KR20100027924A - 무선통신 시스템에서 중계기의 동작 방법 - Google Patents

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Abstract

무선통신 시스템에서 중계기의 동작 방법은 수신 신호를 복호화하여 정보 패킷으로 복원하고, 상기 정보 패킷을 구성하는 각각의 정보 비트의 확률 정보를 나타내는 제 1 확률 시퀀스를 구하는 단계, 상기 정보 패킷을 부호화하여 코드 패킷을 구하고, 상기 제 1 확률 시퀀스를 이용하여 상기 코드 패킷을 구성하는 각각의 코드 비트의 확률 정보를 나타내는 제 2 확률 시퀀스를 구하는 단계 및 상기 제 2 확률 시퀀스를 이용하여 변조 심볼을 구하는 단계를 포함한다. 중계기가 소스 스테이션으로부터 수신한 신호에 에러가 있는 경우, 소스 스테이션으로부터 수신한 신호의 에러 검출이 불가능한 경우 및 에러 검출 결과를 신뢰하기 어려운 경우, 중계기가 목표 스테이션으로 적절하게 신호를 전달할 수 있다.

Description

무선통신 시스템에서 중계기의 동작 방법{A METHOD OF OPERATING A RELAY IN A WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 무선통신에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선통신 시스템에서 중계기의 동작 방법에 관한 것이다.
IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16 표준은 광대역 무선 접속(broadband wireless access)을 지원하기 위한 기술과 프로토콜을 제공한다. 1999년부터 표준화가 진행되어 2001년 IEEE 802.16-2001이 승인되었다. 이는 'WirelessMAN-SC'라는 단일 반송파(single carrier) 물리계층에 기반한다. 이후 2003년에 승인된 IEEE 802.16a 표준에서는 물리계층에 'WirelessMAN-SC' 외에'WirelessMAN-OFDM'과 'WirelessMAN-OFDMA'가 더 추가되었다. IEEE 802.16a 표준이 완료된 후 개정된(revised) IEEE 802.16-2004 표준이 2004년 승인되었다. IEEE 802.16-2004 표준의 결함(bug)과 오류(error)를 수정하기 위해 'corrigendum'이라는 형식으로 IEEE 802.16-2004/Cor1(이하, IEEE 802.16e)이 2005년에 완료되었다.
현재, IEEE 802.16e를 기반으로 하여 IEEE 802.16 태스크 그룹 j(IEEE 802.16 Task Group j;이하, IEEE 802.16j라 한다)에서는 서비스 지역의 확 장(Coverage Extension) 및 성능 강화(Throughput Enhancement)를 제공하기 위하여 중계기(Relay Station)를 도입하고, 이에 대한 표준화를 진행하고 있다. 즉, IEEE 802.16j 표준에서는 중계기를 통하여 기지국 영역 밖에 있는 단말에 대하여 신호 전달이 가능해지도록 하고, 기지국 영역 내에 있는 단말에 대하여 높은 수준의 적응변조코딩(Adaptive Modulation and Coding, AMC) 방식을 가지는 고품질의 경로를 설정할 수 있도록 함으로써 동일한 무선 자원으로 시스템 용량을 증대시킬 수 있도록 한다.
중계기의 대표적인 동작 모드로는 복호 후 전달(Decode-and-forward; DF) 모드 및 증폭 후 전달(Amplify-and-forward; AF) 모드가 있다. DF 모드에 따르면, 무선 중계기는 소스 스테이션으로부터 수신한 신호의 복조(Demodulation), 채널 복호화(Channel Decoding) 및 에러 체크(Error Check) 등의 처리 과정을 거쳐 전송 정보를 복구한 후, 채널 부호화(Channel Coding) 및 변조(Modulation) 과정을 거쳐 생성한 신호를 목표 스테이션으로 전달한다. 다음으로, AF 모드에 따르면, 무선 중계기는 소스 스테이션으로부터 수신한 신호를 증폭한 후, 증폭된 신호를 목표 스테이션으로 전달한다.
DF 모드는 잡음을 제거할 수 있고, 에러가 있는지 여부를 확인할 수 있어 신호 전달의 신뢰성을 높일 수 있으며, 중계기에서 채널 부호 및 변조 방법을 변경할 수 있는 장점이 있으나, 시간 지연이 생기는 단점이 있다. 반면에, AF 모드는 중계기의 동작이 간단하고, 시간 지연을 줄이는 장점이 있으나, 신호에 포함된 잡음이 제거될 수 없고, 에러가 있는지 여부를 확인할 수 없다는 단점이 있다.
도 1은 AF 모드에 따른 중계 절차를 나타내는 도면이고, 도 2는 DF 모드에 따른 중계 절차를 나타내는 도면으로, IEEE 802.16j의 트랜스패어런트 모드(Transparent mode)에 대한 예시이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 프레임 n(Frame n)은 시간상으로 프레임 n+1(Frame n+1)에 앞선다. 하나의 프레임은 하향링크(Downlink, DL) 영역과 상향링크(Uplink, UL) 영역을 포함한다. 하향링크 영역은 하향링크 액세스 존(DL Access Zone) 및 하향링크 트랜스패어런트 존(DL Transparent Zone)을 포함하고, 상향링크 영역은 상향링크 액세스 존(UL Access Zone) 및 상향링크 릴레이 존(UL Relay Zone)을 포함한다. 여기서, 하향링크 액세스 존은 기지국이 중계기 또는 단말로 신호를 전송하는 영역이고, 하향링크 트랜스패어런트 존은 중계기가 단말로 신호를 전송하는 영역이다. 또한, 상향링크 액세스 존은 단말이 중계기 또는 기지국으로 신호를 전송하는 영역이고, 상향링크 릴레이 존은 중계기가 기지국으로 신호를 전송하는 영역이다.
