KR100714973B1

KR100714973B1 - 하이브리드 자동재전송요구 시스템에서 신호점 사상규칙을변경하기 위한 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100714973B1
Application number: KR1020040064442A
Authority: KR
Inventors: 홍성권; 노정민; 조영권; 김영균; 박동식
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-08-16
Filing date: 2004-08-16
Publication date: 2007-05-04
Also published as: US20060036922A1; KR20060016022A

Abstract

본 발명은 하이브리드 자동재전송요구 시스템에서 신호점 사상규칙을 변경하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 송신기 장치는 소정 변조방식에 대하여 재전송횟수에 따른 서로 다른 복수의 성상도 데이터들을 저장하는 메모리와, 수신기로부터 재전송요청신호 수신시, 상기 메모리로부터 재전송횟수에 따른 성상도 데이터를 독출하고, 송신 데이터를 상기 성상도 데이터에 따라 변조하여 복소 심볼들을 발생하는 변조기와, 상기 변조기로부터의 복소 심볼들을 소정 시공간 부호(STC : Space Time code)로 부호화하여 출력하는 시공간 부호기를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이와 같이, 사상규칙 변경에 따른 시공간 부호의 최적화는 동일 조건에서 보다 큰 링크레벨 성능을 제공할 수 있고, 이에 따라 시스템 전송효율(throughput)을 증가시키는 효과가 있다.

HARQ방식, 시공간 블록 부호, 최소 유클리드 거리, 신호점 사상

Description

하이브리드 자동재전송요구 시스템에서 신호점 사상규칙을 변경하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CHANGING SIGNAL POINT MAPPING RULE IN HARQ SYSTEM}

도 1a 및 도 1b는 체이스 컴바이닝(Chase Combing)을 사용하는 ARQ시스템의 동작을 설명하기 위한 도면.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 MIMO(Multiple Input Multiple Output)환경의 HARQ(Hybrid ARQ)시스템의 구성을 도시하는 도면.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 시공간 블록 부호를 사용하는 HARQ 시스템에서 송신기의 송신 절차를 도시하는 도면.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 시공간 블록 부호를 사용하는 HAQR 시스템에서 수신기의 수신 절차를 도시하는 도면.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 시공간 블록 부호를 사용하는 HARQ 시스템의 전반적인 동작을 설명하기 위한 도면.

도 6은 본 발명에 따른 QPSK 사상법 변경 규칙 및 QAM 사상법 변경 규칙을 설명하기 위한 도면.

도 7은 본 발명에서 제안하는 QPSK 사상법 변경 규칙을 송신안테나 2개를 사 용하는 알라모우티(Alamouti) 시공간 블록 부호화 방식에 적용한 경우, BER 성능을 체이스 컴바이닝(Chase Combining) 방식과 비교한 그래프.

도 8은 본 발명에서 제안하는 QAM 사상법 변경 규칙을 송신안테나 2개를 사용하는 알라모우티 시공간 블록 부호화 방식에 적용한 경우, BER 성능을 체이스 컴바이닝 방식과 비교한 그래프.

도 9는 송신안테나가 2개인 경우, 본 발명에서 제안하는 STBC QPSK 방식(STBC QPSK new)과 기존의 체이스 컴바이닝 방식(STBC QPSK Chase Combining) 및 본 발명에서 제안하는 STBC QAM 방식(STBC QAM new) 방식과 기존의 케이스 컴바이닝 방식(STBC QAM Chase Combining) 방식의 전송효율(Throughput) 성능을 비교한 그래프.

본 발명은 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 환경의 HARQ(Hybrid ARQ)시스템에 관한 것으로, 특히 시공간 블록 부호(STBC : Space Time block Code)를 사용하는 HARQ 시스템에서 재전송시 신호점 사상 규칙을 변경하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

상기 HARQ(Hybrid ARQ : 복합 자동 재전송 요구)는 ARQ(Automatic Retransmission reQuest : 자동 재전송 요구)방식과 에러정정부호(error correcting code) 방식을 결합한 방식이다.

상기 ARQ 방식은 수신측에서 통신채널을 통해 수신되는 프레임의 오류를 검사하여 오류가 발생한 경우 궤환채널(feedback channel)을 통해 송신측에 알리고, 송신측에서 오류가 발생한 프레임을 재전송함으로써 통신채널의 오류에 대한 내성을 높이는 방식이다. 상기 오류검사는 송신측에서 정보비트열과 결합되어 전송되는 에러검출부호(error detection code)에 의해서 이루어진다.

한편, 상기 에러정정부호는 원래의 정보프레임에 부가적인 정보를 추가하여 전송하고, 수신측에서 수신된 프레임만을 가지고 채널에 의해 발생한 오류를 정정하는 방식이다.

상기 ARQ방식과 에러정정부호를 결합하는 경우, 여러 가지 형태의 결합방식들이 존재한다.

첫 번째, 에러정정부호로 부호화된 프레임이 수신측에서 판단하기에 오류가 발생한 경우, 송신측에서 원래의 프레임과 동일한 프레임을 재전송하고, 수신측에서 상기 재전송되는 프레임을 독립적으로 복호하는 방식이다.

두 번째, 에러정정부호로 부호화된 프레임이 수신측에서 판단하기에 오류가 발생한 경우, 송신측에서 원래의 프레임과 동일한 프레임을 재전송하고, 수신측에서 이전 수신된 프레임과 상기 재전송되는 프레임을 이용해서 복호를 수행하는 방식이다. 이때, 이전 수신된 프레임과 현재 수신된 프레임(재전송 프레임)은 "Chase combing"에 의해 연성 결합(soft combing)된다. 여기서, 상기 이전 송신된 프레임과 현재 수신된 프레임은 송신측에서 송신하는 시점에서 본다면 완전히 동일한 프 레임이지만, 채널을 통과하면 채널에서 발생하는 왜곡과 잡음에 의해 서로 다른 값으로 수신측에 수신된다. 수신측에서는 이전 프레임들과 현재 프레임의 산술적인 평균을 구해서 복호를 수행하는데, 이러한 형태의 복호를 체이스 컴바이닝(Chase combining)이라고 한다.

세 번째, 수신측에서 판단하기에 오류가 발생한 경우, 송신측에서 이전에 전송된 프레임과는 다른 프레임을 재전송한다. 여기서, 다른 프레임은 부호화 방식이 다른 것을 의미한다. 즉, 동일한 정보비트들에 대하여 다른 부호방식으로 부호화된 프레임이 재전송된다. 이때 재전송되는 프레임은, 이전에 수신된 프레임과 부호결합(code combining)을 하는 경우, 상기 체이스 컴바이닝을 하는 경우 보다 우수한 성능을 나타내도록 설계된다.

여기서, 상기 체이스 컴바이닝에 대해 간단히 살펴보면 다음과 같다.

도 1a 및 도 1b는 체이스 컴바이닝을 사용하는 ARQ시스템의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

먼저, 도 1a는 수신측에 수신된 프레임에 오류가 발생하지 않은 경우를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 송신측은 101단계에서 P번째 프레임을 부호화하여 송신한다. 그러면, 수신측은 103단계에서 수신되는 상기 P번째 프레임을 복호화하여 오류가 발생했는지 검출한다. 여기서, 오류검출은 앞서 언급한 바와 같이 에러검출부호를 통해 이루어진다. 만일, P번째 프레임에 오류가 발생하지 않은 것으로 판정되면, 상기 수신측은 105단계에서 ACK신호를 상기 송신측으로 전송한다. 그러면, 상기 송신측은 107단계에서 P+1번째 프레임을 부호화하여 송신하고, 수신측은 109단 계에서 상기 P+1번째 프레임을 복호화하여 오류가 발생했는지 검사한다. 이때, 상기 P+1번째 프레임에 오류가 발생하지 않은 것으로 판정되면, 상기 수신측은 111단계에서 상기 송신측으로 ACK신호를 전송한다.

