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KR101754527B1 - 패킷 부호화 장치 및 방법 - Google Patents

패킷 부호화 장치 및 방법 Download PDF

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KR101754527B1
KR101754527B1 KR1020160025141A KR20160025141A KR101754527B1 KR 101754527 B1 KR101754527 B1 KR 101754527B1 KR 1020160025141 A KR1020160025141 A KR 1020160025141A KR 20160025141 A KR20160025141 A KR 20160025141A KR 101754527 B1 KR101754527 B1 KR 101754527B1
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장석호
신미수
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한국항공우주연구원
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Abstract

다중 안테나 시스템에서 복수의 패킷을 부호화하는 장치에 있어서, 상기 복수의 패킷의 평균 전송 용량(average throughput)이 최대가 되도록 상기 전송되는 복수의 패킷에 대해서 후순위 패킷부터 순차적으로 상기 패킷의 시공간 부호를 결정하는 프로세서, 및 상기 복수의 패킷을 안테나로 전송하는 전송부를 포함하는 패킷 부호화 장치가 제공된다.

Description

패킷 부호화 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CODING PACKET}
패킷 부호화 기술에 연관된다. 더욱 구체적으로는 다중 안테나 무선 통신 시스템에서 패킷의 시공간 부호를 결정하여 최적의 전송 용량으로 부호화하는 기술에 연관된다.
계층적 멀티미디어 소스를 여러 개의 패킷으로 나눈 후, 각각의 패킷에 독립적인 시공간부호를 할당하여 전송하는 가능한 경우의 수는 MNp개 이다.
위 식에서 M은 할당 가능한 시공간부호의 종류의 수이며, Np는 패킷의 개수이다. 이처럼 MNp개의 가능한 경우 중에서 멀티미디어 소스의 전송 용량 (average throughput)을 최대화 하는 것을 찾아야 하는데, 위 식에서 보듯이 패킷의 개수가 증가할수록 할당 가능한 경우의 수는 지수적으로 증가한다.
패킷 전송의 최적화를 위해서는 MNp개의 할당 가능한 모든 경우에 대해서 전송 용량을 수치적으로 산출한 후에, 최대의 전송 용량을 가지는 경우를 선택해야 하므로 많은 연산 복잡도를 필요로 한다.
일실시예에 따른 다중 안테나 시스템에서 복수의 패킷을 부호화하는 장치에 있어서, 상기 장치는 상기 복수의 패킷의 평균 전송 용량(average throughput)이 최대가 되도록 상기 전송되는 복수의 패킷에 대해서 후순위 패킷부터 순차적으로 상기 패킷의 시공간 부호를 결정하는 프로세서, 및 상기 복수의 패킷을 안테나로 전송하는 전송부를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 다중 안테나 시스템에서 복수의 패킷을 부호화하는 장치에 있어서, 상기 프로세서가 시공간 부호를 결정할 때, 마지막 패킷부터 첫 번째 패킷까지 순차적으로 시공간 부호를 결정할 수 있다. 일실시예에 따른 다중 안테나 시스템에서 복수의 패킷을 부호화하는 장치에 있어서, 상기 멀티미디어의 평균 전송 용량은 각각의 패킷의 데이터 전송률 및 패킷 에러율을 이용하여 표현될 수 있다. 일실시예에 따른 다중 안테나 시스템에서 복수의 패킷을 부호화하는 장치에 있어서, 상기 시공간 부호는 다중 안테나의 무선 통신시스템에 연관될 수 있다. 일실시예에 따른 다중 안테나 시스템에서 복수의 패킷을 부호화하는 장치에 있어서, 상기 복수의 패킷은 계층적 멀티미디어 소스에 연관될 수 있다. 일실시예에 따른 다중 안테나 시스템에서 복수의 패킷을 부호화하는 장치에 있어서, 상기 멀티미디어 소스는 스케일러블 비디오(scalable video) 또는 프로그레시브 이미지(progressive image)에 연관될 수 있다.
