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KR20050120818A - 혼성 ａｒｑ 방법 및 혼성 ａｒｑ 송신기 - Google Patents

혼성 ａｒｑ 방법 및 혼성 ａｒｑ 송신기 Download PDF

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KR20050120818A
KR20050120818A KR1020057021404A KR20057021404A KR20050120818A KR 20050120818 A KR20050120818 A KR 20050120818A KR 1020057021404 A KR1020057021404 A KR 1020057021404A KR 20057021404 A KR20057021404 A KR 20057021404A KR 20050120818 A KR20050120818 A KR 20050120818A
Authority
KR
South Korea
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code word
code
measurement
transmitting
transmitter
Prior art date
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Ceased
Application number
KR1020057021404A
Other languages
English (en)
Inventor
알렉산더 골리첵
아이코 자이델
Original Assignee
마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 filed Critical 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
Priority to KR1020057021404A priority Critical patent/KR20050120818A/ko
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/12—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by using return channel
    • H04L1/16—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by using return channel in which the return channel carries supervisory signals, e.g. repetition request signals
    • H04L1/18—Automatic repetition systems, e.g. Van Duuren systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/005—Control of transmission; Equalising

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Detection And Prevention Of Errors In Transmission (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

본 발명은 통신 시스템내의 무선 채널상에서 데이터 유닛을 수신기로 전송하는 혼성 ARQ 기술을 제공한다. 부호화 파라미터를 사용하여 데이터 유닛을 코드 워드의 시퀀스로 부호화한 다음에, 첫 번째 코드 워드가 전송되고, 수신기로부터 ACK 또는 NAK가 수신된다. NAK가 수신되면, 시퀀스의 다음 코드 워드가 전송된다. 본 발명에 따르면, NAK 메시지를 계수함으로써, 및/또는 부호화 파라미터서 평가함으로써, 현재의 채널 상태를 나타내는 측정값이 결정된다. 바람직하게는, 측정값은 총 부호화 레이트(overall coding rate), 데이터 유닛 당 평균 재전송의 수, 및 코드 워드 당 평균 재전송 수이다. 바람직한 실시예에서, 송신기는 NAK 카운터를 포함한다. 개선된 전송 측정 외에, 본 발명은 적응 목적을 위해 이 측정을 사용하는 것을 제공한다.

Description

혼성 ＡＲＱ 방법 및 혼성 ＡＲＱ 송신기{HYBRID ARQ TECHNIQUE FOR DATA TRANSMISSION}
본 발명은 데이터 전송을 위한 혼성 ARQ 기술(hybrid ARQ technique for data transmission), 특히 통신 시스템에서 무선 채널(radio channel)상의 데이터 유닛을 수신기로 전송하는, 혼성 ARQ Ⅱ/Ⅲ형 송신기 작동 방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은 그에 따른 송신기 및 통신 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 이동 통신 시스템(mobile communication system)에 적용될 수 있고, 특히 셀룰러 시스템에 적용된다. 특히, 본 발명은 범용 이동 통신 시스템 UMTS(Universal Mobile Telecommunication System)에 적용될 수 있다.
UMTS는 차세대 이동 통신 시스템의 후보 기술 중 하나이고, 그 구조(architecture)는 도 1에 도시되어 있다. UMTS는 인터페이스 lu를 통해 무선 접속망 UTRAN(UMTS Terrestrial Radio Access Network)(110)과 연결된 코어 망 CN(100)을 포함하고 있다. UTRAN(110)은 다른 쪽에서는 인터페이스 Uu를 통해 사용자 장치(User Equipment)(120)와 연결되어 있다.
도 2에서 볼 수 있듯이, UTRAN(110)은 인터페이스 lu를 통해 코어 망 CN(100)과 연결된 무선 망 서브시스템 RNS(Radio Network Subsystem)(200)를 포함하고 있다. 각 RNS(200)는, 사용자 장치 UE(120)로의 시그널링을 요구하는 핸드오버 결정을 담당하는 무선 망 제어기 RNC(Radio Network Controller)(210)를 포함하고 있다. 또, 무선 망 서브시스템 RNS(200)는, 인터페이스 lub를 통해 무선 망 제어기 RNC(210)와 연결된 기지국(노드 B)(220)을 포함하고 있다. UTRAN(110) 내부에서, 무선 망 서브시스템 RNS(200)의 무선 망 제어기(RNC)(210)들은 추가적인 인터페이스 lur을 통해 상호 접속될 수 있다. 인터페이스 lu 및 lur은 논리적 인터페이스(logical interface)이다. lur은, 임의의 적당한 전송 망을 사용하여, 무선 망 제어기 RNC(210)들 또는 가상 망(virtual network)들 사이의 직접적인 물리적 접속 상에서 전달될 수 있다.
