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KR100821137B1 - 무선 멀티미디어 서비스를 위한 적응 변조 및 부호화 방법 - Google Patents

무선 멀티미디어 서비스를 위한 적응 변조 및 부호화 방법 Download PDF

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KR100821137B1
KR100821137B1 KR1020060062923A KR20060062923A KR100821137B1 KR 100821137 B1 KR100821137 B1 KR 100821137B1 KR 1020060062923 A KR1020060062923 A KR 1020060062923A KR 20060062923 A KR20060062923 A KR 20060062923A KR 100821137 B1 KR100821137 B1 KR 100821137B1
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Abstract

무선 멀티미디어 서비스를 위한 데이터를 변조 및 부호화함에 있어 무선자원을 보다 효율적으로 사용할 수 있는 적응 변조 및 부호화 방법. 본 발명의 적응 변조 및 부호화 방법은 채널 상태에 따라 변조방식을 적응적으로 변경한 후, 채널 상태의 변화 양상에 따라 각 송신데이터 블록에 대해 부호화율을 별도로 가변시킨다. 본 발명의 적응 변조 및 부호화 방법에 있어서는, 먼저 (a) 채널 상태에 따라 적용할 복수의 변조기법과, 상기 복수의 변조기법 각각에 대해 적용가능한 복수의 부호화율을 결정해둔다. (b) 그 후, 데이터를 송신하고자 하는 경우, 송신데이터에 대해 블록을 설정한다. (c) 각 송신데이터 블록을 전송하고자 할 때마다, 채널 상태에 따라 현재 송신데이터 블록을 변조할 변조기법을 결정한다. (d) 채널 상태의 변화에 따라, 위에서 결정된 변조기법에 대해 상기 (a)단계에서 결정되어 있는 복수의 부호화율 중에서 어느 한 부호화율을 현재 송신데이터 블록에 대한 부호화율을 결정한다. 그리고, (e) 상기 결정된 부호화율로 현재 송신데이터 블록을 부호화하고, 상기 결정된 변조기법으로 부호화된 데이터를 변조하여 송신하게 된다.
이동통신, 멀티미디어, 와이브로, 적응변조, 코딩, 부호화율

Description

무선 멀티미디어 서비스를 위한 적응 변조 및 부호화 방법{Adaptive Modulation and Coding Method Suitable for Wireless Multimedia Service}
도 1은 본 발명에 의한 적응 변조 및 부호화 방법을 적용하기 위한 이동통신 시스템의 블록도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 적응 변조 및 부호화 방법을 보여주는 흐름도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서 적용되는 변조방식의 종류와, 이들 간에 스위칭을 하기 위한 채널신호전력 대 잡음비 기준 스위칭 레벨을 보여주는 도면.
도 4는 본 발명에 의한 적응 변조 및 부호화 방법을 적용하여 모의 실험했을 때의 오류율을 기존의 방법과 대비하여 보여주는 그래프.
본 발명은 무선통신시스템에서의 신호송신 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무선채널 환경에 따라 송신하고자 하는 데이터의 변조 기법과 부호화율을 각각 개별적으로 변경하여 신호를 전송하는 적응변조 방법에 관한 것이다.
무선통신시스템이 제공하는 서비스는 초기의 음성 위주의 서비스에서 벗어나 고속, 고품질의 데이터 서비스 및 멀티미디어 서비스로 확대되고 있다. 그런데, 무선채널 환경에서의 백색잡음 이외에 페이딩에 의한 수신 신호전력의 변화, 섀도우잉, 단말기의 이동 및 빈번한 속도 변화에 따른 도플러효과, 타 사용자 및 다중경로 신호들에 의한 간섭 등을 고려할 때, 고속, 고품질의 멀티미디어 서비스를 제공하기 위해서는 채널변화에 대한 적응능력을 높일 수 있도록 적절한 변조방식과 코딩방식을 적용하는 것이 요구된다.
