KR100584170B1

KR100584170B1 - 터보 부호화된 복합 재전송 방식 시스템 및 오류 검출 방법

Info

Publication number: KR100584170B1
Application number: KR1020020040159A
Authority: KR
Inventors: 이재홍; 김태민; 신현동
Original assignee: 재단법인서울대학교산학협력재단
Priority date: 2002-07-11
Filing date: 2002-07-11
Publication date: 2006-06-02
Anticipated expiration: 2022-07-11
Also published as: US20040010743A1; KR20040006171A; US7234095B2

Abstract

본 발명은 터보 부호화된 복합 재전송 방식 시스템 및 오류 검출 방법에 관한 것으로, 특히 격자 종단을 변형함으로써 등가 CRC 생성 다항식의 차수를 높게 하여 비검출 오류 확률 및 프레임 오율이 낮아지도록 한 터보 부호화된 복합 재전송 방식 시스템 및 오류 검출 방법에 관한 것이다.

본 발명은 변형된 격자 종단을 채용함으로써 종래의 CRC 생성 다항식보다 더 높은 차수를 갖는 등가 CRC 생성 다항식을 얻을 수 있고, 해당 더 높은 차수를 갖는 등가 CRC 생성 다항식을 사용함으로써 종래의 비검출 오류 확률보다 더 낮은 비검출 오류 확률을 달성할 수 있으며, 또한 해당 더 낮은 비검출 오류 확률 때문에 동일한 개수의 오버헤드 비트가 사용된다고 할 때 종래보다 더 낮은 프레임 오율을 달성할 수 있다.

Description

터보 부호화된 복합 재전송 방식 시스템 및 오류 검출 방법{Turbo Coded Hybrid Automatic Repeat Request System And Error Detection Method}

도 1은 종래의 터보 부호화된 복합 재전송 방식(H-ARQ) 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도.

도 2는 도 1에 있어, 종래의 터보 부호기의 구조를 나타낸 예시도.

도 3은 종래의 터보 부호화된 복합 재전송 방식(H-ARQ) 시스템에서 CRC 오류 검출 방법을 개념적으로 설명하기 위한 블록도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 오류 검출 방법이 적용되는 터보 부호화된 복합 재전송 방식(H-ARQ) 시스템을 나타낸 블록도.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 오류 검출 방법을 나타낸 순서도.

도 6은 도 5에 있어, 송신기에서 등가 CRC 부호화하여 송신하는 과정을 나타낸 순서도.

도 7은 도 5에 있어. 수신기에서 CRC 복호화하여 오류 검출하는 과정을 나타낸 순서도.

도 8은 종래의 CRC 생성 다항식과 본 발명에 따른 등가 CRC 생성 다항식의 비교를 나타낸 도면.

도 9는 종래의 CRC 오류 검출 방법에서 비검출 오류 확률과 본 발명에 따른 오류 검출 방법에서 비검출 오류 확률간의 비교를 나타낸 도면.

도 10a는 QPSK에 있어, 종래의 CRC 오류 검출 방법에서 프레임 오율과 본 발명에 따른 오류 검출 방법에서 프레임 오율간의 비교를 나타낸 도면.

도 10b는 8-ary PSK에 있어, 종래의 CRC 오류 검출 방법에서 프레임 오율과 본 발명에 따른 오류 검출 방법에서 프레임 오율간의 비교를 나타낸 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 송신기 200 : 수신기

110 : 등가 CRC 부호기 111 : CRC 부호기

112 : 선종단기 120 : 터보 부호기

121 : 제 1 터보 인터리버 122 : 제 1 구성 RSC 부호기

123 : 제 2 구성 RSC 부호기 130 : 멀티플렉서

140 : 비트 인터리버 150 : 변조기

200 : 수신기 210 : 복조기

220 : 비트 디인터리버 230 : 디멀티플렉서

240 : 터보 복호기 241 : 제 SISO 복호기

242 : 제 2 SISO 복호기 243 : 제 2 터보 인터리버

244 : 터보 디인터리버 245 : 판단기

250 : CRC 복호기

일반적으로, 고속 데이터 전송에 대한 수요가 증대됨에 따라, 높은 주파수대역 효율과 신뢰도를 보장하는 무선 통신 시스템이 요구된다. 이러한 요구를 충족시키기 위해 무선 통신 시스템은 복합 재전송 방식(Hybrid Automatic Repeat reQuest; 이하, H-ARQ라 함)을 채용하는데, 해당 H-ARQ는 정방향 오류 정정(FEC:Forward Error Correction)과 재전송 방식(ARQ:Automatic Repeat reQuest)을 결합하여 신뢰도 높은 통신을 보장하는 패킷 재전송 기술이다.

여기서, 상기 정방향 오류 정정은 부호어의 구조적인 성질을 이용하여 채널에서 발생했다고 생각되는 오류들을 정정하는 기술인데, 정방향이라는 말은 수신된 프레임에 오류가 발생했다 하더라도 수신기에서 송신기 쪽으로 역으로 오류 정정을 위한 추가적인 정보를 요구하지 않고, 수신기에서 알아서 가능한 한 오류를 정정한다는 특징에서 기인한다. 즉, 정방향 오류 정정에서는 복호화를 거친 후에 정정하지 못한 오류가 있다 하더라도 재전송을 요구하지 않고, 그 결과를 다음 단으로 넘 겨준다.

그리고, 상기 H-ARQ는 보내고자 하는 메시지 심볼들과, 오류 정정을 위한 패리티 심볼들, 그리고 오류 검출을 위한 패리티 심볼들을 전송하는데, 이때, 어떠한 순서로 패리티 심볼들을 전송하느냐에 따라 타입 1 H-ARQ 및 타입 2 H-ARQ 등으로 나뉘게 된다.

상기 타입 1 H-ARQ는 매 전송마다 메시지 심볼과 오류 정정을 위한 패리티 심볼들, 그리고 오류 검출을 위한 패리티 심볼들을 함께 전송하는 방식인데, 항상 같은 구조를 갖는 프레임이 전송되므로, 채널 상황에 따른 적응성은 떨어지지만 송수신기의 구조가 간단해진다는 장점을 가지고 있다.

반면에, 상기 타입 2 H-ARQ는 첫번째 전송 시에는 메시지 심볼들과 오류 검출을 위한 패리티 심볼들만을 전송하고, 수신기에서 재전송을 요구했을 때에 비로소 오류 정정을 위한 패리티 심볼들을 전송하는 방식인데, 오류가 발생했을 때만 오류 정정을 위한 패리티 심볼들을 전송하므로 채널 상황에 대하여 적응적으로 동작하며, 전체적인 시스템의 효율성은 타입 1 H-ARQ에 비해 높아진다.

이하, 도 1을 참조하여 상기 H-ARQ가 적용되는 종래의 터보 부호화된 H-ARQ 시스템을 설명한다. 특히, H-ARQ가 타입 1 H-ARQ인 경우를 주로 설명한다.

도 1은 종래의 터보 부호화된 복합 재전송 방식(H-ARQ) 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.

종래의 터보 부호화된 H-ARQ 시스템은 송신기(10)와 수신기(20)를 포함하여 이루어지는데, 상기 송신기(10)는 전송하고자 하는 패킷을 터보 부호화하는 터보 부호기(Turbo Encoder)(11)를 구비하고, 상기 수신기(20)는 수신된 패킷에 포함된 오류에 대해 정방향 오류 정정을 행하는 터보 복호기(Turbo Decoder)(21)와 정정된 패킷의 오류 포함 여부를 검출하여 해당 오류 포함 여부에 따라 패킷의 재전송 요구에 관한 신호를 상기 송신기(10)로 전송하는 오류 검출기(22)를 구비한다.

이하, 상술한 바와 같이 구성된 종래의 터보 부호화된 H-ARQ 시스템의 동작을 설명한다.

