한 방식이 고려되고 있다. 그러나 이는 기존의 패킷통신 시스템들이 대부분 길쌈부호(Convolutional codes)를 사용하였고, 길쌈부호의 경우 부호율이 낮은 부호(codes)를 사용하는 경우 상기 패킷 부호 결합을 사용한다 해도 그리 큰 이득이 제공되지 않기 때문이었다. 즉, R=1/3 사용하는 시스템에서 재전송을지원하는 경우, 상기 패킷 다이버시티 결합을 사용하는 경우와 패킷 부호 결합을 사용하는 경우의 성능차이가 그리 크지 않기 때문에 구현의 복잡도를 고려하여 패킷 다이버시티 결합을 사용하였다. 그러나 오류정정부호(Forward Error Correction Codes: FEC)인 터보 부호를 사용하는 경우에는 이러한 기존의 개념과는 다른 방식이 요구된다. 왜냐하면 터보 부호는 반복 복호(iterative decoding)에 의해서 그 성능이 "Shannon Channel Capacity limit"에 근접하도록 설계된 오류정정부호이며, 부호율에 따른 성능의 차이가 상기 길쌈 부호(Convolutional codes)와는 달리 분명하게 존재하기 때문이다. 즉, 이러한 점들을 고려할 때 터보부호를 재전송에 사용하는 패킷통신 시스템에서는, 패킷 부호 결합 방식을 사용하는 것이 성능을 최적화하는 방법이라 할수 있다.
따라서 본 발명의 목적은 터보부호를 사용하는 재전송 시스템에서 최적의 부호결합을 위한 서브부호를 생성하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 통신 시스템에서 터보부호를 사용하여 보완부호(complementary codes)를 생성하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 입력되는 정보비트열에 응답하여 정보심볼들과 제1 패리티심볼들 및 제2 패리티심볼들을 발생하는 터보부호기와, 상기 터보부호기로부터 상기 정보심볼들과 상기 제1 및 제2 패리티심볼들을 천공 매트릭스들을 사용하여 상기 천공 매트릭스들과 동일한수의 서브부호들을 발생하는 서브부호 발생기를 포함하는 통신시스템에서, 초기 전송에서 전송되는 초기 서브부호를 발생하기 위한 초기 천공 매트릭스를 생성하는 방법이, 상기 천공 매트릭스 내에서 선택되는 심볼들의 수 Ns와 상기 초기 천공 매트릭스의 열들의 크기의 차가 상기 제1 및 제2 패리티 심볼들을 발생하는 상기 터보부호기내의 구성부호기들의 수와 동일하거나 클 때 상기 터보부호기로부터의 상기 정보심볼들중 상기 열들의 수와 동일한 정보 심볼들을 선택하는 과정과, 상기 터보부호기로부터의 상기 제1 및 제2 패리티심볼들중 상기 차와 동일한 제1 및 제2 패리티 심볼들을 선택하여 상기 선택된 제1 패리티 심볼들의 수가 상기 선택된 제2 패리티 심볼들의 수와 동일하거나 크게 하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
도 1은 터보 부호를 사용하는 패킷데이타 시스템에서 패킷 부호 결합(Packet code combining)과 패킷 다이버시티 결합(Packet diversity Combining)에 따른 성능차이를 그래프로 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 서브부호 생성장치를 보여주는 도면.
도 3은 서브부호를 사용하지 않는 재전송방식과, 서브부호를 사용하며 다이버시티 결합을 사용하는 재전송방식과, 서브부호를 사용하며 부호결합을 사용하는 재전송방식의 성능을 그래프로 보여주는 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 준보완 터보부호의 서브부호 집합에서 첫 번째 서브부호를 생성하기 위한 절차를 보여주는 도면.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 준보완 터보부호의 서브부호 집합에서 중간의 서브부호들을 생성하기 위한 절차를 보여주는 도면.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 준보완 터보부호의 서브부호 집합에서 마지막 서브부호를 생성하기 위한 절차를 보여주는 도면.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일 부호를 가지도록 하였다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하 본 발명은 터보부호를 사용하는 재전송 시스템에서 최적의 패킷부호결합을 위한 서브부호를 생성하기 위한 방법을 제시하고, 또한 이러한 부호를 사용하여 패킷부호결합과 패킷다이버시티결합을 데이터율(data rate)에 따라서 가변적으로 사용하는 시스템을 제안하며, 이러한 시스템이 가지는 장점과 성능이득에 관해서 기술할 것이다.
상기 데이터율에 따라 패킷부호결합과 패킷다이버시티결합을 가변적으로 사용하는 시스템의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
예를 들어, R=1/5 터보 부호를 사용하는 시스템의 경우, 재전송된 패킷들로부터 연성결합(soft combining)에 의해 구한 부호어(code word)의 전체 부호율(overall code rate)이 '1/5'이 되기까지는 패킷 부호 결합(packet code combining)을 사용하고, 이후부터 재전송되는 패킷들에 대해서는 우선 패킷 다이버시티 결합(packet diversity combining)을 사용하고 이어서 패킷 부호 결합을 사용한다. 즉, 처음 전송하는 패킷의 부호율이 1/3인 경우 다음 번 재전송 요구 때에는 전체 부호율(Overall code rate)이 1/5이 되도록 나머지 리던던시(redundancy)를 전송한다. 따라서 수신기가 두개의 패킷들(packets)을 모두 수신하면 전체 부호율(overall code rate)이 1/5이 된다. 그리고 이후에 전송되는 패킷들에 대해서는 각각을 반복해서 전송하고, 수신기는 패킷 다이버시티 결합을 사용한 후에 부호율 1/5를 기준으로 재전송 패킷을 패킷 부호 결합한다.
도 1은 터보부호의 경우 패킷부호결합과 패킷 다이버시티결합 사이의 성능차이를 그래프로 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이, 동일한 심볼에너지(Es)를 가정하는 경우 낮은 부호율(1/6)의 터보부호는 높은 부호율(1/3)의 터보부호에 비해 상당한 성능 이득을 가짐을 알 수 있다. 또한, 패킷 부호 결합에 의한 성능이득이 3dB 정도임을 알 수 있다. 종합해 볼때, 부호율 1/3인 터보부호를 부호율 1/6인 서브부호들을 패킷 부호 결합하여 생성하게 되면, 1/3보다 낮은 부호율을 사용함으로써 얻는 이득과 다른 부호를 결합(부호 결합)함으로써 얻는 이득을 동시에 얻을 수 있다.
상세히 살펴보면, 동일한 부호 심볼 에너지(coded symbol energy) Es와 동일한 부호율을 가정할 때, 터보부호는 길쌈부호와 달리 반복(iteration) 복호(decoding)가 충분히 제공되는 경우, "Shannon Channel Capacity limit"에 근접하는 성능을 부호율에 따라서 제공한다. 다시말해, 동일한 Es를 가정하는 경우, 낮은 부호율의 터보 부호는 높은 부호율의 터보 부호에 비하여 상당한 성능이득을 제공하는 것으로 알려져 있다. 예를 들어, 부호율이 R=1/3에서 R=1/6로 감소하는 경우 "Shannon Channel Capacity Limit"의 변화를 분석해서 그 성능차이를 예측할 수 있다. 여기서 하이브리드 ARQ(Hybrid ARQ)를 사용하는 시스템에서는 재전송마다 동일한 심볼 에너지 Es를 사용하므로, 상기 도 1에서의 성능곡선은 R=1/3의 경우나 R=1/6의 경우나 동일한 심볼에너지 Es를 가정한 것이다.
