KR20130019451A

KR20130019451A - 무선 시스템을 위한 협력 연접 코딩

Info

Publication number: KR20130019451A
Application number: KR1020137000710A
Authority: KR
Inventors: 어니스트 스제 위엔 로; 칼레드 벤 레타이에프
Original assignee: 링나 홀딩스 피티이., 엘엘씨
Priority date: 2007-05-07
Filing date: 2008-04-21
Publication date: 2013-02-26
Also published as: KR20100017096A; WO2009022240A3; US20120210196A1; CN102084615A; JP2011511478A; CN102084615B; EP2149197A2; US20080282133A1; JP5259696B2; KR101332528B1; KR101277843B1; EP2149197A4; WO2009022240A2; US8205132B2; US8495456B2

Abstract

둘 이상의 사용자 및 기지국 간의 무선 통신을 위해 협력 연접 코딩 기술이 제공된다. 협력 연접 코딩을 채용한 네트워크 시스템은 공동 메시지의 적어도 일부를 인코딩하고 송신하도록 각각 구성되는 협력 사용자 장치를 포함한다. 공동 메시지는 제1 협력 사용자 장치로부터의 제1 메시지의 적어도 일부 및 제2 협력 사용자 장치로부터의 제2 메시지의 적어도 일부를 포함한다. 일 실시예는 제1 협력 사용자로부터의 제1 메시지를 인코딩하는 단계와, 제2 협력 사용자로부터 제2 메시지를 수신하는 단계 및 상기 제2 메시지를 디코딩하는 단계를 포함한다. 방법론은 또한 결합된 메시지를 생성하기 위해 디코딩된 메시지의 적어도 일부를 제1 메시지의 적어도 일부와 재인코딩하는 단계 및 상기 결합된 메시지의 적어도 일부를 송신하는 단계를 포함한다.

Description

무선 시스템을 위한 협력 연접 코딩{COOPERATIVE CONCATENATED CODING FOR WIRELESS SYSTEMS}

본 발명은 무선 통신 시스템을 위한 협력 연접 코딩에 관한 것이다. 본 발명은, 2007년 5월 7일 출원되어, "무선 시스템을 위한 협력 연접 코딩(COOPERATIVE CONCATENATED CODING FOR WIRELESS SYSTEMS)"의 제목을 갖고, 그 내용 전체가 참조로써 본 명세서에 통합되는, 미국 임시 출원 번호 60/916,423호에 우선권을 주장한다.

종래의 셀룰러 네트워크에서, 모바일 장치는 각각 기지국과 통신하고 심한 채널 페이딩(channel fading)을 겪을 수 있다. 시간 및 주파수에서의 다이버시티(diversity) 기술은 시스템 성능을 향상시키기 위해 사용되었지만 종종 대역폭(bandwidth) 효율을 희생시킨다. 다중 안테나(multiple-antenna) 해법은 시스템 대역폭을 희생함이 없이 공간 다이버시티(spatial diversity)를 획득하기 위한 다른 시도로서 최근에 전개되었다. 하지만, 그들의 실현 가능성은 특히, 모바일 단말기에서 장치 크기(device dimension)에 의해 크게 제한되었다. 이러한 관점에서, 상이한 사용자가 출처부터 목적지까지 메시지를 릴레이(relay)하게 함으로써, 공간 다이버시티를 획득하기 위한 사용자 협력이 제안된다.

세 가지 일반적으로 사용되는 협력 전략은 증폭 및 전달(amplify-and-forward), 디코드 및 전달(decode-and-forward: DF) 및 코딩된 협력(coded cooperation: CC)이다. CC는 AF 및 DF와 비교하여 부가적인 코딩 이득(gain)을 부여한다. CC에서, 릴레이는 먼저 수신된 출처 메시지를 디코딩(decoding)하고, 목적지로 출처 메시지를 전달하기 전에 출처 메시지를 패리티 비트(parity bit)의 상이한 세트(set)로 재인코딩(re-encoding)한다. 이는 릴레이의 전달된 메시지에서 패리티 비트의 동일한 세트가 존재하는 AF 및 DF와 대조된다. 본질적으로, CC는 보다 강력한 채널 코드를 이용하고 상이한 다이버시티 경로를 통해 패리티 비트를 송신함에 의한 공간 다이버시티를 이용한다.

종래의 CC가 AF 및 DF와 비교하여 부가적인 코딩 이득을 획득할 수 있는 반면, 동일한 강력한 채널 코드를 채용하는 그의 비협력 상대방에 대한 향상은 협력 사용자에 의해 제공되는 다이버시티 브랜치(branch)에 오로지 의존한다. 이와 관련하여, 사용자가 송신기에서 주어진 채널 지식(knowledge)을 가진 적응형 시스템(adaptive system)에서 변조(modulation)와 코딩 구성(configuration)의 동일한 모드(mode) 및 목표 에러율(target error rate)을 공유하는 경우에서와 같이, 협력 사용자가 기지국에서 동일한 수신 신호 대 잡음 비(signal-to-noise ratio: SNR)로 동작하면 CC의 코딩 이득은 사라진다.

따라서, 향상된 시스템 및 방법은 공간 다이버시티 이득과 더불어 다른 잠재적 이익을 획득할 수 있는 CC를 위해 요구된다. CC에 대한 현재 설계의 상기 기술된 결점은 단지 현재의 설계의 몇 가지 문제점의 개요를 제공하는 것으로 의도되고 총망라(exhaustive)한 것으로 의도되지 않는다. 본 명세서에 기술된 종래 기술의 상태에 관한 다른 문제점 및 CC 기술의 상응하는 이익은 여러 가지 비한정적인 실시예의 아래 기술의 검토를 통해 보다 명확해질 것이다.

보다 상세한 설명과 첨부된 도면에서 추구하는 예시적이고 비한정적인 실시예의 여러 가지 특징의 기본적이거나 일반적인 이해를 할 수 있도록 돕기 위하여 본 명세서에 간략한 요약이 제공된다. 하지만 이러한 요약은, 광범위하거나 철저한 개요로서 의도되지 않는다. 이러한 요약의 유일한 목적은, 아래의 보다 상세한 설명의 서문과 같은 간단한 형태로 여러 가지의 예시적이고 비한정적인 실시예에 관한 약간의 개념을 나타내는 것이다.

여러 가지 실시예에서, 협력 연접(concatenated) 코딩이 둘 이상의 사용자 및 기지국 사이의 무선 통신을 위하여 제공된다. 일 실시예에서, 통신의 협력 연접 코딩을 채용한 네트워크 시스템이 제공된다. 상기 네트워크 시스템은 공동(joint) 메시지의 적어도 일부를 인코딩(encoding)하고 송신하기 위해 각각 구성된 둘 이상의 협력 사용자 장치를 포함할 수 있다. 공동 메시지는 제1 협력 사용자 장치로부터의 제1 메시지의 적어도 일부 및 제2 협력 사용자 장치로부터의 제2 메시지의 적어도 일부를 포함한다.

다른 예시적이고 비한정적인 실시예에서, 협력 연접 코딩 방법론은 제1 협력 사용자로부터 제1 메시지를 인코딩하는 단계와, 제2 협력 사용자로부터 제2 메시지를 수신하는 단계 및 상기 제2 메시지를 디코딩(decoding)하는 단계를 포함한다. 상기 방법론은 또한 결합된 메시지를 생성하기 위해 디코딩된 메시지의 적어도 일부를 제1 메시지의 적어도 일부와 재인코딩(re-encoding)하는 단계와, 상기 결합된 메시지의 적어도 일부를 송신하는 단계를 포함한다.

협력 연접 코딩을 위한 시스템 및 방법은 첨부하는 도면을 참조하여 더 기술된다.
도 1은 협력 연접 코딩 방법의 순서도를 도시한다.
도 2는 협력 연접 코딩 시스템의 상위 블록도를 도시한다.
도 3은 종래의 비협력, 종래의 코딩된 협력을 사용하는 고정된 타임슬롯(timeslot) 할당율(allocation ratio)을 가진 두 명의 사용자를 가진(two-user) 시스템을 비교적으로 도시한다.
도 4는 공동 사용자 협력 인코더를 포함하는 직렬 연접 컨볼루션(convolution) 코드 인코더의 상위 블록도를 도시한다.
도 5는 도 4의 공동 사용자 협력 인코더의 블록도를 도시한다.
도 6은 협력 연접 코드와 관련된 반복(iterative) 디코더의 블록도를 도시한다.
도 7은 공간 다이버시티 결함이 있는 시나리오(scenario)에서 상이한 수의 사용자에 대한 비트 에러율(bit error rate)을 나타낸다.
도 8은 공간 다이버시티 결함이 있는 시나리오에서 상이한 입력 블록(block) 크기에 대한 세 명의 협력 사용자의 비트 에러율을 나타낸다.
도 9는 공간 다이버시티 결함이 있는 시나리오에서 감소된 복잡도(reduced-complexity) 협력 인코더를 가지는 상이한 사용자간(inter-user) 채널 상태에 대한 비트 에러율을 나타낸다.
도 10은 본 명세서에 기술된 여러 가지 실시예가 실행될 수 있는 예시적이고 비한정적인 네크워킹된(networked) 환경을 나타낸 블록도이다.
도 11은 본 명세서에 기술된 여러 가지 실시예가 실행될 수 있는 예시적이고 비한정적인 컴퓨팅(computing) 시스템 또는 동작(operating) 환경을 나타낸 블록도이다.
도 12는 본 명세서에 기술된 하나 이상의 실시예에 의한 서비스에 적절한 네트워크 환경의 개요를 도시한다.

