KR20050041344A - 멀티레벨 트렐리스 부호화된 변조 시스템의 ｈａｒｑ방식 - Google Patents

Abstract

멀티레벨 트렐리스 부호화 방식은 다양한 형태의 시스템 구성이 가능하고 페이딩 채널에서 우수한 성능을 나타내며, 상업용으로 널리 사용되는 블록부호 및 컨벌루션 부호를 그대로 적용할 수 있으며, 연복정 복호를 통한 반복복호 (iterative decoding)가 가능하다는 장점을 가진다. 본 발명은 이와 같이 다양한 장점을 갖는 멀티레벨 트렐리스 부호화 방식에 HARQ기법을 제안하여 HARQ기법을 type II의 형태로도 구현할 수 있게 되었으며, 에러제어 시스템 설계의 유연성을 높여 통신시스템의 신뢰성을 한 단계 높일 수 있게 되었다. 본 발명에 따른 HARQ방식은 수신측에 전달된 데이터를 복호하는 과정과; 복호된 신호에서 에러를 검출하는 과정과; 만일, 검출된 에러가 있으면, 데이터 재전송에 적용될 부호화 방식 및 변조방식을 설정하고, 그 설정 정보와 재전송 요구신호를 송신측으로 전달하는 과정과; 상기 정보를 참조하여, 재전송 대상 데이터를 처리한 후, 재전송하는 과정으로 구성된다.

Description

멀티레벨 트렐리스 부호화된 변조 시스템의 ＨＡＲＱ방식{HARQ IN MULTI-LEVEL TRELLIS ENCODED MODULATION SYSTEM}

본 발명은 유무선 통신의 오류제어 방법에 관한 것으로, 특히, Hybrid Automatic Repeat Request(HARQ)기법에 따른 오류제어 방법에 관한 것이다.

HARQ방식은 패킷단위로 정보를 전송하고 오류가 발생된 패킷에 대하여 재전송을 요구하는 Automatic Repeat Request(ARQ)방식에 Forward Error Correction (FEC)방식을 결합한 오류제어 방식이다.

FEC는 수신측에게 에러정정 능력을 부여하기 위해, 전송되는 데이터 블록에 별도의 코드를 덧붙이는 방식이다.

ARQ는 전송된 데이터 블록에서 에러가 검출되면, 에러검출이 발생하지 않을 때까지 송신측에 해당 데이터의 재전송을 계속해서 요구하는 방식이다. HARQ는 3가지 유형이 있으며, 그에 대한 설명은 다음과 같다.

type I : 에러 수신된 패킷은 폐기되고 동일한 패킷의 새로운 복사본이 재전송되어 개별적으로 디코딩된다. 해당 패킷의 이전 및 이후에 수신된 버전의 결합이 존재하지 않는다.

type II : 에러 수신된 패킷은 폐기되지 않으나, 후속 디코딩을 위해 송신기에 의해 제공된 몇몇 증분 리던던시 비트와 결합된다. 재전송된 패킷은 때때로 보다 높은 코딩율을 갖고 저장된 값과 수신기에서 결합된다. 이것은 각각의 재전송에 있어 적은 리던던시만이 부가된다는 것을 의미한다.

type III : type II와 동일하되 각각의 재전송된 패킷이 자체 디코딩이 가능하다는 제약이 있다. 이것은 전송된 패킷이 이전의 패킷과 결합하지 않고 디코딩 가능하다는 것을 암시한다. 이것은 거의 모든 정보가 재이용 가능하지 않은 방식으로 몇몇 패킷이 손상된 경우에 유용하다.

HARQ방식은 대역 효율적 부호화 방식인 트렐리스 부호화 방식과 결합될 수 있으며, 두 방식이 결합된 때의 기본 전송단위는 심볼이 된다.