먼저, 송신기(10)는 전송하고자 하는 패킷을 터보 부호기(11)를 통해 터보 부호화하여 채널을 통해 수신기(20)로 송신한다. 타입 1 H-ARQ에서는 매 전송되는 패킷에 오류 정정과 오류 검출을 위한 부가 비트들이 포함되어 있다.

이에, 상기 수신기(20)는 상기 채널을 통해 송신된 패킷을 수신한다. 이에 따라, 터보 복호기(21)는 상기 수신된 패킷에 포함된 오류에 대해 정방향 오류 정정을 행한다.

그리고, 오류 검출기(22)는 상기 정정된 패킷의 오류 포함 여부를 검출하여 해당 오류 포함 여부에 따라 패킷의 재전송 요구에 관한 신호를 상기 송신기(10)로 전송한다. 즉, 상기 오류 검출기(22)가 상기 정정된 패킷에 오류가 없다고 판단한 경우에, 인증신호(ACK:ACKnowledgement)를 상기 송신기(10)로 보내고, 반면에, 상기 오류 검출기(22)가 상기 정정된 패킷에 오류가 있다고 판단한 경우에, 비인증신호(NAK:Not AcKnowledgement)를 상기 송신기(10)로 보낸다.

이에 따라, 상기 송신기(10)는 패킷의 재전송 요구에 관한 신호인 인증신호 및 비인증신호를 수신하여 해당 수신된 신호의 유형에 따라 패킷을 상기 수신기(20)로 재전송한다. 즉, 상기 송신기(10)가 인증신호를 수신한 경우에, 패킷을 상기 수신기(20)로 재전송하지 않고, 반면에, 상기 송신기(10)가 비인증신호를 수신한 경우에, 이전에 전송했던 패킷과 동일한 구조를 가지는 패킷을 상기 수신기(20)로 재전송한다(S. Lin and J. Costello, Error Control Coding: Fundamentals and Applications. Prentice-Hall, 1985.).

특히, 매 전송 시에 수신된 부호어들의 집합 자체를 더 낮은 부호율을 갖는 하나의 부호어로 생각하여 복호화를 수행하는 체이스 결합(Chase Combining)을 이용할 경우, 타입 1 H-ARQ의 성능은 현저히 개선된다(D. Chase, "Code combining a maximum-likelihood decoding approach for combining an arbitrary number of noisy packets," IEEE Trans. Commun., vol. 33, no. 2, pp. 385-393, May 1985.).

한편, Berrou 등에 의하여 1993년에 처음 제안된 터보 코드(Turbo Code)는 샤논 한계(Shannon Limit)에 근접하는 우수한 오류 정정 성능을 보이는 것으로 알려져 있다.

이하, 도 2를 참조하여 도 1에 도시된 터보 부호기(11) 구조의 일예를 설명한다.

도 2는 도 1에 있어, 종래의 터보 부호기(11)의 구조를 나타낸 예시도이다.

종래의 터보 부호기(11)는 두 개 이상의 구성 역방향 구조적 길쌈 부호기(Recursive Systematic Convolution Encoder; 이하, 구성 RSC 부호기라 함)(12,13)가 인터리버(Interleaver)(14)를 사이에 두고 병렬로 접합된 구조로 이루어져 있다.
상기 도 2에서 각각의 구성 역방향 구조적 길쌈 부호기(12, 13)는 역방향 다항식 g₁(x)=1+x²+x³ 및 순방향 다항식 g₂(x)=1+x+x³으로 구성되는 생성다항식 [1, 1+x+x³/1+x²+x³]을 구현한 것이다. 제1구성 역방향 구조적 길쌈 부호기(12)는 정보 비트의 원래 입력 순서에 따라 부호화 과정을 수행하고, 제2구성 역방향 구조적 길쌈 부호기(13)는 인터리버(14)에 의하여 순서가 재배열된 정보 비트의 순서에 따라 부호화 과정을 수행한다.
일반적으로, 터보 부호는 선형 부호(linear codes)의 한 종류로서, 각 부호어로부터 다른 부호어 사이의 거리는 제로 부호어(zero codeword)로부터 다른 부호어 사이의 거리와 동일하다. 따라서 제로 부호어로부터의 거리에 해당하는 각 부호어의 해밍 무게(Hamming weight)의 분포에 의해 성능이 좌우된다.
터보 부호가 개발되기 이전의 부호 설계 방법은 최소 해밍 무게를 최대화하는 부호를 설계하는 것이 설계 목표이었다. 그러나, 터보 부호에 의하면 해밍 무게가 작은 부호어의 수를 적게 생성한다. 이는, 역방향 다항식과 인터리버의 결합에 따라 나타나는 효과이다. 역방향 다항식은 적어도 메시지 심볼 시퀀스에 두 개의 1이 특정 위치에 있는 경우, 생성된 출력 부호의 해밍 무게가 작게 된다. 그러나, 상기 인터리버에 의하여 입력 시퀀스의 위치가 달라지기 때문에, 두 개의 1이 특정 위치에 존재할 확률은 크게 감소한다. 따라서, 인터리버에 의하여 병렬로 연접된 두 구성부호가 동시에 작은 해밍 무게를 갖는 부호를 출력할 확률도 크게 감소한다.
상기 순방향 다항식은 일반적인 길쌈부호와 마찬가지로 구성부호의 해밍 무게 분포를 좌우한다.
당업자는, 상기한 바와 같은 터보 부호기의 생성 다항식

과 그의 역방향 다항식 g₁(x) 및 순방향 다항식 g₂(x)의 의미, 작용 및 효과를 터보 부호에 관한 문헌, 예를 들어, 문헌[S. Benedetto and G. Montorsi, "Unveiling turbo codes: Some results on parallel concatenated coding schemes," IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 42, no. 2, pp. 409-428, Mar. 1996], 문헌[H. El Gammal and A. R. Hammons, Jr., "Analyzing the turbo decoder using the Gaussian approximation, IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 47, no. 2, pp. 671-686, Feb. 2001], 또는 문헌[B. Vucetic and J. Yuan, Turbo codes: Principles and applications, Kluwer Academic Publicshers, 2000] 등을 참조함으로써 더욱 명확하게 이해할 수 있다.

도 1에 도시된 종래의 터보 부호화된 H-ARQ 시스템에서 오류 검출기(22)를 통하여 터보 복호화된 후의 잉여 오류(Residual Error)를 검출하기 때문에, 종래의 터보 부호화된 H-ARQ 시스템은 다른 H-ARQ 시스템에 비해 낮은 오류 바닥(Error Floor)을 가진다.

다른 한편, 지금까지 터보 부호화된 H-ARQ 시스템에서 부가적인 오버헤드 비트들을 필요로 하지 않는 다수의 오류 검출 방법들이 제안되어 왔다((M. E. Buckley and S. B. Wicker, "The design and performance of a neural network for predicting turbo decoding error with application to hybrid ARQ protocols," IEEE Trans. Commun., vol. 48, no. 4, pp. 566-576, Apr. 2000.), (P. Coulton, C. Tanriover, B. Wright, and B. Honary, "Simple hybrid type Ⅱ ARQ technique using soft output information," Electron. Lett., vol. 36, no. 20, pp. 1716-1717, Sept. 2000.)). 그러나, 이러한 오류 검출 방법들은 CRC(Cyclic Redundancy Check) 오류 검출 방법에 비하여 높은 비검출 오류 확률(Undetected Error Probability)을 가진다. 여기서, 상기 CRC 오류 검출 방법은 보내고자 하는 메시지 심볼에 오류 검출을 위한 패리티 심볼들을 추가하고, 수신기에서 정방향 오류 정정 복호화를 거친 프레임에 대하여 강성결정(Hard-Decision)을 내린 값을 가지고, 오류 검출을 위한 패리티 심볼의 구조를 이용하여 오류의 존재 여부를 결정하는 방식이다. 이때, 오류 검출을 위한 패리티 심볼들은 CRC 부호기를 이용하여 메시지 심볼에 더해지게 된다. 그리고, 상기 비검출 오류 확률이란 오류가 존재하는 프레임에 대하여 오류가 존재하지 않는다고 잘못 결정할 확률을 의미하며, 이는 전체 터 보 부호화된 H-ARQ 시스템의 프레임 오율을 높이는 영향을 가져온다.