사용자 장치 UE(12)와 UTRAN(110) 사이의 계층 3의 제어 면 시그널링(control plane signalling of Layer 3)은, 무선 자원 제어(Radio Resource Control) RRC 계층에 의해 처리된다. 방송 정보의 전달, 무선 베어러(radio bearer)의 설립, 무선 자원의 제어와 같은 것 외에도, RRC는 사용자 장치 UE의 측정 보고(measurement reporting) 및 보고 제어(control of the reporting)를 담당한다. UMTX 공기 인터페이스 및 다른 시스템을 포함하여, 사용자 장치 UE(120)에 의해 수행된 측정은, 무엇을 측정하고, 언제 측정하며, 어떻게 보고하는 지에 대한 관점에서, RRC 계층에 의해 제어된다. RRC 계층은 사용자 장치 UE(120)으로부터 망으로의 측정에 대한 보고를 수행한다.
데이터 통신 시스템에서, 자동 재생 요구(Automatic Repeat reQuest(ARQ))와 결합된 오류 검출(error detection)은 오류 제어를 위해 널리 사용되고 있다. 비(非)실시간 서비스(non-real time services)의 오류 검출을 위한 가장 일반적인 기술은 ARQ와 순방향 오류 정정(Forward Error Correction(FEC))의 조합인, 혼성 ARQ 방식에 바탕을 두고 있다.
FEC는, 길이 k의 정보 비트 블록 안으로 리던던시(redundancy)를 도입하여, 전송 전에, 길이 n의 부호화된 블록을 형성한다. 리던던시는 수신기에서의 오류를 저지하는데 도움이 된다.
순방향 오류 정정을 수행하는 송신기는 도 3에 더 자세하게 도시되어 있다. 전송될 입력 데이터는 먼저 버퍼(300)에서 버퍼링된다. 버퍼(300)에 데이터가 있고, 송신기가 전송을 위한 물리적 채널(physical channel)에 할당되면, 데이터는 FEC 부호기(310)에서 부호화되고 그에 따라서 모체 코드(mother code)를 생성한다. 모체 코드 또는 모체 코드의 모든 코드 워드(코드 세그먼트)는 변조기(330) 및 확산기(340)(코드 분할 다중 접속 CDMA 시스템의 경우)로 전송되고, RF 회로(350)에 의해 무선 주파수(RF)로 쉬프트되고 안테나(360)을 통해 전송된다. 만약 Ⅱ/Ⅲ형 ARQ(아래에 설명됨)가 사용된다면, 재전송시에 다른 코드 워드가 보내지기 때문에, 송신기는 코드 워드 버퍼(320)를 더 포함하게 된다.
이제 ARQ 기술에 대해 설명하면, 가장 빈번하게 사용되는 이동 통신 방식은 정지 대기(stop-and-wait)(SAW) 또는 선택 재송(selective-repeat)(SR) 연속 ARQ 방식이다. 만약 오류가 주기적 리던던시 검사(Cyclic Redundancy Check(CRC))에 의해 검출된다면, 수신기는 송신기가 추가적인 비트를 보내도록 요청한다. 무선 링크 제어(RLC) 계층의 재전송 유닛은 프로토콜 데이터 유닛(PDU)으로 불리기도 한다.
ARQ 방식에 따라 작동하도록 마련된 송신기는 도 4에 도시되어 있다. 송신기는 수신기로부터 요청을 수신할 수 있도록 되어야 하기 때문에, 송신기는 하나의 안테나(360)를 전송 및 수신에 사용하는 것을 허용하는 듀플렉서(duplexer)(400)를 포함하고 있다. 송신기가 신호를 수신하면, 송신기는 RF 회로(410)와 더불어 신호를 기저 대역(base band)으로 쉬프트(shift)시키고, 역확산기(420)에서 신호를 역확산(despread)하고, 역확산 신호를 복조기(430)로 전송하고, 복조된 데이터로부터 ACK/NAK 신호를 추출한다. ACK 메시지는 수신기가 전송된 PDU를 성공적으로 복호화할 수 있었다는 것을 송신기에 알려 준다. NAK 메시지는 송신기에 복호화 오류(decoding error)를 알려 준다. 송신기가 ACK 또는 NAK를 수신하는지에 따라, ACK/NAK 추출기(440)는 재전송 목적을 위해 코드 워드 버퍼(320)에 액세스하거나 또는 ACK가 수신되었으면 메모리를 릴리스(release)한다.
이제 도 5를 참조하면, 순서도는 수신기에 의해 수행되는 과정을 더 자세히 나타내고 있다. 단계 500에서, 수신기는 코드 워드를 수신하고, 코드 워드는 단계 510에서 저장된다. 코드 워드가 이전에 전송되었을 때, 수신되고 저장된 코드 워드는, 단계 520에서, 이전에 전송된 동일 데이터 유닛의 코드 워드와 결합될 수 있다. 다음으로 단계 530에서 PDU가 성공적으로 복호화될 수 있는지 결정된다. 만약 그렇다면, 긍정 응답 메시지 ACK는 송신기로 다시 보내지고, 그 PDU의 모든 저장된 코드 워드는 릴리스된다(단계 540). 그렇지 않다면, 부정 응답 메시지(NAK)가 재전송을 요청하기 위해 보내진다(단계 550).
