상하위 계층 간의 연동을 이용한 복호화 방법 및 장치와 그를 이용하여 데이터 송수신 시스템 document_id A220623061276

3GPP에서는 여러 명의 사용자에게 동시에 같은 정보를 효율적으로 보낼 수 있는 MBMS(Multimedia Broadcast Multicast Service)라는 방송용 데이터의 전송 서비스를 제안하고 있다. MBMS는 순방향 오류 정정(FEC: Forward Error Correction, 이하 'FEC'라 칭함) 기술을 응용한 것인데, FEC 기술은 전송되는 데이터에 리던던시(Redundancy)를 추가하여 함께 전송함으로써, 무선 채널을 통해 데이터가 전송될 때의 페이딩(Fading) 및 잡음에 의하여 발생하는 오류를 제거할 수 있다. FEC는 수신기가 수신한 데이터에서 오류가 발견되었을 때, 재전송을 요구하지 않고 수신기가 스스로 정정할 수 있기 때문에, 방송용 데이터의 전송과 같은 단방향 전송 서비스에서 필수적으로 사용되는 오류 정정 기술이다. 특히, 방송 서비스를 제공할 때에는 서비스 제공자가 특별히 목표하는 사용자가 아닌 모든 사용자들에게 정보를 제공하기 때문에, 서비스 제공자와 사용자 양측의 정보 소통 없이 단방향으로 정보를 전송하는 것이 요구된다. 따라서, 방송 서비스를 제공하기 위한 기술 중에서 FEC 기술은 반드시 필요하다고 할 수 있다. 기존에 잘 알려진 FEC 기술을 위한 알고리즘(이하, 'FEC 알고리즘'이라 약칭함)으로는 콘볼루션 코드(Convolutional Code), 리드솔로몬 코드(Reed-Solomon Code), 터보 코드(Turbo Code), 저밀도 패리티 체크 코드(LDPC Code: Low-Density Parity-Check Code), 토네이도 코드(Tornado Code), 루비 트랜스폼 코드(LT Code: Luby Transform Code), 랩터 코드(Raptor Code) 등을 사용하여 오류를 정정하는 알고리즘이 있다. 각각의 코드를 사용하는 알고리즘은 각각 다른 방식으로 리던던시를 생성하며, 원래의 정보에 리던던시를 추가하여 코드워드(Codeword)를 생성하는데, 코드워드의 길이의 비를 코딩 레이트(Coding Rate)라 한다. FEC 알고리즘 중에서는 코딩 레이트가 정해져 있어서 수신기가 사용하는 채널을 알고 있는 유니캐스트(Unicast) 전송에 적합한 FEC 알고리즘이 있는 반면, 코딩 레이트가 정해지지 않고 리던던시를 계속해서 생성하고 전송하여 그 중 일부만 수신해도 원래의 정보를 복호화할 수 있는 FEC 알고리즘이 있는데, 이러한 FEC 알고리즘에서 사용하는 코드를 레이트리스 코드(Rateless Code)라 한다. 레이트리스 코드는 수신기가 데이터를 수신할 수 있는지 여부를 송신기에서 알지 못해도 높은 신뢰도로 전송할 수 있으므로, 사용자가 분명하지 않은 방송에 적합한 FEC 알고리즘이라 할 수 있다. 대표적인 레이트리스 코드로서는 루비 트랜스폼 코드, 랩터 코드 등이 있으며, 실제로 방송용 FEC 알고리즘으로 사용되고 있다. 4G 등 차세대 데이터 전송에 있어서 어떤 모바일 사용자에게도 시간, 장소에 관계없이 데이터를 전송할 수 있도록 하는 FEC 알고리즘을 비롯한 방송 서비스를 위한 기술의 개발이 예상되지만, 계속해서 증가하는 전송 요구량으로 인하여 높은 대역폭(Bandwidth)과 더 많은 범위 내의 사용자에게 전송할 수 있는 기술이 보장되어야 한다. 이러한 환경에서 개선된 방송용 코드의 개발이 중요시된다. 또한, 무선 채널 환경에 최적화된 코드의 개발이 필요하다. 현재 3GPP MBMS 에서 사용되고 있는 코드는 유선 환경에서 최적화되어 있으며, 무선 상황에서 동작시키기 위하여 물리 계층에 이미 있는 물리 계층 FEC를 이용한다. 즉, 물리 계층에 있는 복호화기가 일단 무선 상황에 맞추어져 동작하면서 오류를 정정하고 그 정정된 정보를 상위 계층에 있는 레이트리스 코드 복호화기에 올려 보내면 레이트리스 코드 복호화기가 정정된 정보로부터 다시 추가적인 오류 정정을 실행한다. 이때, 추가적인 오류 정정이 필요한 이유는 물리 계층에서 채널 환경이 나쁜 경우, 복호화에 실패하게 되며 그로 인해 복호화되지 않은 블록은 레이트리스 코드 복호화기로 전달되지 않는다. 이와 같이 전달되지 않는 블록이 있으면, 레이트리스 코드 복호화기 입장에서는 그 블록이 지워진 것으로 보게 된다. 이렇게 지워진 블록이 있을 때 레이트리스 코드 복호화기는 지워진 정보를 복원해 낼 수 있다. 이와 같이, 오류 정정 부호를 이용하여 복호화하는 계층이 하위 계층 및 상위 계층의 두 단계로 되어 있는 시스템에서는 물리 계층에 있는 오류 정정 부호를 이용하여 페이딩 환경을 고려한 오류 정정을 하게 되고 상위 계층에 있는 레이트리스 코드를 이용하여 추가적인 오류 정정을 하게 된다. 그런데 이렇게 두 단계로 오류 정정을 할 때, 물리 계층의 복호화기는 통상적으로 복호화된 정보만을 상위 계층의 레이트리스 코드 복호화기에 올려 보내게 되며, 그로 인해 성능 저하가 발생하는 문제점이 있다. 즉, 물리 계층에서 페이딩이 있는 경우, 블록이 복호화되지는 않지만 여전히 유용한 정보가 그 블록에 포함될 수 있다. 이러한 정보를 상위 계층의 레이트리스 코드가 이용할 수 있다면, 더욱 향상된 성능을 낼 수 있는 가능성이 있다. 따라서, 물리 계층에서 복호화되지 않은 블록에 포함된 유용한 정보를 상위 계층에서 이용할 수 있도록 하는 새로운 기술의 개발이 요구되는 실정이다.