이러한 요구에 의해 제안된 대표적인 기술로써, 적응변조/코딩방식(Adaptive Modulation and Coding Scheme)이 있다. 적응변조/코딩방식은 하향링크의 채널환경의 변화에 따라 즉, 전력레벨에 따라 데이터 채널의 변조방식과 코딩방식을 변화시켜줌으로써, 셀 전체의 채널 사용효율을 높여주는 방법이다. 일반적으로 이동통신시스템에서 단말기는 신호대잡음비를 측정하여 이 정보를 상향링크를 통해 기지국에 알려주게 되는데, 기지국은 이 정보를 바탕으로 하여 하향채널의 환경을 예측하고, 그 예측된 값을 바탕으로 적절한 변조방식과 채널 부호화기의 부호율을 지정하게 되는 것이다. 따라서 적응변조/코드 기법을 사용하고 있는 시스템에서는 기지국 근처에 있는 단말기처럼 좋은 채널 환경을 가지고 있을 경우 고차 변조방식(예컨대, 16QAM, 64QAM)과 고부호율 (3/4)을 적용하고, 셀의 경계지점과 같이 채널환경이 열악한 상태에 있는 단말기의 경우 저차 변조방식과 저부호율 (1/2)을 적용한다.
표 1은 한국정보통신기술협회가 제정한 2.3GHz 휴대인터넷 물리계층 표준에 부합하는 광대역 무선인터넷(Wibro)에서의 변조 방식 및 부호화율의 일 예를 보여준다. 표 1의 예에 따르면, 1%의 목표 패킷 오류율을 기준으로 채널상태(CINR: Carrier to Interference and Noise Ratio) 대비 변조 방식 및 부호화율의 변경 방식이 단말기의 종류 즉, 보행자인지 차량설치 단말기인지에 따라, 그리고 단말기의 이동속도에 따라 고정되어 있다.
변조방식 채널 부호화율 CINR(dB)
보행자-A (3km/h) 보행자-B (10km/h) 차량-A (3km/h) 차량-B (10km/h) 차량-C (60km/h)
QPSK 1/12 -3.95 -3.8 -3.9 -3.9 -3.9
QPSK 1/6 -1.65 -1.4 -1.5 -1.45 -1.45
QPSK 1/3 1.5 2.1 1.6 1.65 1.65
QPSK 1/2 4.3 5.3 4.25 4.3 4.4
QPSK 2/3 7.95 9.4 7.9 8 8.158.15
16QAM 1/2 9.3 10.15 9.25 9.35 9.5
16QAM 2/3 13.1 14.6 13.2 13.5 13.65
16QAM 3/4 15.8 17.7 16.7 16.5 15.7
64QAM 2/3 18.45 19.7 18.2 18.4 19.2
64QAM 5/6 24.8 27.2 24.4 24.7 27.5
표 2는 표 1에 나타난 방식을 적용하여 변조 방식과 채널부호화율을 변경시키는 예를 보여준다.
인덱스 블록 1 블록 2 블록 3 블록 4 블록 5 블록 6 블록 7 블록 8
CINR 1.59 3.78 3.98 4.00 9.4 10.7 10.1 8.94
변조방식 QPSK QPSK QPSK QPSK 16QAM 16QAM 16QAM QPSK
부호화율 1/3 1/3 1/3 1/3 1/2 1/2 1/2 2/3
정보전송량 0.66 0.66 0.66 0.66 2 2 2 1.33
즉, 블록 1의 경우, 전력대잡음비(CINR)가 표 1의 보행자 A에 대한 데이터에서 1.5와 4.3 사이에 있으므로 QPSK변조 및 1/3 부호화를 행하게 되며, 이에 따라 정보 전송량은 0.66 비트/심볼(bits/symbol)이 된다. 마찬가지로, 블록 2 내지 블록 4의 경우에도 채널의 파워가 변화하지만 전력대잡음비가 1.5와 4.3 사이에 있으므로 QPSK변조 및 1/3 부호화를 행하게 되며, 이에 따라 정보 전송량은 0.66 비트/심볼로 고정되어 있게 된다. 한편, 블록 5에서 7까지는 전력대잡음비가 표 1에서 9.3 내지 13.1 사이에 있으므로 16QAM 변조 방식에 1/2 부호화를 행하게 되어 있어 정보 전송량은 2 비트/심볼로 고정된다.