재전송되는 비트에 따라, 세 가지 다른 유형의 ARQ로 구분된다:
Ⅰ형: 오류 PDU는 폐기되고 PDU의 새로운 카피가 재전송되고 개별적으로 복호화된다. 그 PDU의 이전 및 다음 버전의 결합은 없다.
Ⅱ형: 재전송될 필요가 있는 오류 PDU는 폐기되지 않지만, 다음의 복호화를 위해 송신기에 의해 제공되는 약간의 증분 리던던시 비트(incremental redundancy bits)와 결합된다. 재전송된 PDU는 가끔 높은 복호화 레이트를 가지고, 수신기에서 저장된 값과 결합된다.
Ⅲ형: 이 ARQ형은 각 재전송된 PDU가 자체 복호화 가능하다는 점에서 Ⅱ형 ARQ와 다르다. 이것은 PDU가 이전의 PDU와의 결합을 형성하지 않고서도 복호화 가능하다는 것을 의미한다. 이것은 어떤 PDU가 너무 심하게 손상되어서 거의 어떤 정보도 재사용될 수 없을 때 유용하다.
방식 Ⅱ 및 Ⅲ은, 부호화 레이트를 변화하는 무선 환경에 조정시킬 수 있고 이전에 전송된 PDU의 리던던시를 재사용할 수 있기 때문에, 더 지능적이고 약간의 성능 이득을 보여준다. 그러한 Ⅱ/Ⅲ형 ARQ 방식은 다음에서 증분 리던던시(incremental redundancy)라고 칭한다. PDU의 별개의 버전들은 물리적 계층에서 상이하게 부호화되어 결합 과정에 대한 코딩 이득(coding gain)을 증가시킨다. 전체 코드 중 이런 다른 부분들은 코드 블록 또는 코드 워드라고 칭한다.
ARQ 방식 Ⅱ/Ⅲ가, 후속 결합을 위한 소프트 결정값(soft decision values)을 저장하기 위해서 메모리 사이즈에 대한 엄격한 요구를 두고 있기 때문에, 매우 빠른 피드백 채널을 도입하는 것이 제안되어 있다. 피드백 채널은 ACK 및 NAK 정보를 수신기로부터 송신기로 보내는데 사용된다. 통상적으로, ACK 또는 NAK가 전송될 수 있을 때까지 약간의 왕복 지연(round trip delay)이 수반되는데, 그 이유는 이 정보가 상태 보고(status reports)에 모이기 때문이다. 따라서, 무선 링크 제어 RLC와 같은 상위 계층의 개입 없이 직접적으로 물리적 계층에 의해 매우 빠르게 피드백을 보내는 것이 유익하다. NAK가 수신되었다면, 송신기는 최소한의 지연으로 다음 코드 블록을 보낼 수 있다. 따라서, 저장되어야 하는 코드 블록의 수는 매우 작게 유지되고, 총 지연(overall delay)이 감소한다.
제한된 스펙트럼 자원 때문에, 미래의 이동 통신 시스템은 무선 환경에 적응적일 것이다. 변조, 데이터 레이트, 확산 인자(spreading factor), 및 확산 코드의 수와 같은 전송 파라미터는 현재의 채널 상태에 근거한다.
그러나, 주파수 분할 듀플렉스 FDD 시스템에서 송신기는, 수신기가 겪는 채널 상태에 대한 매우 적은 지식만을 가지고 있다. 만약 리버스 링크(reverse link)에서 수신기로부터 송신기로의 약간의 트래픽이 존재한다면, 이 트래픽의 측정은, 그것들이 다른 주파수에서 이루어지기 때문에 신뢰하지 못할 것이다. 송신기에서 행해질 수 있는 측정이 또한 존재한다. 예컨대, 노드 B에 대한 그러한 측정 중 하나는, 어떤 사용자 장치 UE(120)로 송신된 파워에 대응하는 송신 코드 파워(tranmitted code power)이다. 송신 파워는 UE 파워 제어 명령에 의해 제어되기 때문에, 그것은 채널 상태를 추종하고, 경로 손실(pathloss) 및 페이딩(fading)과 같은 채널 감쇠를 보상하려고 한다. 그럼에도 불구하고, 그러한 송신기 측정은 일정한 조건하에서는 의미가 없을 수도 있다.
선행 기술의 적응 기술은 종종 수신기로부터 송신기로 보내져야 하는 측정 보고(measurement reports)에 근거한다. 무선 자원 제어 RRC는 UE(120)로부터 무선 망 제어 RNC(210)로 보고되는 그러한 종류의 측정을 구성한다. 이러한 측정 보고는 공기중으로 전송되어야 하는 부가적인 시그널링 오버헤드(signalling overhead)를 도입한다. 따라서, 연속적인 측정 보고는, 리버스 링크에 너무 많은 간섭(interference)을 발생시키기 때문에, 적응 목적을 위해서는 불리하다. 반면에, 보고가 연속적으로 되지 않는다면, 송신기에 지연이 있게 되어, 현재의 채널 상황에 따라 적응이 정확하게 수행될 수 없다.