다음으로, 도 1b는 수신측에 수신된 프레임에 오류가 발생한 경우를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 송신측은 121단계에서 P번째 프레임을 부호화하여 송신한다. 그러면, 수신측은 123단계에서 수신되는 상기 P번째 프레임을 복호화하여 오류가 발생했는지 검출한다. 이때 상기 수신되는 P번째 프레임은 P_1 프레임으로서 메모리에 저장된다. 만일, P번째 프레임에 오류가 발생한 것으로 판정되면, 상기 수신측은 125단계에서 상기 송신측으로 NACK(재전송요구) 신호를 전송한다. 그러면, 상기 송신측은 127단계에서 P+1번째 프레임의 전송을 보류하고 상기 P번째 프레임을 이전과 같은 부호를 이용하여 부호화하여 재전송한다. 그러면, 상기 수신측은 129단계에서 상기 재전송된 프레임(P_2 프레임)과 메모리에 저장되어 있는 이전 프레임(P_1 프레임)을 결합하여 복호하고, 에러검출부호를 통해 오류가 발생했는지 검출한다. 이때 오류가 검출되지 않은 경우, 상기 수신측은 131단계에서 ACK신호를 송신측으로 전송한다. 만일, 오류가 검출되면, 다시 NACK신호를 송신측으로 전송하고, 상기 송신측은 상기 P번째 프레임을 다시 재전송한다. 이와 같이, 체이스 컴바이닝을 사용하는 시스템은 재전송되는 프레임이 원래의 프레임과 완전히 일치한다.

한편, 상기 세 번째 방식은 다시 두 가지 방식으로 구분할 수 있다.

먼저, 재전송되는 프레임만을 가지고 수신측에서 독립적으로 복호화할 수 있는 방식이다. 이러한 방식은 부호결합을 통한 이득도 발생하지만 재전송되는 프레 임만을 가지고 복호화가 가능하므로 통신채널상황에 따라 발생할 수 있는 다양한 상황에 대처할수 있다.

다음으로, 재전송되는 프레임만을 가지고 수신측에서 독립적으로 복호가 불가능한 방식이다. 일반적으로 전체 정보프레임을 복호화하지 못할 만큼의 작은 부가정보만을 포함하여 재전송하기 때문에, 재전송 프레임을 다른 방식과는 다르게 작은 단위로 전송할수 있지만 수신측에서 독립적인 복호가 불가능하다. 이러한 방식을 IR(Incremental Redundancy)방식이라고 한다. 일반적으로, IR방식이 전송효율(throughput) 측면에서 우수한 성능을 나타낸다.

한편, 근래에 들어, 송신측과 수신측에 다수의 안테나를 이용하여 통신을 하는 방식에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 이와 같이 다수의 송수신 안테나를 사용하는 통신환경을 MIMO(Multiple Input Multiple Output)라고 한다. 상기 MIMO 환경은 SISO(Single Input Single Output)환경보다 높은 채널용량을 기대할 수 있어 많은 연구가 진행중에 있으며 차세대 통신시스템에서 유력하게 채택될 것으로 기대되고 있다.

상기 MIMO 방식은 일종의 시공간 부호화(STC : Space-Time Coding) 방식이며, 상기 시공간 부호화 방식은 미리 설정된 부호화 방식으로 부호화된 신호를 다수개의 송신 안테나들을 사용하여 송신함으로써 시간 영역(time domain)에서의 부호화 방식을 공간 영역(space domain)으로 확장하여 보다 낮은 에러율을 달성하는 방식이다.

한편, Tarokh에 의해 시공간 블록 부호(STBC : Space Time Block Code)와 시공간 트렐리스 부호(STTC : Space Time Trellis Code)가 최초로 발표된 이후로 시공간부호의 성능을 향상시키기 위한 연구가 계속해서 진행되어 왔다. Tarokh에 의해 시공간 트렐리스 부호의 성능이 신호행렬(signal matrix)의 최소 행렬식(行列式, determinant)값에 의해 결정된다는 사실이 알려졌고, Baro 등은 최소 행렬식(determinant)의 값을 최대화시키기 위해 Tarokh의 시공간 트렐리스 부호구조의 발생 계수를 전 범위에 걸쳐 검색하여 최적의 부호를 발견하였다. 이후 최소 행렬식(determinant)값을 고려하는 것뿐만 아니라 평균적인 개념에서의 행렬식(determinant)값을 최대화시키는 성능기준(performance criterion)을 가지고 Yan 등이 새로운 부호를 검색하였다. 현재, Yan 부호는 수신안테나의 개수가 1개인 경우에 최고의 성능을 나타내는 시공간 트렐리스 부호로 알려져 있다.

이후, 수신안테나의 개수가 2개 이상인 경우에 채널에서 발생하는 페이딩 효과가 여러 경로로 합쳐짐으로써, 수신안테나의 개수가 많아질수록 센트럴 리미트 정리(central limit theorem)에 따라 채널에 의한 왜곡이 백색 가우시안 잡음(Additive White Gaussian Noise)으로 모델링되고, 따라서 성능기준이 최소 행렬식(determinant)이기보다는 백색 가우시안 잡음에서 성능요소가 되는 최소 자승 유클리드 거리(Minimum Squared Euclidean distance)가 된다는 것이 Chen 등에 의해서 발표되었다. Chen 부호는 수신안테나의 개수가 2개 이상인 경우에 최고의 성능을 나타내는 시공간 트렐리스 부호로 알려져 있다.

송신안테나의 개수가 n이고 수신안테나의 개수가 m인 시공간 부호 시스템에 서, 채널이 느린 정적 페이딩(slow static fading)환경을 가정하는 경우, 오류확률과 시공간 부호의 성능은 다음과 같은 기준에 의해 결정된다.

시공간부호에서 채널을 통해 전송되는 시퀀스(또는 시공간 부호 행렬)를 c라고 하고 c가 채널의 왜곡에 의해 잘못 복호될 수 있는 시퀀스를 e(c에 대한 에러 시퀀스)라고 한다면 c와 e는 하기 <수학식 1>과 같이 표현된다. 하기 행렬에서 행의 개수는 송신 안테나의 개수를 나타내고, 열의 개수는 부호의 길이를 나타낸다.

여기서, A=(c-e)(c-e)^*은 신호행렬(signal matrix)이라고 하고, A의 랭크(rank)를 r이라고 하며, 행렬식(行列式, determinant)을 Det라고 한다면, 시공간 부호의 오류확률은 하기 <수학식 2>와 같이 주어진다. *은 행렬의 "transpose conjugate"를 의미한다.

여기서, r은 A의 랭크를 의미하고, m은 수신 안테나의 개수를 나타내며, E_s는 심볼 에너지를 나타내고, N₀는 잡음을 나타낸다.

상기 <수학식 2>에서 알 수 있듯이, 오류확률을 최소화시키려면 제1조건으로 신호행렬의 랭크(rank)를 최대화시켜 송신안테나의 개수와 같도록 하고, 제2조건으 로 신호행렬의 최소 행렬식(determinant)값을 최대화시켜야 한다.

한편, 위의 오류성능은 수신안테나의 개수에 따라 다른 조건에 의해 결정되어야 한다. 앞서 언급한 바와 같이, 수신안테나의 개수가 많아지면 센트럴 리미트 정리에 따라 채널에 의한 왜곡이 가우시안 잡음에 의한 효과와 유사하게 된다. 즉, 채널이 가우시안 채널에 근접하게 되고 가우시안 채널에서의 성능기준이 되는 최소 자승 유클리드 거리가 최소 행렬식(determinant)보다 성능을 결정하는 중요요소가 된다. 상기 최소 자유 유클리드 거리는 신호행렬의 트레이스(Trace : 대각합)로 주어진다. 이러한 경우에 있어서 랭크(rank)조건은 완화되어 송신안테나의 개수와 같은 값을 가질 필요까지는 없고 2 이상의 값을 가지면 된다.

