[논문]변조 차수 변경을 통한 하이브리드 자동 재전송 기법

박범수

doi:10.9766/kimst.2014.17.3.336

변조 차수 변경을 통한 하이브리드 자동 재전송 기법
A Hybrid ARQ Scheme with Changing the Modulation Order 원문보기

韓國軍事科學技術學會誌 = Journal of the KIMST, v.17 no.3, 2014년, pp.336 - 341

박범수 (국방과학연구소 대지유도무기체계단)

Abstract ▼ AI-Helper

When using a higher-order modulation scheme, there are variations in bit-reliability depending on the bit position in a modulation symbol. Variations of bit-reliability in the codeword block lower the decoding performance. Also, the decoding performance increases as the sum of the bit-reliabilities in the codeword block increases. This paper presents a novel hybrid automatic repeat request scheme that increases the sum of the reliabilities of the transmitted bits by lowering the modulation order, and decreases the variations of bit-reliability in the codeword block by preferentially retransmitting bits with low reliability. The proposed scheme outperforms the constellation rearrangement scheme. Furthermore, the proposed scheme also provides a good solution in cases where the size of the retransmission block is smaller than the size of the initial transmission block.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 고차 변조 기술을 사용하는 경우 생기는 비트 신뢰도의 차이에 의한 디코딩 오류 확률을 재전송시 줄일 수 있는 새로운 Hybrid ARQ 기법을 제안한다. 제안된 기법은 초기 전송에서 낮은 신뢰도를 가지고 전송된 비트들에 대하여 재전송시 저차 변조를 통하여 높은 신뢰도를 부여하고 이전에 전송된 패킷과 함께 디코딩 됨으로써 에러 확률을 줄이게 된다.
이 과정에서 FEC의 성능은 각 비트들의 신뢰도와 밀접한 관계를 가지게 되는데 신뢰도가 작은 비트들이 많이 있는 경우 FEC 성능은 하락한다. 본 논문에서는 작은 비트 신뢰도에 의해서 디코딩이 실패하여 재전송을 요청하였을 경우 변조차수를 낮추어서 재전송을 함으로써 재전송된 패킷의 디코딩 성공 확률을 높일 수 있는 Hybrid 재전송 기법을 제안한다.

제안 방법

본 논문에서는 고차 QAM 변조 기법에 있어서 성상도의 위치에 따른 비트 신뢰도에 차이가 있음을 보이고 변조 차수가 감소함에 따라 심볼 신뢰도가 증가함을 확인하였다. 이러한 심볼 신뢰도의 증가는 Hybrid ARQ 재전송에서 변조 차수를 낮춤으로써 오류 확률을 줄이는 것을 확인 하였으며, 이를 이용한 새로운 Hybrid ARQ 기법을 제안하였다. 제안된 Hybrid ARQ 기법은 이전 전송에서 낮은 신뢰도로 전송된 비트들을 우선하여 낮은 차수의 변조 기법을 통하여 재전송함으로써 재전송 시 우수한 BLER 성능을 얻을 수 있다.
본 논문에서는 고차 변조 기술을 사용하는 경우 생기는 비트 신뢰도의 차이에 의한 디코딩 오류 확률을 재전송시 줄일 수 있는 새로운 Hybrid ARQ 기법을 제안한다. 제안된 기법은 초기 전송에서 낮은 신뢰도를 가지고 전송된 비트들에 대하여 재전송시 저차 변조를 통하여 높은 신뢰도를 부여하고 이전에 전송된 패킷과 함께 디코딩 됨으로써 에러 확률을 줄이게 된다.
제안하는 Hybrid ARQ 기법은 매 재전송 시점마다 이전 전송에서 신뢰도가 작게 전송된 순위에 따라 재전송 하는 비트들을 결정할 수 있다. 따라서 Wengerter 가 제안한 CoRe기법에 비하여 재전송 패킷의 사이즈를 유연하게 변동이 가능하다.

대상 데이터

16e 규격을 기반으로 하여 AWGN (Addictive White Gaussian Noise) 채널 환경에서 수행되었다^[11]. 채널 코딩은 터보코드를 사용하였으며 384비트의 정보 비트 블럭을 대상으로 시뮬레이션을 수행하였다.

이론/모형

제안된 기법의 성능 분석을 위해 컴퓨터 시뮬레이션이 IEEE 802.16e 규격을 기반으로 하여 AWGN (Addictive White Gaussian Noise) 채널 환경에서 수행되었다^[11]. 채널 코딩은 터보코드를 사용하였으며 384비트의 정보 비트 블럭을 대상으로 시뮬레이션을 수행하였다.