도시된 바와 같이, 부가적 백색 가우시안 잡음(AWGN : Additive White Gaussian Noise)채널의 가정하에, R=1/3의 부호를 2번 반복해서 패킷 다이버시티 결합하는 경우, 심볼 에너지 대 잡음비(Es/No) 면에서 최대 3dB의 이득을 가지며, R=1/6 부호를 사용하는 경우에도 마찬가지이다. 따라서 부호율에 따른 부호의 성능비교에서 사용하는 Eb/No를 기준으로 그린 터보 부호의 성능곡선에서, R=1/3의 성능곡선이 패킷 다이버시티 결합에 의한 이득(gain)으로 +3dB 스케일(scale)만큼 왼쪽으로 평행 이동되고, R=1/6 터보부호의 성능곡선도 R=1/3과 동일한 심볼 에너지를 사용하는 가정하에 +3dB 스케일(scale)만큼 왼쪽으로 평행 이동되므로, R=1/3 터보부호와 R=1/6 터보 부호의 성능곡선의 차이가 패킷 다이버시티 결합과 패킷 부호 결합 사이에 제공되는 성능차이가 된다. 이러한 부호율(code rates)에 따른 성능차이는 "Shannon Channel Capacity limit"에 의해서 예측 가능하며, 최소의 성능차이는 최소 요구되는 신호 대 잡음비(minimum required S/N)를 사용하여 구할 수 있다.
일반적으로, 부호율(Code rate)이 R이고 부호기의 블록 사이즈(encoder block size)가 매우 큰 터보 부호를 사용하는 시스템에서, 오류가 전혀 발생하지 않는(즉, error free) 채널을 제공하기 위한 최소 에너지대잡음비(Eb/No)는 하기 수식으로 결정된다.
상기 수식에 따르면, AWGN에서 각각의 부호율(code rates)에 따른 터보 부호에서 요구되는 최소의 Eb/No 즉, 최소 요구 에너지대잡음비(minimum required Eb/No)는 하기 표 1과 같다. 하기 표 1에서 대표 에너지대잡음비(Typical Eb/No)는 터보 부호의 부호화 블록 사이즈(encoding block size) L이 1024일 때 비트에러율(Bit error rate : BER)이 0.00001보다 작게 하기 위해서 요구되는 Eb/No를 나타낸다.
Code rates Required Eb/No (dB) Typical Eb/No (db) for BER=10-5
3/4 0.86 3.310
2/3 0.57 2.625
1/2 0.00 1.682
3/8 -0.414 1.202
1/3 -0.55 0.975
1/4 -0.82 0.756
1/5 -0.975 0.626
1/6 -1.084 0.525
0 -1.62 NA
상기 표 1에서 부호율(Code rate)이 3/4, 2/3, 1/2, 3/8, 1/3, 1/4, 1/5, 1/6 인 경우에 각각 요구되는 Eb/No는 각각 0.86, 0.57, 0.0, -0.414, -0.55, -0.82, -0.975, -1.084 (dB)임을 알 수 있다. 표 1에서 부호율 R=1/3인 부호를 사용하는 시스템과 부호율 R=1/6인 부호를 사용하는 시스템 사이에는 최소한 0.53dB 이상의 성능차이가 있음을 알 수 있다. 이는 "Shannon Channel Capacity Limit"에 따른 최소의 성능차이이다. 따라서, 실제 구현가능한 복호기와 시스템 환경을 고려하면 그 차이는 이 보다 증가한다. 실제로 시뮬레이션에 의한 성능차이에 따르면, R=2/3 부호를 사용하고 패킷 부호 결합을 사용하는 시스템과 동일한 부호율 R=2/3를 사용하여 패킷 다이버시티 결합을 사용하는 시스템 사이에는 약 1.12dB의 성능차이가 있음을 알 수 있다.
하기 표 2는 서브부호 부호율(sub code rate)로 2/3을 사용하는 시스템에서 한번의 재전송을 사용한 경우에 패킷 부호 결합을 사용하는 경우와 패킷 다이버시티 결합을 사용하는 경우의 성능차이를 보여준다. 표 2에서 보듯이 최소의 성능차이가 1.12dB이므로 터보 부호를 사용하는 시스템에서 패킷 부호 결합이 많은 성능 이득을 가지는 것을 알 수 있다.
Items Packet Combining Code Combining
Mother code rate Rm 1/3(X, Y0, Y'0) in Figure 2 1/3(X, Y0, Y'0) in Figure 2
Block size (L) 496 496
Maximum number of iterations 8 8
Number of transmissions 2 2
Actual Tx code rate Refor each transmission 2/3(by puncturing) 2/3(by puncturing)
Redundancy selection Identical pattern for alltransmissions. Different pattern for alltransmissions.
Soft Combining Packet diversity combining Packet code combining
Gain through retransmissions Symbol repetition gain Coding gain for low rate codes
Minimum required Eb/Noin Table 3 +0.57(dB) R-2/3 +0.57(dB)R-2/6 -0.55(dB)
Required Eb/No at 2'ndretransmissions +0.57-3.0(dB) -0.55-3.0(dB)
Relative performance gain 0 1.12(=0.57+0.55) dB
Simulated relative gain(@ BER=10-5) 0 2.5(dB)
이상에서 살펴본 바와 같이, 터보 부호(Turbo codes)를 사용하는 재전송 시스템은 패킷 부호 결합방식을 사용하는 것이 우수한 성능을 가질수 있다. 따라서, 본 발명은 터보부호를 사용하는 재전송 시스템에서 최적의 패킷 부호 결합을 위한 서브부호 생성방법에 설명할 것이다. 즉, 본 발명에서 제안하는 소정 규칙에 의해 패킷부호결합을 위한 서브부호를 생성하면, 앞서 설명한 부호 결합(code combining)에 의한 이득을 얻을 수 있고, 동일한 양의 재전송을 요구하는 시스템의 성능을 최대로 개선시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 터보부호를 이용해 서브부호를 생성하기 위한 장치를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 상기 서부부호를 생성하기 위한 장치는 크게 터보부호기와, 서브부호 발생기(204)와 제어기(205)로 구성된다.
먼저, 상기 터보부호기를 살펴보면, 제1구성부호기 201은 입력되는 정보비트열을 부호화하여 제1부호심볼들(정보심볼들(X), 제1패리티심볼들(Y0, Y1))을 출력한다. 인터리버 202는 상기 입력되는 정보비트열을 주어진 규칙에 의해 인터리빙하여 출력한다. 제2구성부호기203은 상기 인터리버 202로부터 출력되는 상기 인터리빙된 정보비트열을 부호화하여 제2부호심볼들(정보심볼들(X'), 제2패리티심볼들(Y'0, Y'1))을 출력한다. 따라서, 터보부호기의 출력심볼들은 상기 제1구성부호기(201) 및 상기 제2구성부호기(203)에서 출력되는 상기 제1 및 제2부호심볼들이 된다. 여기서, 상기 제2구성부호기(203)에서 발생되는 정보심볼들(X')는 실제로 전송되지 않으므로 상기 터보부호기의 부호율은 '1/5'이 된다.