앞서 살펴본 바와 같이, 복수의 안테나를 사용하는 경우에 있어서, 최소 자유 유클리드 거리가 성능을 결정하는 요소로 밝혀진 뒤로, 자유 유클리드 거리의 증가를 위한 시공간 부호에 대한 연구가 시공간 트렐리스 부호 중심으로 이루어졌다. 반면, 시공간 블록 부호는 최소 자유 유클리드 거리가 고정된다는 가정하에 최소 행렬식을 최대화하려는 입장에서 연구가 이루어졌다. 즉, 현재까지는 시공간 블록 부호의 성능을 최소 자유 유클리드 거리의 증가 관점에서 접근한 연구 사례가 없다.

일반적으로, MIMO 환경의 HARQ 시스템에서, 재전송 시점의 채널환경이 초기전송 시점과 비교하여 독립적이라고 가정하는 경우, 재전송 프레임은 독립적인 수신안테나로 수신되는 프레임으로 모델링될 수 있다. 아울러, 수신기에 복수의 수신안테나가 존재하는 경우, 부호 및 변조 성능을 결정하는 주요계수는 최소 자승 유 클리드 거리이다. 한편, 높은 SNR(Signal to Noise Ratio)에서 최소 자승 유클리드 거리의 증가는 오류 이벤트의 개선보다 우수한 성능을 나타낸다. 이상 살펴본 바와 같이, 시공간 블록 부호를 사용하는 MIMO 환경의 HARQ 시스템을 가정할 경우, 최소 자승 유클리드 거리의 증가 관점에서 신호점 사상규칙을 재전송 때마다 변경한다면 기존의 체이스 컴바이닝 방식보다 우수한 성능을 기대할수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 HARQ시스템에서 최소 자유 유클리드 거리의 증가 관점에서 신호점 사상규칙을 재전송 때마다 변경하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 시공간 블록 부호를 사용하는 MIMO환경의 HARQ 시스템에서 최소 자유 유클리드 거리의 증가 관점에서 신호점 사상규칙을 재전송 때마다 변경하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 일 견지에 따르면, 자동재전송요구(ARQ : Automatic Repeat reQuest) 시스템의 송신기 장치는, 소정 변조방식에 대하여 재전송횟수(k)에 따른 서로 다른 복수의 성상도 데이터들을 저장하는 메모리와, 수신기로부터 재전송요청신호 수신시, 상기 메모리로부터 재전송횟수에 따른 성상도 데이터를 독출하고, 송신 데이터를 상기 성상도 데이터에 따라 변조하여 복소 심볼들을 발생하는 변조기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 견지에 따르면, 소정 변조방식에 대하여 재전송횟수(k)에 따른 서로 다른 복수의 성상도 데이터들을 저장하는 테이블을 포함하는 자동재전송요구(ARQ : Automatic Repeat reQuest) 시스템의 수신기 장치는, 수신 복소 심볼들과 재전송횟수에 따른 성상도로부터 획득되는 기준 신호점(signal point)들을 가지고 복호를 수행하여 이번 전송에 대한 매트릭(metric)을 획득하고, 상기 이번 전송 매트릭과 이전 전송들에 대한 매트릭들을 결합하며, 상기 결합된 매트릭을 가지고 수신데이터를 결정하여 출력하는 복호기와, 상기 복호기로부터의 상기 수신데이터에 대하여 오류검사를 수행하는 오류검출부와, 상기 오류검출부로부터의 오류검사결과에 따라 송신기로 궤환(feedback)신호를 전송하는 ARQ제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 견지에 따르면, 소정 변조방식에 대하여 재전송횟수(k)에 따른 서로 다른 복수의 성상도 데이터들을 저장하는 메모리 테이블을 포함하는 자동재전송요구(ARQ : Automatic Repeat reQuest) 시스템에서 송신기의 송신 방법은, 수신기로부터 재전송요청신호 수신시, 상기 테이블로부터 재전송횟수에 따른 성상도 데이터를 독출하는 과정과, 송신 데이터를 상기 독출된 성상도 데이터에 따라 변조하여 복소 심볼들을 생성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 견지에 따르면, 소정 변조방식에 대하여 재전송횟수(k)에 따른 서로 다른 복수의 성상도 데이터들을 저장하는 메모리 테이블을 포함하는 자동재전송요구(ARQ : Automatic Repeat reQuest) 시스템에서 수신기의 수신 방법은, 재전송횟수에 따른 성상도에 근거한 기준 신호점(signal point)들을 획득하는 과정과. 수신 복소 심볼들과 상기 기준 신호점들을 가지고 복호를 수행하여 이번 전송에 대한 매트릭(metric)을 획득하는 과정과, 상기 이번 전송 매트릭과 이전 전송들에 대한 매트릭들을 결합하는 과정과, 상기 결합된 매트릭에 근거해서 수신데이터를 결정하는 과정과, 상기 수신데이터에 대하여 오류검사를 수행하는 과정과, 상기 오류검사결과에 따라 송신기로 궤환(feedback) 신호를 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하 본 발명은 시공간 블록 부호를 사용하는 HARQ시스템에서 최소 자유 유클리드 거리의 증가 관점에서 재전송 때마다 변조방식에 따른 신호점 사상규칙을 변경하기 위한 방안에 대해 설명할 것이다.

이하 설명되는 본 발명은 주파수 분할 다중 접속(FDMA: Frequency Division Multiple Access) 방식, 혹은 시분할 다중접속(TDMA: Time Division Multiple Access) 방식, 혹은 코드 분할 다중 접속(CDMA: Code Division Multiple Access) 방식, 혹은 직교 주파수 분할 다중(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiple, 이하 'OFDM'이라 칭하기로 한다) 방식을 사용하는 통신 시스템에 모두 적용 가능하다.

이하 설명에서 "재전송횟수(k)"는 동일 프레임을 전송하는 횟수를 나타내는 것으로, 재전송횟수가 '0'이라 함은 초기 전송(또는 1차 전송)을 나타내고, 재전송횟수가 '1'이라 함은 2차 전송을 나타내는 것으로 정의하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 환경의 HARQ(Hybrid ARQ) 시스템의 구성을 도시하고 있다.

도시된 바와 같이, 송신기는 에러검출부호 부가기(200), 변조기(201), 시공간부호기(202), 제1 RF처리기(203) 내지 제n RF처리기(204), 제1안테나(205) 내지 제n안테나(206) 및 송신제어기(207)를 포함하여 구성되고, 수신기는 제1안테나(211) 내지 제m안테나(212), 제1 RF처리기(213) 내지 제m RF처리기(214), 시공간복호기(216), 오류검출기(218) 및 ARQ제어기(220)를 포함하여 구성된다. 여기서, 송신기의 송신 안테나들의 개수와 수신기의 수신 안테나들의 개수가 상이한 경우를 가정하였으나, 상기 송신기의 송신 안테나들의 개수와 수신기의 수신 안테나들의 개수는 동일할수 있음은 물론이다.

먼저 송신기를 살펴보면, 오류검출부호 부가기(200)는 프레임 단위로 입력되는 정보비트열에 소정 오류검출부호(error detecting code)를 부가하여 출력한다. 여기서, 상기 오류검출부호는 프레임의 에러를 검사하기 위한 것으로, 일 예로 CRC(Cyclic Redundancy Check) 코드를 사용할수 있다.