그리고 두 방식이 결합된 때, 재전송되는 데이터 블록은 원래 전송된 데이터 블록과 완전히 일치하는 것이 일반적이지만 메트릭의 결합(combing)을 고려한 설계를 통하여 보다 효율적인 시스템 구성이 가능하다. 이러한 경우에 있어서도 원래 전송된 데이터 블록의 크기와 같은 크기의 데이터 블록이 재전송될 수 있다. 즉 트렐리스 부호화 방식과 결합된 HARQ방식은 type I이나 type III의 형태로만 존재한다

그러므로, 이렇게 트렐리스 부호화 방식과 결합된 HARQ방식은 설계상의 한계를 갖게 되며, 적용 가능한 시스템이 한정된다는 단점이 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 그 목적은, Type II HARQ방식의 에러 데이터 재전송을 수행하는 "멀티레벨 트렐리스 부호화된 변조 시스템의 HARQ방식"을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 HARQ방식은,

수신측에 전달된 데이터를 복호하는 과정과; 복호된 신호에서 에러를 검출하는 과정과; 만일, 검출된 에러가 있으면, 데이터 재전송에 적용될 부호화 방식 및 변조방식을 설정하고, 그 설정 정보와 재전송 요구신호를 송신측으로 전달하는 과정과; 상기 정보를 참조하여, 재전송 대상 데이터를 처리한 후, 재전송하는 과정으로 구성된다.

바람직하게, 상기 정보는 변조방식 설정 값과; 에러 데이터의 위치값과; 부호화 방식 설정 값과; 재전송 방식 설정 값을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 재전송 방식 설정 값은 에러가 검출된 채널들 중, 최하 레벨의 채널만을 재전송할 지, 에러검출된 모든 채널블럭들을 결합하여 재전송할 지를 결정한 값인 것을 특징으로 한다.

본 발명은 이러한 멀티레벨 트렐리스 부호화 방식에 HARQ방식을 결합하면 보다 개선된 에러 데이터 재전송 방법을 구현할 수 있다는 점에 착안하여, 멀티레벨 트렐리스 부호화 방식과 결합된 HARQ방식의 재전송 방식, 신호사상 구성법, 에러검출 방식 등을 제안한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 발명의 일 실시 예에 따른, HARQ방식의 처리 순서도로서, 멀티레벨 트렐리스 부호화 방식을 채용한 송수신 시스템간의 데이터 전송을 보여준다.

멀티레벨 트렐리스 부호화 방식은 신호 사상기의 입력 비트들에 대하여 레벨을 구성하고 레벨별로 각기 다른 부호화 과정을 거치는 정보를 전송하는 대역 효율적인 변조방식이다. 멀티레벨 트렐리스 부호화 방식은 다양한 형태의 시스템 구성이 가능하고 페이딩 채널에서 우수한 성능을 나타내며 상업용으로 널리 사용되는 블록부호 및 컨벌루션 부호를 그대로 적용하여 구성할 수 있으며 연복정 복호를 통한 반복 복호(iterative decoding)가 가능하다.

도1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른, HARQ방식은

수신측에 전달된 데이터를 복호하는 과정(S20)과; 복호된 신호에서 에러를 검출하는 과정(S30)과; 만일, 검출된 에러가 있으면, 데이터 재전송에 적용될 부호화 방식 및 변조방식을 설정(S40)하고, 그 설정 정보와 재전송 요구신호를 송신측으로 전달하는 과정(S50)과; 상기 정보를 참조하여, 재전송 대상 데이터를 처리한 후, 재전송하는 과정(S60)으로 구성된다.

송신측의 데이터가 수신되면, 수신측은 수신된 데이터의 각 레벨에 포함된 순환 잉여 검사(Cyclic Redundancy Check ,CRC)부호를 체크하여, 에러가 발생한 블록이 있는지 검사한다.

그리고 수신된 데이터 블록에서 에러가 검출되면, 수신측은 에러가 어디에서 발생했는지, 재전송에 사용할 변조방식과 부호화 방식은 무엇으로 할 지, 그리고 어떤 방식으로 재전송할 지에 대한 정보를 생성한다. 그리고 이들 정보를 "Acknowledgement 신호(ACK)"와 같은 응답신호나 재전송 요구신호 등을 이용하여 송신측으로 전송한다.

수신측의 재전송 요구신호가 수신되면, 상기 송신측은 상기 정보에 나타난 수신측의 요구에 따라, 해당 재전송 대상 데이터를 재처리한다. 그리고 상기 재전송 대상 데이터를 수신측으로 전송한다.

상기 정보 중, 재전송 방식에 대한 정보는, 에러가 발생된 채널들 중, 최하 레벨의 채널 데이터만을 재전송할 지 또는 에러가 발생된 모든 레벨의 채널 데이터를 재전송할 지를 결정한 것에 대한 결정 값이다. 그리고 데이터 재전송에 변조방식과 부호화 방식을 별도로 지정하는 이유는, 재전송이 이전에 전송 때와는 달리 에러 데이터만을 대상으로 하는 것이므로, 소량의 데이터 전송에 적합한 변조방식과 부호화 방식을 지정하여, 보다 높은 전송 효율을 얻기 위함이다.