다중 안테나 시스템에서 복수의 패킷을 부호화하는 방법에 있어서, 상기 방법은, 상기 복수의 패킷의 평균 전송 용량(average throughput)이 최대가 되도록 상기 전송되는 복수의 패킷에 대해서 후순위 패킷부터 순차적으로 시공간 부호를 결정하는 단계, 및 상기 복수의 패킷을 안테나로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
다중 안테나 시스템에서 복수의 패킷을 부호화하는 방법에 있어서, 상기 시공간 부호를 결정할 때, 마지막 패킷부터 첫 번째 패킷까지 순차적으로 시공간 부호를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다중 안테나 시스템에서 복수의 패킷을 부호화하는 방법에 있어서, 상기 멀티미디어의 평균 전송 용량은 각각의 패킷의 데이터 전송률 및 패킷 에러율을 이용하여 표현되는 단계를 더 포함할 수 있다. 다중 안테나 시스템에서 복수의 패킷을 부호화하는 방법에 있어서, 상기 시공간 부호는 다중 안테나 무선 통신시스템에 연관되는 단계를 더 포함할 수 있다. 다중 안테나 시스템에서 복수의 패킷을 부호화하는 방법에 있어서, 상기 복수의 패킷은 계층적 멀티미디어 소스에 연관될 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 패킷 부호화 장치의 블록 다이어그램에 대한 예시적인 도면이다.
도 2는 일실시예에 따른 시공간 부호의 패킷 에러율에 대해 설명하는 예시적인 그래프이다.
도 3은 일실시예에 따른 평균 전송 용량을 최대화하는 방식에 대해 설명하는 예시적인 도면이다.
도 4는 일실시예에 따른 시공간 부호에 따른 평균 전송 용량에 대해서 설명하는 예시적인 그래프이다.
도 5는 일실시예에 따른 패킷 부호화 방법에 대한 알고리즘에 대한 흐름도이다.
도 6은 또 다른 일실시예에 따른 패킷 부호화 방법에 대한 알고리즘에 대한 흐름도이다.
실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 실시될 수 있다. 따라서, 실시예들은 특정한 개시형태로 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 일실시예에 따른 패킷 부호화 장치의 블록 다이어그램에 대한 예시적인 도면이다.
도 1을 참조하면, 본원에서 제공되는 패킷 부호화 장치(100)는 프로세서(110), 및 전송부(120)를 포함할 수 있다. 상기 프로세서(110)는 상기 복수의 패킷의 평균 전송 용량(average throughput)이 최대가 되도록 상기 전송되는 복수의 패킷에 대해서 후순위 패킷부터 순차적으로 상기 패킷의 시공간 부호를 결정할 수 있다. 또한, 전송부는 상기 복수의 패킷을 안테나로 전송할 수 있다.
계층적 멀티미디어의 특성상, 한번에 한 비트씩 직렬 통신선로를 통해 연속적으로 전송되는 데이터의 흐름으로 전송되게 되는데, 이 경우 선순위로 전송되는 패킷에서 에러가 발생하는 경우 전체적인 패킷의 유효 여부 측면에서 살펴볼 때, 해당 패킷의 뒤 쪽에 위치한 패킷들은 에러 없이 전송되더라도 디코딩에 사용될 수 없게 된다. 즉, 후순위 패킷까지 에러 없이 전송되기 위해서는 선순위의 패킷이 에러 없이 전송되는 것이 필수적이다. 따라서, 각각의 패킷에 독립적으로 결정되는 시공간 부호에 대하여 후순위에 있는 패킷부터 시공간부호를 결정하여 비교적 더 중요한 선순위에 있는 패킷의 시공간 부호까지 순차적으로 또는 역순으로 결정함으로써 멀티미디어 소스의 전송을 최적화할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 도모하기 위해 4개의 패킷으로 구성된 멀티미디어 소스를 송신하는 예시를 들 것이지만, 이에 한정되는 것은 아니며 더 많은 패킷의 송신에 있어서도 동일하게 적용될 수 있다. 4개의 패킷을 송신하는 데 있어서 평균 전송 용량(average throughput)의 개념을 들어 이를 도 3의 310 및 아래의 수학식으로 나타내면 다음과 같다.