도 1에서, 기지국이 프레임 n의 하향링크 액세스 존을 통하여 중계기로 신호를 전달하면, 중계기는 프레임 n의 하향링크 트랜스패어런트 존을 통하여 단말로 신호를 전달한다. 또한, 기지국이 프레임 n+1의 하향링크 액세스 존을 통하여 중계기로 신호를 전달하면, 중계기는 프레임 n+1의 하향링크 트랜스패어런트 존을 통하여 단말로 신호를 전달한다. 이와 같이, AF 모드에 따르면, 중계기는 기지국으로부 터 수신한 신호를 증폭(Amplification)만 한 후, 단말로 전달하므로 추가적인 시간 지연없이 동일한 프레임 내에서 신호 전달이 가능하다.
반면에, 도 2에서, 기지국이 프레임 n의 하향링크 액세스 존을 통하여 기지국이 중계기로 신호를 전달하면, 중계기는 프레임 n+1의 하향링크 트랜스패어런트 존을 통하여 단말로 신호를 전달한다. 이와 같이, DF 모드에 따르면, 중계기는 기지국으로부터 수신한 신호를 복조(Modulation), 복호(Decoding), 에러 확인(Error Check) 후 부호(Coding), 변조(Modulation)하므로, 추가적인 시간 지연이 발생하게 된다. 또한, 부호 및 변조 방식이 달라지므로 신호의 크기가 달라질 수 있다.
이상 설명한 바와 같은 AF 모드와 DF 모드의 특징을 보완하기 위하여, AF 모드와 DF 모드를 혼용하여 사용하는 시도가 있다. 예를 들어, 하이브리드 AF/DF(Hybrid AF/DF) 방식은 중계기가 수신한 신호의 정보 복구 과정을 거친 후, 이에 성공하면 DF 모드에 따라, 실패하면 AF 모드에 따라 신호를 전달한다. 이에 따르면, 목표 스테이션은 AF 모드에 따라 수신한 신호를 HARQ 방식에 따라 재수신한 신호 또는 다른 경로에 따라 수신한 신호들과 적절히 결합하여 수신 오류의 확률을 줄일 수 있다.
상기 하이브리드 AF/DF 방식은 소스 스테이션(Source Station)과 중계기(Relay) 사이의 S-R 링크에 적용되는 변조 및 코딩 방식(Modulation and Coding Scheme, MCS) 및 중계기와 목표 스테이션(Destination Station) 사이의 R-D 링크에 적용되는 MCS가 동일하다는 것을 가정하고 있다. 그러나, 일반적으로 S-R 링크의 채널 상태와 R-D 링크의 채널 상태는 서로 동일하지 않다. 따라서, S-R 링크와 R-D 링크에 서로 다른 MCS를 적용하고, 대역폭과 같은 자원의 양을 다르게 할당하는 것이 바람직하다.
이렇게 두 링크에 적용된 MCS 및 할당된 자원의 양이 다른 경우, 상기 하이브리드 AF/DF 방식은 실효성이 없다. 왜냐하면, 목표 스테이션은 R-D 링크에 미리 정의된 MCS에 따라 복호를 준비하므로, AF 모드에 따라 수신한 신호를 복호할 수 없기 때문이다. 이러한 문제점 때문에 IEEE 802.16j 표준에서는 중계기가 수신 실패한 신호는 목표 스테이션으로 전달하지 않고 폐기하도록 규정하고 있다. 그러나, 이는 S-R 링크에서 에러가 발생하면 R-D 링크에 미리 할당된 자원은 낭비됨을 의미한다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 중계기가 소스 스테이션으로부터 수신한 신호를 목표 스테이션으로 전송하는 방법을 제안하는 것이다. 특히, S-R 링크와 R-D 링크의 MCS 레벨 및 할당된 자원의 양이 다른 경우, 중계기가 목표 스테이션으로 신호를 전송하는 방법을 제안한다.
본 발명의 일 양태에 따른 무선통신 시스템에서 중계기의 동작 방법은 수신 신호를 복호화하여 정보 패킷으로 복원하고, 상기 정보 패킷을 구성하는 각각의 정보 비트의 확률 정보를 나타내는 제 1 확률 시퀀스를 구하는 단계, 상기 정보 패킷을 부호화하여 코드 패킷을 구하고, 상기 제 1 확률 시퀀스를 이용하여 상기 코드 패킷을 구성하는 각각의 코드 비트의 확률 정보를 나타내는 제 2 확률 시퀀스를 구하는 단계 및 상기 제 2 확률 시퀀스를 이용하여 변조 심볼을 구하는 단계를 포함 한다.