서브부호발생기 204는 상기 제1구성부호기201 및 203으로부터 출력되는 상기 제1 및 제2부호심볼들을 입력하고, 제어부 205의 제어하에 상기 부호심볼들을 소정 규칙에 의해 천공 및 반복하여 서브부호를 발생한다. 상기 제어부 205는 후술되는 도 4 내지 도 6의 알고리즘을 통해 생성한 천공( 및 반복) 매트릭스들을 메모리에 저장해 놓고, 상기 천공 매트릭스에 따른 심볼선택신호를 상기 서브부호 발생기 204로 출력한다. 그러면, 상기 서브부호 발생기 204는 상기 심볼선택신호에 의해 상기 터보부호기로부터의 소정 천공범위에 속하는 부호심볼들중 소정 개수의 심볼들을 선택하여 서브부호를 생성한다.
상술한 바에 따르면, 기호 X,Y0,Y1,Y'0,Y'1는 각각 다음과 같이 정의된다.
X: 정보심볼들(Systematic code symbol 또는 Information symbols)
Y0: 터보부호기의 상위 구성부호기로부터의 리던던시 심볼들(Redundancy symbol from the upper component encoder of Turbo encoder)
Y1: 터보부호기의 상위 구성부호기로부터의 리던던시 심볼들(Redundancy symbol from the upper component encoder of Turbo encoder)
Y'0: 터보부호기의 하위 구성부호기로부터의 리던던시 심볼들(Redundancy symbol from the lower component encoder of Turbo encoder)
Y'1: 터보부호기의 하위 구성부호기로부터의 리던던시 심볼들(Redundancy symbol from the lower component encoder of Turbo encoder)
이하 설명되는 도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 터보부호를 가지고 서브 부호(또는 천공 매트릭스)들을 생성하기 위한 절차를 도시하고 있다. 특히, 도 4는 상기 서브 부호들의 집합에서 첫 번째 서브부호(C0)를 생성하기 위한 절차이고, 상기 도 5는 첫 번째와 마지막 서브부호를 제외한 중간의 서브부호들(C1∼Cs-2)를 생성하기 위한 절차이며, 상기 도 6은 마지막 서브부호(Cs-1)를 생성하기 위한 절차를 보여준다.
한편, 이하 설명에서 ENC1(이하 '제1부호심볼들"이라 칭함)은 터보부호기에서 발생하는 부호심볼들중 제1구성부호기(201)에서 발생하는 정보심볼들(X)과 제1패리티심볼들(Y0,~Y1) 통칭하는 의미이고, ENC2(이하 '제2부호심볼들'이라 칭함)는 제2구성부호기(203)에서 발생하는 제2패리티심볼들(Y'0,Y'1)을 칭하는 의미이다.
상기 도 4를 참조하면, 먼저 401단계에서 송신기에서 제공할 수 있는 최대의 부호율 Rmax를 정한다. 이는 사용하는 시스템의 전송 데이타율에 의해서 결정되며대부분 주어지는 값이 된다. 그리고 상기 주어지는 최대 부호율 Rmax=(k/n)의 정수배가 될 수 있는 최소의 부호율 Rmin을 정한다. 여기서, k는 입력 정보심볼들의 수를 나타내고, n은 출력 부호심볼들의 수를 나타낸다. 물론 상기 최소 부호율은 임의로 결정할 수 있으나 통상은 1/6 혹은 1/7 이하의 부호율을 사용한다. 이는 터보 부호의 경우 R=1/7 이하에서는 부호율 감소에 따른 부호이득(Coding Gain)이 포화되는 성향을 보이기 때문이다. 그리고, 수신단 복호기의 실제 부호율(R, 모 부호율)을 정한다. 상기 모 부호율(R)은 상기 최소부호율 Rmin 보다 크게 설계한다.
실제 시스템 구현시, 상기 최대 부호율 Rmax 및 최소 부호율 Rmin은 미리 정해지는 값이다. 다른 의미로, 상기 최대 부호율 Rmax는 생성하고자 하는 서브부호의 부호율(subcode code rate)을 나타내고, 상기 최소 부호율 Rimn은 서브부호들을 부호 결합(code combing)했을 때 만들어지는 목표(target) 부호의 부호율을 나타낸다. 일반적으로, 상기 최소 부호율은 송신기에서 사용하는 부호기의 부호율이다.
상기 최대 부호율(Rmax) 및 최소 부호율(Rmin)이 주어지면, 403단계에서 상기 최대 부호율 Rmax과 최소 부호율 Rmin을 가지고 하기 <수학식 1>을 이용해 서브 부호의 개수(S)를 구한다. 여기서, 상기 서브부호들의 수(또는 천공 매트릭스의 개수)는 상기 Rmax 대 Rmin의 비 값을 넘는 최소 정수로 정해진다.
여기서, LCEIL{ * }RCEIL 는 *의 값과 동일하거나 큰 최소정수를 나타낸다.
상기 서브부호들의 수를 구한후, 405단계에서 변수 m을 ''1'로 초기화하고, 407단계에서 C(=m×k)를 결정한다. 여기서, 상기 C는 각 천공 매트릭스의 열(column)의 수(또는 크기)를 나타낸다. 여기서, 상기 천공 매트릭스의 열의 수 C는 상기 최대 부호율 Rmax에 의해 결정된다. 예를들어, 상기 최대 부호율이 3/4 인 경우, 상기 열의 수 C는 3,6,9....가 될 수 있으며, 초기전송 서브부호 생성시 상기 열의 수C는 상기 가능한 크기들 중 최소의 값으로 결정한다. 여기서, 상기 최대 부호율 Rmax를 '3/4'로 가정하였기 때문에, 상기 천공 매트릭스의 열의 수 C는 '3'으로 설정한다.
그리고, 상기 407단계에서 상기 변수 m과 상기 최대 부호율의 부호심볼수(n, 분모)을 곱해 상기 천공 매트릭스내에서 선택되는 심볼들의 수 Ns를 결정한다. 상기 변수 Ns는 각 천공 매트릭스 내에서 선택되는 심볼들의 수(또는 선택되는 위치들의 수)를 나타낸다. 또한, 상기 선택되는 심볼들의 수 Ns는 상기 열들의 수 C에 대해 C/Rmax 에 의해 정해지기도 한다.
그리고, 409단계에서 상기 천공 매트릭스 내에서 선택되는 심볼들의 수 Ns와 상기 천공 매트릭스의 열들의 수의 차가 송신기에서 제공되는 터보부호기내의 구성부호기(constitution encoder 또는 component encoder)들의 수와 동일하거나 큰지를 검사한다. 현재 제안되어 있는 터보부호기들은 도 2에 도시된 바와 같이 통상 2개의 구성부호기들로 구성된다. 따라서, 상기 구성부호기들의 수를 2로 가정한다. 즉, 409단계에서 상기 선택되는 심볼들의 수 Ns와 상기 열들의 수 C의 차가 '2' 이상인지를 검사한다. 이렇게 하는 이유는 터보부호기가 기존의 다른 단일부호를 사용하는 부호기와 달리 도 2에서 보듯이 두 개의 구성부호기(Component encoder)들(ENC1 및 ENC2)이 인터리버에 의해서 병렬로 연결된 구조를 갖기 때문이다. 즉, 터보부호기의 고유의 특성을 보존하기 위해서는, 정보심볼들을 모두 전송한후 상기 복수의 구성부호기들의 각각에서 발생되는 패리티심볼들중 적어도 하나씩은 전송되어야 한다.