위와 같은 종래의 적응변조/코딩방식에 따르면, 전력대잡음비에 따라 변조방식과 부호화율이 함께 결정된다. 따라서, 전력대잡음비가 변화하더라도 상당히 넓은 범위에 걸쳐 변조 방식 및 부호화율이 고정되어 있게 되며, 이에 따라 무선자원을 최대한 효율적으로 사용한다고 할 수가 없다는 문제점이 있다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 무선 멀티미디어 서비스를 위한 데이터를 변조 및 부호화함에 있어 무선자원을 보다 효율적으로 사용할 수 있는 적응 변조 및 부호화 방법을 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 적응 변조 및 부호화 방법은 채널 상태에 따라 변조방식을 적응적으로 변경한 후, 채널 상태의 변화 양상에 따라 각 송신데이터 블록에 대해 부호화율을 별도로 가변시킨다.
본 발명의 적응 변조 및 부호화 방법에 있어서는, 먼저 (a) 무선채널의 상태에 따라 적용할 복수의 변조기법과, 상기 복수의 변조기법 각각에 대해 적용가능한 복수의 부호화율을 결정해둔다. (b) 그 후, 데이터를 송신하고자 하는 경우, 송신데이터에 대해 블록을 설정한다. (c) 각 송신데이터 블록을 전송하고자 할 때마다, 무선채널의 상태에 따라 현재 송신데이터 블록을 변조할 변조기법을 결정한다. (d) 무선채널의 상태 변화에 따라, 위에서 결정된 변조기법에 대해 상기 (a)단계에서 결정되어 있는 복수의 부호화율 중에서 어느 한 부호화율을 현재 송신데이터 블록에 대한 부호화율로 결정한다. 그리고, (e) 상기 결정된 부호화율로 현재 송신데이터 블록을 부호화하고, 상기 결정된 변조기법으로 부호화된 데이터를 변조하여 송신하게 된다.
바람직한 실시예에 있어서, 부호화율을 결정함에 있어서는, 무선채널의 상태가 나빠지는 경우에는 상기 복수의 부호화율 중에서 이전 송신데이터 블록에 대한 부호화율보다 직하위의 부호화율로 상기 현재 송신데이터 블록에 대한 부호화율을 결정하고, 무선채널의 상태가 좋아지는 경우에는 상기 복수의 부호화율 중에서 상기 이전 송신데이터 블록에 대한 부호화율보다 직상위의 부호화율로 상기 현재 송신데이터 블록에 대한 부호화율을 결정하게 된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 무선채널의 상태 변화는 현재 송신데이터 블록에 대한 평균 채널전력 추정치와 이전 송신데이터 블록에 대한 평균 채널전력의 비교의 통해 결정된다.
부호화율을 결정함에 있어서는, 먼저 현재 송신데이터 블록에 대한 변조기법과 이전 송신데이터 블록에 대한 변조기법을 비교하고, 현재 송신데이터 블록에 대한 변조기법과 상기 이전 송신데이터 블록에 대한 변조기법이 동일한 경우에 대해서 위와 같이 부호화율을 결정하는 것이 바람직하다. 이와 같은 실시예에 있어서, 현재 송신데이터 블록에 대한 변조기법이 이전 송신데이터 블록에 대한 변조기법보다 고차인 경우에는, 현재 송신데이터 블록에 대한 변조기법에 대해 적용가능한 복수의 부호화율 중에서 가장 낮은 부호화율을 선택하는 것이 바람직하다. 한편, 현재 송신데이터 블록에 대한 변조기법이 이전 송신데이터 블록에 대한 변조기법보다 저차인 경우에는, 현재 송신데이터 블록에 대한 변조기법에 대해 적용가능한 복수의 부호화율 중에서 가장 높은 부호화율을 선택하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 적응 변조 및 부호화 방법을 적용하기 위한 이동통신 시스템의 블록도이다. 일반적으로 이동통신 시스템은 계층적으로 구성된 다수의 교환국과, 이들 교환국 각각에 접속되는 다수의 기지국, 그리고 상기 교환국 및 기지국을 통해 통신 서비스를 이용하는 이동국들로 구성되어 있지만, 도면에는 하나의 기지국(10)과 이동국(30)만이 도시되어 있다.
