KR20020037901A - 비동기 이동 통신 시스템의 하이브리드 에이알큐를 위한적응 코딩 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광대역 부호 분할 다중 접속(W-CDMA) 시스템 또는 비동기 IMT-2000 시스템과 같은 비동기 이동 통신 시스템에서, 효율적인 데이터 전송 성능의 보장을 위해 하이브리드 에이알큐(HARQ)메커니즘을 적용할 시, 데이터 전송 블록의 코딩율을 채널 환경에 따라 실시간 가변하여 조정함으로써 효율적인 데이터 전송이 이루어지도록 하는, 비동기 이동 통신 시스템의 HARQ를 위한 적응 코딩 방법에 관한 것으로서, 전송된 각 전송블록의 코딩 정보를 기 설정된 시간동안 저장하는 제 1 단계; 및 수신측으로부터 제공된 상기 전송된 각 전송블록에 대한 오류 여부 확인 응답 정보 및 상기 저장된 코딩 정보를 근거로하여 코딩율을 조정하는 제 2 단계를 포함하여 구성되며, 상기 확인 응답 정보는 물리 계층을 통해 제공 획득되고, 상기 코딩율의 조정은 상기 물리 계층의 상위 계층인 MAC 계층에서 이루어짐으로써, 기존의 RLC에서의 재전송 횟수에만 의존하여 코딩율을 조정할 때의 시간에 비해 전송 오율이 상대적으로 줄어들게되어 전송 시간이 매우 짧아진다.

Description

비동기 이동 통신 시스템의 하이브리드 에이알큐를 위한 적응 코딩 방법{An adaptation coding method at MAC layer to support hybrid ARQ in W-CDMA system}
본 발명은 비동기 이동 통신 시스템의 하이브리드 에이알큐(Hybrid ARQ)를 위한 적응 코딩 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광대역 부호 분할 다중 접속(W-CDMA) 시스템 또는 비동기 IMT-2000 시스템과 같은 비동기 이동 통신 시스템에서, 효율적인 데이터 전송 성능의 보장을 위해 하이브리드 에이알큐(이하 HARQ라 칭함) 메커니즘을 적용할 시, 데이터 전송 블록의 코딩율을 채널 환경에 따라 실시간 가변하여 조정함으로써 효율적인 데이터 전송이 이루어지도록 하는, 비동기 이동 통신 시스템의 하이브리드 에이알큐(Hybrid ARQ)를 위한 적응 코딩 방법에 관한 것이다.
HARQ 메커니즘은 채널상에서의 간섭에 의한 신호의 왜곡에 효과적으로 적응할 수 있는 채널코딩 방법(예컨대, 콘볼루션 코딩 또는 터보코딩 등)과 데이터 전송에 대한 확인응답을 수신함으로서 전송을 확인하는 ARQ 방법을 상호 보완적으로 결합시킴으로서, 전송효율을 극대화 하기 위한 방법으로서, 이 메커니즘은 데이터 전송에 다양한 형태로 적용될 수 있으며, 특히 채널환경 변화가 심하고 상대적인 오율이 높은 무선채널에 대해 보다 효과적으로 사용될 수 있다.
비동기 IMT-2000 시스템에 대한 무선구간 프로토콜에 대해서도 HARQ를 표준안에 반영시키기 위한 국내외 업체들의 노력이 계속되고 있다. 현재 3GPP에서 고려하고 있는 HARQ의 종류는 I,II,III 타입 3가지가 있다.
HARQ 타입 I에서 송신측은 전송할 데이터에 대해 오류 정정 기능을 가지는 포워드 에러 정정(forward error correction : FEC) 코딩 후에 전송하게 되며, 수신측은 디코딩 과정을 수행하고, 오류가 있으면 이를 폐기하고 라디오 링크 콘트롤(radio link control : RLC) 계층에서의 ARQ 메커니즘을 통해 재전송을 요구함으로서 오류 복구를 수행할 수 있다.
HARQ 타입 II의 경우에는 송신측은 초기 전송보다 재전송시에 보다 많은 리던던시(redundancy) 정보를 포함시킴으로서, 오류에 대해 보다 강하게 대응할 수 있도록 한다. 또한 수신측에서는 이전에 수신하여 오류가 검출된 데이터와 이에 대한 재전송으로 수신한 데이터를 서로 소프트 콤바인(soft combine)을 수행한 후 오류검출을 수행함으로서 오류의 발생확률을 줄인 방법이다.