변조기(201)는 송신제어기(207)로부터 재전송횟수에 대한 정보를 수신하고, 상기 오류검출부호 부가기(200)로부터의 데이터를 상기 재전송횟수에 따른 신호점 사상 규칙에 근거해서 변조하여 복소 심볼들을 출력한다. 상기 신호점 사상규칙(성상도 데이터)을 저장하는 테이블의 일 예는 하기 <표 1>과 같다. 다시 말해, 상기 변조기(201)는 입력되는 데이터를 상기 송신제어기(207)에서 전달받은 재전송횟수에 따른 성상도(constellation)에 따라 신호점 사상(mapping)하여 출력한다. 즉, 본 발명은 소정 변조방식에 따른 성상도를 재전송 때마다 다르게 설정한다. 한편, 상기 변조기(201)는 예를들어 1개의 비트(s=1)를 하나의 복소 신호에 사상하는 BPSK(Binary Phase Shift Keying), 2개의 비트(s=2)를 하나의 복소 신호에 사상하는 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying), 3개의 비트(s=3)를 하나의 복소 신호에 사상하는 8QAM(8ary Quadrature Amplitude Modulation), 4개의 비트(s=4)를 하나의 복소 신호에 사상하는 16QAM 변조기 등이 될 수 있다.

상기 송신제어기(207)는 상기 수신기로부터 궤환(feedback)채널을 통해 수신되는 궤환신호(ACK 또는 NACK)를 모니터링하고, 상기 궤환신호에 따른 재전송횟수를 상기 변조기(201)로 제공한다. 예를들어, 수신기로부터 ACK이 수신되면, 재전송횟수를 '0'로 초기화해서 상기 변조기(201)로 제공하고, NACK이 수신되면 재전송횟수를 '1'만큼 증가해서 상기 변조기(201)로 제공한다.

시공간부호기(202)는 상기 변조기(201)로부터의 복소 심볼들을 소정 시공간 블록 부호(STBC : Space Time Block Code)로 부호화하여 복수의 안테나 신호들을 출력한다. 한편, RF 처리기들(203 내지 204)은 각각 상기 시공간부호기(202)로부터의 기저대역(baseband) 복소신호를 고주파(RF : Radio Frequency) 신호로 변조하여 대응되는 안테나를 통해 전송한다.

다음으로, 수신기를 살펴보면, 상기 송신기의 송신 안테나들(205 내지 206)을 통해 송신된 신호는 제1수신안테나(211) 내지 제m수신안테나(212) 각각을 통해 수신된다. 제1 RF처리기(213) 내지 제m RF처리기(214) 각각은 대응되는 수신안테나로부터의 수신신호를 기저대역 신호로 변환하고, 상기 기저대역 신호(복소 신호)를 시공간 복호기(216)로 출력한다.

상기 시공간 복호기(216)는 상기 RF 처리기들(213 내지 214)로부터의 신호들로부터 소정 수신 벡터를 획득하고, 상기 수신 벡터를 가지고 재전송횟수에 따른 송신기에서 송신할수 있는 모든 가능한 시퀀스들에 대해 유클리드 거리(Euclidean distance)를 계산하며, 상기 계산된 유클리드 거리들중 최소거리를 가지는 유클리드 거리에 해당하는 정보비트열을 수신 프레임 데이터로 출력한다.

예를들어, 송신기가 하나의 시간구간에서 2개의 QPSK 복소 심볼들을 두 개의 송신안테나들을 통해 송신한다고 가정하면, 상기 2개의 복소 심볼들은 채널상에서 합해져서 수신기에 수신된다. QPSK는 신호점이 4개로 구성되므로, 2개의 복소 심볼들이 합해질 경우 16(4×4)개의 신호점들중 하나로 수신됨을 예측할수 있다. 여기서, 하나의 신호점은 4개의 정보비트들과 대응된다. 따라서, 수신기는 수신된 신호점과 상기 16개의 기준 신호점들 각각 사이의 유클리드 거리를 계산하고, 최소 유클리드 거리에 해당하는 정보비트들(4비트)을 송신기가 송신한 정보비트들로 추정한다. 만일, 2차 전송일 경우, 이번 계산된 16개의 매트릭(유클리드 거리) 값들과 이전 전송에서 획득된 16개의 매트릭(metric) 값들을 일대일로 더하고, 16개의 더한 값들중 가장 작은 값에 해당하는 정보비트들을 송신기가 송신한 정보비트들로 결정한다. 여기서, 상기 유클리드 거리를 이용해서 정보비트를 결정할 때 사용하는 알고리즘에는 다수의 알고리즘이 존재할수 있으나, 여기서는 비터비(Viterbi)를 사용한다고 가정하기로 한다.

오류검출기(218)는 상기 시공간복호기(216)로부터의 수신 프레임 데이터에서 에러검출부호(예 : CRC 코드)를 분리하고, 상기 에러검출부호를 가지고 상기 프레임 데이터에 에러가 발생했는지 검출한다. 이때 에러가 발생하지 않았으면 ARQ제어기(220)로 성공(success)신호를 발생하고, 에러가 발생했으면 상기 ARQ제어기(220)로 실패(fail)신호를 발생한다.

AQR제어기(220)는 상기 오류검출기(218)로부터의 에러검사결과에 따라 궤환신호(ACK 또는 NACK)를 상기 송신기로 전송한다. 만일 수신 프레임에 에러가 발생하지 않았다고 판단되면 궤환채널을 통해 ACK신호를 전송하고, 에러가 발생했다고 판단되면 궤환채널을 통해 NACK신호를 전송한다. 한편, 상기 ARQ제어기(220)는 상기 시공간복호기(216)의 복호를 돕기 위해 복호정보(재전송횟수)를 상기 시공간복호기(216)로 제공한다.

상술한 바와 같이, 수신기는 에러검출부호를 통해 복호 프레임이 오류를 포함하고 있는지 판정한다. 만일, 수신된 정보 프레임이 오류를 포함하지 않은 경우, ARQ제어기(220)는 ACK신호를 궤환 채널을 통해 송신기에 전송하여 계속되는 프레임을 요청하고, 오류를 포함하는 경우 NACK신호를 궤환 채널을 통해 송신기에 전송하여 재전송을 요청한다. 송신기는 궤환신호(ACK/NACK)에 따라 계속해서 연속된 정보프레임을 전송할 것인지(ACK인 경우) 아니면 이전에 전송된 프레임을 재전송할지를(NACK인 경우) 송신제어기(207)에서 결정한다. 만일, 정보 프레임을 재전송하는 경우, 재전송횟수에 따라 신호점 사상규칙을 변경하여 이전 프레임과 다른 프레임을 전송한다. 여기서, 상기 신호점 사상규칙은 최소 자승 유클리드 거리를 최대화시켜야 한다는 기준을 가지고 변경된다.

그러면, 여기서 상기 송신기와 상기 수신기의 동작을 구체적으로 살펴보기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 시공간 블록 부호를 사용하는 HARQ 시스템에서 송신기의 송신 절차를 도시하고 있다.

도 3을 참조하면, 먼저 송신기는 301단계에서 송신 데이터에 대한 에러검출부호(예 : CRC 코드)를 계산하고, 상기 송신 데이터에 상기 에러검출부호를 부가하여 프레임 데이터를 생성한다.

그리고 상기 송신기는 303단계에서 재전송횟수를 확인하고, 305단계에서 재전송횟수에 따른 신호점 사상 규칙(또는 성상도)을 독출한다. 앞서 설명한 바와 같이, 본 발명은 소정 변조방식에 따른 성상도(constellation)를 재전송 때마다 다르게 설정한다.