본 발명의 다른 양태에 따른 무선통신 시스템에서 중계기의 동작 방법은 수신 신호를 복호화하여 정보 비트들로 이루어진 정보 패킷으로 복원하는 단계, 상기 정보 비트들 가운데 적어도 하나의 의심 비트를 선택하는 단계, 상기 의심 비트 및 상기 의심 비트를 제외한 나머지 정보 비트들에 대한 확률 정보를 나타내는 제 1 확률 시퀀스를 구하는 단계, 상기 정보 패킷을 부호화하여 코드 패킷을 구하고, 상기 제 1 확률 시퀀스를 이용하여 상기 코드 패킷을 구성하는 각각의 코드 비트의 확률 정보를 나타내는 제 2 확률 시퀀스를 구하는 단계 및 상기 제 2 확률 시퀀스를 이용하여 변조 심볼을 구하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따른 무선통신 시스템에서 중계기의 동작 방법은 수신 신호를 복호화하여 정보 비트들로 이루어진 제 1 정보 패킷으로 복원하는 단계, 상기 정보 비트들 중 의심 비트들의 일부 또는 전부를 반전하여 적어도 하나의 제 2 정보 패킷을 생성하는 단계, 상기 제 1 정보 패킷 및 상기 제 2 정보 패킷을 각각 부호화하여 복수의 코드 패킷들을 생성하는 단계 및 상기 복수의 코드 패킷들을 각각 변조하여 복수의 변조 심볼을 생성하고, 상기 복수의 변조 심볼의 평균을 구하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 양태에 따른 중계기는 수신 신호를 복호화하여 정보 패킷으로 복원하고, 상기 정보 패킷을 구성하는 각각의 정보 비트의 확률 정보를 나타내는 제 1 확률 시퀀스를 구하는 복호기, 상기 정보 패킷을 부호화하여 코드 패킷을 구하고, 상기 제 1 확률 시퀀스를 이용하여 상기 코드 패킷을 구성하는 각각의 코드 비트의 확률 정보를 나타내는 제 2 확률 시퀀스를 구하는 부호기 및 상기 제 2 확률 시퀀스를 이용하여 변조 심볼을 구하는 변조기를 포함한다.
본 발명에 따르면, 중계기가 소스 스테이션으로부터 수신한 신호에 에러가 있는 경우, 소스 스테이션으로부터 수신한 신호의 에러 검출이 불가능한 경우 및 에러 검출 결과를 신뢰하기 어려운 경우, 중계기가 목표 스테이션으로 적절하게 신호를 전달할 수 있다. 특히, S-R 링크와 R-D 링크의 MCS 레벨이 다른 경우에 이를 적용하여 에러의 복원 확률을 높일 수 있다. 또한, R-D 링크에 미리 자원이 할당된 경우, S-R 링크에서 오류가 발생하여도 R-D 링크의 자원을 활용할 수 있으므로 자원의 낭비를 막을 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 3은 중계기를 사용하는 무선통신 시스템을 나타낸 도면이다. 무선통신 시스템은 음성, 패킷 데이터 등과 같은 다양한 통신 서비스를 제공하기 위해 널리 배치된다.
도 3을 참조하면, 무선통신 시스템은 단말(10, 11, 12, 13; Mobile Station, MS), 기지국(20; Base Station, BS) 및 중계기(30, 31; Relay Station, RS)를 포함한다. 단말(10, 11, 12, 13)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, UE(User Equipment), UT(User Terminal), SS(Subscriber Station), 무선기기(wireless device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 기지국(20)은 일반적으로 단말(10, 11, 12, 13)과 통신하는 고정된 지점(fixed station)을 말하며, 노드-B(Node-B), BTS(Base Transceiver System), 액세스 포인트(Access Point) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 하나의 기지국(20)에는 하나 이상의 셀이 존재할 수 있다. 중계기(30, 31)는 커버리지의 확장 또는 다이버시티 효과에 따른 전송속도의 향상을 위한 것으로, 단말과 기지국 사이에 위치한다. 즉, 기지국(20)의 커버리지 내에 있는 단말들(10, 11)은 기지국(20)과 직접 통신할 수 있고, 기지국(20)의 커버리지 밖에 있는 단말들(12, 13)은 중계기(30, 31)를 거쳐서 기지국(20)과 통신한다. 또는, 기지국(20)의 커버리지 내에 있는 단말들(10, 11)이라 할지라도, 다이버시티 효과에 따른 전송속도의 향상을 위하여 중계기(30, 31)를 거쳐서 기지국(20)과 통신할 수 있다.
이하에서 하향링크(Downlink;DL)는 기지국(20)에서 단말(10)로의 통신을 의미하고, 상향링크(Uplink;UL)는 단말(10)에서 기지국(20)으로의 통신을 의미한다. 따라서, 하향링크에서 소스 스테이션(Source Station)은 기지국(20)이고 목표 스테이션(Destination Station)은 단말(10)이며, 상향링크에서 소스 스테이션은 단말(10)이고 목표 스테이션은 기지국(20)이다. 하향링크에서 송신기는 기지국(20)의 일부일 수 있고 수신기는 단말(10)의 일부일 수 있다. 상향링크에서 송신기는 단말(10)의 일부일 수 있고 수신기는 기지국(20)의 일부일 수 있다.
무선통신 시스템은 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)/OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 기반 시스템일 수 있다. OFDM은 다수의 직교 부반송파를 이용한다. OFDM은 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)과 FFT(Fast Fourier Transform) 사이의 직교성 특성을 이용한다. 송신기에서 데이터는 IFFT를 수행하여 전송된다. 수신기에서 수신 신호에 FFT를 수행하여 원래 데이터를 복원한다. 송신기는 다중 부반송파들을 결합하기 위해 IFFT를 사용하고, 수신기는 다중 부반송파들을 분리하기 위해 대응하는 FFT를 사용한다.
도 4는 신호가 소스 스테이션으로부터 중계기를 통하여 목표 스테이션으로 전달되는 과정의 일 예를 나타내는 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 소스 스테이션은 목표 스테이션으로 전달하고자 하는 정보를 나타내는 정보 비트(Information Bit)들로 이루어진 정보 패킷(Information Packet)을 채널 부호화(Channel Encoding)한다(S100). 채널 부호화 과정에 의하여 정보 패킷은 코드 비트(Coded Bit)들로 이루어진 제 1 코드 패킷(Coded Packet)으로 변환된다.