도2는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 멀티레벨 트렐리스 부호화된 변조시스템의 블록도이고, 도3은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 멀티레벨 트렐리스 부호화된 변조 시스템의 복호방식을 나타낸 그림이다. 멀티레벨 트렐리스 부호화된 변조시스템의 복호방식은 다중 단(multi-stage)복호 방식이다.

도2를 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른, 멀티레벨 트렐리스 부호화된 변조시스템(이하, "변조 시스템"이라 한다)의 동작 및 특징을 설명하면 다음과 같다.

M비트(M = m_0+m_1+ ... +m_i-1)의 신호가 변조시스템에 입력되면, 변조시스템의 부호화기들(C_0, C_1, ... ,C_i-1)은 입력된 신호(m_0, m_1, ... , m_i-1)를 부호화하여 n_0, n_1, ... , n_i-1의 부호 비트들을 출력한다. 그리고 변조시스템의 N비트 사상기는 상기 부호 비트들(n_0, n_1, ... , n_i-1)을 입력받아 그에 대응하는 변조신호(심볼)를 출력한다(n_0+ n_1+ ... +n_i-1 = N). 만일, n_0 = n_1 = ... = n_i-1 = 1인 경우 i = N이며, 사상기의 각 입력비트에 대한 입력이 직렬(serial)형태를 띠게 된다.

상기 HARQ방식을 적용한 멀티레벨 트렐리스 부호화된 변조시스템은 i개의 독립적인 채널을 갖도록 모델링될 수 있고, 데이터 재전송을 위해 다음과 같은 특성 및 특징을 갖는다.

하나. 각각의 채널에 대하여 독립적으로 에러검사방식을 적용한다. 즉, 각 채널의 전송 데이터에 독립적인 CRC를 붙인다)

둘. 각각의 채널에 대하여 독립적으로 HARQ를 적용한다.

셋. 높은 레벨의 채널 데이터에 대한 HARQ복호는 낮은 레벨의 채널 데이터에 대한 HARQ복호가 끝난 후 수행된다. 이는 다중단 복호방식이 낮은 레벨의 복호가 이루어진 뒤에 높은 레벨의 복호가 이루어지는 형태를 가진다는 점에 기초한다.

넷. 낮은 레벨뿐 아니라, 높은 레벨의 채널에서도 에러가 발생하지 않았다면, HARQ복호는 수행되지 않는다.

다섯. 에러가 검출된 채널들 중 가장 낮은 레벨의 데이터 블록을 재전송되는 데이터 블록으로 선정하여 이들만 재전송되도록 한다. 재전송에 적용되는 변조방식은 다양한 변조방식을 적용할 수 있다. 예를 들어 2진 위상 편이 방식(Binary Phase shift Keying, BPSK)을 적용하거나 gray부호화된 4상 위상 편이 방식(Quadrature Phase shift Keying, QPSK), 8위상 편이 방식(8 Phase shift Keying, 8PSK), 직교 진폭 변조(Quadrature Amplitude Modulation, QAM) 등을 적용할 수 있다.

비록, 최초 전송 시 변조방식이 8PSK 혹은 QAM였더라도, 재전송 데이터의 량은 대개 많지 않기 때문에, 재전송 시의 변조방식은 특성이 좋은 BPSK방식을 이용할 수 있다.

여섯. 상기 다섯 째 항목과는 달리, 에러가 검출된 채널의 데이터 블럭들을 결합하여, 이들을 재전송하도록 하는 멀티레벨 트렐리스 부호방식을 구성할 수 있다. 이때 다양한 멀티레벨 트렐리스 부호방식이 존재할 수 있고, 에러검출에 따른 에러정보는 수신된 데이터 블록의 전송경로를 역으로 거슬러 송신측에 전달된다. 예를 들어, 에러정보는 "응답신호(예:Nack패킷)" 혹은 "재전송 요구신호"에 실려 전송될 수 있다.

8PSK변조방식의 경우, 변조시스템은 3개의 비트로 사상되고 3개의 채널이 존재한다고 생각할 수 있다. 각각의 비트에 2/3컨벌루션 부호를 적용하여 0, 1, 2 세 개의 레벨을 가지는 멀티레벨 부호화 시스템을 구성할 수 있다.