이후, 상기 송신기는 307단계에서 상기 프레임 데이터를 상기 독출된 신호점 사상규칙에 따라 변조(modulating)하여 복소 심볼들을 생성한다. 상기 복소 심볼들을 생성한후, 상기 송신기는 309단계에서 상기 복소 심볼들을 소정 시공간 블록 부호(STBC)로 부호화하여 복수의 안테나 신호들을 생성한다. 그리고 상기 송신기는 311단계에서 상기 복수의 안테나 신호들을 RF(radio frequency)신호로 변환하여 복수의 송신안테나들을 통해 송신한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 시공간 블록 부호를 사용하는 HAQR 시스템에서 수신기의 수신 절차를 도시하고 있다.

도 4를 참조하면, 먼저 수신기는 401단계에서 적어도 하나 이상의 안테나를 통해 수신되는 수신신호를 기저대역 복소신호(또는 복소심볼)로 변환한다. 그리고, 상기 수신기는 403단계에서 이번 전송이 초기 전송(1차 전송)인지 검사한다.

만일, 상기 초기 전송이면, 상기 수신기는 423단계로 진행하여 초기 전송에 따른 비교 대상 기준 신호점들을 독출한다. 여기서, 상기 비교대상 기준 신호점들은 초기 전송에 사용된 성상도에 근거해서 결정된다. 앞서 설명한 바와 같이, 송신기가 하나의 시간구간에서 2개의 QPSK 복소 심볼들을 두 개의 송신안테나들을 통해 송신하는 경우, 기준 신호점은 16(4×4)개가 된다. 여기서, 상기 16개의 기준 신호점들은 0000∼1111의 16개의 정보비트열과 일대일로 대응된다.

한편, 상기 기준 신호점들을 독출한후, 상기 수신기는 425단계에서 수신 복소심볼들과 상기 기준 신호점들을 가지고 시공간 블록 복호를 수행한다. 동시에, 상기 수신기는 427단계에서 상기 복호 결과로 얻어진 매트릭(유클리드 거리) 값들을 이번 전송(초기 전송)에 대한 매트릭(metric)으로 저장한다. 그리고 상기 수신기는 413단계로 진행하여 상기 복호 결과로 얻어진 정보비트열을 가지고 수신 프레임 데이터를 결정한다.

이후, 상기 수신기는 415단계로 진행하여 상기 프레임 데이터에서 에러검출부호(예 : CRC 코드)를 분리하고, 상기 CRC 코드를 가지고 상기 프레임 데이터에 대해 오류검사를 수행한다. 상기 오류검사를 완료한후, 상기 수신기는 417단계에서 상기 프레임 데이터에 오류가 발생했는지 판단한다. 만일, 상기 오류가 발생하지 않았으면, 상기 수신기는 429단계로 진행하여 이전 전송 매트릭을 저장하기 위한 버퍼를 초기화하고, 431단계로 진행하여 송신기로 ACK 신호를 전송한후 종료한다. 만일, 상기 오류가 발생했으면, 상기 수신기는 419단계로 진행하여 이번 전송에서 획득된 매트릭을 상기 버퍼에 저장하고, 421단계로 진행하여 송신기로 NCAK(재전송 요청) 신호를 전송한후 종료한다.

한편, 상기 403단계에서 초기 전송이 아니라고 판단되면, 상기 수신기는 405단계로 진행하여 재전송횟수에 따른 비교 대상 기준 신호점들을 독출한다. 한편, 상기 기준 신호점들을 독출한후, 상기 수신기는 407단계에서 수신 복소심볼들과 상기 기준 신호점들을 가지고 시공간 블록 복호를 수행한다. 동시에, 상기 수신기는 409단계에서 상기 복호 결과로 얻어진 매트릭 값들을 이번 전송에 대한 매트릭(metric)으로 저장한다.

그리고 상기 수신기는 411단계로 진행하여 상기 이번 전송 매트릭과 이전 전송들에 대한 매트릭들을 결합한다. 여기서, 매트릭을 결합한다는 것은, 서로 대응되는 매트릭 값들을 더하는 것을 의미한다. 그리고, 상기 수신기는 413단계에서 상기 결합을 통해 획득된 매트릭 값들을 가지고 정보비트열을 결정하고, 상기 정보비트열을 수신 프레임 데이터로 결정한다.

이후, 상기 수신기는 415단계로 진행하여 상기 프레임 데이터에서 에러검출부호를 분리하고, 상기 에러검출부호를 가지고 상기 프레임 데이터에 대해 오류검사를 수행한다. 상기 오류검사를 완료한후, 상기 수신기는 417단계에서 상기 프레임 데이터에 오류가 발생했는지 판단한다. 만일, 상기 오류가 발생하지 않았으면, 상기 수신기는 429단계로 진행하여 이전 전송 매트릭을 저장하기 위한 버퍼를 초기화하고, 431단계로 진행하여 송신기로 ACK 신호를 전송한후 종료한다. 만일, 상기 오류가 발생했으면, 상기 수신기는 419단계로 진행하여 이번 전송에서 획득된 매트릭을 상기 버퍼에 저장하고, 421단계로 진행하여 송신기로 NCAK(재전송 요청) 신호를 전송한후 종료한다.

그러면, 여기서 상기 송신기와 수신기 사이에 교환되는 신호들을 살펴보기로 한다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 시공간 블록 부호를 사용하는 HARQ 시스템의 전반적인 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 먼저 송신기는 501단계에서 P번째 프레임을 신호점 사상규칙 M1로 시공간 블록 부호화하여 송신한다. 그러면, 수신기는 502단계에서 수신되는 상기 P번째 프레임에 대해 상기 사상규칙 M1에 근거해서 결정된 기준 신호점들과의 거리를 나타내는 매트릭 P_1을 계산하고, 상기 계산된 매트릭 P_1을 가지고 송신기가 송신한 정보비트열을 복호한다. 이후, 상기 수신기는 505단계에서 상기 복호된 정보비트열에서 오류검출부호(예 : CRC코드)를 추출하고, 상기 오류검출부호를 가지고 프레임 데이터에 오류가 발생했는지 검출한다. 만일, P번째 프레임에 오류가 발생한 것으로 판정되면, 상기 수신기는 507단계에서 상기 계산된 매트릭 P_1을 소정 버퍼에 저장하고, 상기 송신기로 NACK(재전송요구) 신호를 전송한다.

그러면, 상기 송신기는 509단계에서 상기 P번째 프레임에 대한 NACK를 수신하고, 511단계에서 상기 P번째 프레임을 신호점 사상규칙 M2로 시공간 블록 부호화하여 재전송한다. 그러면 상기 수신기는 513단계에서 상기 재전송된 P번째 프레임에 대해 상기 사상규칙 M2에 근거해서 결정된 기준 신호점들과의 거리를 나타내는 매트릭 P_2를 계산하고, 상기 계산된 매트릭 P_2와 이전 매트릭 P_1을 결합하여 정보비트열을 복호한다. 이후, 상기 수신기는 515단계에서 상기 복호된 정보비트열에서 오류검출부호를 추출하고, 상기 오류검출부호를 가지고 프레임 데이터에 오류가 발생했는지 검출한다. 만일, 상기 오류가 발생한 것으로 판정되면, 상기 수신기는 517단계에서 상기 계산된 매트릭 P_2를 상기 버퍼에 저장하고, 상기 송신기로 NACK 신호를 전송한다.

그러면, 상기 송신기는 519단계에서 다시 NACK 신호를 수신하고, 521단계에서 상기 P번째 프레임을 신호점 사상규칙 M3으로 시공간 블록 부호화하여 다시 전송한다. 그러면, 상기 수신기는 523단계에서 상기 다시전송된 P번째 프레임에 대해 상기 사상규칙 M3에 근거해서 결정된 기준 신호점들과의 거리를 나타내는 매트릭 P_3을 계산하고, 상기 계산된 매트릭 P_3과 이전 매트릭들(P_1 및 P_2)을 결합하여 정보비트열을 복호한다. 이후, 상기 수신기는 525단계에서 상기 복호된 정보비트열에서 오류검출부호를 추출하고, 상기 오류검출부호를 가지고 프레임 데이터에 오류가 발생했는지 검출한다. 만일, 상기 오류가 발생하지 않은 것으로 판정되면, 상기 수신기는 527단계에서 상기 송신기로 ACK신호를 전송한다.