소스 스테이션은 제 1 코드 패킷을 중계기로 전송한다(S110).
소스 스테이션으로부터 제 1 코드 패킷을 수신한 중계기는 상기 제 1 코드 패킷을 채널 복호화(Channel Decoding)한다(S120). 채널 복호화 과정에 의하여 상기 제 1 코드 패킷은 정보 패킷으로 복원된다.
중계기는 단계 S120에서 복원된 정보 패킷의 에러를 체크한다(S130). 여기서, 정보 패킷의 에러를 체크하기 위하여 패리티 체크(Parity Check), CRC(Cyclic Redundancy Checking), 헤더 체크 섬(Header CheckSum) 등을 이용할 수 있다.
단계 S130에서 에러가 없는 것으로 판단하면, 중계기는 정보 패킷을 채널 부 호화한다(S140). 여기서, 단계 S100에서 채널 부호화하는 부호화기와 단계 S140에서 채널 부호화하는 부호화기는 서로 다르다고 가정한다. 채널 부호화 과정에 의하여 정보 패킷은 코드 비트들로 이루어진 제 2 코드 패킷으로 변환된다.
중계기는 상기 제 2 코드 패킷을 변조(Modulation)하고(S150), 변조 심볼을 목표 스테이션으로 전송한다(S160).
여기서, 중계기의 수신 신호에 에러가 있는 경우, 중계기의 동작 방식이 문제가 된다. 이러한 상황에서, 중계기가 상기 수신 신호를 목표 스테이션으로 전달하지 않는 방법 또는 AF 모드에 따라 수신 신호를 목표 스테이션으로 전달하는 방법 등이 제안되어 있다. 그러나, 수신 신호를 목표 스테이션으로 전달하지 않는 방법에 따르면, R-D 링크(Relay-Destination Station Link) 사이에 미리 할당된 자원이 낭비된다. 또한, AF 모드에 따라 수신 신호를 목표 스테이션으로 전달하는 방법은 S-R 링크(Source Station-Relay Link)와 R-D 링크 사이의 MCS 및 할당된 자원의 양이 다르므로 실효성이 없다. 따라서, 이하에서 수신 신호에 에러가 있는 경우, 중계기의 동작 방식을 살펴본다. 다만, 본 발명이 수신 신호에 에러가 있는 경우에 한정하여 적용되는 것은 아니다. 즉, 수신 신호의 에러 검출이 불가능한 경우, 에러 검출 결과를 신뢰할 수 없는 경우 및 AF 모드에 따라 신호를 전송하고자 하는 경우 등에 대하여 다양하게 적용할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 중계기의 동작 방식을 나타내는 순서도이다.
도 5를 참조하면, 중계기는 소스 스테이션으로부터 제 1 코드 패킷을 수신하고(S200), 상기 제 1 코드 패킷을 채널 복호화(Channel Decoding)한다(S210). 채널 복호화 과정에 의하여 상기 제 1 코드 패킷은 정보 비트들로 이루어진 정보 패킷으로 복원된다. 또한, 채널 복호화 과정에 의하여 상기 정보 패킷을 구성하는 각각의 정보 비트의 확률 정보를 나타내는 정보 패킷의 확률 시퀀스(제 1 확률 시퀀스)를 구할 수 있다. 여기서, 확률 정보는 각각의 정보 비트가 0일 확률 및 1일 확률을 의미하고, 이는 0일 확률과 1일 확률의 비에 로그값을 취한 LLR(Log Likelihood Ratio)로 나타낼 수도 있다.
다음으로, 단계 S210에서 복원된 정보 패킷의 에러를 체크한다(S220). 여기서, 정보 패킷의 에러를 체크하기 위하여 패리티 체크(Parity Check), CRC(Cyclic Redundancy Checking), 헤더 체크 섬(Header CheckSum) 등을 이용할 수 있다.
다음으로, 중계기는 단계 S210에서 구한 정보 패킷을 채널 부호화한다(S230). 채널 부호화 과정에 의하여 제 2 코드 패킷을 구할 수 있다. 또한, 정보 패킷의 확률 시퀀스를 이용하여 제 2 코드 패킷을 구성하는 각각의 코드 비트의 확률 정보를 나타내는 제 2 코드 패킷의 확률 시퀀스(제 2 확률 시퀀스)를 구할 수 있다. 정보 패킷의 확률 시퀀스를 이용하여 제 2 코드 패킷의 확률 시퀀스를 구하는 구체적인 방법은 후술한다.
다음으로, 중계기는 단계 S230에서 구한 제 2 코드 패킷의 확률 시퀀스를 이용하여 매 전송 시간마다 전송되는 각 변조 심볼을 구한다(S240). 예를 들어, 변조 심볼은 상기 제 2 코드 패킷의 확률 시퀀스를 R-D 링크 사이의 변조 방식에 따라 그룹화하고, 각 성상점의 확률을 계산하여 구할 수 있다. 또한, 변조 심볼은 제 2 코드 패킷의 확률 시퀀스 레이트 매칭(Rate Matching) 및 인터리빙(Interleaving)에 기반하여 천공(Puncturing), 반복(Repitition) 및 재배열(Reording)한 후, R-D 링크 사이의 변조 방식에 따라 그룹화하고, 각 성상점의 확률을 계산하여 구할 수 있다. 변조 심볼을 구하는 구체적인 방법은 후술한다.
다음으로, 중계기는 단계 S240에서 구한 각 변조 심볼을 매 전송 시간마다 목표 스테이션으로 전송한다(S250).