개요

상기 배경기술에서 언급한 바와 같이, 잠재적인 공간 다이버시티(spatial diversity) 이득과 더불어 다른 이익을 실현하는 코딩된 협력(coded cooperation)을 위한 향상된 시스템 및 방법이 요구된다. 여러 가지 비한정적인 실시예에서, 협력 사용자가 공간 다이버시티 이득으로부터 뿐만 아니라 보다 강력한 공동(joint) 사용자 채널(channel) 코드로부터 이익을 얻는 코딩된 협력 아키텍처(architecture)가 제공된다. 본 명세서에 기술된 기술을 사용하면, 인터리버(interleaver) 이득은 협력 사용자의 수와 함께 증가하는 데이터 통신 내에서 실현된다. 이러한 부가적인 성능 이득은 모든 협력 사용자의 수신 SNR이 기지국에서 동일하게 유지될 때에도 발생한다. 게다가, 같지 않은 메시지 크기를 가지는 둘 이상의 사용자 사이의 협력은 본 명세서에 기술된 여러 가지 기술을 통해 쉽게 획득된다. 또한, 일 실시예에서, 사용자간(inter-user) 채널이 "좋음(good)" 또는 만족스러운 것으로 결정되면, 감소된 복잡도(reduced-complexity) 협력 방법이 사용될 수 있다.

본 명세서에 따르면, 아래에 기술된 로드맵(roadmap)과 같이, 예시적인 협력 연접 코딩 아키텍처가 먼저 기술된다. 다음은 딜레이(delay) 및 복잡도(complexity) 고려 사항이 논의된다. 그리고 나서, 몇 가지 설계 기준 및 코드 선택이 논의된다. 그 다음, 블록 크기의 다양화, 협력 사용자의 수의 다양화 및 감소된 복잡도 협력 인코더를 사용한 비트 에러율(bit error rate)을 도시하여 본 명세서에 기술된 실시예의 몇 가지 성능 이익이 정량(quantify)된다. 결과적으로, 본 명세서의 여러 가지 협력 연접 코딩 기술의 적용 결과는 배경기술에서 언급된 것과 같은 단순한 종래의 협력 전략과 비교하여 공간 다이버시티의 이익과 더불어 상당한 코딩 이익을 보인다. 여러 가지 다른 실시예 및 기초 개념은 아래에서 보다 세부적으로 더 기술된다.

예시적인 협력 코딩 아키텍처

협력 코드 아키텍처 및 그 특징이, 공동 사용자 순환 구조적 컨볼루션 (recursive systematic convolutional: RSC) 내부(inner) 코드를 포함하는 채널 코드로서 협력 직렬 연접 컨볼루션 코드(cooperative serial concatenated convolution code: SCCC)를 제공하는 실시예와 관련하여 이제 기술된다. 시분할 다중 접속(time-division-multiple-access: TDMA) 업링크(uplink) 송신은 사용자가 특정 시간에 송신 또는 수신할 수 있는 반이중(half-duplex) 통신에 사용된다.

도 1은 예시적이고 비한정적인 실시예에 따른 협력 연접 코딩의 방법의 순서도를 도시한다. 단계(100)에서, 사용자 장치(본 명세서에서 사용자로도 언급됨)는 그 자신의 메시지를 인코딩(encoding)한다. 단계(110)에서, 상기 사용자는 협력 파트너(partner)의 메시지를 디코딩(decoding)한다. 단계(120)에서, 상기 사용자는 결합된 메시지를 생성하기 위해 상기 협력 파트너의 메시지를 상기 사용자의 자신의 메시지와 함께 재인코딩(re-encoding)한다. 단계(130)에서, 상기 사용자는 상기 결합된 메시지의 서브세트(subset)를 송신한다.

도 2는 다른 예시적이고 비한정적인 실시예에 따른 협력 연접 코딩 시스템의 상위 블록도를 도시한다. 도시된 예에서, 협력 연접 코딩 시스템(200)은 기지국(210) 및 제1 사용자 장치(220)와 제2 사용자 장치(230)의 두 개의 협력 사용자 장치를 포함한다. 기지국(210)은 제1 사용자 장치(220)에 의해 및/또는 제2 사용자 장치(230)에 의해 송신되는 데이터를 수신하도록 동작한다. 도시된 예에서, 제1 사용자 장치(220)는 기지국으로의 제1 메시지(S1)를 송신하고, 제2 사용자 장치(230)는 기지국으로의 제2 메시지(S2)를 송신한다.

또한, 각 협력 사용자 장치는 채널을 청취(listen)하여 다른 사용자 장치의 메시지를 디코딩하려고 시도한다. 성공적인 디코딩에 따라, 공동(joint) 메시지(Q)는 모든 협력 사용자의 메시지를 공동으로 사용하여 인코딩된다. 그 다음, 각 사용자 장치는 Q의 서브세트를 기지국으로 송신한다. 도 2의 예에서, 간략화의 목적으로 오직 두 개의 사용자 장치만이 도시된다. 하지만, 본 발명은 두 개의 협력 사용자 장치로 한정되지 아니하고 임의의 수의 협력 사용자 장치가 사용될 수 있음이 이해되어야 한다. 더불어, 비록 도 2의 예는 Q의 제1 서브세트를 송신하는 제2 사용자 장치(230) 및 Q의 제2 서브세트를 송신하는 제1 사용자 장치(220)를 도시하지만, 특정 사용자 장치에 의한 Q의 특정 부분의 송신은 예상되는 다수의 요소 또는 본 명세서에 언급된 다른 요소에 의존하여 다양화될 수 있다.

종래의 비협력, 종래의 코딩된 협력 및 본 명세서에 기술된 여러 가지 실시예 사이의 아키텍처적인(architectural) 차이를 설명하는 도 3에서 보다 세부적인 두 명의 사용자를 가진(two-user) 예가 주어진다. 이와 관련하여, 일 실시예에 따른 RSC 내부 코드를 가진 SCCC의 선택 및 연접 코드의 다른 형태는 아래에서 보다 세부적으로 설명된다. 이하의 여러 가지 실시예들의 설명에 있어 다음의 기호가 사용된다.

는 사용자 k의 비트

의 블록의 세트를 나타낸다. 사용자 k의 i번째 코딩된 블록의 코딩된 비트는 도 3에 도시된 바와 같이

및

로 표시되는 두 개의 서브세트로 나뉘어 진다. 일반적인 사용자가 본 명세서에 언급되면, 위 첨자는 버려진다.

일반적으로 "(a)"로 지정된 도 3의 서브세트에서, 종래의 비협력 구성(scheme)이 도시된다. 이러한 종래의 구성에서, 각 사용자는 다른 사용자로부터의 협력 없이 그 자신의 타임슬롯(timeslot) 동안에 그 자신의 데이터를 단순히 송신한다. 일반적으로 "(c)"로 지정된 도 3의 서브세트에서 종래의 코딩된 협력 구성이 도시된다. 종래의 코딩된 협력 구성은 출처 사용자가 그의 코딩된 비트

의 제1 세트를 기지국으로 송신하면, 협력 파트너가 채널을 청취하고 메시지를 디코딩하려고 시도하는 점에서, "(a)"의 비협력 접근법과 차이가 있다. 성공적인 디코딩에 따라, 파트너는 메시지를 재인코딩하고 출처가 제2 세트

를 기지국으로 송신하는 것을 돕는다.

하지만, 디코딩 실패가 감지되면, 상기 구성은 비협력 모드(mode)로 되돌아가거나 부분적인 협력 모드로 된다. 제1 예에서, 실패한 사용자는 그 파트너에게 실패에 대해 알리고, 두 명의 사용자 모두는 그들 자신의

를 협력없이 송신한다. 제2 예에서, 실패한 사용자는 역시 협력 타임슬롯 내에서 그 대신에 그 자신의

를 송신하지만 그 파트너에게 실패를 알리지 않는다. 이는 잠재적으로 파트너의 에러 성능을 희생하여 그 자신의

상의 실패한 사용자에 대한 부가적인 다이버시티 이득을 초래하고, 이는 더 약한[더 높은 코드율(code-rate)] 채널 코드에 의해 보호된다.

일반적으로 "(b)"로 지정된 가운데의 도 3의 서브세트에서, 코딩된 협력 아키텍처의 예시적이고 비한정적인 실시예가 도시된다. 도시된 바와 같이, 협력 파트너에 의해 송신된 코딩된 비트는 더 이상 서브세트 "(a)" 및 "(c)"에서와 같은 개별 사용자의

가 아니고, 모든 K 명의 협력 사용자의 메시지를 사용해 공동으로 인코딩되는

로 표시되는 코딩된 비트의 새로운 세트이다. 따라서, 할당된 타임슬롯의 수에 의존하여, 각 사용자는

의 서브세트를 송신한다.