수신측은 0, 2채널을 통해 전송된 데이터 블록에 대하여, 각 레벨(0, 1, 2레벨)에 대한 에러검출을 수행하고, 검출된 에러가 없을 때 송신측으로 이 사실을 알린다. 그러면 송신측은 원래의 0, 2블록으로 멀티레벨 트렐리스 부호화 시스템을 구성한다.

각 레벨(0, 1, 2레벨)에 대하여 수신단에서 0, 2채널을 통해 수신측에 전송된 데이터 블록에 대하여 에러를 체크하고 2단에서 에러를 검출할 수 없었다면 송신측에 이를 알리고, 송신측은 원래의 0레벨과 2레벨 블록으로 멀티레벨 트렐리스 부호화 시스템을 구성할 수 있다. 예를 들어, 송신측은 0레벨에 1/3 컨벌루션 부호, 2레벨에 2/3컨벌루션 부호를 적용한 QPSK변조방식을 채택할 수 있다.

일곱. 상기 여섯 째 항목에서 재전송 데이터를 위한 부호화 방식은 멀티레벨 시스템이 아닌 다른 형태의 부호화 방식을 채용할 수 있다. 예를 들어, 트렐리스 부호화 방식을 채용할 수 있다.

멀티레벨 트렐리스 부호화 방식은 다양한 형태의 시스템 구성이 가능하고 페이딩 채널에서 우수한 성능을 나타내며, 상업용으로 널리 사용되는 블록부호 및 컨벌루션 부호를 그대로 적용할 수 있으며, 연복정 복호를 통한 반복복호(iterative decoding)가 가능하다는 장점을 가진다.

본 발명에 따른 HARQ방식은 전술한 실시 예에 국한되지 않고, 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

본 발명은 이와 같이 다양한 장점을 갖는 멀티레벨 트렐리스 부호화 방식에 HARQ기법을 제안하여 HARQ기법을 type II의 형태로도 구현할 수 있게 되었으며, 에러제어 시스템 설계의 유연성을 높여 통신시스템의 신뢰성을 한 단계 높일 수 있게 되었다.

도1은 본 발명의 일 실시 예에 따른, HARQ방식의 처리 순서도.

도2는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 멀티레벨 트렐리스 부호화된 변조시스템의 블록도.

도3은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 멀티레벨 트렐리스 부호화된 변조 시스템의 복호방식을 나타낸 그림.

Claims (8)

1. 멀티레벨 트렐리스 부호화된 변조시스템에 있어서, 수신측에 전달된 데이터를 복호하는 과정과; 복호된 신호에서 에러를 검출하는 과정과; 만일, 검출된 에러가 있으면, 데이터 재전송에 적용될 부호화 방식 및 변조방식을 설정하고, 그 설정 정보와 재전송 요구신호를 송신측으로 전달하는 과정과; 상기 정보를 참조하여, 재전송 대상 데이터를 처리한 후, 재전송하는 과정으로 구성된 것을 특징으로 하는 HARQ방식.
2. 제1항에 있어서, 상기 정보는

   변조방식 설정 값과; 에러 데이터의 위치값과; 부호화 방식 설정 값과; 재전송 방식 설정 값을 포함하는 것을 특징으로 하는 HARQ방식.
3. 제2항에 있어서, 상기 재전송 방식 설정 값은

   에러가 검출된 채널들 중, 최하 레벨의 채널만을 재전송할 지, 에러검출된 모든 채널블럭들을 결합하여 재전송할 지를 결정한 값인 것을 특징으로 하는 HARQ방식.
4. 제1항에 있어서, 상기 복호과정은

   다중단 복호방식에 따라 이뤄지는 것을 특징으로 하는 HARQ방식.
5. 제1항에 있어서, 상기 에러검출 과정은

   순환잉여 검사(Cyclic Redundancy Check)를 이용하여 수행되는 것임을 특징으로 하는 HARQ방식.
6. 제1항에 있어서, 상기 수신측에 전달된 데이터는

   각기 독립적인 다수의 채널을 통해 전달된 것임을 특징으로 하는 HARQ방식.
7. 제6항에 있어서, 각 채널을 통해 전달된 데이터는

   각기 독립적인 CRC 코드를 갖는 것을 특징으로 하는 HARQ방식.
8. 제1항에 있어서, 상기 에러검출 과정은

   각각의 채널에 대하여 독립적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 HARQ방식.