그러면, 상기 송신기는 529단계에서 상기 ACK 신호를 수신하고, 531단계에서 P+1번째 프레임을 상기 신호점 사상규칙 M1로 시공간 블록 부호화하여 상기 수신기로 전송한다.

상술한 실시예에서, 사상규칙 M1 내지 사상규칙 M3은 최소 자승 유클리드 거리를 최대화하여야 한다는 성능기준에 의해 최적화되었으며, 일 예로 QPSK를 사용하는 HARQ 시스템을 가정할 경우, 최적화된 사상규칙들을 나타내면 하기 <표 1>과 같다. 하기 <표 1>에서 좌표 값들은 재전송횟수와 입력비트에 따른 실질적인 I 및 Q 값을 나타낸다.

	초기 전송(I,Q)	2차 전송	3차 전송
00	(0.7070, 0.7070)	(0.7070, 0.7070)	(0.7070, 0.7070)
01	(-0.7070, 0.7070)	(-0.7070, 0.7070)	(-0.7070, 0.7070)
10	(0.7070, -0.7070)	(-0.7070, 0.7070)	(-0.7070, 0.7070)
11	(-0.7070, -0.7070)	(0.7070, -0.7070)	(0.7070, -0.7070)

상기 <표 1>에 나타난 성상도 변경 규칙을 도시하면 도 6과 같다. 상기 도 6에서 (a)는 QPSK 변조방식에 대한 성상도 변경 규칙을 보여주고, (b)는 16QAM 변조방식에 대한 성상도 변경 규칙을 보여준다.

여기서, 4-ary 변조 방식에 대한 성상도 변경 규칙을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 초기전송(1차 전송)은 그레이(Gary) 사상법으로 성상도가 구성된다.

이후의 재전송에 대한 성상도는 다음과 같은 규칙에 의해 구성된다.

1) 초기 전송에 사용되는 성상도에서 소정 신호점을 기준으로 설정한다.

2) 상기 기준 신호점을 기준으로 나머지 신호점들 각각에 대하여 상대적인 유클리드 거리를 계산한다. 여기서, 동일한 유클리드 거리를 갖는 신호점들을 하나의 그룹으로 그룹화한다.

3) 초기 전송에 사용되는 성상도를 기준으로 상기 기준 신호점으로부터 가까운 거리에 있는 신호점과 먼 거리에 있는 신호점을 교환한다. 다시말해, 신호점에 할당되는 정보비트를 서로 교환한다.

4) 위 3)의 과정을 더 이상 교환할 신호점이 없을때까지 반복한다.

상술한 절차를 도 6의 (a)를 참조해서 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

1) 초기 전송에 사용되는 성상도에서 '00'이 할당된 신호점을 기준으로 설정한다.

2) 상기 기준 신호점을 기준으로 '01'과 '10'은 유클리드 거리가 '2' 인 점으로 하나의 그룹을 형성하고, '11'은 유클리드 거리가 '4'인 점으로 하나의 그룹 을 형성한다.

3) 상기 기준 신호점을 기준으로 거리가 '2'인 신호점들중 소정 하나(10)를 거리가 4인 신호점 11과 교환하고, 01은 교환할 대상이 없으므로 그대로 둔다. 이렇게 함으로써 2차 전송에 대한 성상도를 구성한다.

4) 초기 전송에 대한 성상도로 돌아와서 이번에는 01과 11을 교환하여 3차 전송에 대한 성상도를 구성한다. 여기서, 01과 11을 교환한다는 것은 01을 기준 신호점으로부터의 거리가 '4'인 점으로 이동시키고, 11을 기준 신호점으로부터의 거리가 '2'인 점으로 이동시킨다는 의미이므로, 도시된 3차 전송과 같이 구성될 수 있다. 한편, 초기 전송에 대한 성상도에서 교환되지 않은 신호점들이 더 이상 존재하지 않으므로 성상도 구성을 종료한다.

이와 같이, QPSK의 경우 기준 신호점(00)을 중심으로 유클리드 거리가 '4'인 점에 유클리드 거리가 '2'인 정보비트들('01'과 '10')을 각각 할당함으로써 3개의 성상도들을 구성한다. 도 6의 (a)는 하나의 예를 보여주는 것으로, 상술한 성상도 변경 규칙을 만족하는 3개의 성상도들의 조합이 다양하게 존재할수 있음은 자명하다 할 것이다. 한편, 도 6의 (a)와 같은 성상도 변경 규칙은 4진(4-ary) 변조방식 및 QAM 변조방식에서도 동일하게 적용될 수 있다.

그러면, 여기서 16QAM(Quadrature Amplitude Modulation)에 대한 성상도 변경 규칙을 살펴보기로 한다.

도 6의 (b)를 참조하면, 신호점에 할당되는 4 비트중 상위 2비트는 I축 값을 나타내고, 하위 2비트는 Q축 값을 나타낸다. 행(또는 I축)을 기준으로 상위 2비트 가 그레이 사상법(00, 01, 11, 10)에 의해 할당되고, 열(또는 Q축)을 기준으로 하위 2비트가 그레이 사상법(00, 01, 11, 10)에 의해 할당된다. 즉, 그레이 사상법으로 구성된 16QAM은 I축의 4-ary 사상과 Q축의 4-ary 사상을 사용한다. 따라서, I축과 Q축에 대하여 독립적으로 상술한 성상도 변경 규칙을 적용하여 2차전송 및 3차 전송에 대한 성상도를 구성할수 있다.

구체적으로, 초기 전송에 대한 성상도에서 I축을 기준으로 '11'이 매핑된 열과 '10'이 매핑된 열을 교환하고, Q축을 기준으로 '11'이 매핑된 행과 '10'이 매핑된 열을 교환해서 2차 전송 성상도를 구성한다. 다시, 2차 전송 성상도에서 I축을 기준으로 '01'이 매핑된 열과 '10'이 매핑된 열을 교환하고, Q축을 기준으로 '01'이 매핑된 행과 '10'이 매핑된 행을 교환해서 3차 전송 성상도를 구성한다. 만일, 재전송횟수가 '2'보다 크게 되면, 초기 전송, 2차 전송 및 3차 전송의 사상규칙(또 성상도)을 주기적으로 반복하면 된다. 한편, I 및 Q축으로 나누어진 신호집합이 아닌 일반적인 16진 신호에 대해서도 상술한 QAM의 성상도 변경 규칙을 동일하게 적용할수 있다.

여기서, 본 발명에 따른 재전송 방식과 기존의 재전송 방식 사이의 성능을 비교해 보면 다음과 같다. 상기 성능 비교는 정보비트에 오류가 발생하는 모든 경우를 고려하여 계산된 최소 유클리드 거리와 최소 유클리드 거리가 발생하는 빈도를 조사함으로써 수행될 수 있다. 하기 <표 2>은 최소 유클리드 거리와 이에 해당하는 오류빈도(최소 유클리드 거리 발생 빈도)를 나타낸 것이다.