기지국(10)은 채널상태정보 추출부(12), 변조방식 및 부호화율 결정부(14), 부호화기(16), 채널 인터리버(18), 및 변조기(20)를 포함하며, 이동국(30)이 추정하여 전송하는 채널상태정보(CSI)를 궤환받아 최적의 방식으로 변조 및 부호화하여 송신데이터를 전송한다. 한편, 이동국(30)은 복조기(32), 채널상태 측정부(34), 디인터리버(36), 및 복호화기(38)를 포함하고, 기지국(10)이 전송한 데이터를 복호화 및 복조하며 이 과정에서 채널상태정보를 기지국(10)에 제공한다.
기지국(10)의 채널상태정보 추출부(12)는 이동국(30)으로부터 수신한 신호로부터 채널상태정보(CSI)를 추출한다. 변조방식 및 부호화율 결정부(14)는 수신된 채널상태정보(CSI)에 따라 이동국(30)에 송신할 데이터의 변조방식과 부호화율을 결정한다. 부호화기(16)는 변조방식 및 부호화율 결정부(14)가 결정한 부호화방식 및 부호화율로 송신데이터를 변조한다. 본 실시예에 있어서 부호화방식으로는 길쌈부호화, 블록부호화 또는 터보부호화가 사용될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며 다른 부호화 방법을 사용할 수도 있다. 채널 인터리버(18)는 부호화된 데이터를 인터리빙한다. 변조기(20)는 인터리빙된 데이터를 변조방식 및 부호화율 결정부(14)가 결정한 변조방식으로 변조하여 안테나(미도시)를 통해 전송한다. 본 실시예에 있어서, 변조방식으로는 BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM, 256QAM이 사용될 수 있고 변조방식 및 부호화율 결정부(14)가 결정한 바에 따라 이 중 하나가 각 송신데이터 블록의 변조에 적용되는데, 변조방식 역시 이에 한정되는 것은 아니고 이중 일부만이 사용되거나 다른 변조방식을 함께 사용할 수도 있다.
이동국(30)에 있어서, 복조기(32)는 안테나(미도시)를 통해 수신된 신호를 복조한다. 채널상태 추정부(34)는 수신된 신호로부터 복조 직전의 시각에서의 채널상태정보 예컨대 신호대잡음비(SNR 또는 CINR)를 측정하고, 측정된 채널상태정보를 복조기(32) 및 복호화기(38)에 제공한다. 아울러, 채널상태정보는 제어 채널을 통해 기지국(10)에 전송된다. 한편, 채널 디인터리버(36)는 복조된 기저대역 데이터를 디인터리빙하고, 복호화기(38)는 디인터리빙된 데이터를 상기 채널상태 추정부(34)에 의해 검출된 채널 추정값에 따라 복호화하여 수신데이터로서 출력한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 적응 변조 및 부호화 방법을 보여준다.
도 2에 도시된 변조 및 부호화 방법을 설명하기에 앞서, 본 발명의 바람직한 실시예에서 적용가능한 변조방식 및 부호화율의 범위를 설명한다.
도 3은 본 발명에 의한 적응 변조 및 부호화 방법의 바람직한 실시예에서 적용되는 변조방식의 종류와, 이들 간에 스위칭을 하기 위한 채널신호전력 대 잡음비(CINR) 기준 스위칭 레벨을 보여준다. 도시된 스위칭 레벨은 [J.M. Torrance and L. Hanzo, "Optimisation of switching levels for adaptive modulation in slow Rayleigh fading", Electronics Letters, Vol.32, pp. 1167-1169, June 1996]에 기재되어 있는 것이다. 이 기준에 따르는 실시예에서는, BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM, 256QAM 등의 변조방식이 사용될 수 있다. CINR이 1 데시벨(dB) 이하인 경우에는 데이터가 변조, 전송되지 않으며, CINR이 1 dB 내지 2.367 dB 사이인 상태에서 전송되는 송신데이터 블록에 대해서는 BPSK로 변조된다. CINR이 2.367 dB 내지 4.055 dB 사이인 경우에는 QPSK로 변조되고, CINR이 4.055 dB 내지 15.050 dB 사이인 경우에는 16QAM으로 변조되며, CINR이 15.050 dB 내지 56.522 dB 사이인 경우에는 64QAM에 의해 변조되고, CINR이 56.522 dB 이상인 경우에는 256QAM으로 변조된다.