Figure 112016020364916-pat00001
일실시예에 따른 다중 안테나 시스템에서 복수의 패킷을 부호화하는 장치에 있어서, 상기 멀티미디어의 평균 전송 용량은 각각의 패킷의 데이터 전송률 및 패킷 에러율을 이용하여 표현될 수 있다. 위 식에서 ATP는 평균 전송 용량(Average Throughput)의 약자이며, Ri(bits)는 각 패킷의 데이터 전송률 또는 패킷의 사이즈(size)를 나타낼 수 있고, Pi는 패킷 에러율에 해당한다. 첫 번째 텀(term)은 R1의 패킷 사이즈를 갖는 첫 번째 패킷이 (1-P1)의 확률로 전송되지만, 두 번째 패킷이 P2의 확률로 에러가 발생하는 경우의 수에 대한 것이다. 동일하게 두 번째 텀은 첫 번째 및 두 번째 패킷(R1+R2)이 전송되며 (1-P1), (1-P2)의 확률로 첫 번째 및 두 번째 패킷이 전송되지만 세 번째 패킷에서 P3의 확률로 에러가 발생한 경우의 수에 대한 것이다. 동일하게 세번째 및 네 번째 텀에 대해서도 계산하여 평균 전송 용량을 계산하게 된다. 다중 안테나 시스템(MIMO SYSTEM)에서 사용되는 시공간 부호 기법에 있어서, 위 수학식 1에서 살펴본 바와 같이 패킷에 대해 어떤 시공간 부호를 결정할 지에 따라 전체적인 평균 전송 용량의 값 또한 달라지게 된다. 종래에는 상기 평균 전송 용량이 최대가 되게 하는 시공간 부호의 모든 경우의 수에 대해 계산해야 했으므로 프로세서에 과부하를 가져오는 경우가 많았는데, 본원에서 제공하고자 하는 패킷 부호화 방법에 따르면 상기 과부하를 방지할 수 있게 된다. 다만, 어떤 패킷에 어떤 시공간 부호를 결정하는 지에 따라 위 수학식 1의 Ri 및 Pi가 달라지고 각각의 Ri 및 Pi는 상충관계가 존재하므로, 이를 전체적인 평균 전송 용량이 최대가 되게 하는 시공간 부호를 결정하는 것은 쉽지 않다. 도 2 이하에서는 상기 상충 관계에 대해서 설명하기로 한다.
도 2는 일실시예에 따른 시공간 부호의 패킷 에러율에 대해 설명하는 예시적인 그래프이다.
일실시예에 따른 다중 안테나 시스템에서 복수의 패킷을 부호화하는 장치에 있어서, 상기 시공간 부호는 다중 안테나의 무선 통신시스템에 연관될 수 있다. 일반적으로, 시공간 부호 기법은 데이터 전송률 및 패킷 에러율 사이에 상충 관계(trade-off)가 존재한다. 본원에서는 일반적으로 널리 사용되는 OSTBC, D-STTD, V-BLAST의 시공간 부호를 이용하여 설명한다. 하지만, 본원에서 제시하는 발명은 이에 국한되지 않으며 모든 시공간 부호에 대해서 적용될 수 있다. 송수신 안테나 개수가 각각 4개인 4*4 MIMO 시스템에서 시공간 부호의 데이터 전송률 및 패킷 에러율의 상충 관계를 나타내면 표 1과 같으며, 심볼(symbol) 당 SNR 대 패킷 에러율을 그래프로 나타내면 도 2와 같다.
데이터 전송률 (
Figure 112016020364916-pat00002
)		 패킷 에러율 (
Figure 112016020364916-pat00003
)
OSTBC Low(1.5bits/sec/Hz) Low
D-STTD Middle(4bits/sec/Hz) Middle
V-BLAST High(4bits/sec/Hz) High
즉, 데이터 전송률(Ri)가 높으면 패킷 에러율(Pi)도 높아지게 되므로 특정 패킷에 대해서 어느 시공간부호를 할당하는 것이 최적인지는 쉽게 판단할 수 없게 된다. 위에서 예시적으로 제시한 4개의 패킷에 대해서 OSTBC, D-STTD, V-BLAST 등 3개의 시공간부호를 할당하려 할 경우, 가능한 경우의 수는 81이 된다. 본 발명에서 제공하는 시공간 부호화 기법은 위와 같은 exhaustive search 대신에 경우의 수를 획기적으로 줄일 수 있다. 이는 도 3 이하에서 자세하게 설명하기로 한다.
도 3은 일실시예에 따른 평균 전송 용량을 최대화하는 방식에 대해 설명하는 예시적인 도면이다.