도 5에 따르면, 중계기는 소스 스테이션으로부터 수신한 신호를 목표 스테이션으로 전달하기 위하여, 경판정(Hard Decision)을 한 결과가 아닌 확률을 이용한 결과에 따라 변조 심볼을 생성하므로, 에러 복원의 신뢰도를 높일 수 있다. 또한, 중계기는 목표 스테이션으로 R-D 링크 사이에 미리 정의된 MCS 레벨 및 미리 할당된 자원의 양에 적합한 변조 심볼을 전송하므로, 목표 스테이션이 수신 신호를 용이하게 복호화하고 복원할 수 있다.
이하, 정보 패킷의 확률 시퀀스를 이용하여 코드 패킷의 확률 시퀀스를 구하는 일 예를 설명한다.
도 6은 레이트가 1/2인 컨벌루션 부호화기의 일 예를 나타내는 도면이고, 도 7은 도 6의 컨벌루션 부호화기에 따른 트렐리스이다. 중계기는 R-D 링크로 신호를 전달하기 위하여 도 6의 컨벌루션 부호화기를 사용하는 것으로 가정한다.
도 6을 참조하면, U1, U2,..., Un은 컨벌루션 부호화기의 입력을 나타내고, X1, X2,..., Xn 및 Y1, Y2,..., Yn은 컨벌루션 부호화기의 출력을 나타낸다. 코드 패킷은 X1, Y1, X2, Y2,..., Xn, Yn이 된다. 도 7을 참조하면, Uk는 정보 패킷 내의 k번째 정보 비트이고, Xk, Yk는 Uk에 대응하는 2개의 코드 비트들이며, Sk는 입력에 따라 변화하는 컨벌루션 코드의 k번째 상태를 나타낸다. 도 7에서, 상태 Sk+1이 0이 되는 조건은 이전 상태 Sk가 0이고 이전 입력 Uk가 0인 경우 또는 이전 상태 Sk가 1이고 이전 입력 Uk가 0인 경우이다.
여기서, 컨벌루션 부호화기의 입력은 정보 패킷을 구성하는 각각의 정보 비트들이 0일 확률 및 1일 확률이다. 따라서, 정보 패킷의 확률 시퀀스 및 하기 수학식 1을 이용하면 입력에 따라 변화하는 상태의 확률을 구할 수 있다.
Figure 112008070369489-PAT00001
또한, 상기 수학식 1에서 구한 각 상태의 확률 및 정보 패킷의 확률 시퀀스를 이용하여 코드 패킷의 확률 시퀀스를 구할 수 있다. 하기 수학식 2는 코드 패킷의 확률 시퀀스를 구성하는 코드 비트 Xk 및 Yk를 구하는 방법을 나타낸다.
Figure 112008070369489-PAT00002
이와 같이, 정보 패킷의 확률 시퀀스로부터 코드 패킷의 확률 시퀀스를 구할 수 있다. 여기서, 코드 패킷의 확률 시퀀스를 구하기 위하여 컨벌루션 부호화기를 이용하는 방법을 예시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 당업자는 본 명세서의 내용에 기초하여 LDPC(Low Density Parity Check) 코더 또는 터보 코더를 이용하여 코드 패킷의 확률 시퀀스를 구할 수도 있다.
이하, 코드 패킷의 확률 시퀀스를 이용하여 변조 심볼을 구하는 예를 설명한다.
도 8은 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 변조 방식의 성상도 및 본 발명의 일 실시예에 따른 변조 심볼을 구하는 방법을 나타낸다. 여기서, 변조 심볼을 구하기 위하여 QPSK 변조 방식을 이용하는 것으로 예시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 변조 심볼을 구하기 위하여 BPSK(Binary Phase Shift Keying), QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 등을 이용할 수도 있다.
도 8을 참조하면, 도 6의 컨벌루션 부호화기를 사용하여 코드 패킷의 확률 시퀀스로부터 변조 심볼을 구하는 방법을 예시한다. 여기서, 코드 패킷을 구성하는 코드 비트들 가운데 2k-1번째 코드 비트가 1일 확률은 P(Xk=1)이고, 0일 확률은 P(Xk=0)이라 한다. 또한, 2k번째 코드 비트가 1일 확률은 P(Yk=1)이고, 0일 확률은 P(Yk=0)이라 한다.
첫 번째 전송 시간에 전송될 변조 심볼은 코드 패킷 내의 첫 번째 코드 비트 및 두 번째 코드 비트를 이용하여 구할 수 있다. 따라서, 상기 각 코드 비트가 서로 독립이라는 가정 하에, k번째 변조 심볼의 각 QPSK 성상점(Constellation Point)의 확률은 P(00)=P(Xk=0)*P(Yk=0), P(01)=P(Xk=0)*P(Yk=1), P(10)=P(Xk=1)*P(Yk=0) 및 P(11)=P(Xk=1)*P(Yk=1)로 나타낼 수 있다. 매 전송 시간마다 전송될 각 변조 심볼은 성상점의 좌표와 성상점의 확률을 곱한 값들의 합으로 구할 수 있다. 즉, QPSK 변조 방식을 가정할 때, 매 전송 시간마다 전송될 각 변조 심볼은 [1,1]*P(00)+[1,-1]*P(01)+[-1,1]*P(10)+[-1,-1]*P(11)로 계산될 수 있다.