표 3은 바람직한 실시예에 있어서, 각 변조방식별로 적용가능한 부호화율을 예시적으로 보여준다. 송신데이터가 BPSK로 변조되는 경우에는 1/6, 1/5, 1/4, 1/3, 1/2, 2/3, 3/4 등의 부호화율이 적용될 수 있고, QPSK로 변조되는 경우에는 1/2, 2/3, 3/4 등의 부호화율이 적용될 수 있으며, 16QAM으로 변조되는 경우에는 1/2, 2/3, 3/4 등의 부호화율이 적용될 수 있고, 64QAM으로 변조되는 경우에는 2/3 또는 3/4의 부호화율이 적용될 수 있으며, 256QAM으로 변조되는 경우에는 2/3 또는 3/4의 부호화율이 적용될 수 있다.
변조방식 부호화율
미전송 1/6 1/5 1/4 1/3 1/2 2/3 3/4
BPSK 1/6 1/5 1/4 1/3 1/2 2/3 3/4
QPSK 1/2 2/3 3/4
16QAM 1/2 2/3 3/4
64QAM 2/3 3/4
256QAM 2/3 3/4
표 4는 표 3에 표시된 각 변조방식별, 부호화율별 정보전송량을 나타낸다.
변조방식 정보전송량(bits/symbol)
미전송 0 0 0 0 0 0 0
BPSK 0.17 0.2 0.25 0.33 0.5 0.67 0.75
QPSK 1 1.33 1.5
16QAM 2 2.67 3
64QAM 4 4.5
256QAM 5.33 6
도 2를 참조하면, 먼저, 결정부(14)는 송신데이터에 대하여 블록을 생성한다(제100단계). 생성되는 송신데이터 블록은 일정 길이를 가질 수도 있고, 송신데이터 블록에 따라 가변될 수도 있다. 최초의 송신데이터 블록에 대해 결정부(14)는 BPSK를 변조기법으로서 결정하고, 최소 부호화율(1/6)을 부호화율로서 결정할 수 있다.
최초의 송신데이터 블록 이외의 송신데이터 블록에 대해서, 결정부(14)는 기지국으로부터 채널상태정보(CSI)를 받아들이고, 이를 토대로 변조기법을 결정한다(제102단계, 제104단계). 제106단계에서, 결정부(14)는 현재 송신데이터 블록에 대해 결정된 변조기법과 이전 송신데이터 블록에 대해 결정되었던 변조기법을 비교한다. 만약 제106단계에서 현재 송신데이터 블록에 대한 변조기법과 이전 송신데이터 블록에 대한 변조기법이 동일하다면, 결정부(14)는 이전 송신데이터 블록이 통과한 채널의 평균전력과 현재 송신할 블록이 통과하게될 채널의 평균전력 예상치를 비교한다(제108단계). 이전 송신데이터 블록이 통과한 채널의 평균전력에 비해 현재 송신할 블록이 통과하게될 채널의 평균전력 예상치가 작다고 판단되는 경우, 결정부(14)는 부호화율을 이전 송신데이터 블록보다 작게 설정한다(제110단계). 예컨대, 이전 송신데이터 블록에 대한 부호화율이 1/3이었다면, 현재 송신데이터 블록에 대한 부호화율은 1/4로 결정된다. 한편, 이전 송신데이터 블록이 통과한 채널의 평균전력에 비해 현재 송신할 블록이 통과하게될 채널의 평균전력 예상치가 크다고 판단되는 경우, 결정부(14)는 부호화율을 이전 송신데이터 블록보다 높게 설정한다(제112단계). 예컨대, 이전 송신데이터 블록에 대한 부호화율이 1/3이었다면, 현재 송신데이터 블록에 대한 부호화율은 1/2로 결정된다.