간단한 ARQ 시스템의 또 다른 적응 기술은, 송신기에서 이미 이용 가능한 ACK/NAK 전송에 근거한다. 만약 NAK 메시지가 다수 수신된다면, 송신기는 예컨대 코드 레이트를 감소시킬 수 있다. 하지만, 이것은 증분 리던던시를 사용하는 시스템에서 불리한데, 그 이유는, 혼성 ARQ Ⅱ/Ⅲ형은 본질적으로 다수의 전송, 즉, 다수의 NAK 메시지를 수반하기 때문이다.
증분 리던던시가 이미 적응 부호화 방식으로 간주될 수 있지만, 그 이상의 적응에 대한 필요는 여전히 존재한다. 다음의 일 실시예에서 왜 추가적인 적응이 여전히 필요한지에 대해서 설명될 것이다.
증분 리던던시를 사용하지 않는 이동 통신 시스템에서, 부호화 레이트는 일반적으로 대략 1/2 및 1/3이다. Ⅱ/Ⅲ형 방식은 제 1 코드 블록에 대해서 더 낮은 부호화 레이트를 사용한다. 증분 리던던시에 대한 종래 기술의 시스템은 각 코드 블록에 대해 고정된 부호화 레이트를 사용한다. 예컨대, 각 코드 블록은 1로 고정된 부호화 레이트를 가질 수 있다. 응답(acknowledgement)이 없을 경우, 총 부호화 레이트(뒤이은 결합 다음의)는 각 재전송마다 r=1, 1/2, 1/3. 1/4 등으로 감소할 것이다.
따라서, Ⅰ형 ARQ와 비교해서, 코드 블록 당 더해지는 리던던시(각 재전송마다)가 Ⅱ/Ⅲ형 방식에서는 더 작기 때문에, 증분 리던던시 방식은 더 많은 재전송을 가지게 된다. 우수한 적응 입도(adaptation granularity)(채널 상태에 대한 부호화 레이트)을 위해서는, 단일 코드 블록의 부호화 레이트는 높아야 한다. 재전송의 수는 증가하지만, 총 부호화 레이트는 이 특별한 경우에 최적의 부호화 값에 가까워질 것이다.
이러한 디자인 표준(design criteria)에 수반하는 몇 가지 문제점이 있다.
무엇보다도, 피드백 채널에 대해 요청되어야 하는 재전송의 수가 크고, 피드백 채널에서의 시그널링 오버헤드의 증가를 초래한다. 또, 모든 PDU가 성공적으로 부호화되기 전까지의 지연은 각 재전송마다 왕복 지연 RTD 시간에 의해 증가한다. 또한, 메모리 요청은 단일 코드 블록을 저장하는데 필요한 시간에 비례하는 재전송의 수와 함께 증가한다. 더군다나, 예컨대 r=1과 같이 상위 코드 레이트를 제 1 코드 블록에 대해 가정하면, 이런 데이터 레이트는 양호한 채널 상태를 위해 설계되었기 때문에, 불량한 채널 상태에서는 거의 100%의 재전송이 있게 된다. 한편, 예컨대 r=1/2와 같이 하위 코드 레이트를 제 1 코드 블록에 대해 가정하면, 보다 적은 재전송이 있게 되지만, 혼성 Ⅰ형 ARQ와 비교하여 이득은 상대적으로 작게 될 것이다.
증분 리던던시 이외에, 다른 기지(旣知)의 적응 부호화 기술이 존재한다. 그러나, 이러한 종래 기술의 적응 부호화 방식은 코드가 다중 코드 블록으로 분할될 수 있는 ARQ Ⅱ/Ⅲ형 방식의 작동 상태를 고려하지 않는다. 다중 코드 블록의 시간 다이버시티로부터 이득이 있기 때문에, 혼성 ARQ Ⅰ형 방식에 대하여 요구되는 부호화 레이트는 혼성 ARQ Ⅱ/Ⅲ형 방식과는 다르다.
상술한 종래 기술의 시스템 단점을 극복하기 위하여, 리버스 링크에서의 측정 보고에 대한 시그널링의 필요 없이, 송신기에서 부가적인 측정을 허용하고, 따라서, 오버헤드를 감소시키는 혼성 ARQ 기술을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
이런 목적은 독립항들에서 주장된 본 발명에 의해 해결된다.
본 발명은, 증분 리던던시(incremental redundancy)와 더불어 적응 부호화 방식(adaptive coding scheme)을 제공하고, 송신기에서 이미 이용 가능한 정보를 사용하는 점에서 유리하다. 따라서, 본 발명은, 종래 기술의 많은 단점들을 극복하는 송신기 측정을 제공한다.
바람직한 실시예는 종속항에 규정되어 있다.