또한, 성상점의 좌표와 성상점의 확률을 곱한 값들의 합으로 구한 변조 심볼과 하나의 성상점 사이의 거리가 일정 값 이하인 경우, 중계기는 상기 하나의 성상점에 대응하는 변조 심볼을 해당 전송 시점에 목표 스테이션으로 전송할 수도 있다. 예를 들어, 도 8과 같이, 성상점의 좌표와 성상점의 확률을 곱한 값들의 합으로 구한 변조 심볼과 [1,1] 사이의 거리(dmin)가 일정 값 이하이면, 중계기는 [1,1]에 해당하는 변조 심볼을 목표 스테이션으로 전송할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 중계기의 동작 방식을 나타내는 순서도이다.
도 9를 참조하면, 중계기는 소스 스테이션으로부터 제 1 코드 패킷을 수신하 고(S300), 상기 제 1 코드 패킷을 채널 복호화한다(S310). 채널 복호화 과정에 의하여 상기 제 1 코드 패킷은 정보 비트들로 이루어진 정보 패킷으로 복원된다. 또한, 채널 복호화 과정에 의하여 상기 정보 패킷을 구성하는 각각의 정보 비트가 0일 확률 및 1일 확률을 구할 수 있다.
다음으로, 단계 S310에서 복원된 정보 패킷을 구성하는 정보 비트들 가운데 의심 비트를 선택한다(S320). 예를 들어, 의심 비트는 상기 각각의 정보 비트가 0일 확률 및 1일 확률을 이용하여 선택할 수 있다. 즉, 각각의 정보 비트에 대하여 0일 확률과 1일 확률의 차이를 계산하고, 상기 차이가 일정 값 이하인 정보 비트를 의심 비트로 둘 수 있다. 또는, 상기 0일 확률과 1일 확률의 차이가 가장 작은 소 정의 개수의 정보 비트를 의심 비트로 둘 수 있다.
다음으로, 중계기는 정보 패킷의 확률 시퀀스(제 1 확률 시퀀스)를 구한다(S330). 여기서, 정보 패킷의 확률 시퀀스는 단계 S310에서 구한 각각의 정보 비트가 0일 확률 및 1일 확률에 대한 정보와 단계 S320에서 검색한 의심 비트를 이용하여 구할 수 있다. 예를 들어, 의심 비트의 0일 확률 및 1일 확률은 각각 0.5로 하고, 의심 비트를 제외한 나머지 정보 비트는 더 높은 확률을 가지는 쪽의 확률을 1로 할 수 있다.
다음으로, 단계 S310에서 복원된 정보 패킷의 에러를 체크한다(S340). 여기서, 정보 패킷의 에러를 체크하기 위하여 패리티 체크(Parity Check), CRC(Cyclic Redundancy Checking), 헤더 체크 섬(Header CheckSum) 등을 이용할 수 있다.
다음으로, 중계기는 단계 S310에서 구한 정보 패킷을 채널 부호화한 다(S350). 채널 부호화 과정에 의하여 제 2 코드 패킷을 구할 수 있다. 또한, 정보 패킷의 확률 시퀀스를 이용하여 제 2 코드 패킷을 구성하는 각각의 코드 비트가 0일 확률 및 1일 확률을 나타내는 제 2 코드 패킷의 확률 시퀀스(제 2 확률 시퀀스)를 구할 수 있다.
다음으로, 중계기는 단계 S340에서 구한 제 2 코드 패킷의 확률 시퀀스를 이용하여 매 전송 시간마다 각 변조 심볼을 구하고(S360), 상기 변조 심볼을 목표 스테이션으로 전송한다(S370).
단계 S350에서 제 2 코드 패킷의 확률 시퀀스를 구하는 방법과 단계 S360에서 변조 심볼을 구하는 방법은 상기 도 6 내지 도 8에서 예시한 방법을 참조할 수 있다.
도 9에 따르면, 중계기는 소스 스테이션으로부터 수신한 신호를 목표 스테이션으로 전달하기 위하여 확률을 이용한 결과에 따라 변조 심볼을 생성하므로, 에러 복원의 신뢰도를 높일 수 있다. 또한, 중계기는 목표 스테이션으로 R-D 링크 사이에 미리 정의된 MCS 레벨 및 미리 할당된 자원의 양에 적합한 변조 심볼을 전송하므로, 목표 스테이션이 수신 신호를 용이하게 복호화하고 복원할 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 중계기의 동작 방식을 나타내는 순서도이다.
도 10을 참조하면, 중계기는 소스 스테이션으로부터 제 1 코드 패킷을 수신하고(S400), 상기 제 1 코드 패킷을 채널 복호화한다(S410). 채널 복호화 과정에 의하여 상기 제 1 코드 패킷은 정보 비트들로 이루어진 제 1 정보 패킷으로 복원된다. 또한, 채널 복호화 과정에 의하여 상기 정보 패킷을 구성하는 각각의 정보 비트가 0일 확률 및 1일 확률을 구할 수 있다.
다음으로, 단계 S410에서 채널 복호화한 결과를 이용하여 적어도 하나의 제 2 정보 패킷을 생성한다(S420). 제 2 정보 패킷은 상기 제 1 정보 패킷을 구성하는 정보 비트들 중 의심 비트들의 일부 또는 전부를 반전하여 얻을 수 있다. 예를 들어, 의심 비트가 0이면 1로 반전하고, 1이면 0으로 반전할 수 있다. 여기서, 제 1 정보 패킷을 구성하는 각각의 정보 비트에 대하여 0일 확률과 1일 확률의 차이를 계산하고, 상기 차이가 일정 값 이하인 정보 비트를 의심 비트로 둘 수 있다.