예비 협력 그룹(group)은 송신에 앞서 형성되는 것으로 여겨진다. 사용자는 먼저 SCCC 기반 시스템을 사용하는 실시예에서 그들의 외부(outer) 코드워드(codeword)에 상응하는, 그들의 코딩된 비트

의 제1 세트를 순차적으로 송신한다. 그 다음, 임의의 디코딩 실패의 발생에 관하여 협력 파트너 및 기지국으로 동시에 보고하기 위하여 짧은 시간(period)이 모든 사용자에게 제공된다. 임의의 다른 사용자의 메시지의 디코딩 실패를 접한 사용자는 협력 그룹으로부터 배제될 수 있고 그들 자산의 메시지 인코딩으로 돌아갈 수 있다. 사용자는 코딩된 비트의 다음 세트 즉, 그들 자신의 코딩된 비트 또는 협력적으로 인코딩된 비트를 교대로 송신한다.

상기 언급한 바와 같이, 여러 가지 비한정적인 실시예에서, 본 명세서에 기술된 코딩된 협력 아키텍처는 연접 코드의 인터리버 이득을 이용한 공간 다이버시티의 이득과 더불어 다른 차원의 성능 향상을 제공한다. 사용자 협력을 통해, 인터리버 이득은 상당히 증가될 수 있어 보다 강력한 전체 채널 코드가 형성된다. 게다가, 이러한 프레임워크(framework)는 협력 사용자의 수 및 메시지 블록 길이에 관하여 협력 유동성(flexibility)를 가능하게 한다. 상기 개념은 또한 도 3의 서브세트 "(b)"에 도시한 바와 같은 복수의 사용자에게 또는 함께 송신하는 모든 사용자에게 확장될 수 있다. 예를 들어, 만약 모든 사용자가 함께 송신하고 있다면, 송신기에서의 채널 상태 정보가 사용될 수 있다. 협력 사용자간의 비대칭의 그리고 임의의 메시지 블록 길이는 또한, 서브세트 "(b)" 및 "(c)"에서 설명한 바와 같이, 타임슬롯 할당율(allocation rate)을 변경할 필요 없이, 지원될 수 있다.

SCCC는 협력 코드 구조의 여러 가지 실시예에서 사용되고, 특정 사용자 k를 위한 인코더가 도 4에서 도시된다.

는 외부 인코더(410), 인터리버(420) 및 RSC 내부 인코더(430)을 사용하여 인코딩될 사용자의 출처 메시지를 나타낸다.

는 부가 백색 가우시안 잡음(additive white Gaussian noise: AWGN)을 가진 페이딩 채널(fading channel)을 통과하는 다른 사용자 k'로부터 수신된 외부 코드워드 비트

의 세트를 나타낸다. 동일한 또는 비슷한 인터리버는 모든 사용자를 위한 공동 사용자 협력 인코더(440) 내에 적용될 수 있다.

도 5에 도시된 공동 사용자 협력 인코더(500)의 K-1명의 협력 사용자의 코덱(codec)(510)을 이용해 성공적으로 디코딩된 모든 다른 K-1명의 사용자 메시지를 각각 가진 K 명의 전체 협력 사용자가 존재한다고 가정한다. 도시된 바와 같이, 모든 K명의 사용자로부터의

는 코덱(510)의 여러가지 외부 디코더(512, 514) 당 등가(equivalent) 단일 사용자 외부 코드워드로서 취급될 수 있고, 그 다음, 그들이 공동 사용자 RSC 내부 인코더(530)를 사용하여 인코딩되기 전에 의사 난수(pseudo-random) 인터리버를 통과한다. 공동 사용자 RSC 내부 인코더(530)의 구조적(systematic) 비트는 개별 사용자에 의해 기지국으로 이미 송신된 모든 사용자의 외부 코드워드

를 나타낸다. 따라서, 패리티 비트

의 세트는 할당된 타임슬롯의 각 수에 따르는 서브세트만을 오로지 송신하는 각 사용자와 함께, 협력 타임슬롯 내에 송신된 유일한 비트일 수 있다.

단일 입력 단일 출력(single-input-single-output: SISO) 컴포넌트(component) 디코더(620)를 가진 기지국의 예시적인 반복 디코더(600)가 도 6에 도시된다.

및

는 기지국의 사용자 k로부터 수신된 내부 코드워드 비트

및 외부 코드워드 비트

를 각각 나타낸다. 그들은 먼저, 비트들을 내부 SISO 디코더(620) 및 디인터리버(deinterleaver)(630)로 공급하기 전에, 비트들을 공동 사용자 내부 코드의 상응하는 코드워드 시퀀스(sequence)의 적절한 위치에 재정렬(rearrange)하는 코드워드 믹서(mixer)(610)를 통과한다.

는 디인터리버(630)으로부터 출력된

의 외부 정보(extrinsic information)를 나타낸다.

는 외부 SISO 디코더 k(640)으로부터 출력된

의 외부 정보를 나타낸다.

은 결정이 내려질 수 있는 사용자 k의 메시지의 사후 정보(a posteriori information)이다.

딜레이 및 복잡도 고려 사항

많은 시스템에서, 에러 성능 이득, 메시지 딜레이 및 실행 복잡도 간의 트레이드 오프(trade-off)가 종종 존재한다. 이와 관련하여, 에러율 향상에 대한 트레이드 오프는 사용자 입력 디코딩 딜레이이다. 사용자 입력 디코딩 딜레이는 사용자 메시지가 인코더로 입력되는 것으로부터 시작하여 메시지가 회복될 상응하는 유효(valid) 코드워드의 출력까지의 시간 기간(time period)으로 정의될 수 있다. 내부 코드워드가 모든 사용자 메시지로부터 공동으로 인코딩되므로, 최대 입력 디코딩 딜레이

는 제1 송신 사용자에 의해 경험될 수 있고 수학식 1에 의해 특징지어진다.

는 K명의 사용자 협력 프레임워크에서 협력 사용자 k에 대해 그 메시지 블록을 위해 스케쥴링된(scheduled) 총 시간 기간이다. 사용자가 동일한 메시지 블록 크기를 가질 때, 최대 딜레이는 협력 사용자의 수와 정비례한다. 그럼에도 불구하고, 협력은 종종 프레임 내에서 수행되므로, 이러한 입력 딜레이는 오로지 프레임에 의해 상계(upper-bound)되고 비협력 시스템 내에서 재송신에 의해 경험되는 딜레이에 종종 바람직하다. 협력에 의해 감소되는 기지국에서의 확장된 디코딩 딜레이는, 거기에서 이용 가능한 큰 처리 능력의 관점에서 단일 사용자 시나리오에 비교하여 무시할 만하다고 여겨진다.

복잡도에 관해서, 모든 사용자에 대한 주요 증가는 도 5에 도시된 바와 같이, 부가적인 K-1명의 협력 사용자의 외부 디코더(512, 514)에 의한 것이다. 이는 사용자가 패리티 비트의 상이한 세트로 재인코딩하기 전에 파트너 메시지를 성공적으로 디코딩하려고 시도하는 코딩된 협력 아키텍처에 대한 적당한 제한이다. 다른 측면에 따르면, 본 명세서에 기술된 실시예는 시스템의 전체 복잡도를 더욱 감소시킨다. 예를 들면, 일 실시예에서, 사용자간 채널이 만족스러운 품질일 때, K-1명의 협력 사용자의 내부 디코더는, 상응하는 인코더와 함께, 수신된

상에 직접적으로 경판정(hard-decision)이 내려지는 K-1개의 복조기(demodulator)에 의해 간단히 대체될 수 있다. 복잡도의 이러한 감소는 많은 종래의 시스템에서 불가능하다. 게다가, 천공(punctured) 연접 코드에 기반한 협력을 가진 종래의 시스템에서, 조력(helping) 파트너에 반복 디코더가 요구되는 곳에서 복잡도 문제는 중요하다.

몇 가지 설계 기준 및 코드 선택

공간 다이버시티 및 복잡도의 감소와 더불어, 협력 사용자의 수와 함께 증가하는 인터리버 이득이 획득될 수 있다. 이러한 타입의 인터리버 이득을 획득하기 위해서, 첫 번째 문제는 병렬(parallel) 연접 코드를 사용할지 직렬(serial) 연접 코드를 사용할지 하는 것이다. 두 개의 터보(Turbo) 코드 모두 및 SCCC는 인터리버 이득을 획득한다. 인터리버 이득은 다음의 수학식 2에 보인 바와 같이, 주어진 인터리버 크기 N에 대해 높은 SNR에서 비트 에러율(bit error rate: BER)과 다음과 같은 관계를 갖는다.

은 인터리버 이득이고

은 코드 구조 및 컴포넌트 코드의 특성에 의존하여 획득되는 최대 지수(exponent)이다. 이와 관련하여, 터보 코드를 사용하는 것에 대해

은 언제나 참이다. 반면에, SCCC에 대해 최대 지수는 수학식 3과 같이 주어진다.

는 외부 코드의 자유 거리(free distance)를 나타내고

는 x의 정수부를 나타낸다. 따라서, SCCC는 터보 코드를 사용하는 것에 대한 선택적 대안이다.

또한, 코드워드 분리성과 관련하여, 코드가 코딩된 협력을 위해 사용될 경우, 코드 워드는 상기 기술한 바와 같이 두 개의 세트로 분할될 수 있다. 여기서 제1 세트는 파트너가 전체 코드뿐만 아니라 메시지도 디코딩하도록 충분히 강력하다. 언급한 바와 같이, 인터리버 이득은 사용자 협력에 의해 향상될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 사용자의 메시지는, 그들의 파트너로부터 수신된 제1 세트가 디코딩된 후에 각 협력 사용자에서 몇 가지 방법으로 공동으로 인코딩될 수 있다. 선택된 코드는 이러한 동작을 도와서 개별적으로 인코딩된 제1 세트 및 모든 협력 사용자로부터 공동으로 인코딩된 제2 세트는 향상된 인터리브 이득을 가진 강건한 연접 코드를 함께 형성한다.