일실시예에 따른 다중 안테나 시스템에서 복수의 패킷을 부호화하는 장치에 있어서, 상기 프로세서가 시공간 부호를 결정할 때, 마지막 패킷부터 첫 번째 패킷까지 순차적으로 시공간 부호를 결정할 수 있다. 마지막 패킷부터 순차적으로 시공간 부호를 결정하여 첫번째 패킷까지 동일한 과정을 수행함으로써 종래의 알고리즘에 비해 경우의 수를 획기적으로 줄일 수 있다. 이전에는 패킷의 개수와 시공간부호가 증가할 때마다 지수적으로 증가하였지만 패킷의 개수*시공간 부호의 수만큼 경우의 수를 줄일 수 있다. 위 방식에 대해 자세히 알아보기 위해 수학식 1을 R4로 묶어 변형하면 도 3의 320 및 아래의 수학식 2와 같다.
Figure 112016020364916-pat00004
수학식 2와 같이 변형하고 나서, 마지막 패킷(수학식 2 에서는 네 번째 패킷)에 대해서 다양한 시공간 부호(OSTBC, D-STTD, V-BLAST의 3가지 시공간부호) 중에서 어느 것을 사용할지 결정할 수 있다. 수학식 2에서 네 번째 패킷에 관련되는 변수는 R4 및 P4 밖에 없고 나머지 패킷들에 대한 값들은 상수취급된다. 즉, 네 번째 패킷에 대해서 어느 시공간부호를 사용하느냐에 따라서 R4와 P4가 정해지므로 위 식의 ATP가 최대화되는 시공간부호를 결정할 수 있다.
여기서 중요한 점은 위 식에서 보듯이 R4와 P4가 정해질 때 R3, P3, R2, P2, R1, 및 P1은 아직 결정이 되지 않아도 된다는 점이다. 즉, 첫 번째와 두 번째, 세 번째 패킷에 어떤 시공간 부호가 할당될지에 상관없이 ATP를 최대화하는 네 번째 패킷의 시공간부호를 결정할 수 있다.
다음 세 번째 패킷의 부호를 결정하기 위해서도 동일한 방식으로 식을 변형할 수 있다. 이는 아래의 수학식 3과 같다.
Figure 112016020364916-pat00005
마지막 패킷의 시공간 부호를 결정한 경우, 그 앞 패킷(위 예에서는 세 번째 패킷)에 대해서 어느 시공간부호를 사용할지 결정한다. 즉 앞의 단계에서 결정된 시공간부호에 의해 R4와 P4가 정해진 상태에서, 평균 전송 용량을 최대화 하는 세 번째 패킷의 시공간 부호를 결정할 수 있다. 여기서도 중요한 점은 R3와 P3가 정해질 때 R2, P2, R1, 및 P1은 아직 결정이 되지 않아도 된다는 점이다. 첫 번째와 두 번째 패킷에 어떤 시공간 부호가 할당될지에 상관없이, 즉 첫 번째 및 두 번째 패킷에 대한 시공간 부호 및 데이터 전송률은 상수 취급하고 평균 전송 용량을 최대화하는 세 번째 패킷의 시공간부호가 결정될 수 있다.
다음 두 번째 패킷의 부호를 결정하기 위해서도 동일한 방식으로 식을 변형할 수 있다. 이는 아래의 수학식 4와 같다.
Figure 112016020364916-pat00006
여기서도 그 앞 패킷 (위 예에서는 두 번째 패킷)에 대해서 어느 시공간부호를 사용할지 결정한다. 즉 위 단계들에서 결정된 시공간부호에 의해 R4, P4, R3, 및 P3가 정해진 상태에서, 평균 전송 용량을 최대화 하는 두 번째 패킷의 시공간 부호를 결정한다. 동일하게 R2와 P2를 정할 때 R1과 P1은 아직 결정이 되지 않아도 되며, 상수 취급될 수 있다. 즉, 첫 번째 패킷에 어떤 시공간 부호가 할당될지에 상관없이 평균 전송 용량을 최대화하는 두 번째 패킷의 시공간부호가 결정될 수 있다. 두 번째 패킷의 시공간 부호가 결정되면 마지막으로 평균 전송 용량을 최대화하는 첫 번째 패킷의 시공간 부호를 결정할 수 있다.
