KR20040037471A - Error correction method using turbo code - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 터보코드를 이용한 에러보정 방법에 관한 것으로, 특히 터보코드를 이용한 하이브리드 ARQ 방식의 에러보정 성능을 향상시켜 시스템의 효율을 증가시킬 수 있도록 하는 터보코드를 이용한 에러보정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an error correction method using a turbo code, and more particularly, to an error correction method using a turbo code to increase the efficiency of a system by improving error correction performance of a hybrid ARQ method using a turbo code.
일반적으로, 에러보정 기법에는 FEC(Forward Error Correction) 방식과 ARQ(Automatic Repeat reQuest) 방식이 있는데, FEC 방식은 데이터 비트를 인코딩한 부가정보(Redundancy) 비트를 데이터 비트와 함께 전송하여 수신단에서 재전송 없이 원래의 데이터 비트를 복원하기 위한 것이고, ARQ방식은 수신단에서 에러를 발견시 재전송을 요청하여 원래의 데이터 비트를 복원하는 방식이다. 이 두가지 에러보정 기법을 혼합한 에러보정 기법을 하이브리드(Hybrid) ARQ 방식이라 한다.In general, error correction techniques include a Forward Error Correction (FEC) method and an Automatic Repeat reQuest (ARQ) method. The FEC method transmits redundancy bits encoded with data bits together with the data bits, without retransmission at the receiving end. In order to recover the original data bits, the ARQ scheme is to recover original data bits by requesting retransmission when an error is detected at the receiving end. An error correction technique that combines these two error correction techniques is called a hybrid ARQ scheme.
도1은 일반적인 터보 인코더의 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시된 바와 같이 두 개 이상 m개의 구성 인코더(Constituent Encoder)(100, 101)와, 코드율 1/3인 m-1개의 터보 인터리버(102)로 구성되어 있다.1 is a block diagram showing a configuration of a general turbo encoder. As shown therein, two or more m constituent encoders 100 and 101, and m-1 turbo interleavers having a code rate of 1/3 102).
이때, 상기 코드율 1/3인 터보 인코더(102)는 1비트의 입력 데이터 비트(X)가 3비트(X, Y1, Y2)로 인코딩되어 출력되는 것을 알 수 있는데, X 비트(X=(x1, x2,..., xN))는 데이터 비트 그 자체로서 조직화 비트(Systematic Bit)가 되고, Y1 비트(Y1=(y11, y12,...., y1N))는 첫 번째 구성 인코더(100)를 거친 비트로서 첫 번째 패리티 비트가 되고, Y2 비트(Y2=(y21, y22,...., y2N))는 터보 인터리버(102)와 두 번째 구성 인코더(101)를 거친 비트로서 두 번째 패리티 비트가 된다.In this case, the turbo encoder 102 having the code rate 1/3 may know that one bit of the input data bit X is encoded into three bits (X, Y1, and Y2) and output. x 1 , x 2 , ... , x N )) become the systematic bits as the data bits themselves, and the Y1 bits (Y1 = (y 11 , y 12 , .... , y 1N )) Is the bit that passed through the first configuration encoder 100 to become the first parity bit, and the Y2 bit (Y2 = (y 21 , y 22 , .... , y 2N )) is the turbo interleaver 102 and the second configuration. The bit passed through the encoder 101 becomes the second parity bit.
이로써, 코드율 1/3 전송시 (X, Y1, Y2) 순으로 모든 비트열을 전송하게 된다. 즉, (x1, y11, y21), (x2, y12, y22),....,(xN, y1N, y2N)순서로 모든 비트열을 전송하게 된다. 그러면, 수신단에서는 수신한 인코딩 비트열을 터보 디코더(미도시)를 통해 전송채널에서 잡음이나 간섭으로 생긴 에러를 보상하고 원래의 데이터 비트(X)를 복원하게 된다.As a result, all bit strings are transmitted in the order of (X, Y1, Y2) when the code rate is 1/3 transmitted. That is, all bit strings are transmitted in the order of (x 1 , y 11 , y 21 ), (x 2 , y 12 , y 22 ), ...., (x N , y 1N , y 2N ). Then, the receiving end compensates for the error caused by noise or interference in the transmission channel through the turbo decoder (not shown) and restores the original data bit (X).