HARQ 타입 III는 기본적인 사항으로는 타입 II와 동일하지만 재전송 데이터가 셀프-디코더 기능을 가지는 것 즉, 재전송 데이터에 대해 오류 검출을 수행하고 오류가 존재할 경우에만 소프트 콤바인을 수행하도록 하는 것이다.
HARQ 타입 II/III를 W-CDMA 시스템에 적용할 때 기존의 코딩율 조정 방법은 단순히 RLC에서의 재전송 반복 횟수에 기반한 리던던시 버전 정보에 의해 코딩율을 다르게 적용하는 방법을 사용하고 있다. 이 방법은 채널환경이 안정적으로 좋은 환경을 제공할 경우에는 우수한 방법이 되지만, 채널환경이 악화된 상태로 유지될 경우에는 채널 오류가 연속적으로 발생할 수 있다는 문제점을 가진다. 즉, 물리채널에서의 전송율 매핑 과정에서 1, 5/6, 2/3, 1/2, 1/3의 코딩율을 사용한다고 하면, 채널환경에 상관없이 초기 전송일 경우에는 1, 첫번째 재전송의 경우에는 5/6, 두번째 재전송일 경우에는 2/3의 순서로 코딩을 적용하게 되므로, 현재의 채널 환경이 1/2 코딩율 정도를 요구할 경우에는 RLC 프레임 전송이 성공하기 위해서는 3번의 재전송을 수행하여야 하는 문제점이 있다. 또한, 이러한 재전송은 RLC 계층에서의 복구를 위한 재전송 절차와 결합되어 일정시간 동안의 지연을 요구하게 되고, 또한 물리계층은 소프트 콤바인을 위해 이 지연 구간 동안 오류가 발생한 전송심볼 블록들을 버퍼에 유지하여야 한다.
HARQ 타입 II/III에서 전송오류에 대한 재전송은 RLC 계층에서의 ARQ 메커니즘을 이용하며, 채널 코딩된 심볼의 오류확률을 줄이기 위한 소프트 콤바인은 물리계층에 의해 이루어진다. 즉, 수신측의 물리계층은 부가정보들을 기반으로 하여, 데이터 전송 블록을 디코딩하고, 전송 블록에 대한 CRC를 검사함으로서 오류 여부를 확인하게 된다. 만약, 오류가 존재하게 되면, MAC계층으로 오류사실을 통지하고, 오류가 발생한 전송블록에 대한 부가정보와 코딩된 심볼레벨의 정보를 물리계층의 버퍼에 저장하게 된다. 일정시간 이후에 RLC 계층에서의 재전송 메커니즘이 동작하게 되고, 송신측은 이전에 오류가 발생한 전송블록을 재전송하게 된다. 수신측의 물리계층은 수신된 데이터를 디코딩하여 전송블록에 대한 오류여부를 검사한다. 이 경우, 다시 오류가 검출될 경우에는 이전에 버퍼에 저장된 전송블록의 심볼레벨 정보와 수신된 심볼레벨 정보가 동일한 RLC 순서번호를 부가정보로 가질 경우, 이들 정보를 조합함으로서 보다 신뢰성있는 심볼레벨 정보를 만들고, 이에 대한 오류 검사를 수행함으로서 오류확률을 줄이는 소프트 콤바인을 수행한다.
W-CDMA 시스템에서의 HARQ는 기존 시스템에 대한 영향을 최소화 하기 위해 물리계층에서 이루어지는 채널코딩율은 변경하지 않고, 전송율 매핑 과정에서 펀처링(puncturing) 양을 조정함으로서 물리채널로 전송되는 양을 일반적인 채널코딩율을 경하는 것과 동일하게 만드는 방법을 사용한다. 따라서, HARQ에서의 코딩율은 펀처링 정도를 나타내며, 코딩율이 높은 값을 나타낼수록 채널 오류에 적응할 수 있는 능력이 저하됨을 의미한다. 송신측 물리계층에 파라미터 형태로 전달되는 부가 정보에는 HARQ의 적용 여부 지시자와 재전송 RLC PDU의 순서번호, 리던던시(redundancy) 버전(RLC PDU의 재전송 횟수) 등이 포함된다. 상술된 바와 같이, 물리계층에서 사용할 수 있는 코딩율이 1, 2/3, 1/2, 1/3 이라고 가정하면, 전송블록에 대한 RLC PDU의 리던던시 버전(RLC PDU의 재전송 횟수)이 0일 경우에는 전송효율이 가장 높은 1을 사용하고, 리던던시 버전값이 증가할수록 코딩율을 2/3, 1/2, 1/3 순으로 변화시켜 전송하게 된다. 부가정보를 포함하고 있는 전송블록의 경우에는 코딩효율이 가장 낮은 1/3 코딩을 항상 적용함으로서 부가정보의 오류에 의해 데이터를 포함하는 전송블록들을 디코딩 하지 못하는 경우를 방지한다.