예를들어, 상기 천공 매트릭스 내에서 선택되는 심볼들의 수 Ns에서 상기 열들의 수 C를 감산한 값이 '2'보다 작으면 결국 상기 제1 및 제2패리티심볼들중 1개의 심볼만을 선택할수 있다. 이 경우, 이 한 개의 심볼을 제1패리티심볼들중에서 선택하거나 혹은 제2패리티심볼들중에서 선택해야 되는데, 두 경우 모두 터보부호의 관점에서 큰 문제점을 지니고 있다. 첫 번째의 경우에는 제2패리티심볼들에서 선택되는 심볼이 전혀 없다. 결국, 이렇게 생성된 서브 부호는 터보부호가 아닌 제1구성부호기로만 구성된 구속장(constraint) K=4인 길쌈부호(convolutional codes)가 되고 터보부호가 가지는 터보 인터리버의 이득을 전혀 제공하지 못하는 결과를 초래한다. 두 번째의 경우에도 제1구성부호기에서 보면 정보어심볼(systematic symbol)만이 전송되고 패리티 심볼이 전혀 없으므로 부호율이 1인 부호가 되며, 부호율이 1이므로 부호이득(coding gain)이 전혀 없는 부호화하지 않은 무부호화 시스템(uncoded system)이 된다. 따라서 터보부호기의 성능을 제공하기 위해서는 최소한 상기 선택되는 심볼들의 수 Ns에서 상기 열들의 수 C를 감산한 값이 2보다 크거나 같아야 한다.
만일, 상기 409단계의 조건을 만족하면, 411단계로 진행하여 상기 천공 매트릭스에서 상기 C개의 정보심볼들을 선택한후 미리 정해진 타입(TYPE)에 따라 나머지 심볼들을 선택한다. 타입1인 경우, 413단계로 진행하여 하기 수학식 3에 의해 제1패리티심볼들과 제2패리티심볼들중에서 상기 나머지 심볼들을 선택한후 종료한다. 여기서, 상기 제1패리티심볼들에서 선택되는 심볼들의 수가 상기 제2패리티심볼들에서 선택되는 심볼들의 수와 동일하거나 크게 한다. 예를들어, 상기 나머지 심볼들의 수(Ns-C)가 3이면 하기 수학식 3에 의해 제1패리티심볼들에서 2개의 심볼들을 선택하고, 제2패리티심볼들에서 한 개의 심볼을 선택하게 된다.
여기서,는 상기 *의 값과 동일하거나 작은 최대정수를 나타냄.
한편, 타입2인 경우 415단계로 진행하여 하기 수학식 4에 의해 제1패리티심볼들과 제2패리티심볼들에서 상기 나머지 심볼들을 정해진 비율에 따라 선택한후 종료한다. 여기서, a 와 b를 각각 상기 제1 및 제2패리티심볼들에서 선택되는 심볼선택분배비라 할때, 상기 제1패리티심볼들에서 a(Ns-C) 대 a+b의 비값과 동일하거나 큰 최소정수의 심볼들을 선택하고, 상기 제2패리티심볼들중에서 b(Ns-C) 대 a+b의 비값과 동일하거나 작은 최대정수의 심볼들을 선택한다.
한편, 409단계의 조건을 만족하지 않으면, 즉 상기 천공 매트릭스 내에서 선택되는 심볼들의 수 Ns와 상기 천공 매트릭스의 열들의 수 C의 차가 상기 터보부호기의 구성부호기들의 수보다 작으면, 417단계로 진행하여 상기 변수 m을 '1'만큼 증가시킨후 상기 407단계로 되돌아간다. 즉, 상기 409단계는 현재 정해진 천공범위(천공 매트릭스의 크기)에서 터보부호의 특성을 보존할수 있는 서브부호를 생성할 수 있는지 여부를 결정하는 단계이다. 만일, 터보부호의 특성을 보존할수 없으면, 상기 417단계에서 천공범위(천공 매트릭스의 크기)를 확장시킨후 상기 407단계로 되돌아가 이하 단계를 재수행한다.
상술한 바와 같이, 초기 천공 매트릭스는 기본적으로, 터보부호기로부터의 심볼들중 정보심볼들을 모두 선택하고, 제1 및 제2패리티심볼들중에서 각각 적어도 하나의 심볼을 선택할수 있도록 구성된다.
이하 상기 도 5를 참조하여 중간의 천공 매트릭스들(C1∼ Cs-2)을 생성하기 위한 방법을 설명한다. 상기 도 5를 반복 수행하여 C1에서부터 Cs-2까지의 천공 매트릭스들을 생성한다.
상기 도 5를 참조하면, 미리 정해진 타입에 따라 501단계 혹은 503단계를 수행한다. 만일 타입1인 경우, 상기 501단계로 진행하여 하기 수학식 7에 의해 제1패리티심볼들과 제2패리티심볼들에서 상기 각 천공 매트릭스에서 선택될 심볼들의 수 Ns의 심볼들을 선택한다. 상기 심볼들의 수 Ns는 앞서 설명한 바와 같이 변수 m과 상기 최대 부호율의 부호심볼수(n)을 곱해 결정된다. 여기서, 상기 제1패리티심볼들에서 선택되는 심볼들의 수가 상기 제2패리티심볼들중에서 선택되는 심볼들의 수와 동일하거나 크게 한다. 또한 이전 생성된 천공 매트릭스들에서 선택되지 않은 심볼들을 선택하도록 한다.
한편, 타입2인 경우 상기 503단계로 진행하여 하기 수학식 8에 의해 제1패리티심볼들과 제2패리티심볼들에서 상기 각 천공 매트릭스에서 선택될 심볼들의 수 Ns의 심볼들을 정해진 비율에 따라 선택한다. 여기서, a와 b를 각각 상기 제1 및 제2패리티심볼들에서 선택되는 심볼선택분배비라 할때, 제1패리티심볼들중에서 a(Ns) 대 a+b의 비 값과 동일하거나 큰 최소정수의 심볼들을 선택하고, 상기 제2부호심볼들중에서 b(Ns) 대 a+b의 비 값과 동일하거나 작은 최대정수의 제2패리티심볼들을 선택한다. 심볼들을 선택함에 있어, 이전 생성된 천공 매트릭스들에서 선택되지 않은 심볼들을 선택하도록 한다.
이하 상기 도 6을 참조하여 마지막 천공 매트릭스(Cs-1)를 구성하는 방법을 설명한다.
상기 도 6을 참조하면, 601단계에서 이전 구성된 천공 매트릭스들을 참조하여 선택되지 않았던 심볼들을 모두 선택한다. 여기서, 상기 선택된 심볼들의 개수를 Ns2라 정의한다. 그리고, 603단계에서 상기 Ns에서 상기 Ns2를 감산하여 새로운 Ns를 정의한다. 앞서 설명한 도 4 내지 도 6의 과정에 따라 천공 매트릭스의 모든 위치의 심볼들이 선택되었기 때문에, 상기 새로이 정의된 Ns는 반복 선택할 심볼들의 개수가 된다. 상기와 같이 반복 선택할 심볼들의 개수를 구한후, 605단계에서 상기 반복 선택할 심볼들의 수가 '0'보다 큰지를 검사한다. 만일, 반복 선택할 심볼들의 수가 '0'이면 바로 종료하고, '0'보다 크다면 상기 정보심볼들중 상기 반복 선택될 심볼들의 수만큼 심볼들을 다시 선택한다. 여기서, 상기 다시 선택한다는 것은 해당 정보심볼을 반복하여 전송함을 의미한다.