한편, 제106단계에서 현재 송신데이터 블록에 대한 변조기법과 이전 송신데이터 블록에 대한 변조기법이 상이한 것으로 판단된 경우에는 현재 송신데이터 블록의 변조 차수와 이전 송신데이터 블록의 변조 차수에 따라 부호화율이 달라진다. 만약 현재 송신데이터 블록의 변조 차수가 이전 송신데이터 블록의 변조 차수보다 크다면 즉, 이전 송신데이터 블록에 비해 현재 송신데이터 블록에 대해 효율이 높은 변조기법이 선택되었다면(제114단계), 해당 변조기법에 대해 적용할 수 있는 부호화율 중 가장 낮은 부호화율이 선택된다(제116단계). 한편, 현재 송신데이터 블록의 변조 차수가 이전 송신데이터 블록의 변조 차수보다 작다면 즉, 이전 송신데이터 블록에 비해 현재 송신데이터 블록에 대해 효율이 낮은 변조기법이 선택되었다면(제114단계), 해당 변조기법에 대해 적용할 수 있는 부호화율 중 가장 높은 부호화율이 선택된다(제118단계).
제102단계 내지 제118단계를 통해 변조기법 및 부호화율이 결정되면, 제120단계에서 부호화기(16)는 송신데이터 블록을 결정된 부호화율로 부호화하고, 채널 인터리버(18)는 이를 인터리빙하며, 변조기(20)는 인터리빙된 데이터를 변조하여 이동국(30)에 전송한다.
변조된 신호를 무선 채널을 통해 수신하면(제130단계), 채널상태 추정부(34)는 수신된 신호로부터 채널상태정보(CSI) 예컨대 신호대잡음비(SNR 또는 CINR)를 측정하고, 측정된 채널상태정보를 복조기(32) 및 복호화기(38)에 제공한다(제132단계). 복조기(32)는 수신된 신호를 채널상태정보에 따라 적절한 복조기법으로 복조한다. 채널 디인터리버(36)는 복조된 기저대역 데이터를 디인터리빙하고, 복호화기(38)는 디인터리빙된 데이터를 채널상태정보에 따라 적절한 복호화율로 복호화한다(제134단계). 한편, 채널상태정보는 제어 채널을 통해 기지국(10)에 전송된다.
송신할 데이터가 모두 전송할 때까지 제102단계 내지 제134단계는 반복적으로 수행된다.
표 5는 도 2에 도시된 방법으로 적응 변조 및 부호화하는 경우 변조 방식과 채널부호화율이 결정되는 결과를 예시하는 것으로서, 쉽게 대비할 수 있도록 하기 위해 표 2에 나타낸 것과 동일한 송신데이터 블록들을 기준으로 작용예를 나타내었다.
인덱스 블록 1 블록 2 블록 3 블록 4 블록 5 블록 6 블록 7 블록 8
CINR 1.59 3.78 3.98 4.00 9.4 10.7 10.1 8.94
변조방식 및 부호화율의 선택 결과
변조방식 BPSK QPSK QPSK QPSK 16QAM 16QAM 16QAM QPSK
부호화율 1/6 1/2 2/3 3/4 1/2 2/3 1/2 1/2
정보전송량 0.16 1 1.33 1.5 2 2.66 2 1
블록 1은 최초의 송신데이터 블록에 해당함으로, 변조방식은 BPSK로 결정되고, 부호화율은 BPSK 변조방식에서 적용 가능한 부호화율 중 가장 낮은 부호화율인 1/6을 적용하게 된다. 이에 따라, 블록 1에 대한 정보 전송량은 0.66 비트/심볼 (bits/symbol)이 된다.
블록 2의 경우, 전송 직전의 채널전력 값에 따라 QPSK 변조방식이 선택되고(도 3 참조), 변조 방식이 BPSK에서 QPSK로 변화하였으므로 QPSK에서 적용할 수 있는 가장 낮은 부호화율인 1/2 부호화율을 사용하게 된다.
블록 3의 경우, 전송 직전의 채널전력 값이 QPSK 변조방식에 해당하는 레벨 범위에 있으므로 변조방식은 QPSK를 유지한다. 한편, 블록 2보다 채널전력이 크므로, 블록 2보다 한 단계 높은 부호화율인 2/3 부호화율을 사용하게 된다.
블록 4의 경우, 전송 직전의 채널전력 값이 QPSK 변조방식에 해당하는 레벨 범위에 있으므로 변조방식은 QPSK를 유지한다. 한편, 블록 3보다 채널전력이 크므로, 블록 3보다 한 단계 높은 부호화율인 3/4 부호화율을 사용하게 된다.