그러나, 상술된 바와 같이 종래의 코딩율 조정 방법은 채널 상태에 상관없이 RLC에서의 재전송 횟수(redundancy 버젼)에만 의존하여 코딩율을 적용함으로서 실시간적인 적응은 불가능하고, 코딩율 조정 시간이 RLC 계층에서의 복구를 위한 재전송 절차에 걸리는 시간만큼 지연되므로 많은 시간의 지연이 요구되며, 또한 물리계층은 소프트 콤바인을 위해 이 지연 시간 동안에 오류가 발생된 전송 심볼 블록들을 버퍼에 유지해야 하므로 버퍼링 데이터량이 커지게 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로서, 그 목적은 비동기 이동 통신 시스템에서의 효율적인 데이터 전송을 위해 HARQ 타입 II/III를 적용함에 있어서, 데이터 전송 블록의 코딩율을 채널 환경에 따라 실시간 가변하여 조정함으로써 효율적인 데이터 전송이 이루어지도록 된 비동기 이동 통신 시스템의 하이브리드 에이알큐(Hybrid ARQ)를 위한 적응 코딩 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 도 1은 W-CDMA 시스템에서의 계층간 인터페이스를 도시한 블록도이고,
도 2는 본 발명에 따라 물리계층에서 전송되는 데이터 전송블록에 대한 확인 응답 정보의 전송 예를 도시한 도면이고,
도 3은 본 발명에 따라 송신측의 MAC계층에서 적응 코딩을 위한 상태 천이표를 도시한 도면이다.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11,21 : 물리 계층 12,22 : MAC 계층
13,23 : RLC 계층
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 비동기 이동 통신 시스템의 HARQ를 위한 적응 코딩 방법은, 비동기 이동 통신 시스템에 HARQ를 적용하여 패킷 데이터를 송수신할 시 HARQ를 위한 패킷 데이터의 코딩 방법에 있어서, 전송된 각 전송블록의 코딩 정보를 기 설정된 시간동안 저장하는 제 1 단계; 및 수신측으로부터 제공된 상기 전송된 각 전송블록에 대한 오류 여부 확인 응답 정보 및 상기 저장된 코딩 정보를 근거로하여 코딩율을 조정하는 제 2 단계를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 제 2 단계는 기본 코딩율을 조정하거나, 수신 오류된 해당 전송블록의 코딩율을 조정할 수 있으며, 상기 확인 응답 정보는 물리 계층을 통해 제공되도록 한다.
또한, 상기 코딩 정보의 저장 시간은 임의의 전송블록에 대한 확인 응답 정보를 획득하여 전송결과를 식별할 수 있는 시간이고, 상기 확인 응답 정보는 물리 계층을 통해 제공 획득되며, 상기 코딩율의 조정은 상기 물리 계층의 상위 계층인 MAC 계층에서 이루어짐으로써, 기존의 RLC에서의 재전송 횟수에만 의존하여 코딩율을 조정할 때의 평균 전송 시간에 비해 상대적으로 전송 시간이 매우 짧아진다.
또한, 본 발명은 물리 계층으로부터 확인 응답 정보를 기반으로 코딩 효율을 증가시키는 방법에 있어, 하나의 전송 시간 구간 단위로 오류 없음을 알리는 확인 응답(ACK)을 수신할 경우에 코딩 효율을 증가시키거나 또는 두 개 이상 N개 이하의 연속된 ACK 응답을 수신할 경우에 코딩율 상태 천이를 수행하도록 하며, 라디오 링크 콘트롤(RLC) 계층의 전송이 재전송일 경우에는 기본 코딩율보다 한단계 낮은 전송 코딩 효율을 가지도록 하고, 물리 계층으로부터 오류 확인 응답(NAK)을 수신할 경우에는 이전에 전송한 코딩율과 현재의 전송 코딩율 중에서 낮은 효율을 가지는 코딩율을 선택하고 이를 기반으로하여 상태 천이를 수행함을 특징으로 한다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비동기 이동 통신 시스템에서의 HARQ을 위한 적응 코딩 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
W-CDMA 시스템에서의 송신측 MAC계층은 복수개의 RLC로부터 전달되는 RLC-PDU 정보들을 다중화하고 스케줄링하여 MAC계층으로 전달하는 기능을 가진다. 또한, 수신측의 MAC 계층은 송신측에서 전달되어온 데이터 블록에 대한 오류 여부 결과와 데이터 블록을 물리계층으로 전달받게 되며, 이를 RLC 계층으로 전달하는 기능을 기본적으로 가지고 있다.