상술한 바와 같이, 증분 리던던시 방식은 본질적으로 ACK/NAK 정보를 피드백 채널에서 수신한다. 그것으로서, 많은 수의 NAK 메시지가 양호한 적응을 위해 수신되어야 하기 때문에, 바람직하지 않다. 바람직한 실시예에서, 본 발명은 이전의 PDU의 응답을 위해 필요했던 종합 코드 레이트를 이끌어내는 기술을 제공한다. 이런 정보는 대응하는 PDU의 대응하는 코드 레이트로 재전송의 수를 합계함으로써 유도될 수 있다. 이것은 예컨대, 수신기로부터 송신기로의 어떤 부가적인 측정 보고의 필요 없이, 요청된 FEC 파라미터의 추정치를 결정하게 해 준다.
새로운 송신기 측정 이외에, 본 발명은, 일 실시예에서, 적응(adaptation)을 위해 이런 측정을 사용한다. 채널 상태에 따라서, PDU를 복호화하는데 필요한 재전송의 수는 변한다. 증분 리던던시에 대하여, 만약 첫 번째 전송에서 일정 부분의 NAK 메시지가 있다면(예컨대, 50% 이상), ARQ Ⅰ형과 비교되는 성능 이득은 크게 된다. 양호한 채널 상태에 대해서는, 거의 1 정도의 코드 레이트(즉, 리던던시가 없는 상태)가 적절하고, 매우 불량한 상태(예컨대, 페이딩, 섀도잉)에서는 심지어 1/3의 코드 레이트가 약간의 패킷만이 정확하게 복호화되도록 허용할 수 있다.
본 발명은 또한 개별 코드 블록(separate code blocks)의 코드 레이트에 대해 적응 부호화(adaptive coding)를 제공한다. 특히 첫 번째 코드 블록의 코드 레이트는, 다양한 채널 상태하에서 재전송의 일정 목표 레이트를 전달하도록 조절될 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 더 자세하게 설명될 것이다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 더 자세하게 설명될 것이다.
코드 레이트 r은 전송된 부호화 비트의 수 n에 대한 정보 비트의 수 k의 비율이다. 다른 코드 레이트 및 코드 워드는 RCPT 및 RCPC 코드와 같은 레이트 호환 펑쳐드 코드(rate compatible punctured codes)를 사용하여 쉽게 생성될 수 있다. 코드 워드는 공통 모체 코드(common mother code)로부터 펑쳐된다(punctured). 모체 코드는 다수의 상위 코드 레이트의 코드 워드가 그것으로부터 생성되도록 낮은 부호화 레이트를 가져야 한다. PDU 또는 모체 코드는, 재전송이 요청되고, 새로운 코드 워드가 송신될 필요가 있는 경우에, 송신기에 저장될 필요가 있다. 비록 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명이 여기서 설명되는 특정 실시예에 한정되지 않는다는 것이 이해될 것이지만, 모든 모체 코드(즉, 모든 코드 워드)는 재전송을 위해 송신기에 저장된다고 가정될 것이다. 이것은 부호화에 대한 복잡도를 감소시키지만, 송신기에 더 많은 메모리를 요구한다.
이제 본 발명에 따른 송신기의 제 1 실시예를 나타내는 도 6을 참조하면, NAK 카운터(600)와 측정 유닛(610)이 제공되어 있다는 점에서, 구성이 도 4와는 다르다. 송신기의 작동은 도 7을 참조하여 더 자세히 설명될 것이다.
FEC 부호기(310)에 의해 단계 700에서 PDU를 부호화한 다음에, 코드 워드는 코드 워드 버퍼(320)에서 버퍼링된다(단계710). 다음에, 첫 번째 코드 워드가 단계 720에서 전송된다. 수신기가 데이터를 복호화하지 못한다면, NAK 메시지를 송신하여, 송신기로 하여금 수신된 데이터에 더욱 리던던시를 추가하는 다음의 새로운 코드를 전송하도록 요청한다. 이 경우에, 송신기는 단계 730에서 NAK 메시지를 수신하고, 단계 740에서 코드 워드 버퍼(320)으로부터 다음 코드 워드(next code word)를 선택한다. 이와 같은 다음 코드 워드는 전송을 위해 큐잉된다(queued). 수신 후에, 수신기는 새로운 코드 워드와 이미 수신된 코드 워드를 결합하여 수신기의 총 코드 레이트가 로 된다. 따라서, 리던던시가 부가되어 패킷이 복호화될 수 있는 가능성이 높아진다.
만약 송신기가 단계 730에서 ACK 메시지를 수신한다면, 각 PDU의 모든 코드 워드는 단계 760에서 클리어될 수 있다.