일실시예에 따른 다중 안테나 시스템에서 복수의 패킷을 부호화하는 장치에 있어서, 상기 복수의 패킷은 계층적 멀티미디어 소스에 연관될 수 있다. 상기 멀티미디어 소스는 스케일러블 비디오(scalable video) 또는 프로그레시브 이미지(progressive image)에 연관될 수 있다. 계층적 멀티미디어 소스는 계층적으로 부호화되는 멀티미디어에 연관될 수 있다. 계층적 부호화란 질적인 계층을 기반으로 한 부호화 기법으로, 가장 낮은 계층이 최소한의 정보를 가지도록 하며, 연속적인 계층이 질적인 측면에서 더 많은 정보를 가지도록 부호화하는 방식을 말한다. 이러한 압축 기법은 리소스들이 많은 트래픽 스트림이 공유되거나 딜레이 및 손실이 예상되는 패킷 교환망에서 효과적이다. 이러한, 계층적 멀티미디어의 특성상, 한번에 한 비트씩 직렬 통신선로를 통해 연속적으로 전송되는 데이터의 흐름으로 전송되게 되므로, 본원에서 제공되는 패킷 부호화 방법을 적용하여 프로세서의 부담을 줄일 수 있게 된다. 스케일러블 비디오 코딩(Scalable Video Coding)은 H. 264/MPEG-4 AVC 비디오 압축 표준의 Annex G extension에 대한 이름이다. 스케일러블 비디오 코딩을 이용하여 하나 또는 그 이상의 하위 비트 스트림을 포함하는 고품질의 비디오 비트 스트림의 인코딩이 가능하며 하위 비트 스트림은 낮은 공간 해상도 (작은 화면), 저급 시간 해상도 (낮은 프레임 레이트) 또는 낮은 품질의 비디오 신호를 나타낼 수 있다. 본원의 패킷 부호화 장치를 이용하여 스케일러블 비디오 코딩을 수행하여, 디지털 표준 텔레비전(SDTV) 및 디지털 멀티미디어 방송(DMB)에도 사용 가능한 멀티미디어를 부호화할 수 있다. 프로그레시브 이미지 전송(progressive image transmissioin) 방법은 영상 정보를 전부 전송하지 않고 일부분씩 점진적으로 전송하는 기법을 통칭하며, 전화선과 같은 협대영 채널을 통하여 사용자와 대화식 영상 전송을 하고자 할 때 효과적으로 이용되는 영상 전송 기법에 해당한다. 전송되는 영상 데이터는 영상 부호화의 여러 가지 기법에 따라서 다른 방식을 취하는데, 처음에는 영상의 개략적인 형태를 표현하고, 추가 정보를 전송하여 점진적으로 향상된 화질의 영상을 복원할 수 있다. 이러한 프로그레시브 이미지도 계층적 멀티미디어를 기반으로 하여 부호화 및 전송이 진행되므로, 본원의 패킷 부호화 장치를 이용하여 부호화를 수행할 수 있다.
도 4는 일실시예에 따른 시공간 부호에 따른 평균 전송 용량에 대해서 설명하는 예시적인 그래프이다.
도 4는 4*4 MIMO 시스템 상에서 OSTBC, D-STTD, V-BLAST를 단독으로 또는 혼합하여 사용하였을 때 시공간 부호의 전송 용량을 나타내는 그래프이다. OSTBC, D-STTD, V-BLAST은 각각의 구간에서 다른 시공간 부호에 비해 평균 전송 용량을 최대로 하는 구간이 존재한다. 따라서, OSTBC, D-STTD, 및 V-BLAST를 모두 사용하여 패킷에 대해 시공간 부호를 결정하면 전송 용량을 최대로 할 수 있다.
예를 들어, 16개의 패킷에 대해서 3가지 시공간부호를 할당하는 경우의 수는 316이다. 가능한 316의 경우에 대해서 ATP를 비교하여 이를 최대화 하는 할당을 찾기 위해 exhaustive search 및 본원에서 제공되는 패킷 부호화 알고리즘을 적용한 결과는 다음과 같으며, 동일한 결과를 얻을 수 있다.