한편, Hybrid ARQ 방식에서는 채널 효율을 높이기 위하여, 인코딩된 비트열을 중간중간 삭제(Puncturing)하여 더 낮은 코드율로 전송하고, 수신단에서는 비트열의 삭제된 위치에 임의의 비트를 삽입하여 디코딩을 수행하게 되는데, 상술한 바와 같이 코드율 1/3 전송은 (x1, y11, y21), (x2, y12, y22),....,(xN, y1N, y2N)순서로모든 인코딩 비트열을 전송하는데 비해, 코드율 2/3로 전송하는 경우는 초기전송시 조직화 비트(Systematic Bit)와 패리티 비트의 일부만을 전송한다.In the hybrid ARQ scheme, on the other hand, in order to increase channel efficiency, the encoded bit string is punctured to be transmitted at a lower code rate, and the receiver inserts an arbitrary bit at the deleted position of the bit string to perform decoding. As described above, the code rate 1/3 transmission is (x 1 , y 11 , y 21 ), (x 2 , y 12 , y 22 ), ...., (x N , y 1N , y 2N ) In the case of transmitting all encoded bit strings in order, in the case of transmitting at a code rate of 2/3, only a part of the systematic bits and parity bits are transmitted during the initial transmission.
즉, 코드율 1/3로 인코딩된 비트열(X, Y1, Y2)에서 Y2비트와 Y1비트의 일부 비트열(y21, y12, y22,...., y2,N-1, y1N, y2N,여기서 N은 데이터 비트수)을 삭제하고, 조직화 비트와 Y1비트의 일부 비트열(x1, y11, x2,....,xN-1, y1,N-1, xN)을 전송한다.That is, some bit strings (y 21 , y 12 , y 22 , ...., y 2, N-1 of Y2 and Y1 bits) in the bitstream (X, Y1, Y2) encoded at code rate 1/3 , y 1N , y 2N , where N is the number of data bits), and the organized bits and some bit strings of the Y1 bits (x 1 , y 11 , x 2 , ...., x N-1 , y 1, N-1 , x N ).
이에 따라, 수신단에서는 도2에 도시된 바와 같이 초기전송시 수신한 코드율 2/3인 비트열을 디코딩하여 에러가 없다고 판단되면(CRC ok), 송신단으로 ACK 신호를 보내고 현재 데이터 블록의 전송과정을 마치게 된다. 그러나, 에러가 있다고 판단되면 수신단은 수신받은 비트열을 저장한 후, 송신단으로 NACK(Negative ACK) 신호를 보내 재전송을 요청하고, 송신단에서는 초기전송시 전송하지 않았던 나머지 패리티 비트, 즉 초기전송시 삭제하고 전송하였던 Y2비트와 Y1비트의 일부 비트열(y21, y12, y22,...., y2,N-1, y1N, y2N,여기서 N은 데이터 비트수)을 모두 전송한다.Accordingly, when it is determined that there is no error by decoding the bit string having the code rate 2/3 received during the initial transmission as shown in FIG. 2 (CRC ok), the receiver sends an ACK signal to the transmitter and transmits the current data block. Will finish. However, if it is determined that there is an error, the receiver stores the received bit string and sends a NACK (Negative ACK) signal to the transmitter to request retransmission. And transfers all the bit streams (y 21 , y 12 , y 22 , ...., y 2, N-1 , y 1N , y 2N , where N is the number of data bits) of the Y2 and Y1 bits. do.
그러면, 수신단에서는 상기 수신한 나머지 패리티 비트를 초기전송시 수신받아 저장하였던 비트열과 결합하여, 코드율 1/3의 비트열로 만든 후 다시 디코딩 과정을 수행하고, CRC 검사를 하여 에러가 없으면 ACK 신호를 송신단으로 보내 전송과정을 마치고, 그래도 에러가 있으면 같은 데이터 블록에 대해 초기전송부터 같은 과정을 반복하게 된다.Then, the receiving end combines the remaining parity bits with the bit strings received and stored in the initial transmission, makes the bit strings with a code rate of 1/3, performs the decoding process again, performs an CRC check, and if there is no error, an ACK signal. After the transmission is completed, if there is an error, the same process is repeated from the initial transmission for the same data block.