블록 5의 경우, 전송 직전의 채널전력 값에 따라 16QAM 변조방식이 선택되고(도 3 참조), 변조 방식이 QPSK에서 16QAM으로 변화하였으므로 16QAM에서 적용할 수 있는 가장 낮은 부호화율인 1/2 부호화율을 사용하게 된다.
블록 6의 경우, 전송 직전의 채널전력 값이 16QAM 변조방식에 해당하는 레벨 범위에 있으므로 변조방식은 16QAM을 유지한다. 한편, 블록 5보다 채널전력이 크므로, 블록 5보다 한 단계 높은 부호화율인 2/3 부호화율을 사용하게 된다.
블록 7의 경우, 전송 직전의 채널전력 값이 16QAM 변조방식에 해당하는 레벨 범위에 있으므로 변조방식은 16QAM을 유지한다. 한편, 블록 6보다 채널전력이 감소하였으므로, 블록 6보다 한 단계 낮은 부호화율인 1/2 부호화율을 사용하게 된다.
블록 8의 경우, 전송 직전의 채널전력 값이 QPSK 변조방식에 해당하는 레벨로 감소하였으므로 QPSK 변조방식이 선택되고(도 3 참조), 변조 방식이 16QAM에서 QPSK로 변화하였으므로 QPSK에서 적용할 수 있는 가장 높은 부호화율인 1/2 부호화율을 사용하게 된다.
표 6은 표 2에 나타낸 종래의 방법과 표 6에 나타낸 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 적응 변조 및 부호화 방법 간의 정보전송량을 요약하여 보여준다.
인덱스 블록 1 블록 2 블록 3 블록 4 블록 5 블록 6 블록 7 블록 8
종래(표 2)CINR 0.66 0.66 0.66 0.66 2 2 2 1.33
본 발명(표 5) 0.16 1 1.33 1.5 2 2.66 2 1
두 방법을 비교하여 보면, 종래의 방법의 경우 블록 2부터 4까지의 정보전송량이 동일하지만, 본 발명의 방법에 의하면 정보전송량이 점차 증가하게 된다. 또한, 블록 5에서 7까지의 경우에도 종래의 방법에 따르면 일정한 정보전송량을 유지하지만 본 발명에 따르면 정보전송량이 증가하는 것을 볼 수 있다. 이와 같이, 본 발명에 따르면 동일한 환경 하에서 기존 방법에 비해 더 우수한 시스템 성능을 얻을 수 있다. 즉, 본 발명의 방법은 채널전력이 동일해도 부호화율이 다를 수 있으며, 이에 따라 부호화율과 변조방식을 고정시켜놓은 기존의 방식보다 채널 환경에 보다 동적으로 변화할 수 있어 정보전송량 측면에서 비교하였을 때 시스템 성능 향상을 가져오게 된다.
도 4는 본 발명에 의한 적응 변조 및 부호화 방법을 적용하여 모의 실험했을 때의 오류율을 기존의 방법과 대비하여 보여준다. 도시된 바와 같이 오류율이 크게 감소하는 것을 볼 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예컨대, 이상의 설명에서는 하나의 이동국에 대한 신호 송신을 설명하였지만, 다수의 이동국에 대해 신호를 송신하는 경우에는 셀 전체 또는 네트웍 전체의 부하를 고려하면서 변조 및 코딩 방식을 결정함으로써 시스템의 안정적인 용량 및 성능을 유지할 수도 있다. 예를 들어, 어느 한 이동국에 대한 부호화율을 증가시키는 경우에는 셀 전체 또는 네트웍 전체의 부하를 참고하여 결정함으로써, 셀 전체 또는 네트웍 전체의 부하가 크지 않은 경우에만 해당 이동국에 대한 부호화율을 증가시킬 수도 있다.
한편, 도 3에 표시된 변조방식 중 일부만이 사용될 수도 있으며, 마찬가지로 표 3에 보여진 부호화율 중 일부만이 사용될 수도 있다.