		최소 유클리드 거리(오류빈도)
		본 발명	chase 결합
QPSK	2차 전송	4.00(2)	4.00(4)
QPSK	3차 전송	8.00(6)	6.00(4)
QAM	2차 전송	0.80(16)	0.80(24)
QAM	3차 전송	2.40(32)	1.20(24)

상기 <표 2>에서 알 수 있듯이, 2차 전송에서는 최소 자유 유클리드 거리의 증가는 없지만 오류빈도의 수가 줄어들고 이에 따른 성능의 증가를 예상할 수 있다. 또한 3차 전송에서는 오류빈도는 증가하지만 최소 자유 유클리드 거리가 QPSK에서는 6에서 8로, QAM에서는 1.2에서 2.4로 증가함을 알수 있다. 일반적으로, 오류빈도보다는 최소 자유 유클리드 거리가 성능에 더 큰 영향을 미치므로, 본 발명이 기존의 체이스 컴바이닝 방식보다 우수한 성능을 나타냄을 알 수 있다. 즉, k(k=0,1,2,..)번째 재전송에 따른 성상도는, k-1번째까지 설계된 모든 성상도들의 각각에서 획득되는 신호점들간 유클리드 거리들(오류가 발생하는 모든 경우를 고려하여 계산된 유클리드 거리들)과 상기 k번째 성상도에서 획득된 신호점들간 유클리드 거리들을 서로 결합한 유클리드 거리들중 최소값을 갖는 유클리드 거리가 최대가 되도록 설계되는 것이 바람직하다.

도 7은 본 발명에서 제안하는 QPSK 성상도 변경 규칙을 송신안테나 2개를 사용하는 알라모우티(Alamouti) 시공간 블록 부호화 방식에 적용한 경우, BER 성능을 체이스 컴바이닝(Chase Combining) 방식과 비교한 그래프이다. 상기 그래프는 유사 정적 페이딩 채널 환경을 기준으로 작성된 것으로, 가로축은 비트당 에너지대 잡음비(Eb/No)를 나타내고, 세로축은 결합부호의 비트에러율(BER : Bit Error rate)을 나타낸다. 그래프에서 알 수 있듯이,

의 BER(Bit Error Rate)에서 본 발명에 따른 방식(Tx new)이 알라모우티 부호를 체이스 컴바이닝한 방식(Tx)보다 2차 전송에서는 약 0.1dB, 3차 전송에서는 약 0.3dB 의 성능 이득을 보여준다.

다른 예로, 도 8은 본 발명에서 제안하는 QAM 성상도 변경 규칙을 송신안테나 2개를 사용하는 알라모우티 시공간 블록 부호화 방식에 적용한 경우, BER 성능을 체이스 컴바이닝 방식과 비교한 그래프이다. 상기 그래프는 유사 정적 페이딩 채널 환경을 기준으로 작성된 것으로, 가로축은 비트당 에너지대 잡음비(Eb/No)를 나타내고, 세로축은 결합부호의 비트에러율(BER : Bit Error rate)을 나타낸다. 그래프에서 알 수 있듯이,

의 BER(Bit Error Rate)에서 본 발명에 따른 방식(Tx new)e이 알라모우티 부호를 체이스 컴바이닝한 방식(Tx)보다 2차 전송에서는 약 0.1dB, 3차 전송에서는 약 0.5dB 의 성능 이득을 보여준다.

일반적으로, ARQ시스템에 있어서 성능은 전송효율(throughput)로 표현될 수 있다. 상기 전송효율(throughput)은 주어진 SNR상황에서 단위 정보를 전송했을 때 얼마만큼의 정보가 손실 없이 수신측에 전달될 수 있는가를 나타낸다.

도 9는 송신안테나가 2개인 경우, 본 발명에서 제안하는 STBC QPSK 방식(STBC QPSK new)과 기존의 체이스 컴바이닝 방식(STBC QPSK Chase Combining) 및 본 발명에서 제안하는 STBC QAM 방식(STBC QAM new) 방식과 기존의 케이스 컴바이닝 방식(STBC QAM Chase Combining) 방식의 전송효율(Throughput) 성능을 비교한 그래프이다. 여기서, QPSK는 블록 크기를 260비트로 하고, QAM은 블록 크기를 240 비트로 하여 성능을 비교한 것이다. 도시된 바와 같이, 초기 전송부호를 반복해서 보내고 체이스 컴바이닝(Chase combing)을 통해 복호하는 경우와 비교할 때 본 발명에 따른 재전송 방식은 SNR이 낮은 범위에서 항상 전송효율(throughput)상의 이득을 가짐을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 HARQ시스템에서 재전송되는 프레임의 신호점 사상규칙을 최소 자승 유클리드 관점에서 변경함으로써, 부호결합에 의한 복호화 과정에서 성능이 개선되는 이점이 있다. 특히, 이러한 신호점 사상규칙 변경 방식은 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 환경에서 우수한 성능을 보여준다. 이와 같이, 사상규칙 변경에 따른 시공간 부호의 최적화는 동일 조건에서 보다 큰 링크레벨 성능을 제공할수 있고, 이에 따라 시스템 전송효율(throughput)을 증가시키는 효과가 있다.

Claims

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자동재전송요구(ARQ : Automatic Repeat reQuest) 시스템의 송신기 장치에 있어서,

소정 변조방식에 대하여 재전송횟수(k)에 따른 서로 다른 복수의 성상도 데이터들을 저장하는 메모리와,

수신기로부터 재전송요청신호 수신시, 상기 메모리로부터 재전송횟수에 따른 성상도 데이터를 독출하고, 송신 데이터를 상기 성상도 데이터에 따라 변조하여 복소 심볼들을 발생하는 변조기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제21항에 있어서,

상기 변조기로부터의 복소 심볼들을 소정 시공간 부호(STC : Space Time code)로 부호화하여 복수의 안테나들을 통해 송신하기 위한 시공간 부호기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제21항에 있어서,

프레임 단위로 입력되는 정보비트열에 오류검출부호를 부가하여 상기 송신 데이터를 상기 변조기로 출력하는 오류검출부호 부가기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제23항에 있어서,

상기 오류검출부호는 CRC(Cyclic Redundancy Check)코드인 것을 특징으로 하는 장치.
제21항에 있어서,

k번째 재전송에 따른 성상도는, k-1번째까지 설계된 모든 성상도들의 각각에서 획득되는 신호점(signal point)들간 유클리드 거리들과 상기 k번째 성상도에서 획득된 신호점들간 유클리드 거리들을 서로 결합한 유클리드 거리들중 최소값을 갖는 유클리드 거리가 최대가 되도록 설계되는 것을 특징으로 하는 장치.
제21항에 있어서, 상기 소정 변조방식이 QPSK인 경우,

초기 전송(k=0)에 따른 성상도는 그레이 사상법으로 구성되고, 2차 전송에 따른 성상도는 상기 초기 전송 성상도에서 소정 기준 신호점으로부터 가까운 거리에 있는 2개의 신호점들중 하나와 먼 거리에 있는 신호점을 교환하여 구성되며, 3차 전송에 따른 성상도는 상기 초기 전송 성상도에서 상기 2개의 신호점들중 다른 하나와 상기 먼 거리에 있는 신호점을 교환하여 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
제21항에 있어서, 상기 소정 변조방식이 QAM인 경우,

상기 재전송횟수에 따른 성상도들은 QPSK에 대한 신호점 교환 규칙을 I축 및 Q축에 독립적으로 적용하여 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
제21항에 있어서,

2차 이상의 전송들에 대한 성상도들은 초기 전송에 따른 성상도에서 소정 신호점을 기준으로 유클리드 거리가 작은 신호점과 유클리드 거리가 큰 신호점을 교환하여 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
소정 변조방식에 대하여 재전송횟수(k)에 따른 서로 다른 복수의 성상도 데이터들을 저장하는 테이블을 포함하는 자동재전송요구(ARQ : Automatic Repeat reQuest) 시스템의 수신기 장치에 있어서,