순서도에서 보는 바와 같이, NAK 카운터(600)는 NAK 메시지가 수신될 때마다 단계 750에서 증분된다. 따라서, NAK 카운터(600)는 PDU가 확인될 때까지 PDU의 모든 NAK 메시지를 계수한다. 각 코드 워드의 코드 레이트에 대한 지식을 가지고, PDU 당 재전송의 수 NNAK는 측정 유닛(610)에서 사용되어, 총 PDU 코드 레이트, PDU 당 평균 재전송의 수 또는 코드 워드 당 평균 재전송의 수를 계산한다. 코드 워드의 코드 레이트가 고정된다면, 측정 유닛(610)은 바람직하게, 각 코드 워드의 코드 레이트를 저장하기 위한 메모리를 내장한다. 아래에서 더 자세히 설명되는 것처럼, 측정은 PDU의 수에 대해 또는 일정 시간에 대해 평균화될 수 있다. 이런 목적을 위해, 측정 유닛(610)에는 바람직하게 필터 기능이 제공된다. 재전송이 송신되기 전까지의 왕복 지연에 따라, 또, 얼마나 빠르게 채널 상태가 변하는 지에 따라, 평균화가 바람직하게 적용된다. 필터 기능에서는, 이전 측정과 비교하여 최근의 측정에 더 많은 가중치를 주기 위하여, 측정 유닛(610)에 가중 처리가 적용될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 측정 유닛(610)은 측정값을 상위 계층 유닛(higher layer units) 또는 다른 엔티티로 보고한다. 바람직하게는, 측정값은 기지국(노드 B(220)) 또는 무선 망 제어기 RNC(210)로 보고된다. 보고는 요구가 있거나, 주기적으로 또는 특정 임계값(thresholds)에 근거하여 행해질 수 있다.
추가적인 어떤 측정 없이 재전송의 수에 근거하여, 송신기에 의해 단계 770에서 계산될 수 있는 측정값의 예시는, 더 자세하게 설명될 것이다. 혼성 ARQ Ⅱ/Ⅲ형의 고유 동작 성향 때문에, PDU를 성공적으로 복호하는데 필요한 총 부호화 레이트를 유도할 수 있다는 사실이 인식되어야 한다. 무선 환경에의 어떤 적응도 그러한 측정값에 근거한다.
측정값을 계산하는 제 1 예는 총 부호화 레이트를 계산하는 것이다. 이 목적을 위하여, 만약 이것이 명시적으로 유도될 수 없다면, 송신기는 PDU 당 재전송의 수 NNAK 및 각 코드 블록의 부호화 레이트 를 계수한다.
총 PDU 부호화 레이트 rtot는, 다음 식에 따라 계산될 수 있다.
여기서, 는 코드 워드 i의 부호화된 비트의 수이다. 이동 채널의 정확도와 시간 편차에 따라, 코드 레이트는 평균화될 수 있다.
여기서 NPDU는 평균화를 위해 사용된 패킷의 수이다. 바람직한 실시예에서, 첫 번째 코드 블록의 코드 레이트는, 이전에 전송된 PDU에 대해 사용되었던 평균 부호화 레이트에 따라 적응된다.
측정값을 계산하는 다른 일례는 PDU 당 재전송의 평균 수를 계산하는 것이다. 각 PDU에 대하여, 성공적인 복호화를 위해 필요한 재전송의 수는 이다. 평균은 다음 식에 의해 계산될 수 있다.
이 값은 재전송이 없었을 때는 0이 된다. 바람직한 실시예에서, 첫 번째 코드 블록의 코드 레이트는 PDU 당 필요한 재전송의 수에 따라 적응된다. ARQ Ⅰ형 적응 부호화 방식과 비교하여, 상기 부호화는 재전송이 없도록(즉, NNAK=0) 적응되지는 않고, 일정한 평균 수의 재전송을 수신하도록 보장할 것이다. 바람직하게는, 평균 수는 대략 1 또는 그보다 큰 값이다.
측정값을 계산하는 또 다른 일례는 코드 워드 당 평균 전송 수를 계산하는 것이다. NPDU에 대하여 평균한 코드 워드 x 당 평균 재전송 수(모든 NAK 메시지와 같음)는 다음 식에 의해 계산될 수 있다.
이제까지 본 발명의 송신기 측정에 대해 자세하게 설명되었지만, 다음에는 적응 목적을 위해 이 측정을 사용하는 것에 중점을 두어 설명할 것이다. 이에 대한 참조는 도 8에 나와 있는데, 도 8은, FEC 제어 유닛(800)을 포함하는 점에서 도 6의 배열과 차이가 있다. 도 8의 송신기는, FEC 부호기(310)에서 데이터를 부호화하는데 사용되는 FEC 파라미터의 적응을 수행한다.
도 8에서, 적응은 FEC 제어 유닛(800)에서 수행된다. 측정 유닛(610)에 의해 제공된 측정치에 근거하여, FEC 제어 유닛(800)은 FEC 파라미티를 적응한다. 일단 적응(adaptation)이 수행되면, 코드 워드에 대한 새로운 코드 레이트가 측정 유닛(610)으로 보고된다. 적응을 수행하는 과정은 도 9에 도시되어 있다.