상기 언급한 바와 같이, 일 실시예에서, 구조적 내부 코드(예컨대, 공동 사용자 RSC)를 가진 SCCC 구조가 적용될 수 있다. 기술된 바와 같이, 본 실시예에서, 각 사용자의 외부 코드워드는 그들의 제1 세트

로서 구실하고 공동 사용자 SCCC에 대한 더 큰 외부 코드워드를 형성하기 위해 성공적으로 디코딩 및 재인코딩한 후 다른 사용자의

와 결합된다. RSC 내부 코드를 가진 일 실시예에서, 오로지 공동 사용자 내부 코드워드의 패리티 비트만이 제2 세트

로서 구실하는데 요구된다. 결합된 코드워드는 더 커진 인터리버를 적용한 확대된 입력 데이터 블록을 가진 일반적인 단일 사용자 SCCC 코드워드와 유사하다. 하지만, 등가 외부 코드는 협력 사용자의 외부 코드의 연접이다. 등가 입출력 가중치 열거 함수(input-output weight enumerating function: IOWEF)

는 수학식 4로 표현된다.

는 사용자 k의 외부 컨볼루션 코드의 등가(equivalent) 블록 코드의 IOWEF이고

는 가중치 w의 입력 워드에 의해 생성되는 가중치 h를 가지는 코드워드의 수를 나타낸다. 따라서, 등가 외부 코드의 코드워드의 최소 해밍(Hamming) 가중치는 수학식 5에 의해 주어질 수 있다.

는 사용자 k의 외부 컨볼루션 코드의 자유 거리를 나타낸다. 공간 제한으로 인해, 이러한 협력 코드의 정확한 분석은 본 명세서에서 논의되지 않는다. 분석은 등가 외부 코드의 상이한 성질의 점에서 SCCC와 약간 상이하다. 하지만, 이러한 등가 외부 코드를 가진 SCCC의 N의 최대 지수 즉, 인터리버 크기는 수학식 5를 사용하여 수학식 3에 의해 상계될 수 있다는 점이 나타날 수 있다. 따라서, 이는 특정된 상응하는 인터리버 이득이 보장될 수 있는 설계 기준으로서 수학식 3 및 수학식 5를 사용하면 충분하다.

상기 언급한 바와 같이, 전체 등가 코드 및 개별 컴포넌트 코드 모두는 좋은 코드이어야 한다. 따라서, 바람직한 코드는 컴포넌트 코드가 향상되면 동시에 전체 코드가 상당한 향상을 하는 특징이 있어야 한다. SCCC가 좋은 선택인데 그 이유는 그 인터리버 이득이, 내부 코드가 순환하면, 수학식 3 및 수학식 5에 보여진 바와 같이 등가 외부 코드의 자유 거리에 의해 오로지 특징지어지기 때문이다. 또한, 종래 시스템은 간단한 내부 코드가 AWGN 및 페이딩 채널 모두에서 좋은 에러 성능을 전달하기에 충분하다고 설명한다. 이는 도 6의 공동 사용자 내부 디코더에 의해 도시된, 사용자 협력 내의 확장된 입력 블록 사이즈로 인한 부가적인 디코딩 복잡도는 최소화될 수 있다는 것을 뜻한다.

예시적인 성능 이익의 정량화

도 7 및 도 8은 각각 상이한 수의 협력 사용자 및 입력 블록 크기에 대한 협력 코딩 아키텍처의 일 실시예의 성능을 나타낸다. 송신 동안 채널이 일정한 준정적(quansi-static) 페이딩이 고려된다. 본 실시예의 특징을 더 잘 설명하기 위해, 모든 사용자의 수신 SNR이 기지국에서 일정하게 유지되는 적응형 시스템의 시나리오가 고려된다. 많은 종래의 코딩된 협력 시스템에서, 공간 다이버시티가 이용 불가능하면 아키텍처는 단일 사용자의 경우로 감소될 것이다. 도 9는 상이한 사용자간 채널 상태에 대한 감소된 복잡도 협력 인코딩 구조의 일 실시예를 나타낸다. 도 7 내지 도 9의 각각에서, 1/3 비율의 SCCC는 각각 하기의 수학식과 같은 생성(generating) 행렬 Gout 및 Gin으로 특징지어지는 [관측 표준형(observer canonical form)의] 4-상태(4-state) 외부 코드 및 4-상태 내부 코드를 가진 모든 사용자에 대해 적용된다.

외부 코드의 자유 거리는

의 인터리버 이득에 상응하는 5이다. 이러한 아키텍처에서, N은 사용자로부터의 모든 외부 코드워드의 총 길이에 상응한다. 직교 위상 편이 변조(quadrature phase shift keying: QPSK)는 일 실시예에서 각 직교(orthogonal) 채널이 하나의 독립적인 코딩된 비트를 가지는 변조 구성으로서 선택된다. 사용자간 채널은 달리 특정되지 않는다면 완벽한 것으로 여겨진다. 실제로, 코딩된 협력은 사용자간 채널이 적당히 좋을 때 바람직하다. 사용자간 채널이 독립적인 것으로 가정한다. 사용자간 채널에 대한 주어진 프레임 에러율(frame error rate: FER)에 대해, K명의 사용자간의 총 협력의 가능성은 다음의 수학식과 같다.

예컨대, 2차 에러율 감소에 상응하는 5명의 협력 사용자를 가진 FER = 0.01 일 때, 사용자간의 총 협력의 가능성은 충분히 높다.

도 7의 예에서, 곡선(700)으로 나타난 바와 같이 에러율은 종래의 CC를 통한 사용자 협력에 의해 상당히 감소되는 것이 관찰될 수 있다. 비록 인터리버 이득은 최대 우도(maximum likelihood: ML) 디코딩의 성능을 참조하지만, 1.5 dB로부터 시작하는 6번의 반복만으로 반복 디코더에 대하여 비슷한 이득이 획득될 수 있다. 서로 협력하는 3명의 사용자를 가진 곡선(710)를 참조하고, 1명의 사용자를 가진 곡선(740)과 비교하면, BER은 2x10^-2에서 2x10^-3(~1차 이득)으로 감소되고, 두 명 이상의 사용자가 협력 송신에 참여하면 예측된 곡선과 가까운 곡선(720)에 의해 도시된 바와 같이 4x10^-4(~2차 이득)으로 더 감소된다. 500개의 입력 비트를 가진 단일 사용자의 구성은 또한, 5명의 사용자를 가진 협력의 경우에 대한 참조로서 앞에 논의된 바와 같은 그들의 등가 외부 코드의 차이의 효과를 연구하기 위해 곡선(730)에 의해 주어진다. 이 예에서, 그들은 동일한 인터리버 크기를 공유하며 분명히 동일한 BER을 달성한다.

도 8의 예에서 보인 바와 같이, 블록 크기가 증가될 때, BER의 성능 이득은 협력 사용자의 수의 증가에 의해 획득되는 경향(trend)과 같은 경향을 따른다. 수학식 3에 의해 나타낸 바와 같이, 인터리버 이득은 전체 블록 크기가 증가되는 횟수에 비례한다. 하지만, 일반적으로, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 상이한 전체 입력 블록 크기(인터리버 크기)에 대하여 현저해지는 인터리버 이득에 대한 몇몇 SNR 임계값(threshold)이 존재한다. 곡선 점(800, 810, 820)에 의해 도시한 바와 같이, 1dB에서, 곡선(800)부터 곡선(810)까지, 100비트의 입력 블록 크기부터 200비트(2배)까지 거의 1차 이득이 존재하고, 곡선(800)부터 곡선(820)까지, 100비트의 입력 블록 크기부터 400비트(4배)까지 1차 이상의 이득이 존재한다. 하지만, 사용자의 수가 1부터 5로(5배) 증가될 때 조차도 더 작은 이득(< 1차)이 획득된다는 것이 도 7의 곡선 점(750, 760)에서 관찰될 수 있다. 이는 전체 성능 상의 인터리버 이득의 중요성은 더 낮은 SNR에서 더 큰 입력 블록 크기에 대해 더 일찍 시작한다는 점을 알려준다. 곡선(830)은 반복 없는 경우를 곡선(800, 810,820)의 6번 반복의 경우에 비교하여 도 8에 도시된다.