SNR(dB) (1: OSTBC, 2: D-STTD, 3: V-BLAST)
8 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2
10 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
12 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
14 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3
16 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3
본원에서 제안하는 방식을 사용하면 총 16x3 = 48의 경우에 대해서만 평균 전송 용량을 비교하면 되어 연산량을 줄일 수 있다. 즉, 본 발명은 무선통신시스템에서 여러 개의 패킷으로 구성된 계층적 멀티미디어 소스인 스케일러블 비디오 혹은 프로그레시브 이미지를 전송할 때의 최적화의 부호화를 수행할 수 있고, 본 발명을 사용하면 각각의 패킷에 어떤 시공간부호 기법을 적용할지를 결정하는데 필요한 연산량을 크게 절감할 수 있다. 특히 패킷의 개수가 많은 상황에서 실시간 (real-time)으로 최적의 시공간부호를 할당하기 위해서는 많은 연산량을 필요로 하는므로 본원은 효율적인 실시간 멀티미디어 전송시스템을 만드는데 크게 기여할 수 있다.
도 5는 일실시예에 따른 패킷 부호화 방법에 대한 알고리즘에 대한 흐름도이다. 도 6은 또 다른 일실시예에 따른 패킷 부호화 방법에 대한 알고리즘에 대한 흐름도이다.
일실시예에 따른 패킷 부호화 방법은, 상기 복수의 패킷의 평균 전송 용량(average throughput)이 최대가 되도록 상기 전송되는 복수의 패킷에 대해서 후순위 패킷부터 순차적으로 상기 패킷의 시공간 부호를 결정하는 단계를 포함할 수 있다(610). 또한, 본원의 패킷 부호화 방법은 상기 복수의 패킷을 안테나로 전송하는 단계를 포함할 수 있다(620). 도 5로 돌아와서, 본원에서 제공되는 패킷 부호화 방법은 멀티미디어를 계층적으로 부호화하는 과정에서 사용될 수 있다. 계층적 멀티미디어의 특성상, 한번에 한 비트씩 직렬 통신선로를 통해 연속적으로 전송되는 데이터의 흐름으로 전송되게 되는데, 이 경우 선순위로 전송되는 패킷에서 에러가 발생하는 경우 전체적인 패킷의 유효 여부 측면에서 살펴볼 때, 해당 패킷의 뒤 쪽에 위치한 패킷들은 에러 없이 전송되더라도 디코딩에 사용될 수 없게 된다. 즉, 후순위 패킷까지 에러 없이 전송되기 위해서는 선순위의 패킷이 에러 없이 전송되는 것이 필수적이다. 따라서, 각각의 패킷에 독립적으로 결정되는 시공간 부호에 대하여 후순위에 있는 패킷부터 시공간부호를 결정하여 비교적 더 중요한 선순위에 있는 패킷의 시공간 부호까지 순차적으로 또는 역순으로 결정함으로써 멀티미디어 소스의 전송을 최적화할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 본원에서는 n개의 패킷을 송신하는 데 있어서 평균 전송 용량(average throughput)이 최대치가 되게 하는 시공간 부호를 마지막 패킷부터 결정하는 방식을 사용할 것이다. 상기 시공간 부호는 OSTBC, D-STTD, V-BLAST의 시공간 부호 등에 해당할 수 있지만 이는 예시적인 것일 뿐 본원의 범위에 이에 제한되는 것은 아니다.
일실시예에 따른 다중 안테나 시스템에서 복수의 패킷을 부호화하는 방법에 있어서, 상기 멀티미디어의 평균 전송 용량은 각각의 패킷의 데이터 전송률 및 패킷 에러율을 이용하여 표현될 수 있다. 다중 안테나 시스템(MIMO SYSTEM)에서 사용되는 시공간 부호 기법에 있어서, 패킷에 대해 어떤 시공간 부호를 결정할 지에 따라 전체적인 평균 전송 용량이 달라지게 된다. 종래에는 앞서 설명 했듯이 상기 평균 전송 용량이 최대가 되게 하는 시공간 부호의 모든 경우의 수에 대해 계산해야 했으므로 프로세서에 과부하를 가져오는 경우가 많았는데, 본원에서 제공하고자 하는 패킷 부호화 방법에 따르면 상기 과부하를 방지할 수 있게 된다. 다만, 어떤 패킷에 어떤 시공간 부호를 결정하는 지에 따라 Ri(패킷의 데이터 전송률) 및 Pi(패킷의 에러율)가 달라지고 각각의 Ri 및 Pi는 상충관계가 존재하므로, 이를 전체적인 평균 전송 용량이 최대가 되게 하는 시공간 부호를 결정하는 것은 쉽지 않다.