그런데, 터보 디코딩에서는 조직화 비트(Systematic Bit)가 패리티 비트보다디코딩 성능에 많은 영향을 끼치는데, 만약 초기전송시 채널 환경이 좋지 않아서 조직화 비트에 에러가 발생한다면 초기 디코딩에서뿐만 아니라, 재전송 디코딩에서도 초기전송시 수신한 에러가 포함된 조직화 비트의 영향으로 에러보정 성능이 떨어지게 되고, 에러보정 성능의 감소는 잦은 재전송을 요구하게 되어 결국 전체 시스템의 효율을 떨어뜨리게 되는 문제점이 발생한다.In the case of turbo decoding, however, the systematic bits have a greater impact on decoding performance than the parity bits. If an error occurs in the organized bits due to poor channel conditions during initial transmission, the initial transmission is performed not only in the initial decoding but also in the retransmission decoding. The error correction performance is degraded due to the organization bit including the received error at the time, and the reduction of the error correction performance requires frequent retransmissions, resulting in a problem of lowering the efficiency of the entire system.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로, 무선이동 채널환경에서 전송된 데이터의 에러 발생에 의한 데이터의 재전송 시, 패리티 비트 보다 터보 디코딩의 성능에 많은 영향을 미치는 조직화 비트를 재전송 함으로써, 수신단에서의 에러보정 성능을 향상시켜 재전송 횟수를 줄임과 아울러 전체 시스템의 효율을 높이기 위한 터보코드를 이용한 에러보정 방법을 제공함에 그 목적이 있다.Therefore, the present invention has been created to solve the above-mentioned conventional problems, and the organization that affects the performance of turbo decoding more than the parity bit when retransmission of data due to an error of data transmitted in a wireless mobile channel environment. The purpose of the present invention is to provide an error correction method using a turbo code for improving the efficiency of the entire system by reducing the number of retransmissions by improving the error correction performance at the receiving end by retransmitting the bits.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 송신단에서는 구조화 비트(Systematic Bit)와 패리티 비트의 일부를 수신단으로의 초기전송하는 단계와; 상기 초기전송된 데이터에 에러가 검출되어 재전송 요청을 받으면, 초기전송시 전송하지 않은 패리티 비트 중 일부와 함께 구조화 비트를 더 포함하여 1차 재전송하는 단계와; 상기 재전송된 데이터에 다시 에러가 검출되어 재전송 요청을 받으면, 초기전송과 상기 재전송시 전송하지 않았던 나머지 패리티 비트 모두에 대해 2차 재전송 하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object comprises the steps of initially transmitting a portion of the structured bit (Systematic Bit) and parity bit to the receiving end; If an error is detected in the initially transmitted data and a retransmission request is received, further including a structured bit along with some of the parity bits not transmitted in the initial transmission; If an error is detected in the retransmitted data and receives a retransmission request, the second retransmission is performed for both initial transmission and the remaining parity bits that were not transmitted during the retransmission.
또한, 본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서, 수신단에서는 송신단으로부터 초기전송 받은 비트열에서 에러가 검출된 경우, 수신된 비트열을 저장한 후 1차 재전송 요청을 하는 단계와; 상기 재전송 요청에 의해 구조화 비트를 포함한 다시 수신된 비트열을 상기 초기전송받은 비트열과 합쳐 새로운 코드율의 비트열을 생성하는 단계와; 상기 새로 생성된 비트열에서 에러가 검출된 경우 그 비트열을 저장한 후, 2차 재전송 요청을 하여 수신된 비트열과 기 저장된 비트열을 합쳐 새로운 코드율의 비트열을 생성하여 디코딩하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention, in order to achieve the above object, if the error is detected in the bit string received initially from the transmitting end, the step of storing the received bit string and the first retransmission request; Generating a bit string of a new code rate by combining the received bit string including the structured bits by the retransmission request with the initially transmitted bit string; If an error is detected in the newly generated bit string, storing the bit string, requesting a second retransmission, combining the received bit string with a previously stored bit string, and generating and decoding a bit string having a new code rate; Characterized in that made.
도 1은 일반적인 터보 인코더의 구성을 보인 블록도.1 is a block diagram showing the configuration of a typical turbo encoder.
도 2는 종래의 터보코드를 이용한 에러보정 과정을 보인 순서도.2 is a flowchart illustrating an error correction process using a conventional turbo code.
도 3은 본 발명에 따른 터보코드를 이용한 에러보정 과정을 보인 순서도.3 is a flowchart illustrating an error correction process using a turbo code according to the present invention.