다른 한편으로, 이상의 설명에서는 채널 상태에 따라 변조방식을 적응적으로 변경한 후 채널 상태의 변화 양상에 따라 송신데이터 블록 단위로 부호화율을 가변시키는 것으로 기술하였다. 그렇지만, 변형된 실시예에 있어서는 각 송신데이터 블록 단위가 아닌 복수의 송신데이터 블록 단위로 부호화율을 가변시키거나, 채널 상태 변화가 일정 기준 이상으로 큰 경우에만 부호화율을 가변시키는 것도 가능하다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 무선채널의 상태에 따라 변조방식을 적응적으로 변경한 후, 무선채널 상태의 변화 양상에 따라 각 송신데이터 블록에 대해 부호화율을 가변시킨다. 이에 따라 정보전송량(throughput)을 증대시킬 수 있게 되고, 무선자원을 보다 효율적으로 사용하는 것이 가능해지고, 기지국과 단말기의 효율적인 전력사용을 기할 수 있다는 효과가 있다.
이와 같은 적응 변조 및 부호화 방법은 현재 서비스 중이거나 서비스 준비중인 휴대인터넷 시스템이나 W-CDMA 시스템은 물론, 향후 전개될 4세대 이동통신 시스템에도 적용할 수 있다.

Claims (5)

  1. 무선채널을 통해 송신데이터를 적응적으로 부호화하고 변조하는 방법에 있어서,
    (a) 상기 무선채널의 상태에 따라 적용할 복수의 변조기법과, 상기 복수의 변조기법 각각에 대해 적용가능한 복수의 부호화율을 결정하는 단계;
    (b) 상기 송신데이터를 송신데이터 블록으로 설정하는 단계;
    (c) 상기 무선채널의 상태에 따라 상기 복수의 변조기법 중 현재 송신데이터 블록을 변조할 변조기법을 선택하는 단계;
    (d) 상기 무선채널의 상태 변화에 따라, 상기 선택한 변조기법에 대해 상기 (a)단계에서 결정된 복수의 부호화율 중에서 어느 한 부호화율을 상기 현재 송신데이터 블록에 대한 부호화율로 선택하는 단계; 및
    (e) 상기 선택된 부호화율로 상기 현재 송신데이터 블록의 송신데이터를 부호화하고, 상기 부호화된 송신데이터를 상기 선택한 변조기법으로 변조하는 단계;
    를 포함하는 적응 변조 및 부호화 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 (d)단계에서, 상기 무선채널의 상태가 나빠지는 경우에는 상기 복수의 부호화율 중에서 이전 송신데이터 블록에 대한 부호화율보다 직하위의 부호화율로 상기 현재 송신데이터 블록에 대한 부호화율을 선택하고, 상기 무선채널의 상태가 좋아지는 경우에는 상기 복수의 부호화율 중에서 상기 이전 송신데이터 블록에 대한 부호화율보다 직상위의 부호화율로 상기 현재 송신데이터 블록에 대한 부호화율을 선택하는 적응 변조 및 부호화 방법.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 (d)단계에서, 상기 무선채널의 상태 변화를 상기 현재 송신데이터 블록에 대한 평균 채널전력 추정치와 상기 이전 송신데이터 블록에 대한 평균 채널전력을 비교하여 결정하는 적응 변조 및 부호화 방법.
  4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 (c)단계와 상기 (d)단계 사이에, 상기 (c)단계에서 선택된 상기 현재 송신데이터 블록에 대한 변조기법과 상기 이전 송신데이터 블록에 대한 변조기법을 비교하는 단계;
    를 더 포함하며,
    상기 현재 송신데이터 블록에 대한 변조기법과 상기 이전 송신데이터 블록에 대한 변조기법이 동일한 경우에는 상기 (d)단계를 수행하며,
    상기 현재 송신데이터 블록에 대한 변조기법이 상기 이전 송신데이터 블록에 대한 변조기법보다 고차인 경우에는, 상기 현재 송신데이터 블록에 대한 변조기법에 대해 상기 (a)단계에서 결정된 복수의 부호화율 중에서 가장 낮은 부호화율을 선택하고,
    상기 현재 송신데이터 블록에 대한 변조기법이 상기 이전 송신데이터 블록에 대한 변조기법보다 저차인 경우에는, 상기 현재 송신데이터 블록에 대한 변조기법에 대해 상기 (a)단계에서 결정된 복수의 부호화율 중에서 가장 높은 부호화율을 선택하는 적응 변조 및 부호화 방법.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 복수의 변조기법은 BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM, 및 256QAM, 또는 이중 일부로 구성되는 그룹인 적응 변조 및 부호화 방법.
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