단계 900에서 결정된 초기 FEC 값은, 가급적 전송 전에 만들어진 측정에 근거한다. 다른 바람직한 실시예에서는, 초기 파라미터가 상위 코드 레이트로 설정된다. 전송동안에, FEC 파라미터는 환경(environment)에 적응될 것이다. 이 목적을 위하여, 적응 척도(adaptation criteria)로 사용되는 특정 파라미터는 모니터링되어야 한다. 이것은 예컨대, PDU 당 총 재전송의 수, 코드 워드 당 재전송의 수, 또는 총 코드 레이트일 수 있다. 그러나, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서, 적응은 송신기에서 측정된 또는 수신기로부터 수신된 다른 어떤 파라미터에 근거할 수 있다는 사실이 인식될 것이다.
도 9에 도시한 적응 과정에서, 임계값이 단계 920에서 결정된다. 약간의 편차가 상이한 FEC 파라미터 세트 사이에서 너무 빈번한 스위칭을 피하기 위하여 포함될 수 있다. 단계 910에서 모니터링된 파라미터는 단계 930 및 950에서 임계값과 비교된다. 만약 코드 워드 당 평균 재전송 수와 같은 모니터링된 파라미터가 임계값보다 크면, 코드 레이트는 감소될 것이다. 한편, 모니터링된 파라미터가 임계값보다 작으면, 코드 레이트는 증가할 것이다.
바람직한 실시예에서, 적응 과정은 약간의 또는 단 하나의 코드 워드로 한정된다. 첫 번째 코드 워드가 적응되기만 하면, 다음 코드 워드의 코드 레이트(또는 FEC 파라미터)는 상위 코드 레이트로 고정될 수 있다. 이것은 총 코드 레이트 및 총 부호화 레이트의 작은 입도(granularity)를 최적으로 보증한다. 이와 달리, 다음 코드 워드의 코드 레이트는 첫 번째 코드 블록의 부호화 레이트로부터 명시적으로 유도될 수 있다. 이것은 시그널링 오버헤드(signalling overhead)를 감소시키는데, 그 이유는, 수신기가 첫 번째 코드 블록의 부호화 레이트로부터 후속 코드 블록의 부호화 레이트를 유도할 수 있기 때문이다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 코드 블록의 코드 레이트는, 재전송당 PDU의 일정 퍼센트만을 정확하게 복호하는 것을 허용하도록 적응된다. 이 퍼센트는 바람직하게 25%이다.
다시 도 8을 참조하면, 부호화 파라미터의 적응 대신에 또는 부호화 파라미터에 부가하여, 본 발명의 더욱 바람직한 실시예에서 적응된 전송 파라미터가 존재한다. 하나의 실시예에서, 변조 방식(modulation form)이 적응된다. 이 목적을 위하여, 제어 유닛(800)은 변조기(330)로의 부가적인 접속(도 8에 도시되지는 않음)을 가지고 있다. 또 다른 실시예에서, 적응된 전송 파라미터는 확산 인자(spreading factor) 또는 확산 코드의 수이다. 그렇다면, 제어 유닛(800)은 확산기(340)로의 부가적인 접속(도 8에 도시되지는 않음)을 가진다.
본 발명은 데이터 전송을 위한 혼성 ARQ 기술(hybrid ARQ technique for data transmission), 특히 통신 시스템내의 무선 채널(radio channel)상의 데이터 유닛을 수신기로 전송하는, 혼성 ARQ Ⅱ/Ⅲ형 송신기 작동 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 그에 따른 송신기 및 통신 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 이동 통신 시스템(mobile communication system)에 적응될 수 있고, 특히 셀룰러 시스템에 적응된다. 특히, 본 발명은 범용 이동 통신 시스템 UMTS(Universal Mobile Telecommunication System)에 적응될 수 있다.
도 1은 UMTS 구조를 도시하고,
도 2는 UTRAN 구조를 도시하고,
도 3은 전송될 데이터를 FEC 부호화할 수 있는 송신기를 도시하는 블록도,
도 4는 FEC/ARQ 방식에 적응된 송신기를 도시하는 블록도,
도 5는 ARQ 기술에 의해 작동하는 수신기의 동작을 나타내는 순서도,
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 송신기를 나타내는 블록도,
도 7은 도 6에 따른 송신기의 작동 프로세스를 나타내는 순서도,
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 송신기를 나타내는 블록도, 및
도 9는 도 8에 따른 송신기의 작동 프로세스를 나타내는 순서도이다.