수신 복소 심볼들과 재전송횟수에 따른 성상도로부터 획득되는 기준 신호점(signal point)들을 가지고 복호를 수행하여 이번 전송에 대한 매트릭(metric)을 획득하고, 상기 이번 전송 매트릭과 이전 전송들에 대한 매트릭들을 결합하며, 상기 결합된 매트릭을 가지고 수신데이터를 결정하여 출력하는 복호기와,

상기 복호기로부터의 상기 수신데이터에 대하여 오류검사를 수행하는 오류검출부와,

상기 오류검출부로부터의 오류검사결과에 따라 송신기로 궤환(feedback)신호를 전송하는 ARQ제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제29항에 있어서, 상기 소정 변조방식이 QPSK인 경우,

초기 전송(k=0)에 따른 성상도는 그레이 사상법으로 구성되고, 2차 전송에 따른 성상도는 상기 초기 전송 성상도에서 소정 기준 신호점으로부터 가까운 거리에 있는 2개의 신호점들중 하나와 먼 거리에 있는 신호점을 교환하여 구성되며, 3차 전송에 따른 성상도는 상기 초기 전송 성상도에서 상기 2개의 신호점들중 다른 하나와 상기 먼 거리에 신호점을 교환하여 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
제29항에 있어서, 상기 소정 변조방식이 QAM인 경우,

상기 재전송횟수에 따른 성상도들은 QPSK에 대한 신호점 교환 규칙을 I축 및 Q축에 독립적으로 적용하여 설계되는 것을 특징으로 하는 장치.
제29항에 있어서,

k번째 재전송횟수에 따른 성상도는, k-1번째 설계된 모든 성상도들의 각각에서 획득된 신호점들간 유클리드 거리들과 상기 k번째 성상도에서 획득된 신호점들간 유클리드 거리들을 서로 결합한 유클리드 거리들중 최소값을 갖는 유클리드 거리가 최대가 되도록 설계되는 것을 특징으로 하는 장치.
제29항에 있어서,

상기 오류검출부는 CRC(Cyclic Redundancy Check)를 통해 오류검사를 수행하는 것을 특징으로 하는 장치.
소정 변조방식에 대하여 재전송횟수(k)에 따른 서로 다른 복수의 성상도 데이터들을 저장하는 메모리 테이블을 포함하는 자동재전송요구(ARQ : Automatic Repeat reQuest) 시스템에서 송신기의 송신 방법에 있어서,

수신기로부터 재전송요청신호 수신시, 상기 테이블로부터 재전송횟수에 따른 성상도 데이터를 독출하는 과정과,

송신 데이터를 상기 독출된 성상도 데이터에 따라 변조하여 복소 심볼들을 생성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제34항에 있어서,

상기 생성된 복소 심볼들을 소정 시공간 부호(SBC : Space Time code)로 부호화하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제34항에 있어서,

상기 송신 데이터는 오류검출부호를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제36항에 있어서,

상기 오류검출부호는 CRC(Cyclic Redundancy Check)코드인 것을 특징으로 하는 방법.
제34항에 있어서,

k번째 재전송에 따른 성상도는, k-1번째까지 설계된 모든 성상도들의 각각에서 획득되는 신호점(signal point)들간 유클리드 거리들과 상기 k번째 성상도에서 획득된 신호점들간 유클리드 거리들을 서로 결합한 유클리드 거리들중 최소값을 갖는 유클리드 거리가 최대가 되도록 설계되는 것을 특징으로 하는 방법.
제34항에 있어서, 상기 소정 변조방식이 QPSK인 경우,

초기 전송(k=0))에 따른 성상도는 그레이 사상법으로 구성되고, 2차 전송에 따른 성상도는 상기 초기 전송 성상도에서 소정 기준 신호점으로부터 가까운 거리에 있는 2개의 신호점들중 하나와 먼 거리에 있는 신호점을 교환하여 구성되며, 3차 전송에 따른 성상도는 상기 초기 전송 성상도에서 상기 2개의 신호점들중 다른 하나와 상기 먼 거리에 신호점을 교환하여 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
제34항에 있어서, 상기 소정 변조방식이 QAM인 경우,

상기 재전송횟수에 따른 성상도들은 QPSK에 대한 신호점 교환 규칙을 I축 및 Q축에 독립적으로 적용하여 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
제34항에 있어서,

2차 이상의 전송들에 대한 성상도들은 초기 전송에 따른 성상도에서 소정 신호점을 기준으로 유클리드 거리가 작은 신호점과 유클리드 거리가 큰 신호점을 교환하여 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
소정 변조방식에 대하여 재전송횟수(k)에 따른 서로 다른 복수의 성상도 데이터들을 저장하는 메모리 테이블을 포함하는 자동재전송요구(ARQ : Automatic Repeat reQuest) 시스템에서 수신기의 수신 방법에 있어서,

재전송횟수에 따른 성상도에 근거한 기준 신호점(signal point)들을 획득하는 과정과.

수신 복소 심볼들과 상기 기준 신호점들을 가지고 복호를 수행하여 이번 전송에 대한 매트릭(metric)을 획득하는 과정과,

상기 이번 전송 매트릭과 이전 전송들에 대한 매트릭들을 결합하는 과정과,

상기 결합된 매트릭에 근거해서 수신데이터를 결정하는 과정과,

상기 수신데이터에 대하여 오류검사를 수행하는 과정과,

상기 오류검사결과에 따라 송신기로 궤환(feedback) 신호를 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제42항에 있어서, 상기 소정 변조방식이 QPSK인 경우,

초기 전송(k=0)에 따른 성상도는 그레이 사상법으로 구성되고, 2차 전송에 따른 성상도는 상기 초기 전송 성상도에서 소정 기준 신호점으로부터 가까운 거리에 있는 2개의 신호점들중 하나와 먼 거리에 있는 신호점을 교환하여 구성되며, 3차 전송에 따른 성상도는 상기 초기 전송 성상도에서 상기 2개의 신호점들중 다른 하나와 상기 먼 거리에 있는 신호점을 교환하여 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
제42항에 있어서, 상기 소정 변조방식이 QAM인 경우,

상기 재전송횟수에 따른 성상도들은 QPSK에 대한 신호점 교환 규칙을 I축 및 Q축에 독립적으로 적용하여 설계되는 것을 특징으로 하는 방법.
재전송횟수에 따라 서로 다른 성상도로 송신데이터를 변조하여 송신하는 ARQ 시스템에서, QPSK 성상도를 설계하기 위한 방법에 있어서,

그레이 사상법으로 초기 전송 성상도를 구성하는 과정과,

상기 초기 전송 성상도에서 소정 기준 신호점으로부터 가까운 거리에 있는 2개의 신호점들중 하나와 먼 거리에 있는 신호점을 교환하여 2차 전송 성상도를 구성하는 과정과,

상기 초기 전송 성상도에서 상기 2개의 신호점들중 다른 하나와 상기 먼 거리에 있는 신호점을 교환하여 3차 전송 성상도를 구성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
재전송횟수에 따라 서로 다른 성상도로 송신데이터를 변조하여 송신하는 ARQ 시스템에서, 16QAM 성상도를 설계하기 위한 방법에 있어서,

그레이 사상법을 I축 및 Q축에 독립적으로 적용하여 초기 전송 성상도를 구성하는 과정과,

상기 초기 전송 성상도에서 I축을 기준으로 '11'이 매핑된 열(column)과 '10'이 매핑된 열을 교환하고, Q축을 기준으로 '11'이 매핑된 행(row))과 '10'이 매핑된 행을 교환하여 2차 전송 성상도를 구성하는 과정과,

상기 2차 전송 성상도에서 I축을 기준으로 '01'이 매핑된 열과 '10'이 매핑된 열을 교환하고, Q축을 기준으로 '01'이 매핑된 행과 '10'이 매핑된 행을 교환하여 3차 전송 성상도를 구성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.