본 발명은 터보 디코딩에서 조직화 비트(Systematic Bit)가 디코딩 성능에 많은 영향을 끼치는 점을 고려하여, 초기전송시 수신한 비트열에 에러가 발생할 경우 초기전송시 제외된 패리티 비트 중 일부와 함께 조직화 비트를 재전송하여 코드율 1/2로 디코딩을 수행하고, 이 과정에서도 에러가 발생하였을 경우 다시 재전송을 요청하여 상기 재전송에서 제외된 나머지 패리티 비트에 의해 코드율 1/3로 디코딩을 수행하도록 함으로써 수신단의 에러보정 성능을 향상시키는 특징이 있다.In the present invention, in the case of turbo decoding, since systematic bits have a significant effect on decoding performance, when an error occurs in the bit string received during initial transmission, the organization bits are combined with some of the parity bits excluded during initial transmission. Retransmit to decode at code rate 1/2, and if an error occurs in this process, request retransmission again and perform decoding at code rate 1/3 by the remaining parity bits excluded from the retransmission. There is a feature to improve the correction performance.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described.
도3은 본 발명에 따른 터보코드를 이용한 에러보정 과정을 보인 순서도로서, 이에 도시한 바와 같이 코드율(R) 1/3인 터보 인코더를 이용하여 인코딩한 비트열 중에서 일부만을 코드율 2/3로 전송하면, 수신단에서는 이를 디코딩하여 CRC(Cyclic Redundancy Check) 검사에 의해 에러가 없다고 판단되면, 종래와 마찬가지로 ACK(Acknowledge) 신호를 송신단에 보내서 전송과정을 완료하도록 한다.3 is a flowchart illustrating an error correction process using a turbo code according to the present invention. As shown in FIG. 3, only a part of a bit string encoded using a turbo encoder having a code rate (R) 1/3 is code rate 2/3. If the receiver determines that there is no error by decoding the CRC (Cyclic Redundancy Check), the receiver sends an ACK (Acknowledge) signal to the transmitter to complete the transmission process.
그러나, 만약 초기 코드율 2/3 디코딩시 에러가 발생하였을 경우에는, 종래의 경우 초기전송에서 전송하지 않았던 나머지 패리티 비트를 모두 전송하여 코드율 1/3로 바로 디코딩을 수행하였지만, 본 발명에서는 초기전송에서 전송하지 않았던 나머지 패리티 비트 중 일부에 조직화 비트를 추가로 재전송하여 코드율 1/2로 디코딩을 수행하고, 이 과정에서도 에러가 발생하였을 경우에 다시 재전송을 요청하여 나머지 패리티 비트를 전송받아, 이전에 수신하여 저장하였던 비트열과 결합하여 코드율 1/3로 디코딩을 수행하도록 하는 것이다.However, if an error occurs when decoding an initial code rate of 2/3, in the conventional case, all of the remaining parity bits that were not transmitted in the initial transmission were directly decoded at 1/3 of the code rate. Re-transmit additionally organizes bits to some of the remaining parity bits that were not transmitted in transmission, and decodes at code rate 1 / 2.If an error occurs in this process, request retransmission and receive the remaining parity bits. In combination with the bit string previously received and stored, decoding is performed at the code rate 1/3.
이후에는 종래와 마찬가지로 CRC 검사를 하여 에러가 없으면 ACK 신호를 송신단으로 보내 전송과정을 마치고, 그래도 에러가 있으면 같은 데이터 블록에 대해 초기전송부터 같은 과정을 반복하게 된다.Thereafter, as in the prior art, if there is no error by performing CRC check, the transmission process is completed by sending an ACK signal to the transmitting end. If there is an error, the same process is repeated from the initial transmission for the same data block.
다시 말해, 본 발명에서는 코드율 2/3로 초기전송시 Y2비트와 Y1비트의 일부 비트열(y21, y12, y22,...., y2,N-1, y1N, y2N,여기서 N은 데이터 비트수)이 삭제된 조직화 비트와 패리티 비트의 일부 비트열(x1, y11, x2,....,xN-1, y1,N-1, xN)을 디코딩후 CRC 검사에 의해 에러가 발생할 경우, 종래 기술에서는 초기전송시 전송하지 않았던 Y2비트와 Y1비트의 일부 비트열(y21, y12, y22,...., y2,N-1, y1N, y2N,여기서 N은 데이터 비트수)을 모두 전송하였지만, 본 발명에서는 조직화 비트(X비트)와 상기 초기전송시 전송하지 않았던 패리티 비트 중 일부(Y2비트), 즉 (x1, x2, y22,....,xN-1, xN, y2N, 여기서 N은 데이터 비트수)를 전송한다.In other words, in the present invention, some bit strings (y 21 , y 12 , y 22 ,..., Y 2, N-1 , y 1N , y of Y2 and Y1 bits during initial transmission at a code rate of 2/3) 2N , where N is the number of data bits) and some bit strings of parity bits (x 1 , y 11 , x 2 , ...., x N-1 , y 1, N-1 , x N If an error occurs by CRC check after decoding, some bit strings (y 21 , y 12 , y 22 , ...., y 2, N of Y2 and Y1 bits that were not transmitted during initial transmission in the prior art) -1 , y 1N , y 2N , where N is the number of data bits), but in the present invention, some of the organization bits (X bits) and parity bits (Y2 bits) not transmitted during the initial transmission (ie, (x) 1 , x 2 , y 22 , ...., x N-1 , x N , y 2N , where N is the number of data bits).