제 1 정보 패킷은 복수의 의심 비트들을 포함할 수 있다. 제 2 정보 패킷은 상기 복수의 의심 비트들 가운데 일부 또는 전부를 반전하여 생성할 수 있다. 여기서, 반전하는 의심 비트들의 조합에 따라 다양한 제 2 정보 패킷을 생성할 수 있다. 예를 들어, 2개의 의심 비트들의 조합을 이용하여 복수의 제 2 정보 패킷을 생성할 수 있다.
다음으로, 제 1 정보 패킷 및 제 2 정보 패킷을 각각 채널 부호화한다(S430). 채널 부호화 과정에 의하여 제 1 정보 패킷 및 제 2 정보 패킷은 복수의 제 2 코드 패킷으로 변환된다.
다음으로, 상기 제 2 코드 패킷들을 변조한다(S440). 제 2 코드 패킷들을 변조하면, 매 변조 심볼 전송 시점마다 복수의 변조 심볼을 생성할 수 있다. 여기서, 복수의 제 2 코드 패킷들 가운데 일부를 변조 심볼의 생성에 이용할 수도 있다. 예 를 들어, 복수의 제 2 코드 패킷들 가운데 2개의 의심 비트를 반전하여 생성된 제 2 코드 패킷만을 변조 심볼의 생성에 이용할 수 있다. 또는, 복수의 제 2 코드 패킷들 가운데 1개의 의심 비트를 반전하여 생성된 제 2 코드 패킷은 변조 심볼의 생성에서 배제할 수도 있다. 또는, 복수의 제 2 코드 패킷들 가운데 소정의 개수의 제 2 코드 패킷만을 변조 심볼의 생성에 이용할 수도 있다.
다음으로, 매 변조 심볼 전송 시점마다 생성된 복수의 변조 심볼을 평균하여 평균 변조 심볼을 구한다(S450).
다음으로, 매 변조 심볼 전송 시점마다 상기 평균 변조 심볼을 목표 스테이션으로 전송한다(S460).
도 10에 따르면, 중계기는 여러가지 경우에 대한 평균 변조 심볼을 목표 스테이션으로 전송하므로 에러 복원의 신뢰도를 높일 수 있다. 또한, 소스 스테이션으로부터 수신한 신호에 에러가 발생한 경우에도 목표 스테이션으로 신호를 전송하므로, R-D 링크 사이에 미리 할당된 자원을 낭비하지 않을 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 중계기의 블록도이다.
도 11을 참조하면, 무선 중계기(100)는 복호기(Decoder, 110), 부호기(Encoder, 120) 및 변조기(Modulator, 130)를 포함할 수 있다.
일 예로, 무선 중계기(100)의 복호기(110)는 수신 신호를 복호화하여 정보 패킷으로 복원하고, 상기 정보 패킷을 구성하는 각각의 정보 비트의 확률 정보를 나타내는 제 1 확률 시퀀스를 구할 수 있다. 부호기(120)는 상기 정보 패킷을 부호 화하여 코드 패킷을 구하고, 상기 제 1 확률 시퀀스를 이용하여 상기 코드 패킷을 구성하는 각각의 코드 비트의 확률 정보를 나타내는 제 2 확률 시퀀스를 구할 수 있다. 또한, 변조기(130)는 상기 제 2 확률 시퀀스를 이용하여 변조 심볼을 구할 수 있다.
다른 예로, 무선 중계기(100)의 복호기(110)는 수신 신호를 복호화하여 정보 비트들로 이루어진 정보 패킷으로 복원하고, 상기 정보 비트들 가운데 적어도 하나의 의심 비트를 선택하며, 상기 의심 비트 및 상기 의심 비트를 제외한 나머지 정보 비트들에 대한 확률 정보를 나타내는 제 1 확률 시퀀스를 구할 수 있다. 부호기(120)는 상기 정보 패킷을 부호화하여 코드 패킷을 구하고, 상기 제 1 확률 시퀀스를 이용하여 상기 코드 패킷을 구성하는 각각의 코드 비트의 확률 정보를 나타내는 제 2 확률 시퀀스를 구할 수 있다. 또한, 변조기(130)는 상기 제 2 확률 시퀀스를 이용하여 변조 심볼을 구할 수 있다.
또 다른 예로, 무선 중계기(100)의 복호기(110)는 수신 신호를 복호화하여 정보 비트들로 이루어진 제 1 정보 패킷으로 복원하고, 상기 정보 비트들 중 의심 비트들의 일부 또는 전부를 반전하여 적어도 하나의 제 2 정보 패킷을 생성할 수 있다. 부호기(120)는 상기 제 1 정보 패킷 및 상기 제 2 정보 패킷을 각각 부호화하여 복수의 코드 패킷들을 생성할 수 있다. 또한, 변조기(130)는 상기 복수의 코드 패킷들을 각각 변조하여 복수의 변조 심볼을 생성하고, 상기 복수의 변조 심볼의 평균을 구할 수 있다.
본 발명은 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 하 드웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하기 위해 디자인된 ASIC(application specific integrated circuit), DSP(digital signal processing), PLD(programmable logic device), FPGA(field programmable gate array), 프로세서, 제어기, 마이크로 프로세서, 다른 전자 유닛 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하는 모듈로 구현될 수 있다. 소프트웨어는 메모리 유닛에 저장될 수 있고, 프로세서에 의해 실행된다. 메모리 유닛이나 프로세서는 당업자에게 잘 알려진 다양한 수단을 채용할 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형 또는, 변경하여 실시할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.
도 1은 AF 모드에 따른 중계 절차를 나타내는 도면이다.