이하, 도 3을 참조하여 상기 터보 부호화된 H-ARQ 시스템에 적용되는 종래의 CRC 오류 검출 방법을 설명한다.

도 3은 종래의 터보 부호화된 재전송 방식 시스템(H-ARQ)에서 CRC 오류 검출 방법을 개념적으로 설명하기 위한 블록도이다.

종래의 CRC 오류 검출 방법이 적용되는 터보 부호화된 H-ARQ 시스템은 송신기(10)와 수신기(20)로 이루어진다.

여기서, 상기 송신기(10)는 CRC 부호기(15), 터보 부호기(11) 및 변조기(16)를 구비하는데, 상기 CRC 부호기(15)는 전송하고자 하는 메시지 심볼에 오류 검출을 위한 패리티 심볼을 추가하여 새로운 메시지 심볼로 CRC 부호화하고, 상기 터보 부호기(11)는 상기 CRC 부호화된 새로운 메시지 심볼을 터보 부호화하며, 상기 변조기(16)는 상기 CRC 부호화 및 터보 부호화된 새로운 메시지 심볼을 채널 심볼로 변조하여 상기 수신기(20)로 송신한다.

그리고, 상기 수신기(20)는 복조기(23), 터보 복호기(21) 및 CRC 복호기(22)를 구비하는데, 상기 수신기(20)는 상기 변조된 채널 심볼을 수신하여 CRC 부호화 및 터보 부호화된 새로운 메시지 심볼로 복조하고, 상기 터보 복호기(21)는 복조된 CRC 부호화 및 터보 부호화된 새로운 메시지 심볼을 CRC 부호화된 새로운 메시지 심볼로 터보 복호화하며, 상기 CRC 복호기(22)는 상기 터보 복호화된 프레임에 대해 CRC 복호화하고 해당 CRC 복호화된 프레임의 오류 포함 여부를 검출하여 해당 오류 포함 여부에 따라 심볼의 재전송 요구에 관한 신호를 상기 송신기(10)로 전송 한다.

이하, 상술한 바와 같이 구성된 종래의 CRC 오류 검출 방법이 적용되는 터보 부호화된 H-ARQ 시스템의 동작을 설명한다.

먼저, 송신기(10)에서 CRC 부호기(15)는 CRC 생성 다항식을 이용해 전송하고자 하는 메시지 심볼에 오류 검출을 위한 패리티 심볼을 추가하여 새로운 메시지 심볼로 만드는 CRC 부호화를 행한다.

즉, 상기 메시지 심볼의 시퀀스를

라고 표현하고, CRC 생성 다항식을

라고 표현할 때, 상기 CRC 부호기(15)가 다음과 같은 CRC 생성 다항식

을 갖는다고 하자.

그러면, 상기 CRC 부호화 과정은 다음과 같은 등가식으로 표현될 수 있다.

여기서

는 상기 CRC 부호기(15)에서 메시지 심볼의 끝부분에 추가되는 패리티 심볼들의 시퀀스를 의미하고,

는 CRC 부호화를 통해 패리티 심볼이 추가된 새로운 메시지 심볼의 시퀀스를 의미한다.

이에, 터보 부호기(11)는 상기 CRC 부호화된 새로운 메시지 심볼을 터보 부 호화 한다.

그리고, 변조기(16)는 상기 CRC 부호화 및 터보 부호화된 새로운 메시지 심볼을 채널 심볼로 변조하여 상기 수신기(20)로 송신한다. 즉, 상기 CRC 부호기(15)에서 CRC 부호화된 새로운 메시지 심볼

는 상기 터보 부호기(11)에서 터보 부호화되고 상기 변조기(16)에서 채널 심볼로 변조되어 상기 수신기(20)로 송신된다.

이에, 수신기(20)에서 복조기(23)는 상기 변조된 채널 심볼을 수신하여 CRC 부호화 및 터보 부호화된 새로운 메시지 심볼로 복조한다.

그리고, 터보 복호기(21)는 상기 복조된 CRC 부호화 및 터보 부호화된 새로운 메시지 심볼을 터보 복호화하여 CRC 부호화된 새로운 메시지 심볼의 프레임에 대한 강성결정 값을 출력한다. 이때, 채널을 거친 후 복조되어 정방향 오류 정정을 위한 터보 복호기(21)에서 출력되는 강성결정 값은 다음과 같다.

여기서

는 터보 복호화되어 정방향 오류 정정을 거친 CRC 부호화된 새로운 메시지 심볼의 시퀀스이고,

는 오류 시퀀스이다.

이에, CRC 복호기(22)는 상기 정방향 오류 정정된 심볼의 프레임에 대해 CRC 복호화하고 해당 CRC 복호화된 프레임의 오류 포함 여부를 검출하여 해당 오류 포함 여부에 따라 심볼의 재전송 요구에 관한 신호를 상기 송신기(10)로 전송한다.

즉, 상기 CRC 복호기(22)는

을 원래 CRC 부호화에 사용되었던 CRC 생성 다항식인

로 나누어 오류를 검출하게 되는데, 만일 상기 오류 시퀀스

가 0이라면, 즉, 상기 정방향 오류 정정을 거친 프레임에 오류가 없을 경우,

는

로 나누어 떨어지게 되고, 반면에, 상기 오류 시퀀스

가 0이라면, 즉, 상기 정방향 오류 정정을 거친 프레임에 오류가 있을 경우,

는

로 나누어 떨어지지 않게 된다, 다시 말하면,

값이 나눈 후에 남게된다.

따라서, 상기 CRC 복호기(22)는 CRC 생성 다항식

로

를 나눈 값이 0이면 오류가 나지 않았다고 판단하여 인증신호(ACK)를 상기 송신기(10)로 전송하게 되고, 반면에 CRC 생성 다항식

로

를 나눈 값이 0이 아니면 오류가 발생하였다고 판단하여 비인증신호(NAK)를 상기 송신기(210)로 전송한다.

이렇게 상기 CRC 복호기(22)를 이용하여 오류를 검출하게 될 때, 검출하는 기준은 다음과 같이 주어진다.

이에 따라, 상기 송신기(10)는 심볼의 재전송 요구에 관한 신호인 인증신호 및 비인증신호를 수신하여 해당 수신된 신호의 유형에 따라 메시지 심볼을 상기 수신기(20)로 재전송한다. 즉, 상기 송신기(10)가 인증신호를 수신한 경우에, 메시지 심볼을 상기 수신기(20)로 재전송하지 않고, 반면에, 상기 송신기(10)가 비인증신호를 수신한 경우에, 이전에 전송했던 메시지 심볼과 동일한 구조를 가지는 메시지 심볼을 상기 수신기(20)로 재전송한다.

한편, 종래의 터보 부호화된 H-ARQ 시스템에 적용되는 종래의 CRC 오류 검출 방법에서는 낮은 비검출 오류 확률을 달성하기 위하여 부가적인 오버헤드 비트들이 필요하고, 이에 따라 오버헤드 비트 수가 많아지면, 종래의 터보 부호화된 H-ARQ 시스템의 처리율(Throughput)이 낮아지게 되는 문제점이 있었다. 또한, 처리율을 높이기 위하여 오버헤드 비트 수를 작게 유지하면, 터보 부호화된 H-ARQ 시스템의 비검출 오류 확률이 높아져 결국 프레임 오율이 높아지는 문제점이 있었다.

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 격자 종단을 변형함으로써 등가 CRC 생성 다항식이 종래의 CRC 생성 다항식에 비해 높은 차수를 갖도록 하여 오버헤드 비트 수를 증가시키지 않으면서 가장 낮은 비검출 오류 확률을 달성함으로써, 결국 터보 부호화된 H-ARQ 시스템이 낮은 프레임 오율을 갖도록 하는데 있다.