Claims (27)

  1. 무선 채널상에서 데이터 유닛을 전송하는 혼성 ARQ 방법에 있어서,
    적어도 하나의 부호화 파라미터(encoding parameter)를 이용하여 상기 데이터 유닛을 적어도 제 1 코드 워드 및 제 2 코드 워드로 부호화하는 단계,
    전송 파라미터를 이용하여 상기 제 1 코드 워드를 전송하는 단계,
    수신기로부터 상기 데이터 유닛이 성공적으로 전송되었는지 여부를 나타내는 긍정(ACK) 또는 부정(NAK) 응답 메시지를 수신하는 단계, 및
    부정 응답 메시지가 수신되었다면, 상기 제 2 코드 워드를 전송하는 단계를 포함하되,
    상기 부호화 파라미터와 상기 전송 파라미터 중 적어도 하나는 상기 제 1 코드 워드의 상태를 나타내는 측정값을 바탕으로 하는
    혼성 ARQ 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정값은 긍정 응답 메시지가 수신되기 전까지 수신된 부정 응답 메시지의 수(NNAKi)인 혼성 ARQ 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정값은 상기 긍정 응답 메시지가 수신되기 전까지 전송된 각 코드 워드의 부호화 레이트(rCWi)로부터 결정되는 총 부호화 레이트(overall coding rate)(rtot)인 혼성 ARQ 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정값은 코드 워드(x) 당 부정 응답 메시지의 수(NNAKCWXi)인 혼성 ARQ 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    데이터 유닛의 수(NPDU)에 걸쳐 상기 측정값을 평균하는 단계 또는 이전의 데이터 유닛에 더 작은 가중치를 주는 가중 필터 기능(weighted filter function)을 적용하는 단계를 더 포함하는 혼성 ARQ 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 부호화 파라미터는 FEC 코드 레이트인 혼성 ARQ 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정값에 적어도 하나의 부호화 파라미터를 적응하는 단계를 더 포함하는 혼성 ARQ 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정값에 전송 파라미터를 적응하는 단계를 더 포함하는 혼성 ARQ 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 전송 파라미터는 변조 방식(modulation form)인 혼성 ARQ 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 전송 파라미터는 확산 인자(spreading factor)인 혼성 ARQ 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 전송 파라미터는 확산 코드의 수(the number of spreading codes)인 혼성 ARQ 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 부호화 파라미터는 상기 코드 워드들의 코드 레이트이고, 상기 방법은 상기 코드 레이트를 상위 값(high values)으로 초기화하는 단계를 더 포함하는 혼성 ARQ 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 코드 워드에 후속하는 코드 워드들의 상기 코드 레이트는 상기 제 1 코드 워드의 코드 레이트로부터 유도되는 혼성 ARQ 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 코드 워드의 상기 코드 레이트만을 상기 수신기로 시그널링하는 단계를 더 포함하는 혼성 ARQ 방법.
  15. 무선 채널상에서 데이터 유닛을 전송하는 혼성 ARQ 송신기에 있어서,
    적어도 하나의 부호화 파라미터를 이용하여 상기 데이터 유닛을 적어도 제 1 코드 워드와 제 2 코드 워드로 부호화하는 부호기,
    전송 파라미터를 이용하여 상기 제 1 코드 워드를 전송하는 전송 유닛,
    수신기로부터 상기 데이터 유닛이 성공적으로 전송되었는지 여부를 나타내는 긍정(ACK) 또는 부정(NAK) 응답 메시지를 수신하는 수신 유닛, 및
    부정 응답 메시지가 수신되었다면, 상기 제 2 코드 워드를 전송하는 전송 유닛을 작동시키는 작동 유닛을 포함하되,
    상기 부호화 파라미터와 상기 전송 파라미터 중 적어도 하나는 상기 제 1 코드 워드의 상태를 나타내는 측정값을 바탕으로 하는
    혼성 ARQ 송신기.
  16. 제 15 항에 있어서,
    청구항 1의 방법을 수행하도록 구성된 혼성 ARQ 송신기.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 혼성 ARQ 송신기는 기지국인 혼성 ARQ 송신기.
  18. 제 17 항에 있어서,
    요청시 상기 측정값을 무선 네트워크 제어기로 송신하는 수단을 더 포함하는 혼성 ARQ 송신기.
  19. 제 17 항에 있어서,
    주기적으로 상기 측정값을 무선 네트워크 제어기로 송신하는 수단을 더 포함하는 혼성 ARQ 송신기.
  20. 제 17 항에 있어서,
    트리거되었을 때 상기 측정값을 무선 네트워크 제어기로 송신하는 수단을 더 포함하는 혼성 ARQ 송신기.
  21. 청구항 15에 따른 송신기와 수신기를 포함하는 시스템.
  22. 제 16 항에 있어서,
    상기 혼성 ARQ 송신기는 기지국인 혼성 ARQ 송신기.
  23. 제 18 항에 있어서,
    주기적으로 상기 측정값을 무선 네트워크 제어기로 송신하는 수단을 더 포함하는 혼성 ARQ 송신기.
  24. 제 22 항에 있어서,
    요청시 상기 측정값을 무선 네트워크 제어기로 송신하는 수단을 더 포함하는 혼성 ARQ 송신기.
  25. 제 22 항에 있어서,
    트리거되었을 때 상기 측정값을 무선 네트워크 제어기로 송신하는 수단을 더 포함하는 혼성 ARQ 송신기.
  26. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정값은 목표 에러 레이트에 도달하기 위해 이용되는 혼성 ARQ 방법.
  27. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 코드 워드는 리던던시에 있어서 상기 제 2 코드 워드와 다른 혼성 ARQ 방법.
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