이와 같이, 종래에는 초기전송시 채널환경이 좋지 않아서 조직화 비트에 에러가 발생하는 경우, 나머지 모든 패리티 비트를 재전송 받아 결합하여 코드율 1/3로 디코딩 하더라도 조직화 비트의 에러를 보상하지 않았기 때문에 디코딩 성능이 떨어지게 되지만, 본 발명에서는 재전송시 초기전송에서 전송하지 않았던 나머지 패리티 비트 모두를 전송하는 대신, 초기전송시 전송하지 않았던 패리티 비트의 일부와 함께 조직화 비트를 다시 한 번 전송함으로써, 에러없는 조직화 비트의 복원을 요지로 한다.As described above, when an error occurs in an organized bit due to a bad channel environment during initial transmission, decoding performance is not compensated because the error of the organized bit is not compensated for even if the remaining parity bits are retransmitted and decoded at a code rate of 1/3. However, in the present invention, instead of transmitting all of the remaining parity bits that were not transmitted in the initial transmission at the time of retransmission, by transmitting the organization bits once again with a part of the parity bits not transmitted in the initial transmission, Restoration is essential.
상기와 같이 재전송으로 수신한 조직화 비트와 초기전송시 수신한 조직화 비트는, 수신시의 채널환경에 따라 가중치를 두어 결합함으로써 좀더 신뢰성있는 조직화 비트를 생성하고, 초기전송시 수신한 패리티 비트와 재전송시 수신한 패리티 비트를 합쳐 코드율 1/2 코드를 만들고 이를 다시 디코딩하여 에러 여부를 판별하게 된다. 만약, 상기 첫 번째 재전송에서도 에러가 검출될 경우 초기전송과 첫 번째 재전송시 전송하지 않았던 나머지 패리티 비트를 전송하고, 수신측에서는 이를 이전에 수신한 비트열과 합쳐 코드율 1/3 디코딩을 수행하게 된다.As described above, the organization bits received during retransmission and the organization bits received during initial transmission generate more reliable organization bits by combining weights according to the channel environment upon reception, and the parity bits received during initial transmission and retransmission. The received parity bits are combined to form a code rate 1/2 code and decoded again to determine whether there is an error. If an error is detected even in the first retransmission, the remaining parity bits that were not transmitted during the initial transmission and the first retransmission are transmitted, and the receiving side performs decoding of code rate 1/3 by combining them with the previously received bit string.
이 경우에 상기 재전송 받아 결합된 조직화 비트(Systematic Bit)의 영향으로, 종래와 동일한 코드율 1/3로 디코딩 하더라도 보다 우수한 에러보정 성능을 가지게 된다.In this case, due to the influence of the systematic bits combined with the retransmission, even if decoding at the same code rate 1/3 as in the prior art has a better error correction performance.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 터보코드를 이용한 에러보정 방법은, 무선이동 채널환경에서 전송된 데이터의 에러 발생에 의한 데이터의 재전송 시, 패리티 비트 보다 터보 디코딩의 성능에 많은 영향을 미치는 조직화 비트를 재전송함으로써, 수신단에서의 에러보정 성능을 향상시켜 재전송 횟수를 줄임과 아울러 전체 시스템의 효율을 높이도록 하는 효과가 있다.As described above, the error correction method using the turbo code according to the present invention retransmits the organization bits that have more effect on the performance of turbo decoding than the parity bits when the data is retransmitted due to an error of the data transmitted in the wireless mobile channel environment. As a result, the error correction performance at the receiving end can be improved to reduce the number of retransmissions and to increase the efficiency of the entire system.
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