앞에서 논의된 감소된 복잡도 협력 인코더의 일 실시예에 있어서, 순환 중복 검사(cyclic redundancy check)가 수행될 수 없을 때 경판정은 모든 사용자로부터 외부 코드워드 비트 상에 직접적으로 내려진다. 따라서, 그들은 AWGN 및 독립적이고 동일하게 분포된(i.i.d.) 에러를 초래할 수 있는 송신 동안의 일정한 페이딩의 영향을 받는다. 도 9에서, 예시적인 감소된 복잡도 협력 인코더를 가진 코딩된 협력의 일 실시예는 여러 가지 사용자간 채널 상태에 대하여 그들의 언코딩된(uncoded) BER에 의해 평가된다. 언코딩된 BER 10^-6에서, 곡선(900)에서 성능은 곡선(910)에서의 완벽한 사용자간 채널의 경우와 본질적으로 같다. 곡선(920, 930)의 언코딩된 BER이 10^-4 또는 10^-3일 경우, 1차 이득은 일반적으로 여전히 획득될 수 있다. 하지만, 에러 전파는 이러한 상황에서 심각한 문제가 될 수 있거나, 사용자간의 상황에서 더욱 좋지 않게 될 수 있다. 반복의 수가 3번 이상이면 발산이 일어나고, 열화된(degraded) 성능을 초래한다. 더 높은 SNR 에러에서, 에러 전파 문제로 인하여 바닥이 상승할 수 있다. 곡선(940)은 6번 반복의 협력이 없는 경우로서 비교를 위해 제시되었고 곡선(950)은 반복이 없는 경우의 표시이다.

도 7 내지 도 9의 예에서 설명한 바와 같이, 여러 가지 실시예에서 기술된 협력 코딩 아키텍처는 종래의 시스템에 비해 흥미로운 에러 성능 이득을 획득한다. 이득은 협력 사용자의 수 또는 입력 블록 크기의 증가에 의해 커진다. 이러한 이득은 단지 한정된 수의 반복 예컨대, 4번의 반복만을 사용한 반복 디코더에 의해 획득될 수 있다. 예를 들면, 협력에서 5명의 사용자만으로 비트 에러율은 실질적인 관심이 있는 BER(10^-3 이하)에 대해 2차로 감소될 수 있다. 또한 프레임 에러율에 대해 비슷하게 향상된 경향이 본 명세서에 기술된 기술을 사용하여 획득된다.

결론

여러 가지 비한정적인 실시예에서, 협력 연접 코딩 전략이 다중 사용자 무선 네트워크에 대하여 제공된다. 기술은 상이한 협력 사용자로부터의 공간 다이버시티가 성능 향상을 위해 요구되는 종래의 시스템과 대조적으로, 공간 다이버시티 이외에 부가적인 코딩 이익을 포함한다. 특히, 에러율의 두드러진 감소는 적응형 송신 시스템에서와 같이, 기지국에서 모든 협력 사용자의 수신 SNR이 특정 수준으로 유지될 때에도 획득될 수 있다. 연접 코드의 인터리버 이득의 개념이 적용되고 에러율의 상당한 감소는 협력 사용자의 수의 증가에 의해 획득될 수 있다.

기술한 바와 같이, 동일하지 않은 메시지 크기를 가진 복수의 협력 사용자는, 할당된 채널(타임슬롯)의 수에 의해 사용자간의 형평성에 영향을 미치는 일 없이, 협력 네트워크에서 지원될 수 있다. 감소된 복잡도 협력 인코딩 구조도 사용자간 채널이 충분한 품질을 가진 것으로 즉, 사용을 위한 미리 설정된 기준에 맞는 것으로 결정될 때, 사용을 위해 제공된다. 코드 설계 기준 및 적절한 코드의 선택이 검토되었고 RSC 내부 코드를 가진 SCCC는 효과적인 후보로 제시되었다. 성능은, 종래의 코딩된 협력 전략이 그의 비협력적 상대방을 통해 어떠한 성능 향상도 전하지 않는 적응형 송신 시스템의 시나리오에서 평가된다. 예를 들면, 5명의 사용자가 협력하였을 때 2차 비트 에러율 감소는 간단한 1/3 비율의 직렬 연접 코드로 획득되었다. 단지 2명의 사용자로도, 에러율은 이러한 시나리오에서 적어도 1차 감소되었다.

예시적인 컴퓨터 네트워크 및 환경

당업자는 본 명세서에 기술된 다양한 실시예의 협력 연접 코딩이 임의의 컴퓨터 또는 다른 클라이언트나 서버 장치와 관련하여 구현될 수 있음을 이해할 것이며, 이들 장치는 컴퓨터 네트워크 또는 분산 컴퓨팅 환경의 일부분으로 배치될 수 있고, 임의의 종류의 데이터 저장소에 연결될 수 있다. 이 점에서, 본 명세서에 기술된 다양한 실시예들은 임의의 개수의 메모리 또는 저장부(storage unit), 및 임의의 수의 저장부에 걸쳐 일어나는 임의의 개수의 애플리케이션 및 프로세스를 갖는 임의의 컴퓨터 시스템 또는 환경에서 구현될 수 있다. 이는, 네트워크 환경 또는 분산 컴퓨팅 환경에 배치되어 원격 또는 로컬 저장소를 갖는 서버 컴퓨터들 및 클라이언트 컴퓨터들을 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다.

분산 컴퓨팅은 컴퓨팅 장치들 및 시스템들 사이의 통신 교환에 의하여 컴퓨터 자원 및 서비스의 공유를 제공한다. 이들 자원 및 서비스들은 정보의 교환, 캐시 저장소(cache storage) 및 파일들과 같은 객체들의 디스크 저장소를 포함한다. 이들 자원 및 서비스들은 또한 다수의 처리 장치(processing unit)에 걸친 부하 분배(load balancing)를 위한 처리 전력의 공유, 자원의 확대, 처리의 전문화(specialization), 등을 포함한다. 분산 컴퓨팅은 네트워크 연결의 이점을 취하여, 클라이언트들이 전체 체계를 이롭게 하기 위해 그들의 집합적인 전력을 이용할 수 있게 한다. 이 점에서, 다양한 장치들은 본 명세서의 다양한 실시예들에 기술된 협력 연접 코딩의 하나 이상의 측면을 구현할 수 있는 애플리케이션, 객체 또는 자원을 가질 수 있다.

도 10는 예시적인 네트워크 접속된 또는 분산된 컴퓨팅 환경의 개략도를 제공한다. 분산 컴퓨팅 환경은 컴퓨팅 객체(1010, 1012, 등) 및 컴퓨팅 객체 또는 장치(1020, 1022, 1024, 1026, 1028, 등)을 포함한다. 컴퓨팅 객체 또는 장치(1020, 1022, 1024, 1026, 1027, 등)는 애플리케이션(1030, 1032, 1034, 1036, 1038)으로 대표되는 프로그램, 방법, 데이터 저장소, 프로그래머블 로직(programmable logic), 등을 포함할 수 있다. 객체(1010, 1012, 등) 및 컴퓨팅 객체 또는 장치(1020, 1022, 1024, 1026, 1028, 등)는 PDA, 오디오/비디오 장치, 이동 전화, MP3 플레이어, 개인용 컴퓨터, 랩탑(laptop), 등 상이한 장치들을 포함할 수 있음이 이해될 수 있다.

각 객체(1010, 1012, 등) 및 컴퓨팅 객체 또는 장치(1020, 1022, 1024, 1026, 1028, 등)는 하나 이상의 다른 객체(1010, 1012, 등)나 컴퓨팅 객체 또는 장치(1020, 1022, 1024, 1026, 1028, 등)와 통신 네트워크(1040)를 통하여 직접적 또는 간접적으로 통신할 수 있다. 도 10에는 단일한 구성 요소로 도시되나, 네트워크(1040)는 도 10의 시스템에 서비스를 제공하는 다른 컴퓨팅 객체 및 컴퓨팅 장치를 포함할 수 있으며/있고 도시되지는 않으나 상호 연결된 다수의 네트워크를 대표할 수도 있다. 각 객체(1010, 1012, 등 또는 1020, 1022, 1024, 1026, 1028, 등)는, 본 명세서의 다양한 실시예에 따라 제공되는 협력 연접 코딩 아키텍처와의 통신 또는 이의 구현에 적합한, 애플리케이션(1030, 1032, 1034, 1036, 1038)과 같이 API를 이용하는 애플리케이션, 또는 다른 객체, 소프트웨어, 펌웨어 및/또는 하드웨어를 포함할 수 있다.

분산 컴퓨팅 환경을 지원하는 다양한 시스템, 컴포넌트, 및 네트워크 구성이 있다. 예를 들어 컴퓨팅 시스템들은, 로컬 네트워크 또는 넓은 분산 네트워크(widely distributed network), 무선 또는 유선 시스템들에 의하여 서로 연결될 수 있다. 현재, 많은 네트워크들이 인터넷에 연결되어 있으며, 인터넷은 넓은 분산 네트워크를 위한 토대(infrastructure)를 제공하고 많은 상이한 네트워크를 포함하나, 임의의 네트워크 토대가 다양한 실시예에 기술된 협력 연접 코딩에 부수하는 예시적인 통신으로 이용될 수 있다.

따라서, 클라이언트/서버, 단대단(peer-to-peer), 또는 하이브리드 설계 등의 네트워크 위상(topology) 및 네트워크 토대의 호스트가 활용될 수 있다. "클라이언트"는 관련되지 않은 다른 클래스(class) 또는 그룹의 서비스를 사용하는 클래스 또는 그룹의 일원(member)이다. 클라이언트는 다른 프로그램 또는 프로세스에 의해 제공되는 서비스를 요청하는 프로세스 즉, 개략적으로 명령어 또는 태스크(task)의 세트일 수 있다. 클라이언트 프로세스는 다른 프로그램 또는 서비스 그 자체에 대한 어떠한 작업 세부사항도 "알(know)" 필요 없이 요청된 서비스를 이용한다.