본 발명의 서브부호 생성과정을 구체적인 수치대입을 통해 살펴보면 다음과 같다. 예를 들어서, 시스템이 제공하는 최대 부호율 Rmax가 3/4이고, 시스템이 제공할 수 있는 복호기의 부호율(R), 즉 모부호율이 1/5이라고 가정하면 최소 부호율(Rmin)과 서브부호의 개수(혹은 천공 매트릭스의 수) S는 다음과 같이 결정된다.
Rmin= 1/6
S=6/(4/3)=4.5 --> 5
따라서 천공 매트릭스들의 수는 '5'가 된다.
{C0, C1, C2, C3, C4} : Rmax=3/4
여기서, 상기 서브부호의 부호율은 '3/4'이고, 서브부호들의 수는 '5'이므로, 상기 서브부호들을 부호결합하면, "(1/S)xRmax=(1/5)x(3/4) =3/20"에 의해 부호율이 3/20가 된다. 이것은 3개의 정보비트를 전송하는 경우, 수신기쪽으로 20개의 부호심볼들이 전달되는 것을 의미한다. 하지만, S*n=5*4=20, S*k=5*3=15 이므로 생성되는 심볼들은 15개이므로 상기 20개를 만족시키기 위해서는 상기 생성된 15개 심볼들중 소정 5개의 심볼들은 반복해서 전송하게 된다. 여기서, 반복되는 심볼들은 가능한 정보심볼들로 정한다. 상기 예에서, 각각의 서브 부호에서 정보심볼인 X를 1번씩 반복하도록 서브부호를 구성하면 복호기는 S개의 서브부호들을 모두 수신하는 경우 정보심볼이 2번 반복된 R=1/5인 터보부호를 구할 수 있으며 이를 가지고 복호를 수행한다.
상기 도 4 내지 도 6을 통해 생성된 서브부호들은 일종의 보완 부호(complementary codes)라 할수 있다. 하지만, 서브부호를 생성함에 있어 반복 선택되는 심볼들이 존재하고, 각각의 서브부호의 특성이 상이하므로 완전한 보완부호라 할 수 없다. 또한, 본 발명에 따른 서브부호는 터보 부호를 가지고 생성되므로, 상기 도 4 내지 도 6을 통해 생성되는 서브부호들을 "준보완 터보부호(Quasi-Complementary Turbo Codes : QCTC)"라 칭하기로 한다. 상기 준보완 터보부호를 하이브리드 ARQ 시스템에서 사용할 경우 재전송 방식을 살펴보면 다음과 같다.
패킷 부호 결합(Packet code combining)을 사용하는 대표적인 시스템에는 하이브리드 ARQ 시스템이 있다. 현재, 제안되어 있는 HARQ Type I, Type II, Type III에서 모두 패킷 부호 결합을 사용할 수 있으며, 이러한 시스템에 상기 준보완 터보부호를 사용해 재전송 기술을 구현할수 있다. 예를 들어 패킷(Packet) 전송을 위한 기본 단위의 정보비트 블록을 트랜스포트 유니트(transport unit : TU)이라고 정의하면 패킷 부호 결합을 사용하는 상기 하이브리드 ARQ 시스템 즉, HARQ Type I, Type II, Type III에서는 각각의 트랜스포트 유니트(transport unit) 전송 시마다 소정 하나의 서브부호C i 선택하여 전송한다.
물론, 재전송의 기본단위는 초기전송에 사용되는 TU의 크기와 동일한 것을 사용할 수도 있으며, 혹은 매 전송마다 다른 것을 사용할 수 도 있다. 단, 한번의 초기전송과 각각의 재전송 마다 다음과 같이 정의되는 준보완 터보부호의 집합(Quasi-complementary turbo code set)을 사용한다.
상기 준보완 터보부호(Quasi-complementary code)C q 는 부호 집합 사이즈(code set size)S를 가지며, 각각의 서브부호C i (i=0,1,2,..,S-1)을 조합(또는 부호 결합)함으로써 모 부호(mother code)C를 재구성(reconstruction)할 수 있거나, 혹은 상기 모 부호의 부호율 Rm보다 작은 부호율을 가지는 새로운Cq를 구성할수 있다. 여기서 모 부호(mother codes)라 함은 부호기(encoder)가 가질 수 있는 최소의 부호율을 의미한다. 앞서 설명한 성질들을 고려할 때 상기 준보완 터보부호는 하기 수식과 같이 정의된다.
Original codeCwith code rateR=Rmor a codeCwith code rate R<Rm
=
,where S is number of sub codes with code rate of Ri and Rm is mother code rate.
이하 준보완(quasi-complementary) 터보 부호를 사용하고 전송단위를 트랜스포트 유니트(Transport Unit)으로 정의하며, 초기전송과 재전송에서 모두 동일한 TU 크기를 사용하는 시스템에서의 구체적인 전송방식을 설명하고 있다. 물론 각각의 전송에서 상이한 TU 크기를 사용하는 시스템에서의 전송방식도 지원이 가능하며, 여기서는 설명의 편의를 위해서 모두 동일한 TU 크기를 사용하는 시스템에 대해 설명한다. 여기서, 서브 부호들의 수 S가 '4'이고 모 부호 부호율(mother code rate)이 '1/5'인 경우를 가정한다.
< 1단계 > 초기전송 및 재전송단위는 트랜스포트 유니트(Transport Unit : TU)단위로 이루어지며 각각의 초기전송 및 재전송시에 준보완 터보부호의 서브부호C i 가 각각 전송된다.
< 2단계 > 재전송과 초기전송을 포함한 수신된 패킷의 모든 연성결합에 의한 전체 부호율(Overall code rate)이 1/5보다 큰 경우에는 재전송이 요청될 때마다준보완 터보부호의 서브부호C i 가 각각 전송되며, 그 순서는 C0, C1, C2, . CS-1가 된다. 이 과정은 패킷 부호 결합을 수행하는 단계이다.
< 3단계 >: 재전송과 초기전송을 포함한 수신된 패킷의 모든 연성결합에 의한 전체 부호율(Overall code rate)이 1/5보다 작거나 같은 경우에는 재전송이 요청될 때 마다 준보완터보부호의 서브부호C i 각각 다시 반복되어 전송되며 그 순서는 C0, C1, C2, . CS-1가 된다. 이 과정은 패킷 다이버시티 결합을 수행하는 단계이다.
< 4단계 > 준보완 터보부호의 집합크기는 임의의 값을 사용할 수 있으며, 이는 초기에 결정되는 모부호율(mother code rate)에 의해서 결정된다. 여기서는 모 부호율 R이 1/5이고, 재전송을 위한 서브의 부호율로 2/3을 사용하므로 최대 4개의 서브부호들을 사용할수 있다.
하기 표 3는 순방향 트래픽 채널 패킷 데이터율(Forward Traffic Channel packet data rates)에 따른 준보완 터보부호의 집합을 보여준다. 표 3은 현재 IS-2000의 1XEVDV에서 사용될 것으로 보이는 가용한 순방향채널의 데이터율에 따라서 부호집합을 구한 것으로, 모 부호율(Mother code rate) R=1/5이고 각각의 서브 부호(sub code)의 부호율로 R=2/3, 1/3, 1/6을 사용하는 경우를 보여준다.