상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위하여, 본 발명의 터보 부호화된 복합 재전송 방식 시스템은 입력된 데이터 비트를 등가 CRC 생성 다항식을 이용해 등가 CRC 부호화하여 CRC 부호화와 선종단(Pre-termination) 부호화를 동시에 수행하고 해당 등가 CRC 부호화된 출력 비트를 터보 부호화하여 다중화하며 해당 다중화된 출력 비트를 비트 인터리빙하여 채널 심볼로 매핑한 후 패킷 형태로 수신기로 송신 하는 송신기와; 상기 송신기로부터 패킷 형태로 송신된 채널 심볼을 수신하여 등가 CRC 부호화 및 터보 부호화된 새로운 메시지 심볼을 구성하는 비트들에 대한 비트 메트릭(Metric)을 계산하고 비트 디인터리빙하여 역다중화한 후 상기 계산된 비트 메트릭을 이용하여 반복적으로 터보 복호화하고 해당 반복적인 터보 복호화를 거쳐 정방향 오류 정정된 프레임을 CRC 복호화하여 오류 포함 여부를 검출한 후 해당 오류 포함 여부에 따라 패킷의 재전송 요구에 관한 신호를 상기 송신기로 전송하는 수신기를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 오류 검출 방법은 입력된 데이터 비트를 등가 CRC 생성 다항식을 이용해 등가 CRC 부호화하여 CRC 부호화와 선종단(Pre-termination) 부호화를 동시에 수행하고 해당 등가 CRC 부호화된 출력 비트를 터보 부호화하여 다중화하며 해당 다중화된 출력 비트를 비트 인터리빙하여 채널 심볼로 매핑한 후 패킷 형태로 송신하는 과정과; 상기 패킷 형태로 송신된 채널 심볼을 수신하여 등가 CRC 부호화 및 터보 부호화된 새로운 메시지 심볼을 구성하는 비트들에 대한 비트 메트릭(Metric)을 계산하고 비트 디인터리빙하여 역다중화한 후 상기 계산된 비트 메트릭을 이용하여 반복적으로 터보 복호화하고 해당 반복적인 터보 복호화를 거쳐 정방향 오류 정정된 프레임을 CRC 복호화하여 오류 포함 여부를 검출한 후 해당 오류 포함 여부에 따라 패킷의 재전송 요구에 관한 신호를 전송하는 과정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음 과 같다.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 터보 부호화된 H-ARQ 시스템은 타입 1 H-ARQ 및 타입 2 H-ARQ 등에 모두 적용 가능하지만 이하에서는 타입 1 H-ARQ 시스템, 특히 SR(Selective Repeat) 방식을 고려하여 설명하고, 송신기와 수신기의 버퍼 크기는 무한대라고 가정한다. 여기서, 상기 SR 방식은 송신기의 동작이 지속적으로 이루어진다는 특징을 가지고 있는데, 송신기에서는 순서대로 프레임을 전송하며, 현재 프레임을 전송하는 과정에서 수신된 수신기로부터의 신호를 바탕으로 다음에 보낼 프레임을 결정하는 방식이다.

이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 터보 부호화된 H-ARQ 시스템을 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 오류 검출 방법이 적용되는 터보 부호화된 복합 재전송 방식(H-ARQ) 시스템을 나타낸 블록도이다.

본 발명의 실시예에 따른 터보 부호화된 H-ARQ 시스템은 변형된 격자 종단(Trellis Termination) 구조를 가지는 것으로, 송신기(100)와 수신기(200)로 이루어지는데, 상기 송신기(100)는 입력된 데이터 비트를 등가 CRC 생성 다항식을 이용해 등가 CRC 부호화하여 CRC 부호화와 선종단(Pre-termination) 부호화를 동시에 수행하고 해당 등가 CRC 부호화된 출력 비트를 터보 부호화하여 다중화하며 해당 다중화된 출력 비트를 비트 인터리빙하여 채널 심볼로 매핑한 후 패킷 형태로 상기 수신기(200)로 송신하고, 상기 수신기(200)는 상기 송신기(100)로부터 패킷 형태로 송신된 채널 심볼을 수신하여 등가 CRC 부호화 및 터보 부호화된 새로운 메 시지 심볼을 구성하는 비트들에 대한 비트 메트릭(Metric)을 계산하고 비트 디인터리빙하여 역다중화한 후 상기 계산된 비트 메트릭을 이용하여 반복적으로 터보 복호화하고 해당 반복적인 터보 복호화를 거쳐 정방향 오류 정정된 프레임을 CRC 복호화하여 오류 포함 여부를 검출한 후 해당 오류 포함 여부에 따라 패킷의 재전송 요구에 관한 신호를 상기 송신기(100)로 전송한다.

상기 송신기(100)는 등가 CRC 부호기(110), 터보 부호기(120), 멀티플렉서(Multiplexer)(130), 비트 인터리버(Bit Interleaver) (140) 및 변조기(150)를 구비하는데, 상기 등가 CRC 부호기(110)는 전송하고자 하는 데이터 비트를 등가 CRC 생성 다항식을 이용해 등가 CRC 부호화하여 CRC 부호화와 선종단 부호화를 동시에 수행하고, 상기 터보 부호기(120)는 상기 등가 CRC 부호화된 출력 비트를 터보 부호화하고, 상기 멀티플렉서(130)는 상기 터보 부호화된 출력 비트를 다중화하고, 상기 비트 인터리버(140)는 상기 다중화된 출력 비트의 순서를 재배열하기 위해 비트 인터리빙을 하며, 상기 변조기(150)는 상기 비트 인터리빙된 출력 비트를 채널 심볼로 매핑하여 패킷 형태로 상기 수신기(200)로 송신한다. 이때, 상기 변조기(150)에서 다중레벨(Multilevel) 심볼로 매핑된다.

그리고, 상기 등가 CRC 부호기(110)는 CRC 부호기(111) 및 선종단기(112)를 구비한다. 상기 CRC 부호기(111)는 전송하고자 하는 데이터 비트를 CRC 생성 다항식을 이용하여 CRC 부호화한 후 출력한다. 상기 선종단기(112)는 선종단을 위해 상기 CRC 부호화된 출력 비트에 후술하는 터보 부호기(120)의 구성 RSC 부호기(122, 123)의 역방향 다항식 g₁(x)를 곱하여 선종단 부호화한 후 출력한다. 여기서,

개의 데이터 비트를

라고 하고,

차의 CRC 생성 다항식을

라고, 상기 CRC 부호기(111)의 출력을

이라고 하며, 상기 선종단기(112)의

개의 출력을

이라고 하자.

그리고, 상기 터보 부호기(120)는 제 1 구성 RSC 부호기(122), 제 2 구성 RSC 부호기(123) 및 제 1 터보 인터리버(Turbo Interleaver)(121)를 구비하는데, 상기 제 1 구성 RSC 부호기(122)는 상기 등가 CRC 부호화된 출력 비트를 원래의 입력 순서에 따라 터보 부호화를 수행하여 제 1 출력 부가 비트를 출력하고, 상기 제 1 터보 인터리버(121)는 상기 등가 CRC 부호화된 출력 비트의 입력 순서를 재배열하기 위해 터보 인터리빙하며, 상기 제 2 구성 RSC 부호기(123)는 상기 제 1 터보 인터리버(121)에 의하여 터보 인터리빙된 상기 등가 CRC 부호화된 출력 비트의 순서에 따라 터보 부호화를 수행하여 제 2 출력 부가 비트를 출력한다.