일실시예에 따른 다중 안테나 시스템에서 복수의 패킷을 부호화하는 방법에 있어서, 상기 시공간 부호는 다중 안테나의 무선 통신시스템에 연관될 수 있다. 일반적으로, 시공간 부호 기법은 데이터 전송률 및 패킷 에러율 사이에 상충 관계(trade-off)가 존재한다. 즉, 데이터 전송률(Ri)가 높으면 패킷 에러율(Pi)도 높아지게 되므로 특정 패킷에 대해서 어느 시공간부호를 할당하는 것이 최적인지는 쉽게 판단할 수 없게 된다. 예를 들어, n개의 패킷에 대해서 m개의 시공간부호를 할당하려 할 경우, 가능한 경우의 수는 mn이 된다. 본 발명에서 제공하는 시공간 부호화 기법은 위와 같은 exhaustive search 대신에 경우의 수를 m*n까지 획기적으로 줄일 수 있다.
일실시예에 따른 다중 안테나 시스템에서 복수의 패킷을 부호화하는 장치에 있어서, 상기 프로세서가 시공간 부호를 결정할 때, 마지막 패킷부터 첫 번째 패킷까지 순차적으로 시공간 부호를 결정할 수 있다. 도 5를 참조하면, n개의 패킷을 전송하는 경우 단계(501)에서는 n번째 패킷의 시공간 부호를 결정할 수 있다. 이 때에도 마찬가지로 평균 전송 용량을 최대로 하는 시공간 부호를 결정하게 된다. n번째 패킷의 시공간 부호가 결정되면 n-1번째 패킷의 시공간 부호를 결정하고, 계속적으로 시공간 부호를 결정하여 첫번째 패킷까지 동일한 과정을 수행할 수 있다(503). 상기 방법을 이용하여 이전에는 패킷의 개수와 시공간부호가 증가할 때마다 지수적으로 증가하였지만 패킷의 개수*시공간 부호의 수만큼 경우의 수를 줄일 수 있다. 이 때, 시공간 부호를 결정하는 경우 다른 패킷들의 시공간부호는 상수 취급하여 평균 전송 용량을 최대로 할 수 있다. 패킷의 시공간 부호가 결정되면, 평균 전송 용량이 최대인지 확인한다(510). 평균 전송 용량이 최대가 된다면 n개의 패킷을 안테나로 전송하게되며(520), 평균 전송 용량이 최대가 아니라면 마지막(n번째) 패킷부터 시공간 부호를 결정하는 방법을 반복하도록 할 수 있다. 상기 피드백을 통하여 최적의 시공간 부호 결정을 수행할 수 있다. 즉, 본 발명은 무선통신시스템에서 여러 개의 패킷으로 구성된 계층적 멀티미디어 소스인 스케일러블 비디오 혹은 프로그레시브 이미지를 전송할 때의 최적의 부호화를 수행할 수 있고, 본 발명을 사용하면 각각의 패킷에 어떤 시공간부호 기법을 적용할지를 결정하는데 필요한 연산량을 크게 절감할 수 있다.