도 1은 본 발명에 따른 W-CDMA 시스템에서의 계층간 인터페이스를 도시한 블록도로서, 동 도면에서 알 수 있듯이, 수신측의 물리계층(PHY)(11 또는 21)은 수신된 데이터 전송블록을 디코딩한 후, CRC 검사를 수행하고, 그 결과와 데이터 전송블록을 MAC 계층(12 또는 22)으로 전달한다. 여기서, 본 발명에 따라 수신측 물리계층(11 또는 21)은 CRC 검사결과를 송신측으로 전달하고, 이로 인해 송신측의 물리계층(21 또는 11)은 자신이 전송한 데이터 전송블록에 대한 전송결과를 알 수 있다. 이 경우 송신단측은 데이터 전송 후 일정시간(약 40ms) 이후에 그 전송 결과를 식별할 수 있게 되므로, 송신측에 40ms 동안 전송된 전송블록의 정보 특히 코딩율을 알 수 있는 정보를 저장 유지할 버퍼를 가지고 있으면, 코딩율에 따른 오류여부를 알 수 있게된다. 참조 부호 13,23은 RLC 계층을 나타낸다.
도 2에는 본 발명에 따라 물리계층에서 전송되는 데이터 전송블록에 대한 확인응답 정보의 전송 예가 나타나 있다.
동 도면에서 알 수 있듯이, 수신측의 물리계층은 CRC 검사 결과를 송신측으로 전달하게 되는데, 송신측은 t 타임에 전송한 전송블록(TB1,TB2)에 대한 오류 여부 결과를 t+4 구간에서 반영할 수 있다. 송신측에서 t-2 구간에 전송한 전송블록(TB1,TB2,TB3)에 대해 각 전송블록의 코딩율 정보를 t+1 구간 까지 메모리에 저장하면, t+2 구간의 전송에서는 수신단으로 부터의 확인응답 정보(ACK 또는 NAK)를 기반으로 하여 코딩율을 조정할 수 있다.
도 3에는 본 발명에 따라 송신측의 MAC계층에서 적응 코딩을 위한 상태천이표가 나타나 있다.
MAC계층은 전용데이타를 처리하는 MAC-d와 공용 데이터를 처리하는 MAC-c로 구분되어 서로 연결되어 있으며, MAC-d 엔터티는 HARQ 메커니즘이 동작하는데 필요한 정보 즉, 각 전송블록에 대한 코딩율 정보를 유지한다. 또한 RLC 순서번호, 재전송 여부 각 전송채널에 대해서 유지하며, 코딩율 적용에 기본이 되는 기본 코딩율 정보를 저장하게 된다. MAC계층에서의 각 상태는 기본 코딩율에 따라 결정되므로, 현재의 상태가 state 1의 1/2 코딩 상태일 경우에는 RLC의 전송이 초기 전송이라 하더라도 1/2 코딩으로 전송하게 된다. 이는 MAC계층의 상태가 물리채널의 전송 환경을 반영할 수 있을 경우에는 HARQ에서 빈번하게 발생하는 초기 전송 오류를 줄일 수 있다. State 1에서 RLC로 부터 전송 요구된 RLC-PDU가 재전송 요구일 경우에 오류가 추가적으로 재 발생하게 되면 이를 복구하기 위한 버퍼의 요구량이 증가하게 되므로 현재상태의 기본 코딩율 보다 한 단계 코딩율이 낮은 state 0의 1/3 코딩율을 적용한다.