여기서, 상기 터보 부호기(120)는 부호율이 1/3이며, 제 1 구성 RSC 부호기(122)와 제 2 구성 RSC 부호기(123)는 메모리 크기

를 갖고 생성 다항식

를 갖는다. 따라서, 상기 역방향 다항식 g₁(x) 및 순방향 다항식 g₂(x)는 모두

차 다항식이다.
상기 터보 부호기(120)에서 상기 생성 다항식

과 그의 역방향 다항식 g₁(x) 및 순방향 다항식 g₂(x)의 의미, 작용 및 효과는 터보 부호에 관하여 전술한 문헌[S. Benedetto and G. Montorsi, "Unveiling turbo codes: Some results on parallel concatenated coding schemes," IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 42, no. 2, pp. 409-428, Mar. 1996], 문헌[H. El Gammal and A. R. Hammons, Jr., "Analyzing the turbo decoder using the Gaussian approximation, IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 47, no. 2, pp. 671-686, Feb. 2001], 또는 문헌[B. Vucetic and J. Yuan, Turbo codes: Principles and applications, Kluwer Academic Publicshers, 2000] 등을 참조함으로써 파악할 수 있다.
그리고,

이라고 할 때, 상기 제 1 구성 RSC 부호기(122)는 제 1 출력 부가 비트,

을 출력하고, 상기 제 2 구성 RSC 부호기(123)는 제 2 출력 부가 비트,

을 출력한다. 또한, 상기 터보 부호기(120)는 구조적 비트(Systematic Bit),

도 출력한다. 두 개의 구성 RSC 부호기(122,123)가 동시에 종단되도록 하기 위하여 비트 스트림

는 조건(W. J. Blackert, E. K. Hall, and S. G. Wilson, "Turbo code termination and interleaver conditions," Electron. Lett., vol. 31, no. 24, pp. 2082-2084, Nov. 1995.)을 만족하는 크기가

인 제 1 터보 인터리버(121)

를 이용하여 인터리빙된다.

상기 수신기(200)는 복조기(210), 비트 디인터리버(Bit Deinterleaver)(220), 디멀티플렉서(Demultiplexer)(230), 터보 복호기(240) 및 CRC 복호기(260)를 구비하는데, 상기 복조기(210)는 상기 변조기(150)로부터 패킷 형태로 송신된 채널 심볼을 수신하여 등가 CRC 부호화 및 터보 복호화된 새로운 메시지 심볼을 구성하는 비트들에 대한 비트 메트릭을 계산하고, 상기 비트 디인터리버(220)는 상기 계산된 비트 메트릭의 순서를 원래대로 배열하기 위해 비트 디인터리빙을 하고, 상기 디멀티플렉서(230)는 상기 비트 디인터리빙된 비트 메트릭을 역다중화하고, 상기 터보 복호기(240)는 상기 역다중화된 비트 메트릭을 이용하여 반복적으로 터보 복호화하며, 상기 CRC 복호기(260)는 상기 반복적인 터보 복호화를 거쳐 정방향 오류 정정된 프레임을 CRC 복호화하여 오류 포함 여부를 검출한 후 해당 오류 포함 여부에 따라 패킷의 재전송 요구에 관한 신호를 상기 송신기(100)로 전송한다.

상기 터보 복호기(240)는 제 1 SISO(Soft Input Soft Output) 복호기(241), 제 2 SISO 복호기(242), 제 2 터보 인터리버(243), 터보 디인터리버(244) 및 판단기(245)를 구비하는데, 상기 제 1 SISO 복호기(241)는 상기 디멀티플렉서(230)로부 터 출력된 구조적 비트 메트릭 및 제 1 출력 부가 비트 메트릭과 하기 터보 디인터리버(242)로부터 출력된 제 2 추가 정보(Extrinsic Information)를 이용하여 갱신된 제 1 추가 정보를 출력하고, 상기 제 2 터보 인터리버(243)는 상기 출력된 제 1 추가 정보의 순서를 재배열하기 위해 터보 인터리빙하고, 상기 제 2 SISO 복호기(242)는 상기 디멀티플렉서(230)로부터 출력된 구조적 비트 메트릭 및 제 2 출력 부가 비트 메트릭과 상기 제 2 터보 인터리버(243)로부터 출력된 제 1 추가 정보를 이용하여 갱신된 제 2 추가 정보를 출력하고, 상기 터보 디인터리버(244)는 상기 출력된 제 2 추가 정보의 순서를 원래대로 배열하기 위해 터보 디인터리빙하며, 상기 판단기(245)는 상기 터보 디인터리빙된 연성출력에 대한 강성결정 값을 내린다.

이하, 도 4와 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 오류 검출 방법을 설명한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 오류 검출 방법을 나타낸 순서도이다.

먼저, 송신기(100)는 입력된 데이터 비트를 등가 CRC 생성 다항식을 이용해 등가 CRC 부호화하여 CRC 부호화와 선종단(Pre-termination) 부호화를 동시에 수행하고 해당 등가 CRC 부호화된 출력 비트를 터보 부호화하여 다중화하며 해당 다중화된 출력 비트를 비트 인터리빙하여 채널 심볼로 매핑한 후 패킷 형태로 수신기(200)로 송신한다(S501).

이에, 상기 수신기(200)는 상기 송신기(100)로부터 패킷 형태로 송신된 채널 심볼을 수신하여 등가 CRC 부호화 및 터보 부호화된 새로운 메시지 심볼을 구성하 는 비트들에 대한 비트 메트릭(Metric)을 계산하고 비트 디인터리빙하여 역다중화한 후 상기 계산된 비트 메트릭을 이용하여 반복적으로 터보 복호화하고 해당 반복적인 터보 복호화를 거쳐 정방향 오류 정정된 프레임을 CRC 복호화하여 오류 포함 여부를 검출한 후 해당 오류 포함 여부에 따라 패킷의 재전송 요구에 관한 신호를 상기 송신기(100)로 전송한다(S502).

이하, 도 4와 도 6을 참조하여 상기 송신기(100)에서 등가 CRC 부호화하여 송신하는 과정(S501)을 구체적으로 설명한다.

도 6은 도 5에 있어, 송신기에서 등가 CRC 부호화하여 송신하는 과정을 나타낸 순서도이다.

먼저, 송신기(100)의 등가 CRC 부호기(110)에서 CRC 부호기(111)는 전송하고자 하는

개의 데이터 비트,

,를

차 CRC 생성 다항식

을 이용하여 CRC 부호화한 후 출력한다.(S601).

이에, 선종단기(112)는 종래의 격자 종단과 달리 상기 CRC 부호화된 출력,

,을 선종단(Pre-termination)을 위해 상기 CRC 부호화된 출력 비트를 역방향 다항식

를 이용하여 선종단 부호화한 후 출력한다(S602). 여기서, 상기

는 터보 부호기(120)의 구성 RSC 부호기(122,123)의 역방향 다항식이다.

그리고, 터보 부호기(120)는 상기 선종단된

개의 출력 비트,

,를 터보 부호화하여 출력한다(S603). 여기서, 상기 터보 부호기(120)는 출력 비트 스트림,

,

및

,를 출력한다. 두 개의 구성 RSC 부호기(122,123)가 동시에 종단되도록 하기 위하여 비트 스트림

는 조건을 만족하는 크기가

인 제 1 터보 인터리버(121)

를 이용하여 인터리빙된다.

이에, 멀티플렉서(130)는 상기 터보 부호화된 출력 비트,

,

및

,를 다중화한다(S604).

그리고, 비트 인터리버(140)

는 상기 다중화된 출력 비트의 순서를 재배열하기 위해 비트 인터리빙을 한다(S605).

이에 따라, 변조기(150)는 상기 비트 인터리빙된 출력 비트를 채널 심볼로 매핑한 후 패킷 형태로 상기 수신기(200)로 송신한다(S606).

이하, 도 4와 도 7을 참조하여 상기 수신기(200)에서 CRC 복호화하여 오류 검출하는 과정을 설명한다.

도 7은 도 5에 있어, 수신기에서 CRC 복호화하여 오류 검출하는 과정을 나타낸 순서도이다.

먼저, 상기 수신기(200)에서 복조기(210)는 상기 변조기(150)로부터 패킷 형태로 송신된 채널 심볼을 수신하여 등가 CRC 부호화 및 터보 부호화된 새로운 메시지 심볼을 구성하는 비트들에 대한 비트 메트릭을 계산한다(S701).