Set Size S Code Set Subcode Rute Set Data Rates
1 {C0} C0: R0=1/6 307.2kbps153.6kbps76.8kbps38.4kbps19.2kbps
2 {C0, C1} C0: R0=1/3C1: R1=1/3 1228.8kbps921.6kbps614.4kbps307.2kbps
4 {C0, C1, C2, C3} C0: R0=2/3C1: R1=2/3C2: R2=2/3C3: R3=2/3 2457.6kbps1843.2kbps1228.8kbps
상기 표 3에서 보듯이 서브부호의 부호율이 R=1/6의 경우에는 모 부호율이 R=1/5보다 작으므로 매 전송 시마다 동일한 부호가 사용되며 이를 Co로 표시하였다. 반면에 서브부호의 부호율이 R=1/3의 경우에는 모 부호율(Mother code rate)이 R=1/5보다 크므로 매 전송 시마다 상이한 부호가 사용되며 이를 Co, C1으로 표시하였다. 이 경우 부호집합의 크기(Set Size) S는 '2'가 된다. 서브부호의 부호율이 R=2/3의 경우에는 모 부호율(Mother code rate)이 R=1/5보다 크므로 매 전송 시마다 상이한 부호가 사용되며 이를 Co, C1, C2, C3로 표시하였다. 이 경우 부호집합의 크기 S는 '4'가 된다. 결국 집합 사이즈(Set Size) S만큼 서브부호가 모두 전송되면, 수신기는 원래의 모 부호율 R을 복원할 수 있으며, 부호기가 제공하는 최대의 코딩 게인을 획득할 수 있다.
하기 표 4는 각각의 서브부호의 부호율에 따른 천공 매트릭스(puncturing matrix)들의 일 예를 보여준다.
Code rates C0 C1 C2 C3
R=1/6 NA NA NA
R=1/3 NA NA
R=2/3
R=2/3
표 4에서 보듯이 부호율이 1/5인 터보 부호를 모 부호로 사용하고 각각의 전송마다 4개의 정보비트들에 의해 발생된 부호심볼들을 가지고 부호율이 2/3인 서브부호를 생성한다고 가정하면, 4개의 정보비트들에 대해서 20개의 부호 심볼들이 발생되기 때문에 이 중에서 14개를 천공하여 부호율이 2/3인 서브부호를 생성하게 된다. 만일, 상기와 같이 생성되는 서브부호들을 가지고 패킷 다이버시티 결합을 수행한다면, 위 천공 매트릭스에 의해 생성되는 {C0}를 재전송이 요구될 때마다 반복해서 전송하면 된다. 반면에 패킷 부호 결합을 수행한다면, 재전송 요청이 있을 때 마다 서로 다른 부호심볼들을 전송하고, 집합내의 서브부호들(C0, C1, C2, C3)을 모두 전송한 후에는 상기 패킷 다이버시티 결합을 수행한다. 따라서 패킷 부호 결합을 사용하는 HARQ Type III의 경우에는 4 번의 전송이 이루어진 이후에 비로소 상기 모 부호에 따른 부호 심볼들(full coded symbols)을 모두 가지고 복호를 수행할수 있다.
한편, 상기 표 4의 천공 매트릭스들에서 기호 '1'은 그 위치의 심볼이 선택(또는 전송)됨을 나타내고, '0'은 전송되지 않고 천공(puncturing)됨을 나타낸다. 또한 '2'는 해당되는 위치의 심볼이 2번 반복되어 전송되는 것을 의미한다. 여기서 천공(및 반복) 매트릭스는 다음의 조건들을 만족하도록 설계한다.
<조건1> 반복(Repetition)이 사용되는 준보완 터보부호의 서브부호는 정보심볼 X를 반복한다.
<조건2> 반복이 사용되는 준보완 터보부호의 서브부호는, 정보심볼 X를 반복하는 경우 모든 서브부호들를 결합한 준보완 터보부호에서 정보심볼의 반복주기가 항상 일정하고 최소가 되도록 설정한다.
<조건3> 천공(Puncturing)이 사용되는 경우, 준보완 터보부호의 서브부호는 정보심볼 X를 제외한 리던던지 심볼을 가급적 천공한다.
<조건4> 천공이 사용되는 경우, 준보완 터보부호의 서브부호는 정보심볼 X를 제외한 리던던시 심볼을 가급적 균일하게(uniform하게) 천공한다.
상기한 천공 매트릭스의 생성 조건들을 고려해서 만든 R=1/6의 천공 및 반복 매트릭스(Puncturing and Repetition Matrix)를 살펴보면, 복호기에서 2번 반복된 X 심볼을 심볼연성결합 (soft symbol combining)하여 하나의 심볼로 전환한 뒤에 복호를 수행하므로 실제 복호기에 사용되는 부호율은 R=1/5로 간주된다. 따라서 이러한 정보어 심볼의 에너지가 증가된 R=1/5부호를 사용하는 경우에는 통상의 균일한 심볼에너지를 사용하는 R=1/5 부호에 비하여 성능이 개선된다. 즉, 이러한 부호심볼을 반복하는데 있어 가장 적절한 위치는 바로 정보심볼이 된다. 이러한 관점에서 보면, 상기 표 4의 천공( 및 반복) 매트릭스는 정보심볼들에 대해 균일한 심볼 반복을 사용함으로써 정보심볼의 에너지를 증가시키는 구조라 할수 있다.
상기 표 4에서 R=1/6의 경우 전송되는 부호심볼의 수열은 다음과 같다.
C0: X, X, Y0, Y1, Y'0, Y'1, X, X, Y0, Y1, Y'0, Y'1, ......
여기서, 실제 전송되는 부호심볼들의 수는 하나의 정보어심볼(information symbol)에 대하여 6개의 부호어 심볼이 생성되므로 서브부호의 부호율은 '1/6'이 된다.
상기 표 4에서 R=1/3 경우 전송되는 부호심볼의 수열은 다음과 같다.
C0: X, Y0, Y'0, X, Y0, Y'0, X, Y0, Y'0, X, Y0, Y'0,.....
C1: X, Y1, Y'1, X, Y1, Y'1, X, Y1, Y'1, X, Y1, Y'1,...
여기서, 실제 전송되는 부호심볼들의 수는 하나의 정보어심볼(information symbol)에 대하여 3개의 부호어 심볼이 생성되므로 서브부호의 부호율은 '1/3'이 된다. 그러나 각각의 전송에서 사용되는 천공 매트릭스(Puncturing matrix)가 다르므로 전송되는 부호가 서로 상이하다는 것을 알 수 있다. 또한 C0와 C1을 연성결합하면 정보 심볼인 X는 2번 반복되어 전송되고 나머지 Y0, Y1, Y'0, Y'1는 각각 한번씩 전송된다. 따라서 부호율이 '1/5"인 복호기를 사용하여 복호가 가능하고 위에서 설명한 천공( 및 반복) 매트릭스의 생성조건을 모두 만족하므로 성능을 보장받을 수 있다.
상기 표 4에서 R=2/3의 첫 번째 경우 전송되는 부호 심볼의 수열은 다음과 같다.
C0: Y0, X, Y'0, Y0, X, Y'0, Y0, X, Y'0, Y0, X, Y'0,....
C1: X, Y'0, Y0, X, Y'0, Y0, X, Y'0, Y0, X, Y'0, Y0,...
C2: Y1, X, Y'1, Y1, X, Y'1, Y1, X, Y'1, Y1, X, Y'1, ...
C3: X, Y'1, Y1, X, Y'1, Y1, X, Y'1, Y1, X, Y'1, Y1, ...