도 3에서, (a)로 표기된 상태천이는 수신측 물리 계층으로부터 수신되는 확인 응답 정보가 오류가 없음을 알리는 전송 확인 응답 정보(ACK)일 경우에 수행된다. 또한, (b)로 표기된 상태천이는 확인응답 정보가 오류 있음을 알리는 정보(NAK)로 수신하였을 경우 이전에 전송한 해당 전송블록에 대해 코딩율을 낮추기 위해 적용된다. (c)로 표기된 상태천이는 (b)와 동일한 조건이나 이전 전송에서 RLC 재전송 PDU를 전송한 전송블록에 대한 확인 응답이 오류 확인 정보(NAK)일 경우에 적용되어 한 단계를 뛰어 넘어 천이되도록 한 것이다. 이러한 상태 천이는 물리계층으로부터 전달되어 오는 수신측의 확인응답 정보에 기반하여 동작하게 된다.
이상 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 비동기 이동 통신 시스템에서의 HARQ를 위한 적응 코딩 방법은, 수신측의 확인 응답 정보에 근거하여 데이터 전송 블록의 코딩율을 채널 환경에 따라 실시간 가변하여 조정함으로써 효율적인 데이터 전송을 구현하고, 확인 응답 정보를 물리 계층을 통해 획득한 후 MAC계층에서 코딩율 조정이 이루어짐으로써, 기존의 RLC에서의 재전송 횟수에만 의존하여 코딩율을 조정할 때의 시간에 비해 지연시간이 상대적으로 매우 짧아지는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 비동기 이동 통신 시스템에 HARQ를 적용하여 패킷 데이터를 송수신할 시 HARQ를 위한 패킷 데이터의 코딩 방법에 있어서,
    전송된 각 전송블록의 코딩 정보를 기 설정된 시간동안 저장하는 제 1 단계; 및
    수신측으로부터 제공된 상기 전송된 각 전송블록에 대한 오류 여부 확인 응답 정보 및 상기 저장된 코딩 정보를 근거로하여 전송블록의 코딩율을 조정하는 제 2 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 비동기 이동 통신 시스템의 하이브리드 에이알큐를 위한 적응 코딩 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 단계는 초기 전송에 대해 코딩율 상태 천이도에 기반하여 기본 코딩율을 조정하는 것을 특징으로 하는 비동기 이동 통신 시스템의 하이브리드 에이알큐를 위한 적응 코딩 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 단계는 수신 오류되어 재전송할 전송블록의 코딩율을 코딩율 상태 천이도에 기반하여 조정하는 것을 특징으로 하는 비동기 이동 통신 시스템의 하이브리드 에이알큐를 위한 적응 코딩 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 기 설정된 전송 블록에 대한 코딩 정보의 저장 시간은 임의의 전송블록에 대한 확인 응답 정보를 획득하여 전송결과를 식별할 수 있을 정도의 시간으로 설정하는 것을 특징으로 하는 비동기 이동 통신 시스템의 하이브리드 에이알큐를 위한 적응 코딩 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 한 항에 있어서,
    상기 확인 응답 정보는 물리 계층을 통해 제공받고, 상기 코딩율의 조정은 상기 물리 계층의 상위 계층인 MAC 계층에서 이루어짐을 특징으로 하는 비동기 이동 통신 시스템의 하이브리드 에이알큐를 위한 적응 코딩 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 한 항에 있어서,
    물리 계층으로부터의 확인 응답 정보를 기반으로 코딩 효율을 증가시키는 방법에 있어, 하나의 전송 시간 구간 단위로 오류 없음을 알리는 확인 응답(ACK)을 수신할 경우에 코딩 효율을 증가시키거나 또는 두 개 이상 N개 이하의 연속된 ACK 응답을 수신할 경우에 코딩율 상태 천이를 수행함을 특징으로 하는 비동기 이동 통신 시스템의 하이브리드 에이알큐를 위한 적응 코딩 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 한 항에 있어서,
    라디오 링크 콘트롤(RLC) 계층의 전송이 재전송일 경우에는 기본 코딩율보다 한단계 낮은 전송 코딩 효율을 가지도록 함을 특징으로 하는 비동기 이동 통신 시스템의 하이브리드 에이알큐를 위한 적응 코딩 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 한 항에 있어서,
    물리 계층으로부터 오류 확인 응답(NAK)을 수신할 경우에는 이전에 전송한 코딩율과 현재의 전송 코딩율 중에서 낮은 효율을 가지는 코딩율을 선택하고 이를기반으로하여 상태 천이를 수행함을 특징으로 하는 비동기 이동 통신 시스템의 하이브리드 에이알큐를 위한 적응 코딩 방법.
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