는

번째 송신의

번째 심볼 타이밍에서 송신된 다중레벨 심볼이고,

는

번째 송신의

번째 심볼 타이밍에서 평균이 0, 분산이 1인 복소 가우시안 채널 상수이다.

번째 송신의

번째 심볼 타이밍에서 수신된 신호,

는 다음과 같이 주어진다.

여기에서

는 평균이 0이고 차원당 분산이

인 복소 AWGN(Additive White Gaussian Noise)이다. 수신기(200)의 복조기(210)에서는 체이스 결합을 이용하고 있다(D. Chase, "Code combining a maximum-likelihood decoding approach for combining an arbitrary number of noisy packers," IEEE Trans. Commun., vol. 33, no. 2, pp. 385-393, May 1985.).

번째 송신후에

번째 심볼 타이밍에서

번째 비트의 메트릭을 고려하자. 복조기(210)에서 채널 상태 정보(CSI:Channel State Information)를 정확하게 알고 있다고 할 때, 비트 메트릭은 다음과 같이 주어진다.

여기에서

과

는 각각

번째 비트가 0 또는 1인 심볼들의 집합을 의미한다.

그리고, 비트 디인터리버(220)는 상기 계산된 비트 메트릭의 순서를 원래대 로 배열하기 위해 비트 디인터리빙을 한다(S702).

이에, 디멀티플렉서(230)는 상기 비트 디인터리빙된 비트 메트릭을 역다중화하여 구조적 비트 메트릭, 제 1 출력 부가 비트 메트릭 및 제 2 출력 부가 비트 메트릭을 출력한다(S703).

이에 따라, 터보 복호기(240)는 상기 역다중화된 비트 메트릭을 이용하여 반복적으로 터보 복호화한다(S704). 즉, 상기 복조기(210)에서 계산된 비트 메트릭은 SISO 복호기(241,242)에 입력되어 반복적 복호화 과정을 거치게 된다. 구체적으로, 상기 터보 복호기(240)에서 상기 제 1 SISO 복호기(241)는 상기 디멀티플렉서(230)로부터 출력된 구조적 비트 메트릭 및 제 1 출력 부가 비트 메트릭과 하기 터보 디인터리버(244)로부터 출력된 제 2 추가 정보(Extrinsic Information)를 이용하여 갱신된 제 1 추가 정보를 출력하고, 상기 제 2 터보 인터리버(243)는 상기 출력된 제 1 추가 정보의 순서를 재배열하기 위해 터보 인터리빙하고, 상기 제 2 SISO 복호기(242)는 상기 디멀티플렉서(230)로부터 출력된 구조적 비트 메트릭 및 제 2 출력 부가 비트 메트릭과 상기 제 2 터보 인터리버(243)로부터 출력된 제 1 추가 정보를 이용하여 갱신된 제 2 추가 정보를 출력하고, 상기 터보 디인터리버(244)는 상기 출력된 제 2 추가 정보의 순서를 원래대로 배열하기 위해 터보 디인터리빙하며, 상기 판단기(245)는 상기 터보 디인터리빙된 연성출력에 대한 강성결정 값을 내린다.

이에, CRC 복호기(250)는 상기 반복적인 터보 복호화를 거쳐 정방향 오류 정정된 프레임을 CRC 복호화하여 패킷의 오류 포함 여부를 검출한다(S705).

이때, 패킷에 오류가 없다고 판단된 경우에, 상기 CRC 복호기(260)는 역방향 채널을 통해 상기 송신기(100)로 인증신호(ACK)를 전송한다. 그리고, CRC 복호화된 패킷은 사용자에게 전달된다(S706).

반면에, 패킷에 오류가 있다고 판단된 경우에, 상기 CRC 복호기(260)는 역방향 채널을 통해 상기 송신기(100)로 비인증신호(NAK)를 전송한다(S707). 이에 따라, 상기 송신기(100)는 상기 비인증신호를 수신하면 동일한 패킷을 재전송하고(S601~S606), 상기 수신기(200)는 다시 패킷의 오류 포함 여부를 검출하여 해당 오류 포함 여부에 따라 패킷의 재전송 요구에 관한 신호를 상기 송신기(100)로 전송한다(S701~S707).

즉, 패킷에 오류가 있을 경우, 반복적 복호화 과정은 반복 횟수가 최대 반복 횟수,

,에 도달할 때까지 반복된다.

번째 반복 후에도 여전히 오류가 검출되면, 비인증신호가 상기 송신기(100)로 전송되며, 패킷이 오류 없이 수신되거나, 재전송 횟수가 미리 정해진 최대 재전송 횟수,

,에 도달할 때까지 동일한 패킷이 재전송된다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 터보 부호화된 H-ARQ 시스템에서 적용되는 오류 검출 방법에 대해 수학식을 통해 좀 더 구체적으로 설명한다.

본 발명에서는 변형된 격자 종단 구조를 가지는 송신기(100)에 대하여, 수신기(200)에서의 오류 검출 방법을 제안한다.

본 발명의 오류 검출 방법은 종래의 CRC 생성 다항식

보다 높은 차 수를 갖는 등가 CRC 생성 다항식

을 사용하여 CRC 오류 검출을 수행한다. 여기서, 상기 등가 CRC 생성 다항식

는 다음과 같은 유도 과정을 통하여 얻어진다. CRC 부호기(111)의 출력,

,는 다음과 같은 CRC 식을 만족해야 한다.

여기서

는

의 다항식 형태의 표현이다. 변형된 격자 종단 구조를 사용할 때, 비트 스트림

는 다항식의 형태로 다음과 같이 표현된다.

상기 수학식 7과 수학식 8로부터,

와

는

와 같은 관계를 만족하게 된다. 상기 수학식 9는 상기 수학식 7의 CRC 식과 같은 꼴이므로, 본 발명의 오류 검출 방법에서 등가 CRC 생성 다항식

는

로 주어진다.

본 발명의 오류 검출 방법에서의 등가 CRC 생성 다항식

의 차수는 종래의 CRC 오류 검출 방법에서의 CRC 생성 다항식

의 차수보다

만큼 높다. 전술한 바와 같이, g₁(x)의 차수가

이기 때문이다. 따라서, 본 발명의 오류 검출 방법은 오류 검출을 위해

오버헤드 비트를 사용함으로써 달성할 수 있는 비검출 오류 확률을 단지

오버헤드 비트로 달성할 수 있다. 즉, 본 발명의 오류 검출 방법에서는 오직

개의 오버헤드 비트만이 필요하다는 것이 주목할 만 하다. 이는 상기 선종단기(112)에서 터보 부호기(120)의 구성 RSC 부호기(122, 123)의 역방향 다항식 g₁(x)를 곱하여 선종단 부호화하는 본 발명의 구성으로부터 얻은 결과이다.

이하, 상기 등가 CRC 생성 다항식

에 대한 검색을 설명한다.

차 등가 CRC 생성 다항식

로 생성되는

선형 오류 검출 부호

의 비검출 오류 확률은 등가 CRC 생성 다항식

의 차수와 부호

자체의 무게 분포(Weight Distribution)에 영향을 받는다(S. K. Leuna-Yan-Cheong, and M. E. Hellman, "Concerning a bound on undetected error probability," IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 22, no. 1, pp. 235-237, Mar. 1976.).

상기 부호

의 무게 분포는

로 주어지며,

는 무게

를 가지는 부호어(Codeword)의 개수를 의미한다. 터보 복호화를 거친 후의 평균 비트 오류 확률

라고 하자. 그러면, 본 발명의 실시예에 따른 터보 부호화된 H-ARQ 시스템에서 부호

의 비검출 오류 확률

은

로 주어진다.