클라이언트/서버 설계에서, 특히 네트워크 접속된 시스템의 경우, 클라이언트는 종종 다른 컴퓨터, 예컨대, 서버에 의해 공유된 네트워크 자원에 접근하는 컴퓨터이다. 비제한적인 예시로서, 도 10의 도시에서 컴퓨터(1020, 1022, 1024, 1026, 1028, 등)가 클라이언트이며 컴퓨터(1010, 1012, 등)가 서버로 여겨질 수 있다. 이때 서버(1010, 1012, 등)는 클라이언트 컴퓨터(1020, 1022, 1024, 1026, 1028, 등)로부터의 데이터 수신, 데이터 저장, 데이터 처리, 클라이언트 컴퓨터(1020, 1022, 1024, 1026, 1028, 등)로의 데이터 전송 등의 데이터 서비스를 제공한다. 그러나 환경에 따라 임의의 컴퓨터라도 클라이언트, 서버, 또는 양쪽 모두로 여겨질 수 있다.

서버는 일반적으로 인터넷 또는 무선 네트워크 토대와 같은 원격 또는 로컬 네트워크를 통해 접근 가능한 원격 컴퓨터 시스템이다. 클라이언트 프로세스는 제1 컴퓨터 시스템에서 활동하며, 서버 프로세스는 제2 컴퓨터 시스템에서 활동하고, 이들은 통신 매체를 통해 서로 통신하여 분산 기능을 제공하고 다수의 클라이언트가 서버의 정보 수집 능력을 이용하도록 할 수 있다. 협력 연접 코딩을 수행하기 위한 기술에 따라 활용되는 임의의 소프트웨어 객체가 독립적으로(standalone) 제공될 수 있으며, 또는 복수의 컴퓨팅 장치 또는 객체에 분산되어 제공될 수 있다.

예컨대 통신 네트워크/버스(1040)가 인터넷인 네트워크 환경에서, 서버(1010, 1012, 등)은 웹 서버이며, 클라이언트(1020, 1022, 1024, 1026, 1028, 등)는 하이퍼텍스트 전송 프로토콜(hypertext transfer protocol; HTTP) 등의 많은 공지된 프로토콜 중 임의의 것을 통하여 서버(1010, 1012, 등)와 통신할 수 있다. 서버(1010, 1012, 등)는 또한 분산 컴퓨팅 환경의 특성에 따라 클라이언트(1020, 1022, 1024, 1026, 1028, 등)으로 동작할 수 있다.

예시적인 컴퓨팅 장치

언급한 바와 같이, 본 명세서에 기술된 기술은 바람직하게는 협력 사용자의 세트로부터 데이터를 송신하는 것이 바람직한 임의의 장치에 적용될 수 있다. 따라서, 핸드헬드(handheld), 휴대형 및 기타 모든 종류의 컴퓨팅 장치들 및 컴퓨팅 객체들이 다양한 실시예와 관련하여 사용이 기대될 수 있으며, 즉, 장치가 데이터를 송신(또는 수신)하기 원하는 임의의 곳에 사용이 기대될 수 있다. 따라서, 이하의 도 11에 기술된 범용 원격 컴퓨터는 컴퓨팅 장치의 단지 하나의 실시예이다. 또한 본 명세서에 기술된 협력 연접 코딩을 구현하는 임의의 실시예는 아래의 범용 컴퓨터의 하나 이상의 측면을 포함할 수 있다.

반드시 그런 것은 아니지만, 실시예들은 부분적으로 장치 또는 객체에 대한 서비스의 개발자에 의해 사용되기 위한 운영체제(operating system)를 통하여 구현될 수 있으며/있고 본 명세서에 기술된 다양한 실시예의 하나 이상의 기능적인 측면을 수행하도록 동작하는 애플리케이션 소프트웨어에 포함될 수 있다. 소프트웨어는 컴퓨터로 실행 가능한 명령의 일반적인 맥락에서 기술될 수 있으며, 클라이언트 워크스테이션(workstation), 서버 또는 다른 장치와 같은 하나 이상의 컴퓨터에서 실행되는 프로그램 모듈 등이 해당된다. 당업자는 컴퓨터 시스템이 데이터 통신에 사용될 수 있는 다양한 구성 및 프로토콜을 가진다는 것을 이해할 것이며, 따라서 어떠한 특정 구성 또는 프로토콜에 제한하는 것으로 고려되어서는 안된다.

따라서 도 11은 본 명세서에 기술된 실시예의 하나 이상의 측면이 구현될 수 있는 적합한 컴퓨팅 시스템 환경(1100)의 일 예를 도시하며, 앞서 명확히 설명하였으나, 상기 컴퓨팅 시스템 환경(1100)은 적합한 컴퓨팅 환경의 일 예에 불과하고 사용 또는 기능의 범위에 대해서 어떠한 제한도 제시하지 않는다. 또한 상기 컴퓨팅 환경(1100)은 예시적인 작동 환경(1100)에서 설명되는 컴포넌트들의 어느 하나 또는 조합과 관련하여 어떠한 의존 또는 조건을 갖는 것으로 해석되어서는 안된다.

도 11를 참조하면, 하나 이상의 실시예를 구현하기 위한 예시적인 원격 장치는 컴퓨터(1110) 형태의 범용 컴퓨팅 장치를 포함한다. 컴퓨터(1110)의 컴포넌트는 처리장치(1120), 시스템 메모리(1130) 및 시스템 메모리를 포함하는 다양한 시스템 컴포넌트들을 상기 처리 장치(1120)로 연결하는 시스템 버스(1122)를 포함하나, 이에 한정되지 않는다.

컴퓨터(1110)는 일반적으로 컴퓨터에서 판독 가능한 다양한 매체를 포함하며, 이는 컴퓨터(1110)에 의하여 접근하여 사용될 수 있는 임의의 매체일 수 있다. 시스템 메모리(1130)는 롬(read only memory; ROM) 및/또는 램(random access memory; RAM)과 같은 휘발성 및/또는 비휘발성 메모리 형태의 컴퓨터 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(1130)는 또한 운영 체제, 애플리케이션 프로그램, 기타 프로그램 모듈, 및 프로그램 데이터를 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.

사용자는 입력 장치(1140)를 통해 컴퓨터(1110)에 명령 또는 정보를 입력할 수 있다. 출력 인터페이스(1150) 등의 인터페이스를 통하여 모니터 또는 다른 형태의 디스플레이 장치 또한 시스템 버스(1122)에 연결된다. 모니터에 더하여, 컴퓨터는 또한 스피커 및 프린터 등 다른 주변 출력 장치를 포함할 수 있으며, 이들은 출력 인터페이스(1150)를 통해 연결될 수 있다.

상기 컴퓨터(1110)는 원격 컴퓨터(1170)와 같은 하나 이상의 원격 컴퓨터로의 논리 연결을 사용하여, 네트워크에 접속되거나 분산된 환경에서 작동할 수 있다. 원격 컴퓨터(1170)는 개인용 컴퓨터, 서버, 라우터(router), 네트워크 PC, 단 장치(peer device)나 다른 일반 네트워크 노드, 또는 어떤 다른 원격 매체 소비 또는 전송 장치가 될 수 있고, 컴퓨터(1110)와 관련하여 위에서 설명된 어떤 또는 모든 요소들을 포함할 수 있다. 도 11에 도시된 논리 연결은 로컬 영역 네트워크(local area network; LAN) 또는 광대역 네트워크(wide area network; WAN)와 같은 네트워크(1172)를 포함하지만, 또한 다른 네트워크/버스를 포함할 수도 있다. 상기 네트워킹 환경은 가정(home), 사무소(office), 전사적 컴퓨터 네트워크(enterprise-wide network), 인트라넷(intranet) 및 인터넷의 일상이다.

예시적인 통신 네트워크 및 환경

전술한 최적화는 임의의 네트워크에 적용될 수 있다. 그러나, 후술하는 설명은 본 명세서에 기술된 여러 가지 실시예의 통합을 위한 몇몇 예시적인 전화 무선 네트워크 및 비제한적인 작동 환경을 제시한다. 그러나 후술하는 작동 환경은 전부를 나열한 것으로 고려되어서는 안되며, 따라서 후술하는 네트워크 설계는 단지 본 명세서에 기술된 여러 가지 실시예가 통합될 수 있는 하나의 네트워크 설계를 나타낸다. 그러나, 본 실시예는 현존하는 또는 미래의 임의의 다른 통신 네트워크 설계에도 통합될 수 있다.

이동 통신의 글로벌 시스템(Global System for Mobile communication; GSM)은 오늘날의 빠르게 성장하는 통신 시스템에서 가장 널리 활용되는 무선 접근 시스템이다. GSM은 이동 전화 또는 컴퓨터 사용자와 같은 가입자들에게 회선 교환 방식(circuit-switched)의 데이터 서비스를 제공한다. 일반 패킷 무선 서비스(General Packet Radio Service; GPRS)는 GSM 기술을 확장한 것으로, GSM 네트워크에 패킷 스위칭을 도입한다. GPRS는 효율적인 방식으로 고속과 저속의 데이터 및 신호를 전송하기 위한 패킷 기반 무선 통신 기술을 사용한다. GPRS는 네트워크의 사용 및 무선 자원의 사용을 최적화하고, 따라서 패킷 모드 애플리케이션에 대해 GSM 네트워크 자원의 비용 효율적이고 효과적인 사용을 가능하게 한다.