일실시예에 따른 다중 안테나 시스템에서 복수의 패킷을 부호화하는 방법에 있어서, 상기 복수의 패킷은 계층적 멀티미디어 소스에 연관될 수 있다. 상기 멀티미디어 소스는 스케일러블 비디오(scalable video) 또는 프로그레시브 이미지(progressive image)에 연관될 수 있다. 계층적 멀티미디어 소스는 계층적으로 부호화되는 멀티미디어에 연관될 수 있다. 계층적 부호화란 질적인 계층을 기반으로 한 부호화 기법으로, 가장 낮은 계층이 최소한의 정보를 가지도록 하며, 연속적인 계층이 질적인 측면에서 더 많은 정보를 가지도록 부호화하는 방식을 말한다. 이러한 압축 기법은 리소스들이 많은 트래픽 스트림이 공유되거나 딜레이 및 손실이 예상되는 패킷 교환망에서 효과적이다. 이러한, 계층적 멀티미디어의 특성상, 한번에 한 비트씩 직렬 통신선로를 통해 연속적으로 전송되는 데이터의 흐름으로 전송되게 되므로, 본원에서 제공되는 패킷 부호화 방법을 적용하여 프로세서의 부담을 줄일 수 있게 된다. 스케일러블 비디오 코딩(Scalable Video Coding)은 H. 264/MPEG-4 AVC 비디오 압축 표준의 Annex G extension에 대한 이름이다. 스케일러블 비디오 코딩을 이용하여 하나 또는 그 이상의 하위 비트 스트림을 포함하는 고품질의 비디오 비트 스트림의 인코딩이 가능하며 하위 비트 스트림은 낮은 공간 해상도 (작은 화면), 저급 시간 해상도 (낮은 프레임 레이트) 또는 낮은 품질의 비디오 신호를 나타낼 수 있다. 본원의 패킷 부호화 장치를 이용하여 스케일러블 비디오 코딩을 수행하여, 디지털 표준 텔레비전(SDTV) 및 디지털 멀티미디어 방송(DMB)에도 사용 가능한 멀티미디어를 부호화할 수 있다. 프로그레시브 이미지 전송(progressive image transmissioin) 방법은 영상 정보를 전부 전송하지 않고 일부분씩 점진적으로 전송하는 기법을 통칭하며, 전화선과 같은 협대영 채널을 통하여 사용자와 대화식 영상 전송을 하고자 할 때 효과적으로 이용되는 영상 전송 기법에 해당한다. 전송되는 영상 데이터는 영상 부호화의 여러 가지 기법에 따라서 다른 방식을 취하는데, 처음에는 영상의 개략적인 형태를 표현하고, 추가 정보를 전송하여 점진적으로 향상된 화질의 영상을 복원할 수 있다. 이러한 프로그레시브 이미지도 계층적 멀티미디어를 기반으로 하여 부호화 및 전송이 진행되므로, 본원의 패킷 부호화 장치를 이용하여 부호화를 수행할 수 있다. 패킷 부호화 방법에 대한 더욱 구체적인 내용은 패킷 부호화 장치와 동일하므로 이에 대해서는 생략하기로 한다.
이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

Claims (12)

  1. 다중 안테나 시스템에서 복수의 패킷을 부호화하는 장치에 있어서,
    상기 복수의 패킷의 평균 전송 용량(average throughput)이 최대가 되고, 시스템의 복잡도가 상기 패킷의 개수와 시공간 부호의 수를 곱한 값이 되도록 상기 복수의 패킷에 대해서 마지막 패킷부터 첫 번째 패킷까지 후순위 패킷부터 순차적으로 상기 패킷의 상기 시공간 부호를 결정하는 프로세서; 및
    상기 복수의 패킷을 안테나로 전송하는 전송부를 포함하는
    패킷 부호화 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 평균 전송 용량은 각각의 패킷의 데이터 전송률 및 패킷 에러율을 이용하여 표현되는
    패킷 부호화 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 시공간 부호는 다중 안테나의 무선 통신시스템에 연관되는
    패킷 부호화 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 패킷은 계층적 멀티미디어 소스에 연관되는
    패킷 부호화 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 패킷은 스케일러블 비디오(scalable video) 또는 프로그레시브 이미지(progressive image)에 연관되는
    패킷 부호화 장치.
  7. 다중 안테나 시스템에서 복수의 패킷을 부호화하는 방법에 있어서,
    상기 복수의 패킷의 평균 전송 용량(average throughput)이 최대가 되고, 시스템의 복잡도가 상기 패킷의 개수와 시공간 부호의 수를 곱한 값이 되도록 상기 복수의 패킷에 대해서 마지막 패킷부터 첫 번째 패킷까지 후순위 패킷부터 순차적으로 상기 시공간 부호를 결정하는 단계; 및
    상기 복수의 패킷을 안테나로 전송하는 단계를 포함하는
    패킷 부호화 방법.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    상기 평균 전송 용량은 각각의 패킷의 데이터 전송률 및 패킷 에러율을 이용하여 표현되는 단계를 더 포함하는
    패킷 부호화 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 시공간 부호는 다중 안테나 무선 통신시스템에 연관되는 단계를 더 포함하는
    패킷 부호화 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 패킷은 계층적 멀티미디어 소스에 연관되는
    패킷 부호화 방법.
  12. 제7항, 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항의 패킷 부호화 방법을 수행하는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능 기록 매체.
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