터보 부호화를 거친 후의 평균 비트 오류 확률

는 1보다 매우 작은 값을 가지기 때문에, 본 발명의 실시예에 따른 터보 부호화된 H-ARQ 시스템에서 비검출 오류 확률

은 최소 거리

와 그 거리에 해당하는

에 의해 좌우된다. 따라서 가장 낮은 비검출 오류 확률을 달성하기 위해, 최대의

과 최소의

을 가지는 부호

를 생성하는 등가 CRC 생성 다항식

를 구해야 하는데, 이는 Mac William's identity를 이용한 컴퓨터 계산을 통해 얻을 수 있다(R. E. Blahut, Theory and Practice of Error Control Codes. Addison-Wesley, 1984.).

이하, 도 8, 도 9, 도 10a 및 도 10b를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 터보 부호화된 H-ARQ 시스템에 적용되는 오류 검출 방법의 효과를 알기 위한 모의 실험 결과를 설명한다.

독립된 레일레이(Rayleigh) 분포를 갖는 페이딩(Fading)환경에서, 본 발명의 오류 검출 방법이 적용되는 터보 부호화된 타입 1 H-ARQ 시스템을 고려하자. 두개의

구성 RSC 부호기로 이루어진 터보 부호기가 모의 실험에 사용된다. 즉, 구성 RSC 부호기의 생성 다항식이

이다.

또한, 수신기에서 채널 상태 정보를 정확히 알 수 있다고 가정하자.

도 8은 종래의 CRC 생성 다항식과 본 발명에 따른 등가 CRC 생성 다항식의 비교를 나타낸 도면인데, 도 8은 주어진 부호어 길이

과 데이터 비트의 수

에 대하여 가장 큰

값과 가장 작은

값을 갖는 부호를 생성하는 CRC 생성 다항식을 나타낸다.

본 발명의 오류 검출 방법에서의 등가 CRC 생성 다항식

는 종래의 오류 검출 방법에서의 CRC 생성 다항식

보다 더 큰

(또는

이 같을 때 더 작은

)을 제공하는데, 이는 본 발명의 등가 CRC 생성 다항식

의 차수가 종래의 CRC 생성 다항식

보다

만큼 크다는 데 기인한다. 즉, 도 8에서

가 8일 때, CRC 생성 다항식

가 제공하는

는 2,

는 1534이지만 등가 CRC 생성 다항식

가 제공하는

는 3,

는 85131이므로 등가 CRC 생성 다항식

가 CRC 생성 다항식

보다 더 큰

을 제공함을 알 수 있다. 여기서 , 주의할 점은 등가 CRC 생성 다항식

가 제공하는

가 CRC 생성 다항식

가 제공하는

보다 더 크지만, 비검출 오류 확률에 있어

의 영향이

의 영향보다 더 크므로 상기 결론은 여전히 유지된다.

그리고,

가 12일 때, CRC 생성 다항식

가 제공하는

는 4,

는 18319200이지만 등가 CRC 생성 다항식

가 제공하는

는 4,

는 1560520이므로

이 같을 때 등가 CRC 생성 다항식

가 CRC 생성 다항식

보다 더 작은

을 제공함을 알 수 있다.

도 9는 종래의 CRC 오류 검출 방법에서 비검출 오류 확률과 본 발명에 따른 오류 검출 방법에서 비검출 오류 확률간의 비교를 나타낸 도면인데, 등가 CRC 생성 다항식

로부터 생성된

부호가 본 발명의 오류 검출 방법에 사용되고, CRC 생성 다항식

로부터 생성된

부호가 종래의 CRC 오류 검출 방법에 사용된다. 무게가 1에서 5인 부호어가 계산을 위해 포함되고 비검출 오류 확률은 상기 수학식 12에 의해 계산된다. 본 발명의 오류 검출 방법이 종래의 CRC 오류 검출 방법에 비해 더 큰

을 갖기 때문에, 본 발명의 오류 검출 방법에서의 비검출 오류 확률이 종래의 CRC 오류 검출 방법에서의 비검출 오류 확률보다 더 낮다는 것을 알 수 있다.

도 10a는 QPSK에 있어, 종래의 CRC 오류 검출 방법에서 프레임 오율과 본 발명에 따른 오류 검출 방법에서 프레임 오율간의 비교를 나타낸 도면이고, 도 10b는 8-ary PSK에 있어, 종래의 CRC 오류 검출 방법에서 프레임 오율과 본 발명에 따른 오류 검출 방법에서 프레임 오율간의 비교를 나타낸 도면인데, 도 9에서 고려된 등가 CRC 생성 다항식

, CRC 생성 다항식

,

및

이 모의 실험에 사용된다.

도 10a는 QPSK 변조를 사용하며, 최대 재전송 횟수

= 0,1, 그리고 2인 경우의 터보 부호화된 타입 1 H-ARQ 시스템에서의 프레임 오율을 나타낸다. 재전송이 없으면 즉,

=0이면, 본 발명의 오류 검출 방법에 따른 비검출 오류 확률 개선은 프레임 오율에 기여하지 못한다. 따라서, 본 발명과 종래의 방법에서의 프레임 오율은 동일하다. 그러나, 재전송 회수가

= 1, 그리고 2인 경우, 본 발명에서의 비검출 오류 확률이 종래의 비검출 오류 확률보다 더 낮기 때문에, 본 발명의 오류 검출 방법이 적용되는 터보 부호화된 타입 1 H-ARQ 시스템은 종래의 CRC 오류 검출 방법이 적용되는 터보 부호화된 타입 1 H-ARQ 시스템보다 더 낮은 프레임 오율을 달성함을 알 수 있다.

그리고, 수신기의 복조기에서 체이스 결합은 신호대잡음비 이득으로 나타나는데, 최대 재전송 횟수가 1,2인 경우, 재전송을 하지 않는 시스템에 비하여 2, 3.7 데시벨(dB)의 신호대잡음비 이득을 얻음을 알 수 있다.

도 10b는 8-ary PSK 변조를 사용하며, 최대 재전송 횟수

= 0,1, 그리고 2인 경우의 모의 실험 결과를 나타낸다. 상기 QPSK 변조를 사용하는 경우에서의 성능과 유사하게 8-ary PSK를 사용하는 경우에, 본 발명의 오류 검출 방법이 적용되는 터보 부호화된 타입 1 H-ARQ 시스템은 종래의 CRC 오류 검출 방법이 적용되는 터보 부호화된 타입 1 H-ARQ 시스템에 비하여 낮은 프레임 오율을 달성함을 알 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 실시예에는 상술한 것에 한정되지 않고, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 범위 내에서 여러 가지의 대안, 수정 및 변경하여 실시할 수 있다.

이 상과 같이, 본 발명은 변형된 격자 종단을 채용함으로써 종래의 CRC 생성 다항식보다 더 높은 차수를 갖는 등가 CRC 생성 다항식을 얻을 수 있고, 해당 더 높은 차수를 갖는 등가 CRC 생성 다항식을 사용함으로써 종래의 비검출 오류 확률보다 더 낮은 비검출 오류 확률을 달성할 수 있으며, 또한 해당 더 낮은 비검출 오류 확률 때문에 동일한 개수의 오버헤드 비트가 사용된다고 할 때 종래보다 더 낮은 프레임 오율을 달성할 수 있다.