당업자는, 본 명세서에 기술된 예시적인 GSM/GPRS 환경 및 서비스는 UTMS(Universal Mobile Telephone System), FDD(Frequency Division Duplexing) 및 TDD(Time Division Duplexing), HSPDA(High Speed Packet Data Access), EVDO(cdma 2000 1x Evolution Data Optimized), cdma 2000 3x(Code Division Multiple Access-2000), TD-SCDMA(Time Division Synchronous Code Division Multiple Access), WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access), EDGE(Enhanced Data GSM Environment), IMT-2000(International Mobile Telecommunications-2000), DECT(Digital Enhanced Cordless Telelcommuinication) 등의 3세대 서비스 및 미래에 사용 가능하도록 되는 다른 네트워크 서비스에 확장될 수 있음이 이해될 것이다. 이 점에서, 본 명세서에 기술된 기술은 데이터 전송 방법에 의존하지 않고 적용될 수 있으며, 다른 특정이 없는 한 어떤 특정 네트워크 설계 또는 잠재적인 프로토콜에 의존할 필요가 없다.

도 12는 하나 이상의 실시예가 실행될 수 있는 GPRS 네트워크와 같은 패킷 기반 이동 휴대 전화 네트워크 환경의 블록도을 표시한다. 상기 환경에는, 복수의 기지국 서브 시스템(Base Station Subsystem; BSS)(1200)(하나만 도시됨)이 있고, 각각은 기지 송신국(Base Transceiver Station; BTS)(1204, 1206, 1208)과 같은 하나 이상의 기지 송신국을 지원하는 기지국 제어기(Base Station Controller; BSC)(1202)를 포함한다. BTS(1204, 1206, 1208, 등)는 패킷 기반 이동 장치들의 사용자들이 무선 네트워크에 연결되는 접근접이다. 예시적으로, 사용자 장치로부터 유래된 패킷 트래픽(packet traffic)은 무선 인터페이스(air interface)를 통하여 BTS(1208)로 전송되고, BTS(1208)로부터 BSC(1202)로 전송된다. BSS(1200)와 같은 기지국 서브 시스템은, 서비스 GPRS 지원 노드(Service GPRS Support Node; SGSN)(1212, 1214)와 같은 서비스 GPRS 지원 노드를 포함하는 내부 프레임 중계 네트워크(1210)의 일부분이다.

각각의 SGSN은 내부 패킷 네트워크(1220)에 연결되며, 이를 통하여 SGSN(1212, 1214, 등)은 복수의 게이트웨이 GPRS 지원 노드(Gateway GPRS Support Node; GGSN)(1222, 1224, 1226 등)로 데이터 패킷을 전송하거나 전송받을 수 있다. 게이트웨이 GPRS 서빙 노드(1222, 1224, 1226)는 주로 PLMN(Public Land Mobile Network)(1245), 법인 인트라넷(1240) 또는 고정단 시스템(Fixed End System; FES) 또는 공중 인터넷(1230)과 같은 외부 인터넷 프로토콜(Internet Protocol; IP) 네트워크로 인터페이스를 제공한다. 도시된 바와 같이, 가입자 법인 네트워크(1240)는 방화벽(1232)을 통해 GGSN(1224)으로 연결될 수 있다. 또한, PLMN(1245)은 보더 게이트웨이 라우터(boarder gateway router)(1234)를 통해 GGSN(1224)으로 연결될 수 있다. RADIUS(Remote Authenticatio Dial-In User Service) 서버(1242)는 이동 휴대 전화 장치의 사용자가 법인 네트워크(1240)로 전화할 때, 통화자 인증을 위해 사용될 수 있다.

일반적으로, GSM 네트워크에는 매크로(macro), 마이크로(micro), 피코(pico), 엄브렐라(umbrella) 셀의 네 가지 상이한 셀 사이즈가 있다. 각 셀의 적용범위(coverage)는 상이한 환경에 따라 상이하다. 매크로 셀은 마스트(mast) 또는 지붕 최고 높이의 평균을 넘는 빌딩에 설치되는 기지국 안테나의 셀로 여겨질 수 있다. 마이크로 셀은 안테나 높이가 상기 지붕 최고 높이의 평균 아래인 셀로, 도시 지역에서 일반적으로 사용된다. 피코 셀은 몇십 미터의 직경을 갖는 작은 셀로, 주로 실내에서 사용된다. 반면, 엄브렐라 셀은 더 작은 셀의 차단된 지역을 덮기 위해 사용되고, 상기 셀 사이의 적용 범위의 틈을 채운다.

따라서, 본 발명에 따라 최적화된 알고리즘 및 프로세스의 기능에 관련될 수 있는 네트워크 구성 요소는 게이트웨이 GPRS 지원 노드 테이블, 고정단 시스템 라우터(router) 테이블, 방화벽 시스템, VPN 터널, 및 특정 디지털 네트워크에 의하여 요구되는 임의의 수의 다른 네트워크 구성 요소를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 명세서에서 "예시적"이라는 것은 예, 사례, 또는 도해를 위한 것을 의마하도록 사용된다. 본 명세서에 개시된 발명은 분명 이러한 예시들에 의해 제한되지 않는다. 나아가, 본 명세서에서 "예시적"이라고 기술된 임의의 측면 또는 디자인은 반드시 다른 측면 또는 디자인에 비해 유리하거나 바람직한 것은 아니며, 당업자에게 알려진 예시적인 균등 구조 및 기술을 배제하는 것도 아니다. 아울러, 상세한 설명 또는 청구항에서 사용되는 "포함한다", "갖는다", "가지고 있다" 및 기타 유사한 단어들은 분명 추가적인 또는 기타 요소들을 배제하지 않는 열린 표현으로서 "포함한다"는 것을 의미하기 위한 것이다.

본 명세서에 기술된 본 발명의 다양한 구현예는 전적으로 하드웨어이거나, 부분적으로 하드웨어이고 부분적으로 소프트웨어이거나, 전적으로 소프트웨어인 측면을 가질 수 있다. 마찬가지로 본 명세서에서, "컴포넌트", "시스템" 등은 하드웨어, 하드웨어와 소프트웨어의 조합, 소프트웨어, 또는 실행중인 소프트웨어 등 컴퓨터 관련 엔티티(entity)를 지칭하도록 의도된다. 예를 들어, 컴포넌트는 프로세서에서 실행중인 프로세스, 프로세서, 객체, 실행 파일(executable), 실행 스레드(thread of execution), 프로그램, 및/또는 컴퓨터일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 컴퓨터에서 실행중인 애플리케이션 및 컴퓨터의 양쪽이 모두 컴포넌트일 수 있다. 하나 이상의 컴포넌트는 프로세스 및/또는 실행 스레드 내에 위치할 수 있으며, 컴포넌트는 하나의 컴퓨터에 집중되거나/되고 둘 이상의 컴퓨터에 분산될 수도 있다.

따라서, 본 발명의 방법 및 장치 또는 이들의 어떤 측면이나 부분은, 플로피 디스켓, CD-ROM, 하드 드라이브, 또는 기타 임의의 기계로 판독 가능한 저장 매체와 같은 유형 매체에 포함된 프로그램 코드(즉, 명령어)의 형태일 수 있다. 상기 프로그램 코드는 컴퓨터와 같은 기계에 로드(load)되어 실행되며, 상기 기계는 본 발명을 실시하기 위한 장치가 된다. 프로그램될 수 있는 컴퓨터상에서의 프로그램 코드 실행의 경우, 컴퓨팅 장치는 일반적으로 프로세서, 프로세서에 의하여 판독 가능한 저장 매체(휘발성 및 비휘발성 메모리 및/또는 저장 요소를 포함한다), 하나 이상의 입력 장치, 및 하나 이상의 출력 장치를 포함한다.

또한, 본 명세서에 기술된 대상은 시스템, 방법, 장치, 또는 표준 프로그래밍 및/또는 엔지니어링 기술을 이용하여 소프트웨어, 펌웨어(firmware), 하드웨어, 또는 이들의 임의의 조합을 생산하기 위한 제조 방법으로 구현될 수 있다. 이들은 본 명세서에 기술된 상세한 측면을 구현하기 위하여 컴퓨터 또는 처리장치 기반의 장치를 제어하기 위한 것일 수 있다. 본 명세서에서 "제조 방법", "컴퓨터 프로그램 제품" 또는 유사한 용어들은 임의의 컴퓨터로 판독 가능한 장치, 매개체(carrier), 또는 매체로부터 접근 가능한 컴퓨터 프로그램을 포함하도록 의도된 것이다. 예를 들어, 컴퓨터로 판독 가능한 매체는 자기 저장 장치(예컨대, 하드 디스크, 플로피 디스크, 자기 스트립(strip)...), 광학 디스크(예컨대, 콤팩트 디스크(compact disk; CD), 디지털 다기능 디스크(digital versatile disk; DVD)...), 스마트 카드, 및 플래쉬 메모리 장치(예컨대, 카드, 스틱)를 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 나아가, 컴퓨터로 판독 가능한 전자 데이터를 운반하기 위하여 반송파(carrier wave)를 이용할 수 있다는 것이 알려져 있으며, 전자 메일의 송신 및 수신이나 인터넷 또는 로컬 영역 네트워크(local area network; LAN) 등의 네트워크에 접근하는데에 사용되는 것 등이 있다.