여기서, 실제 전송되는 부호심볼의 수는 두개의 정보어심볼(information symbol)에 대하여 3개의 부호어 심볼이 생성되므로 서부부호의 부호율은 '2/3'이 된다. 그러나 각각의 전송에서 사용되는 즉, C0, C1, C2, C3의 각각에서 사용되는 천공 매트릭스(Puncturing matrix)가 다르므로 전송되는 부호가 서로 상이하다는 것을 알 수 있다. 또한 C0, C1, C2, C3를 연성결합하면 정보어심볼인 X는 2번 반복되어 전송되고 나머지 Y0, Y1, Y'0, Y'1는 각각 한번씩 전송된다. 따라서 상기 R=1/6인 경우와 동일하게 R=1/5의 복호기를 사용하여 복호가 가능하고 위에서 설명한 천공( 및 반복) 매트릭스의 생성조건을 모두 만족하므로 성능을 보장 받을수 있다.
상기 표 4에서 R=2/3의 두 번째 경우 전송되는 부호 심볼의 수열은 다음과 같다.
C0: X, Y0, X, X, Y'0, X, X, Y0, X, X, Y'0, X, X, Y0, X, X, Y'0, X, ..
C1: Y'0, Y0, Y'0, Y0, Y0, Y'0, Y'0, Y0, Y'0, Y0, Y0, Y'0, ...
C2: Y1, Y1, Y'1, Y'1, Y1, Y'1, Y1, Y1, Y'1, Y'1, Y1, Y'1, ...
C3: X, Y'1, X, X, Y1, X, X, Y'1, X, X, Y1, X, ...
여기서, 실제 전송되는 부호심볼의 수는 4개의 정보어심볼(information symbol)에 대하여 6개의 부호어 심볼이 생성되므로 서브부호의 부호율은 '2/3'가 된다. 그러나 각각의 전송에서 사용되는 천공 매트릭스가 다르므로 전송되는 부호가 서로 상이하다는 것을 알 수 있다. 또한 C0, C1, C2, C3를 연성결합하면 정보심볼인 X는 2번 반복되어 전송되고 나머지 Y0, Y1, Y'0, Y'1는 각각 한번씩 전송된다. 따라서 상기 R=1/6인 경우와 동일하게 R=1/5의 복호기를 사용하여 복호가 가능하고 위에서 설명한 천공( 및 반복) 매트릭스의 생성조건을 모두 만족하므로 성능을 보장 할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 R=2/3 의 준보완 터보부호를 사용하는 경우(S=4), 패킷부호결합을 사용하는 HARQ의 성능과 패킷다이버시티결합을 사용하는 HARQ의 성능을 실시간 데이터 처리율 (data throughput)을 기준으로 비교한 그래프를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 상기 준보완터보부호를 사용해 패킷부호결합하는 HARQ(참조부호 301)과 상기 준보완터보부호를 사용해 패킷다이버시티결합하는 HARQ(참조부호 302)의 성능이 상기 준보완터보부호를 사용하지 않는 HARQ(참조부호 303)의 성능보다 매우 우수함을 알수 있다. 예를들어, 동일한 실시간 데이터 처리율(예 : 0.25)을 가정할 경우, 상기 준보완터보부호를 사용해 패킷부호결합하는 HARQ에서 상기 실시간 데이터 처리율을 위해 요구되는 심볼 에너지(Es/No(dB))는 약 -4dB이고, 상기 준보완터보부호를 사용해 패킷다이버시티결합하는 HARQ에서 요구되는 심볼 에너지는 약 -1.3dB이며, 상기 준보완터보부호를 사용하지 않는 HARQ의 경우는 약 1dB가 요구된다. 즉, 본 발명에서 제안하는 준보완터보부호를 사용하는 경우, 적은 심볼 에너지로 높은 데이터 처리율을 얻을수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 터보부호를 사용하는 재전송 시스템에서 최적의 패킷부호결합을 위한 서브부호들을 소정 규칙에 의해 생성하는 방식을 제안하고 있다. 본 발명에 따라 생성된 서브부호를 패킷 재전송 방식에 이용할 경우 전송효율(throughput)을 크게 향상시킬 수 있다.

Claims (21)

  1. 입력되는 정보비트열에 응답하여 정보심볼들과 제1 패리티심볼들 및 제2 패리티심볼들을 발생하는 터보부호기와, 상기 터보부호기로부터 상기 정보심볼들과 상기 제1 및 제2 패리티심볼들을 천공 매트릭스들을 사용하여 상기 천공 매트릭스들과 동일한 수의 서브부호들을 발생하는 서브부호 발생기를 포함하는 통신시스템에서, 전송될 첫번째 서브부호를 발생하기 위한 초기 천공 매트릭스를 생성하는 방법에 있어서,
    상기 천공 매트릭스 내에서 선택되는 심볼들의 수 Ns와 상기 초기 천공 매트릭스의 열들의 크기의 차가 상기 제1 및 제2 패리티 심볼들을 발생하는 상기 터보부호기내의 구성부호기들의 수와 동일하거나 클 때 상기 터보부호기로부터의 상기 정보심볼들중 상기 열들의 수와 동일한 정보 심볼들을 선택하는 과정과,
    상기 터보부호기로부터의 상기 제1 및 제2 패리티심볼들중 상기 차와 동일한 제1 및 제2 패리티 심볼들을 선택하여 상기 선택된 제1 패리티 심볼들의 수가 상기 선택된 제2 패리티 심볼들의 수와 동일하거나 크게 하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 차가 상기 구성부호기들의 수보다 작을 때, 상기 천공 매트릭스의 열들의 크기를 정수배로 확장하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    두 번째 천공 매트릭스 생성시, 상기 정보심볼들을 선택하지 않고, 상기 터보부호기로부터의 상기 제1 및 제2패리티심볼들중 상기 초기 천공 매트릭스에서 선택되는 않은 심볼들로부터 상기 Ns개의 심볼들을 선택하며, 상기 선택된 제1패리티심볼들의 수가 상기 선택된 제2패리티심볼들이 수와 동일하거나 크게 하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    마지막 천공 매트릭스 생성시, 상기 마지막 천공 매트릭스를 제외한 이전 천공 매트릭스들에서 상기 제1 및 제2패리티 심볼들중 선택되지 않은 나머지 패리티심볼들을 선택하고, 상기 나머지 패리티심볼들의 수 Ns2에 대하여 상기 정보심볼들중 Ns-Ns2개의 정보심볼들을 반복 선택하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 시스템은 상기 서브부호를 하이브리드 ARQ(Automatic Repeat Request)에 이용하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 서브부호의 부호율을 Rmax라 할때, 상기 선택되는 심볼들의 수 Ns는 상기 천공 매트릭스의 열들의 수 C에 대하여 C/Rmax로 정해지는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
  7. 입력되는 정보비트열을 부호화하여 정보심볼들과 제1 및 제2패리티심볼들을 발생하는 터보부호기를 포함하는 시스템에서, 상기 터보부호기로부터의 소정 천공범위에 속하는 정보심볼들과 제1 및 제2패리티심볼들 중에서 미리 정해진 수 Ns의 심볼들을 선택하여 전송될 첫 번째 서브부호를 생성하기 위한 방법에 있어서,
    상기 미리 정해진 수 Ns와 상기 천공범위에 속하는 정보심볼들의 수의 차가 상기 터보부호기내의 구성부호기들의 수와 동일하거나 클 때 상기 터보부호기로부터의 상기 정보심볼들을 모두 선택하는 과정과,