성능/효과

1) 전송하고자 하는 디지털 정보비트는 초기 전송에서 FEC를 통하여 마더-코드워드로 인코딩 되며 펑처링을 통해 무작위로 선정된 리던던시 비트들을 제거하여 정해진 패킷 사이즈로 초기 전송이 이루어진다.
2) 초기 전송된 패킷의 디코딩이 실패하였을 경우 수신기는 송신기에 재전송을 요구하게 되고 송신기는 마더-코드워드의 비트들 중 이전 전송에서 신뢰도가 가장 적은 순서부터 우선하여 변조차수를 낮추어 재전송 한다.
제안하는 Hybrid ARQ 기법은 매 재전송 시점마다 이전 전송에서 신뢰도가 작게 전송된 순위에 따라 재전송 하는 비트들을 결정할 수 있다. 따라서 Wengerter 가 제안한 CoRe기법에 비하여 재전송 패킷의 사이즈를 유연하게 변동이 가능하다. 또한 재전송 시 변조차수를 낮춤으로써 Xiao-bing이 제안한 Hybrid-ARQ 기법에 비하여 재전송 비트들의 총 신뢰도를 크게 함으로써 에러 확률을 줄일 수 있다.
따라서 Wengerter 가 제안한 CoRe기법에 비하여 재전송 패킷의 사이즈를 유연하게 변동이 가능하다. 또한 재전송 시 변조차수를 낮춤으로써 Xiao-bing이 제안한 Hybrid-ARQ 기법에 비하여 재전송 비트들의 총 신뢰도를 크게 함으로써 에러 확률을 줄일 수 있다.
제안된 Hybrid ARQ 기법은 이전 전송에서 낮은 신뢰도로 전송된 비트들을 우선하여 낮은 차수의 변조 기법을 통하여 재전송함으로써 재전송 시 우수한 BLER 성능을 얻을 수 있다. 또한 제안된 Hybrid ARQ 기법은 IR과 CC에 모두 적용이 가능하며 재전송 패킷의 용량에 관계없이 동작할 수 있는 장점이 있다.
본 논문에서는 고차 QAM 변조 기법에 있어서 성상도의 위치에 따른 비트 신뢰도에 차이가 있음을 보이고 변조 차수가 감소함에 따라 심볼 신뢰도가 증가함을 확인하였다. 이러한 심볼 신뢰도의 증가는 Hybrid ARQ 재전송에서 변조 차수를 낮춤으로써 오류 확률을 줄이는 것을 확인 하였으며, 이를 이용한 새로운 Hybrid ARQ 기법을 제안하였다.
즉, CoRe의 경우 16-QAM을 사용하는 대신 제안된 기법은 4-QAM을 사용하기 때문에 실제 전송하는 비트의 수는 CoRe의 경우에 비해 1/2만 전송 하였다. 시뮬레이션 결과 제안된 Hybrid ARQ 기법이 CoRe 기법에 비해 총 3번의 재전송에 걸쳐 모두 BLER 성능이 우수함을 확인하였다.
이러한 심볼 신뢰도의 증가는 Hybrid ARQ 재전송에서 변조 차수를 낮춤으로써 오류 확률을 줄이는 것을 확인 하였으며, 이를 이용한 새로운 Hybrid ARQ 기법을 제안하였다. 제안된 Hybrid ARQ 기법은 이전 전송에서 낮은 신뢰도로 전송된 비트들을 우선하여 낮은 차수의 변조 기법을 통하여 재전송함으로써 재전송 시 우수한 BLER 성능을 얻을 수 있다. 또한 제안된 Hybrid ARQ 기법은 IR과 CC에 모두 적용이 가능하며 재전송 패킷의 용량에 관계없이 동작할 수 있는 장점이 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	본 연구에서 개발된 Hybrid ARQ 기법의 이점은?	본 논문에서는 고차 변조 기술을 사용하는 경우 생기는 비트 신뢰도의 차이에 의한 디코딩 오류 확률을 재전송시 줄일 수 있는 새로운 Hybrid ARQ 기법을 제안한다. 제안된 기법은 초기 전송에서 낮은 신뢰도를 가지고 전송된 비트들에 대하여 재전송시 저차 변조를 통하여 높은 신뢰도를 부여하고 이전에 전송된 패킷과 함께 디코딩 됨으로써 에러 확률을 줄이게 된다.
	Hybrid ARQ의 역할은?	본 논문에서는 고차 변조 기술을 사용하는 경우 생기는 비트 신뢰도의 차이에 의한 디코딩 오류 확률을 재전송시 줄일 수 있는 새로운 Hybrid ARQ 기법을 제안한다. 제안된 기법은 초기 전송에서 낮은 신뢰도를 가지고 전송된 비트들에 대하여 재전송시 저차 변조를 통하여 높은 신뢰도를 부여하고 이전에 전송된 패킷과 함께 디코딩 됨으로써 에러 확률을 줄이게 된다.
	Hybrid ARQ 기법은 3개의 타입을 설명하시오	Hybrid ARQ 기법은 3개의 타입으로 구분할 수 있다. 타입 I은 수신기에서 특정 패킷의 디코딩에 실패한 경우 기존의 패킷 데이터를 버리고 송신기에 재전송을 요청한다. 또한 재전송된 패킷을 디코딩 하기 위해 이전 전송의 데이터를 이용하지 않는다. 타입 II의 경우 수신기에서 특정 패킷의 디코딩에 실패한 경우 송신기에 재전송을 요구하며 송신기는 이전에 보냈던 패킷을 그대로 보내는 것이 아니라 약속된 형태로 바꾸어 재전송을 한다. 수신기는 재전송된 패킷 데이터와 이전 전송된 패킷 데이터를 함께 디코딩하여 보다 향상된 디코딩 성능을 얻는다. 추가적인 패러티 비트를 계속하여 재전송 하는 IR(Incremental Redundancy) Hybrid ARQ 기법과 이전에 보낸 패킷과 재전송된 패킷을 최적으로 결합하여 디코딩 하는 CC(Chase Combining) Hybrid ARQ 기법[2]은 타입 II Hybrid ARQ의 대표적인 예이다. 타입 III는 타입 II에 Self-decidability를 추가한것으로 재전송된 패킷만으로 디코딩 될 수 있어야 하는 조건이 추가로 필요하다. 따라서 타입 III는 재전송된 패킷으로 우선 디코딩을 시도하며 디코딩에 실패하였을 경우 이전에 받았던 패킷과 함께 디코딩을 시도하게 된다[3].