Claims

터보 부호화된 복합 재전송 방식 시스템으로서,

입력된 데이터 비트를 등가 CRC 생성 다항식을 이용해 등가 CRC 부호화하여 CRC 부호화와 선종단(Pre-termination) 부호화를 동시에 수행하고 해당 등가 CRC 부호화된 출력 비트를 터보 부호화하여 다중화하며 해당 다중화된 출력 비트를 비트 인터리빙하여 채널 심볼로 매핑한 후 패킷 형태로 수신기로 송신하는 송신기; 및

상기 송신기로부터 패킷 형태로 송신된 채널 심볼을 수신하여 등가 CRC 부호화 및 터보 부호화된 새로운 메시지 심볼을 구성하는 비트들에 대한 비트 메트릭(Metric)을 계산하고 비트 디인터리빙하여 역다중화한 후 상기 계산된 비트 메트릭을 이용하여 반복적으로 터보 복호화하고 해당 반복적인 터보 복호화를 거쳐 정방향 오류 정정된 프레임을 CRC 복호화하여 오류 포함 여부를 검출한 후 해당 오류 포함 여부에 따라 패킷의 재전송 요구에 관한 신호를 상기 송신기로 전송하는 수신기를 포함하되,

상기 송신기는,

(i) 전송하고자 하는 데이터 비트를 등가 CRC 생성 다항식을 이용해 등가 CRC 부호화하여 CRC 부호화와 선종단 부호화를 동시에 수행하는 등가 CRC 부호기;

(ii) 상기 등가 CRC 부호화된 출력 비트를 터보 부호화하는 터보 부호기;

(iii) 상기 터보 부호화된 출력 비트를 다중화하는 멀티플렉서;

(iv) 상기 다중화된 출력 비트의 순서를 재배열하기 위해 비트 인터리빙을 하는 비트 인터리버; 및

(v) 상기 비트 인터리빙된 출력 비트를 채널 심볼로 매핑하여 패킷 형태로 상기 수신기로 송신하는 변조기를 포함하며,

여기에서,

상기 터보 부호기는,

(i) 상기 등가 CRC 부호화된 출력 비트를 원래의 입력 순서에 따라 터보 부호화를 수행하여 제 1 출력 부가 비트를 출력하는 제 1 구성 RSC 부호기;

(ii) 상기 등가 CRC 부호화된 출력 비트의 입력 순서를 재배열하기 위해 터보 인터리빙하는 제 1 터보 인터리버; 및

(iii) 상기 제 1 터보 인터리버에 의하여 터보 인터리빙된 상기 등가 CRC 부호화된 출력 비트의 순서에 따라 터보 부호화를 수행하여 제 2 출력 부가 비트를 출력하는 제 2 구성 RSC 부호기를 포함하고,

상기 등가 CRC 부호기는,

(i) 전송하고자 하는 데이터 비트를 CRC 생성 다항식을 이용하여 CRC 부호화한 후 출력하는 CRC 부호기; 및

(ii) 선종단을 위해 상기 CRC 부호화된 출력 비트에 상기 제 1 구성 RSC 부호기 또는 제 2 구성 RSC 부호기의 역방향 다항식을 곱하여 선종단 부호화한 후 출력하는 선종단기를 포함하는 것을 특징으로 하는 터보 부호화된 복합 재전송 방식 시스템.
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제 1항에 있어서,

상기 수신기는,

상기 변조기로부터 패킷 형태로 송신된 채널 심볼을 수신하여 등가 CRC 부호화 및 터보 복호화된 새로운 메시지 심볼을 구성하는 비트들에 대한 비트 메트릭을 계산하는 복조기와;

상기 계산된 비트 메트릭의 순서를 원래대로 배열하기 위해 비트 디인터리빙을 하는 비트 디인터리버와;

상기 비트 디인터리빙된 비트 메트릭을 역다중화하는 디멀티플렉서와;

상기 역다중화된 비트 메트릭을 이용하여 반복적으로 터보 복호화하는 터보 복호기와;

상기 반복적인 터보 복호화를 거쳐 정방향 오류 정정된 프레임을 CRC 복호화하여 오류 포함 여부를 검출한 후 해당 오류 포함 여부에 따라 패킷의 재전송 요구에 관한 신호를 상기 송신기로 전송하는 CRC 복호기를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 터보 부호화된 복합 재전송 방식 시스템.
제 5항에 있어서,

상기 터보 복호기는,

상기 디멀티플렉서로부터 출력된 구조적 비트 메트릭 및 제 1 출력 부가 비트 메트릭과 하기 터보 디인터리버로부터 출력된 제 2 추가 정보(Extrinsic Information)를 이용하여 갱신된 제 1 추가 정보를 출력하는 제 1 SISO 복호기와;

상기 출력된 제 1 추가 정보의 순서를 재배열하기 위해 터보 인터리빙하는 제 2 터보 인터리버와;

상기 디멀티플렉서로부터 출력된 구조적 비트 메트릭 및 제 2 출력 부가 비트 메트릭과 상기 제 2 터보 인터리버로부터 출력된 제 1 추가 정보를 이용하여 갱신된 제 2 추가 정보를 출력하는 제 2 SISO 복호기와;

상기 출력된 제 2 추가 정보의 순서를 원래대로 배열하기 위해 터보 디인터리빙하는 터보 디인터리버와;

상기 터보 디인터리빙된 연성출력에 대한 강성결정 값을 내리는 판단기를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 터보 부호화된 복합 재전송 방식 시스템.
입력된 데이터 비트를 등가 CRC 생성 다항식을 이용해 등가 CRC 부호화하여 CRC 부호화와 선종단(Pre-termination) 부호화를 동시에 수행하고 해당 등가 CRC 부호화된 출력 비트를 터보 부호화하여 다중화하며 해당 다중화된 출력 비트를 비트 인터리빙하여 채널 심볼로 매핑한 후 패킷 형태로 송신하는 과정; 및

상기 패킷 형태로 송신된 채널 심볼을 수신하여 등가 CRC 부호화 및 터보 부호화된 새로운 메시지 심볼을 구성하는 비트들에 대한 비트 메트릭(Metric)을 계산하고 비트 디인터리빙하여 역다중화한 후 상기 계산된 비트 메트릭을 이용하여 반복적으로 터보 복호화하고 해당 반복적인 터보 복호화를 거쳐 정방향 오류 정정된 프레임을 CRC 복호화하여 오류 포함 여부를 검출한 후 해당 오류 포함 여부에 따라 패킷의 재전송 요구에 관한 신호를 전송하는 과정을 포함하되,

상기 등가 CRC 부호화하여 송신하는 과정은,

전송하고자 하는 데이터 비트를 CRC 생성 다항식을 이용하여 CRC 부호화한 후 출력하는 단계;

선종단(Pre-termination)을 위해 상기 CRC 부호화된 출력 비트에 터보 부호화 과정에서 사용되는 역방향 다항식을 곱하여 선종단 부호화한 후 출력하는 단계;

상기 선종단된 출력 비트를 터보 부호화하여 출력하는 단계;

상기 터보 부호화된 출력 비트를 다중화하는 단계;

상기 다중화된 출력 비트의 순서를 재배열하기 위해 비트 인터리빙을 하는 단계; 및

상기 비트 인터리빙된 출력 비트를 채널 심볼로 매핑한 후 패킷 형태로 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오류 검출 방법.
삭제
제 7항에 있어서,

상기 CRC 복호화하여 오류 검출하는 과정은,

상기 패킷 형태로 송신된 채널 심볼을 수신하여 등가 CRC 부호화 및 터보 부호화된 새로운 메시지 심볼을 구성하는 비트들에 대한 비트 메트릭을 계산하는 단계와;

상기 계산된 비트 메트릭의 순서를 원래대로 배열하기 위해 비트 디인터리빙을 하는 단계와;

상기 비트 디인터리빙된 비트 메트릭을 역다중화하여 출력하는 단계와;

상기 역다중화된 비트 메트릭을 이용하여 반복적으로 터보 복호화하는 단계와;

상기 반복적인 터보 복호화를 거쳐 정방향 오류 정정된 프레임을 CRC 복호화하여 패킷의 오류 포함 여부를 검출한 후 해당 오류 포함 여부에 따라 패킷의 재전 송 요구에 관한 신호를 전송하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 오류 검출 방법.
제 9항에 있어서,

상기 패킷의 재전송 요구에 관한 신호를 전송하는 단계는,

패킷에 오류가 없다고 판단된 경우에, 역방향 채널을 통해 인증신호(ACK)를 전송하는 단계와;

패킷에 오류가 있다고 판단된 경우에, 역방향 채널을 통해 비인증신호(NAK)를 전송하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 오류 검출 방법.