    상기 터보부호기로부터의 상기 제1 및 제2패리티 심볼들중 상기 차와 동일한 수의 제1 및 제2패리티심볼들을 선택하며, 상기 선택된 제1패리티 심볼들의 수가 상기 선택된 제2패리티심볼들의 수와 동일하거나 크게 하는 과정을 포함하는 것을특징으로 하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 차가 상기 구성부호기들의 수보다 작을 때, 상기 천공범위를 정수배로 확장하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    두번째 서브부호 생성시, 상기 정보심볼들을 선택하지 않고, 상기 터보부호기로부터의 상기 제1 및 제2패리티심볼들중 상기 첫 번째 서브부호에서 선택되지 않은 심볼들로부터 상기 미리 정해진 수 Ns와 동일한 수의 심볼들을 선택하며, 상기 선택된 제1패리티심볼들의 수가 상기 선택된 제2패리티심볼들이 수와 동일하거나 크게 하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    마지막 서브부호 생성시, 상기 마지막 서브부호를 제외한 이전 서브부호들에서 상기 제1 및 제2패리티 심볼들중 선택되지 않은 나머지 패리티심볼들을 선택하고, 상기 나머지 패리티심볼들의 수 Ns2에 대하여 상기 정보심볼들중 Ns-Ns2개의정보심볼들을 반복 선택하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 시스템은 상기 서브부호를 하이브리드 ARQ(Automatic Repeat Request)에 이용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 서브부호의 부호율을 Rmax라 할때, 상기 선택되는 심볼들의 수 Ns는 상기 천공 매트릭스의 열들의 수 C에 대하여 C/Rmax로 정해지는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
  13. 입력되는 정보비트열을 부호화하고 정보심볼들과 제1 및 제2패리티심볼들을 발생하는 터보부호기와 상기 터보부호기로부터의 상기 정보심볼들과 상기 제1 및 제2패리티심볼들을 천공하여 서브부호를 발생하는 서브부호발생기를 포함하는 시스템에서, 상기 터보부호기로부터의 상기 정보심볼들과 상기 제1 및 제2패리티심볼을 천공하기 위한 천공 매트릭스들을 발생하기 위한 방법에 있어서,
    상기 터보부호기의 주어진 최대 부호율 Rmax와 주어진 최소 부호율 Rmin에대하여 Rmax 대 Rmin의 비 값과 동일하거나 큰 최소정수에 의해 정해지는 상기 천공 매트릭스들의 수 S를 결정하는 과정과,
    상기 천공매트릭스들의 각각의 열들의 수 C에 대하여 C/Rmax 의해 정해지는 각 천공매트릭스내에서 선택되는 심볼들의 수 Ns를 결정하는 과정과,
    상기 심볼들의 수 Ns와 상기 열의 수 C의 차가 상기 터보부호기내의 구성부호기들의 수와 동일하거나 클 때 상기 천공 매트릭스들중 첫 번째 천공 매트릭스는 C개의 정보심볼들을 선택하고, a와b를 각각 상기 제1 및 제2패리티 심볼들에서 선택되는 심볼선택분배비라 할때 상기 제1패리티심볼들에서 a(Ns-C) 대 a+b의 비 값과 동일하거나 큰 최소정수의 제1패리티심볼들을 선택하고, 상기 제2패리티심볼들에서 b(Ns-C)대 a+b의 비 값과 동일하거나 작은 최대정수의 제2패리티 심볼들을 선택하도록 상기 첫 번째 천공 매트릭스를 생성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 심볼들의 수 Ns와 상기 열들의 수 C의 차가 상기 터보부호기내의 구성부호기들의 수보다 작을 때, 상기 천공 매트릭스의 열들의 수 C를 정수배로 확장하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 천공 매트릭스들중 상기 첫 번째 매트릭스와 마지막 매트릭스를 제외한 나머지 매트릭스들은 상기 정보심볼들을 선택하지 않고, 상기 제1패리티심볼들에서 aNs 대 a+b의 비값과 동일하거나 큰 최소정수의 제1패리티심볼들을 선택하고 제2패리티심볼들에서 bNs 대 a+b의 비값과 동일하거나 작은 최대정수의 제2패리티심볼들을 선택하여 상기 첫 번째 매트릭스와 상기 나머지 매트릭스들의 상기 선택된 제1 및 제2패리티심볼들은 서로 다르도록 상기 첫 번째와 마지막 천공 매트릭스들을 제외한 중간의 천공 매트릭스들을 생성하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 마지막 천공 매트릭스를 제외한 상기 이전 천공 매트릭스들에서 상기 제1 및 제2패리티 심볼들중 선택되지 않은 나머지 패리티심볼들을 선택하고, 상기 나머지 패리티심볼들의 수 Ns2에 대하여 상기 정보심볼들중 Ns-Ns2개의 정보심볼들을 선택하도록 상기 마지막 천공 매트릭스를 생성하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 시스템은 상기 서브부호를 하이브리드 ARQ(Automatic Repeat Request)에 이용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 입력되는 정보비트열을 부호화하여 정보심볼들과 제1 및 제2패리티심볼들을 발생하는 터보부호기를 포함하는 시스템에서, 상기 터보부호기로부터의 소정 천공범위에 속하는 정보심볼들과 제1 및 제2패리티심볼들 중에서 미리 정해진 수 Ns의 심볼들을 선택하여 서브부호를 생성하기 위한 장치에 있어서,
    입력되는 정보비트열을 주어진 부호율 로 부호화하여 정보심볼들과 제1 및 제2패리티심볼들을 발생하는 터보부호기와,
    상기 터보부호기로부터의 소정 천공범위에 속하는 정보심볼들과 제1 및 제2패리티심볼들중에서, 미리 정해진 수 Ns와 상기 천공범위에 속하는 정보심볼들의 수의 차가 상기 터보부호기내의 구성부호기들의 수와 동일하거나 클 때 상기 터보부호기로부터의 상기 정보심볼들을 모두 선택하고, 상기 제1 및 제2패리티심볼들중 상기 차와 동일한 수의 제1 및 제2패리티심볼들을 선택하며, 상기 선택된 제1패리티심볼들의 수가 상기 선택된 제2패리티심볼들의 수와 동일하거나 크게 하여 초기 전송에 사용될 상기 서브부호를 생성하는 서브부호 발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 서브부호 발생기는,
    상기 터보부호기로부터의 정보심볼들을 선택하지 않고, 상기 제1 및 제2패티리심볼들중 상기 미리 정해진 수 Ns와 동일한 수의 심볼들을 선택하며, 상기 선택된 제1패리티심볼들의 수가 상기 선택된 제2패리티심볼들의 수와 동일하거나 크게 하여 두 번째 서브부호를 생성하는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 서브부호 발생기는,
    마지막 천공 매트릭스를 제외한 이전 천공 매트릭스들에서 상기 제1 및 제2패리티 심볼들중 선택되지 않은 나머지 패리티심볼들을 선택하고, 상기 나머지 패리티심볼들의 수 Ns2에 대하여 상기 정보심볼들중 Ns-Ns2개의 정보심볼들을 선택하여 상기 마지막 서브부호를 생성하는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 서브부호 발생기는, 상기 차가 상기 구성부호기들의 수보다 작을 때, 상기 천공범위를 정수배로 확장하여 상기 서브부호를 생성하는 것을 특징으로 하는 장치.
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