도 2는 DF 모드에 따른 중계 절차를 나타내는 도면이다.
도 3은 중계기를 사용하는 무선통신 시스템을 나타낸 도면이다.
도 4는 신호가 소스 스테이션으로부터 중계기를 통하여 목표 스테이션으로 전달되는 과정의 일 예를 나타내는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 중계기의 동작 방식을 나타내는 순서도이다.
도 6은 레이트가 1/2인 컨벌루션 부호화기의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6의 컨벌루션 부호화기에 따른 트렐리스이다.
도 8은 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 변조 방식의 성상도 및 본 발명의 일 실시예에 따른 변조 심볼을 구하는 방법을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 중계기의 동작 방식을 나타내는 순서도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 중계기의 동작 방식을 나타내는 순서도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 중계기의 블록도이다.

Claims (11)

  1. 무선통신 시스템에서 중계기의 동작 방법에 있어서,
    수신 신호를 복호화하여 정보 패킷으로 복원하고, 상기 정보 패킷을 구성하는 각각의 정보 비트의 확률 정보를 나타내는 제 1 확률 시퀀스를 구하는 단계;
    상기 정보 패킷을 부호화하여 코드 패킷을 구하고, 상기 제 1 확률 시퀀스를 이용하여 상기 코드 패킷을 구성하는 각각의 코드 비트의 확률 정보를 나타내는 제 2 확률 시퀀스를 구하는 단계; 및
    상기 제 2 확률 시퀀스를 이용하여 변조 심볼을 구하는 단계를 포함하는 중계기의 동작 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 확률 시퀀스는 컨벌루션 코더, LDPC(Low Density Parity Check) 코더 및 터보 코더 중 하나를 이용하여 구하는 것을 특징으로 하는 중계기의 동작 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 변조 심볼은 상기 중계기와 목표 스테이션 사이에 미리 정의된 변조 방식에 따른 성상점(Constellation Point)의 확률을 이용하여 구하는 것을 특징으로 하는 중계기의 동작 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 변조 심볼은 각 성상점의 확률과 각 성상점의 좌표를 곱한 값들의 합으로 구하는 것을 특징으로 하는 중계기의 동작 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    각 성상점의 확률과 각 성상점의 좌표를 곱한 값들의 합과 하나의 성상점 사이의 거리가 일정 값 이하이면, 상기 하나의 성상점을 변조 심볼로 하는 것을 특징으로 하는 중계기의 동작 방법.
  6. 무선통신 시스템에서 중계기의 동작 방법에 있어서,
    수신 신호를 복호화하여 정보 비트들로 이루어진 정보 패킷으로 복원하는 단계;
    상기 정보 비트들 가운데 적어도 하나의 의심 비트를 선택하는 단계;
    상기 의심 비트 및 상기 의심 비트를 제외한 나머지 정보 비트들에 대한 확률 정보를 나타내는 제 1 확률 시퀀스를 구하는 단계;
    상기 정보 패킷을 부호화하여 코드 패킷을 구하고, 상기 제 1 확률 시퀀스를 이용하여 상기 코드 패킷을 구성하는 각각의 코드 비트의 확률 정보를 나타내는 제 2 확률 시퀀스를 구하는 단계; 및
    상기 제 2 확률 시퀀스를 이용하여 변조 심볼을 구하는 단계를 포함하는 중 계기의 동작 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 의심 비트는 0일 확률과 1일 확률의 차가 일정 값 이하인 정보 비트 또는 0일 확률과 1일 확률의 차가 가장 작은 소정의 개수의 정보 비트인 것을 특징으로 하는 중계기의 동작 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 정보 비트의 확률 정보는 상기 의심 비트의 0일 확률과 1일 확률이 각각 0.5이고, 상기 의심 비트를 제외한 나머지 정보 비트의 0일 확률과 1일 확률 중 더 큰 확률이 1인 것을 특징으로 하는 중계기의 동작 방법.
  9. 무선통신 시스템에서 중계기의 동작 방법에 있어서,
    수신 신호를 복호화하여 정보 비트들로 이루어진 제 1 정보 패킷으로 복원하는 단계;
    상기 정보 비트들 중 의심 비트들의 일부 또는 전부를 반전하여 적어도 하나의 제 2 정보 패킷을 생성하는 단계;
    상기 제 1 정보 패킷 및 상기 제 2 정보 패킷을 각각 부호화하여 복수의 코드 패킷들을 생성하는 단계; 및
    상기 복수의 코드 패킷들을 각각 변조하여 복수의 변조 심볼을 생성하고, 상 기 복수의 변조 심볼의 평균을 구하는 단계를 포함하는 중계기의 동작 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 의심 비트는 0일 확률과 1일 확률의 차가 일정 값 이하인 정보 비트 또는 0일 확률과 1일 확률의 차가 가장 작은 소정의 개수의 정보 비트인 것을 특징으로 하는 중계기의 동작 방법.
  11. 수신 신호를 복호화하여 정보 패킷으로 복원하고, 상기 정보 패킷을 구성하는 각각의 정보 비트의 확률 정보를 나타내는 제 1 확률 시퀀스를 구하는 복호기;
    상기 정보 패킷을 부호화하여 코드 패킷을 구하고, 상기 제 1 확률 시퀀스를 이용하여 상기 코드 패킷을 구성하는 각각의 코드 비트의 확률 정보를 나타내는 제 2 확률 시퀀스를 구하는 부호기; 및
    상기 제 2 확률 시퀀스를 이용하여 변조 심볼을 구하는 변조기를 포함하는 무선통신 시스템의 중계기.
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