참고문헌 (11)

Shu Lin and Daniel J. Costello, Jr, "Error Control Coding: Fundamentals and Applications," Prentice Hall, 1984.
D. Chase, "Code Combining - A Maximum-Likelihood Decoding Approach for Combining an Arbitrary Number of Noisy Packets," IEEE Trans. Commun., Vol. COM-33, pp. 385-393, May 1985.
M. Wissem El Bahri, Hatem Boujemaa and Mohamed Siala, "Performance Comparison of Type I, II and III Hybrid ARQ Schemes over AWGN Channels," IEEE ICIT '04, Vol. 3, pp. 1414-1421, Dec. 2004.
S. Le Goff, A. Glavieux, C. Berrou, "Turbo-Codes and High Spectral Efficiency Modulation," IEEE SUPERCOMM/ICC '94, Vol. 2, pp. 645-649, 1994.
R. Pyndiah, A. Picart, A. Glavieux, "Performance of Block Turbo Coded 16-QAM and 64-QAM Modulations," IEEE GLOBECOM '95, Vol. 2, pp. 1039-1043, 1995.
Ch. Wengerter, et. al., "Advanced Hybrid ARQ Technique Employing a Signal Constellation Rearrangement," IEEE VTC 2002 Fall, Vol. 4. pp. 2002-2006, Sep. 2002.
Sung Ho Moon, Hyung Ho Park, Goldsmith, A. and Minseok Oh, "Bit Rearrangement for MIMO Retransmissions," IEEE GLOBECOM 2007, pp. 3509-3513, 26-30 Nov. 2007.
Tong Xiao-bing, Gong Yuping, Zhang Yuming, "A New Hybrid ARQ Scheme Employing Signal Constellation Rearrangement," IEEE CMC 2011, pp. 226-229, 18-20 Apr. 2011
C. Berrou and A. Glavieux, "Near Optimum Error Correcting Coding and Decoding: Turbo-Codes," IEEE Trans. Commun., Vol. 44, pp. 1261-1271, Oct. 1996.

상세보기
D. J. C. McKay and R. M. Neal, "Near Shannon Limit Performance of Low-Density Parity Check Codes," Electron. Lett., Vol. 33, No. 6, pp. 457-458, Mar. 1997.

상세보기
IEEE 802.16-2005: IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks - Part 16: Air Interface for Fixed and Mobile Broadband Wireless Access Systems - Amendment 2: Physical Layer and Medium Access Control Layers for Combined Fixed and Mobile Operation in Licensed Bands, Feb. 2006.

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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