전술한 시스템들은 몇몇 컴포넌트들 사이의 상호 작용을 참조로 하여 기술되었다. 이러한 시스템들 및 컴포넌트들은, 이들 컴포넌트들 또는 특정 서브컴포넌트들, 특정 컴포넌트들 또는 서브컴포넌트들 중 몇몇, 및/또는 추가 컴포넌트들을 포함할 수 있으며, 이들의 다양한 치환 및 조합을 포함할 수도 있다. 서브컴포넌트들은 또한 예컨대 계층적 배열에 따라 상위 컴포넌트에 포함되기 보다는 다른 컴포넌트들에 통신 연결된 컴포넌트들로 구현될 수도 있다. 나아가, 하나 이상의 컴포넌트들이 단일 컴포넌트로 조합되어 집합 기능을 제공하거나 몇몇의 개별 서브컴포넌트로 분할될 수 있으며, 이러한 서브컴포넌트들을 통신 연결하여 통합된 기능을 제공하기 위하여 관리 계층(management layer)과 같은 하나 이상의 중간 계층(middle layer)이 제공될 수 있다. 본 명세서에서 기술된 임의의 컴포넌트들은, 본 명세서에 특정하여 기술되지 않았으나 당업자에게 알려진 하나 이상의 다른 컴포넌트들과 상호 작용할 수도 있다.

전술한 예시적인 시스템들에 있어서, 기술된 대상에 의하여 구현될 수 있는 방법론들이 도면에 제시된 다양한 순서도를 참조로 하여 더욱 잘 이해될 것이다. 간단히 설명하기 위하여 상기 방법론들은 일련의 블록들로 도시되고 설명되었으나, 본 발명은 상기 블록들의 순서에 한정되지 않고, 몇몇 블록들은 다른 블록들과 본 명세서에서 도시되고 기술된 것과 상이한 순서로 또는/또한 동시에 일어날 수도 있다. 시계열적이 아니거나 분기 되었을 경우의 흐름이 순서도를 통하여 도시되며, 동일한 또는 유사한 결과를 달성하는 다양한 다른 분기, 흐름 경로, 및 블록의 순서들이 구현될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 기술되는 방법론들의 구현을 위하여 도시된 모든 블록들이 요구되지 않을 수도 있다.

나아가, 인식될 수 있는 바와 같이 상기 개시된 시스템 및 하기 방법의 여러 가지 부분은 인공 지능 또는 지식 또는 법칙 기반 컴포넌트, 서브컴포넌트, 프로세스, 수단, 방법론 또는 메커니즘[예컨대, 서포트 벡터 머신(support vector machine), 신경 네트워크(neural network), 전문가 시스템(expert system), 베이지안 신뢰 네트워크(Bayesian belief network), 퍼지 이론(fuzzy logic), 데이터 퓨전 엔진(data fusion engine), 분류기(classifier)...]을 포함하거나 그것들로 구성할 수 있다. 이러한 컴포넌트는 특히 수행되는 특정 메커니즘 또는 프로세스를 자동화할 수 있어서, 시스템 및 방법의 일부를 보다 효율적이고 지적이게 할 뿐 아니라 보다 적응적이 되도록 한다.

본 발명은 다양한 도면들의 바람직한 실시예와 관련하여 기술되었으나, 다른 유사한 실시예에서는, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 본 발명과 동일한 기능을 수행하기 위해 기술된 실시예들에 대한 변형 또는 추가가 이루어질 수 있음이 이해될 것이다.

예시적인 실시예들은 본 발명을 특정 프로그래밍 언어 구조, 명세, 또는 표준의 맥락에서 활용하는 것을 지칭하였으나, 본 발명은 이와 같이 한정되는 것이 아니며, 오히려 알고리즘 및 프로세스의 최적화를 수행하기 위한 임의의 언어로 구현될 수 있다. 나아가, 본 발명은 복수 개의 처리 칩(chip) 또는 장치 내에 또는 이들에 걸쳐 구현될 수 있으며, 저장소도 이와 유사하게 복수 개의 장치들에 걸쳐 실행될 수 있다. 따라서, 본 발명은 단일한 실시예에 한정되어서는 안되며, 첨부된 청구범위에 의해 그 폭 및 범위가 해석되어야 한다.

Claims

제1 메시지를 인코딩하는 단계;
협력 장치로부터 제2 메시지를 디코딩하는 단계;
상기 제1 메시지의 적어도 일부와 상기 협력 장치로부터의 상기 제2 메시지의 적어도 일부를 재인코딩하여 결합된 메시지를 생성하는 단계; 및
하나의 채널로 상기 결합된 메시지의 적어도 하나의 서브세트를 전송하는 단계;
를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서,
상기 전송하는 단계는 상기 결합된 메시지의 적어도 일부를 기지국으로 전송하는 단계를 포함하는, 방법.
제2항에 있어서,
상기 결합된 메시지의 적어도 일부를 기지국으로 전송하는 단계는 상기 제1메시지를 상기 기지국으로 전송하는 단계를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서,
디코딩 실패를 검출하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제4항에 있어서,
상기 전송하는 단계는 상기 디코딩 실패를 검출하는 것에 반응하여 상기 제1메시지를 전송하는 단계를 포함하는, 방법.
장치에 있어서,
협력 장치로부터 적어도 하나의 메시지를 수신하는 무선 통신 컴포넌트;
상기 장치에 의해 생성된 메시지를 인코딩하는 인코더; 및
상기 협력 장치로부터의 상기 적어도 하나의 메시지를 적어도 하나의 디코딩된 메시지로 디코딩하는 디코더;
상기 인코더는 상기 적어도 하나의 디코딩된 메시지의 적어도 일부와 함께 상기 메시지의 적어도 일부를 재인코딩하여 하나의 채널로 전송되기 위한 결합된 메시지를 생성하는, 장치.
제 6항에 있어서,
상기 결합된 메시지는 순환 구조적 컨볼루션(recursive systematic convolutional) 내부 코드를 기반으로 하는, 장치.
제6항에 있어서,
상기 결합된 메시지는 협력 직렬 연접 컨볼루션 코드(serial concatenated convolutional code)를 기반으로 하는, 장치.
제6항에 있어서,
상기 무선 통신 컴포넌트는 상기 결합된 메시지의 적어도 일부를 기지국으로 전송하는, 장치.
제9항에 있어서,
상기 무선 통신 컴포넌트는 상기 장치에 의해 생성된 상기 메시지를 상기 기지국으로 전송하는, 장치.
제6항에 있어서,
상기 장치에 의해 생성된 메시지와 상기 협력 장치로부터의 적어도 하나의 메시지는 고유의 메시지 블록 길이를 포함하는, 장치.
제6항에 있어서,
상기 무선 통신 컴포넌트는 상기 하나의 채널로 상기 결합된 메시지의 하나 이상의 패리티 비트를 전송하는, 장치.
제6항에 있어서,
상기 인코더 또는 상기 디코더는 의사 난수 인터리버(pseudo-random interleaver)를 포함하는, 장치.
제6항에 있어서,
상기 인코더는 상기 적어도 하나의 디코딩된 메시지의 상기 적어도 일부와 또 다른 협력 장치로부터의 또 다른 디코딩된 메시지의 적어도 일부와 상기 메시지의 상기 적어도 일부를 재인코딩하여 상기 결합된 메시지를 생성하는, 장치.
컴퓨터 실행가능한 명령이 저장된 컴퓨터 판독가능 기록 매체에 있어서, 상기 명령은 실행에 응답하여, 컴퓨팅 시스템으로 하여금,
제1 메시지를 인코딩하는 단계;
파트너 장치로부터 제2 메시지를 디코딩하는 단계;
상기 제1 메시지의 적어도 일부와 상기 파트너 장치로부터의 상기 제2 메시지의 적어도 일부를 재인코딩하여 공동 메시지를 생성하는 단계; 및
하나의 채널로 상기 공동 메시지의 적어도 일부를 전송하는 단계;
를 포함하는 동작을 수행하게 하는, 컴퓨터 판독가능 기록 매체.
제15항에 있어서,
상기 명령은 상기 공동 메시지의 적어도 일부를 적어도 하나의 다른 장치로 전송하는 단계를 더 포함하는, 컴퓨터 판독가능 기록 매체.
제15항에 있어서,
상기 명령은 상기 제1메시지를 적어도 하나의 다른 장치로 전송하는 단계를 더 포함하는, 컴퓨터 판독 가능 매체.
제15항에 있어서,
상기 명령은 통신 실패를 검출하는 단계를 더 포함하는, 컴퓨터 판독 가능 매체.
제18항에 있어서,
상기 명령은 상기 통신 실패를 검출한 것에 반응하여 상기 제1메시지를 전송하는 단계를 더 포함하는, 컴퓨터 판독 가능 매체.
제1 메시지를 인코딩하는 수단;
협력 장치로부터 제2 메시지를 디코딩하는 수단;
상기 협력 장치로부터의 상기 제2 메시지의 적어도 일부와 상기 제1 메시지의 적어도 일부를 재인코딩하여 결합된 메시지를 생성하는 수단; 및
하나의 채널로 상기 결합된 메시지의 적어도 하나의 서브세트를 전송하는 수단;
을 포함하는 시스템.