KR0122749B1 - 적응 양자화를 이용한 소프트 결정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적응양자화를 이용한 소프트 결정방법에 관한 것으로, 수신되는 신호의 SNR과 채널 잡음의 발생분포를 고려하여 균일 또는 비균일 양자화법을 결정한 후 비터비 디코딩을 수행할 수 있도록 한 적응 양자화를 이용한 소프트 결정 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해 디지탈 변조 처리된 신호를 비터비 알고리즘에 의거하여 원래의 신호로 복원하기 위해, 상기 디지탈 변조 처리된 신호를 다수의 양자화 레벨로 양자화하는 소프트 결정방법에 있어서; 상기 디지탈 변조 처리된 신호의 SNR을 검출하는 제1단계; 상기 검출된 디지탈 변조 처리된 신호의 SNR이 기설정된 임계 SNR보다 크면, 상기 다수의 양지화 레벨 간격이 불균일하게 설정된 양자화 레벨에 의거하여, 상기 디지탈 변조 처리된 신호를 불균일 양자화하는 제2단계; 상기 디지탈 변조 처리된 신호의 SNR이 기설정된 임계 SNR보다 작거나 같으면, 상기 다수의 양자화 레벨 간격이 균열하게 설정된 양자화 레벨에 의거하여, 상기 디지탈 변조 처리된 신호를 균일 양자화하는 제3단계; 상기 제2단계 또는 제3단계에 의해 양자화된 신호의 메트릭을 계산하는 제4단계로 이루어짐을 특징으로 한다.

Description

적응 양자화를 이용한 소프트 결정방법

제1도는(a)(b)는 비터비 디코딩에 있어서 소프트 결정 및 하드결정방법을 나타낸 도면.

제2도는(a)(b)는 신호의 파우어와 잡음의 파우어에 따른 소프트웨어 결정방법을 나타낸 도면.

제3도는 본 발명을 실행하기 위한 하드웨어 구성도.

제4도는 본 발명의 실시예를 나타낸 흐름도.

제5도는 채널을 통과한 신호에 대하여 이퀼라이저에서 얻은 신호의 분포도.

제6도는 (a)(b)는 균일 및 비균일 양자화법을 나타낸 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 적응양자화기 20 : 비터비 디코더

30 : 콘벌루션 인코더 40 : 차동 증폭기

50 : 지연부 60 : 선택부

70 : 트렐리스 디코더 포맷터

본 발명은 HDTV(High Definition Televicion) 수신장치의 디지탈 복조 시스템에 적용되어 사용되는 적응 양자화를 이용한 소프트 결정방법에 관한 것으로, 특히 비터비 알고리즘의 소프트결정(soft decision)에 의한 양자화 간격을 신호대 잡음(Signal to Noise Ratio : 이하 SNR 이라함) 및 채널 잡음의 발생 분포를 고려하여 양자화는 적응 양자화를 이용한 소프트 결정 방법에 관한 것이다.

일반적인 디지탈복조시스템은 디지탈변조처리되어 수신되는 신호를 복조처리하여 원래의 상태로 복원하기 위한 것이다.

이러한 디지탈복조시스템에 사용되는 비터비 알고리즘은 이퀄라이저(Equalizer) 및 복조기(Demodulator)회로를 거친 임의의 블록에 대하여 동일한 선형관계식을 사용하는 부호화는 콘벌루션 부호(Convolution Code)에 대한 복호법의 대표적인 일예이다. 비터비 알고리즘은, 통상적으로 최대 개연성 복호법(Maximum Likelihood Decoding : MLD)을 이용하여 누적거리(Accumulated distance)가 큰 것을 제거하면서 가장 작은 누적거리를 갖는 경로(Path)를 추적하여 복호하므로서, 가능한 모든 정보에 대하여 복호에러율을 최소로 하는 복호 방법이다.

이러한 비터비 알고리즘을 이용한 디코딩시, 소프트결정방법과 하드결정(Hard Decision)방법에 의하여 양자화 레벨 간격을 결정한다. 소프트결정방법은 제1도(a)에 도시된 바와 같이 여러개의 임계값(Threshold)(일반적으로 8개의 레벨값을 가지므로 제1도(a)와 같이 도시하였음)으로 양자화레벨 간격을 설정하여 인가되는 신호에 대하여 디코딩을 하는 반면, 하드결정방법은 제1도(b)에 도시된 바와 같은 임계값으로 양자화 레벨 간격을 설정하여 수신되는 신호가 임계값을 초과하면 하이레벨인 1을, 임계값을 초과하지 못하면 로우레벨인 0으로 놓아 디코딩을 수행하는 것이다.

현재 이러한 두 방식 중에서, 보다 근사한 데이타를 제공한다는 이점으로 처리상의 복잡성에서도 불구하고 전술한 소프트결정방법이 선호되고 있으며, 이에 대해 좀더 자세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 제1도(a)에서 알 수 있듯이 두 가지의 가능한 값 '1', '0' 사이를 균일한 간격으로 8구간으로 나누어 0부터 7까지의 값을 할당해 둔다.

할당된 값은 그 값이 작을 수록 '0'이 될 확률이 높음을 의미하고, 클 수록 '1'이 될 확률이 높음을 의미한다.

이 값을 메트릭(metric)이라 하는데 원래는 신호 발생 확률을 사용해야 하나 그 값에 log를 취해서 정수로 근사한 값을 사용한다. 이는 확률에 log를 취함으로써 확률의 곱셈이 결국은 메트릭의 덧셈으로 표시되어 계산상 편리한 잇점이 있기 때문이다.

상기와 같은 소프트 결정 방법에 있어서, 제2도(a)에 나타난 바와같이 신호의 파우어가 작고(신호간의 거리가 작고), 잡음의 파우어가 큰(잡음의 편차가 큰) 경우에는 잡음의 발생을 가우시안 분포로 보고, 잡음평균을 0으로 했을 때 각 신호의 잡음(a,b)을 더하면(a+b) 직선에 가까운 잡음 분포 곡선이 나오기 때문에 신호사이의 거리를 균일하게 나누어도 디코딩 성능에 영향을 주지 않는다.

그러나, 제2도(b)에 나타난 바와같이 신호의 파우어가 크고(신호간의 거리가 크고), 잡음의 파우어가 작은(잡음 편차가 작은) 경우에는 변별력이 크게 떨어지므로, 디코딩 성능에 있어서 큰 열화를 가져오는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 수신되는 신호의 SNR과 채널 잡음의 발생 분포를 고려하여 균일 또는 비균일 양자화법을 결정한 후 비터비 디코딩을 수행할 수 있도록 한 적응 양자화를 이용한 소프트 결정방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 디지탈 변조 처리된 신호를 비터비 알고리즘에 의거하여 원래의 신호로 복원하기 위해, 상기 디지탈 변조 처리된 신호를 다수의 양자화 레벨로 양자화하는 소프트 결정방법에 있어서; 상기 디지탈 변조 처리된 신호의 SNR을 검출하는 제1단계; 상기 검출된 디지탈 변조 처리된 신호의 SNR이 기설정된 임계 SNR보다 크면, 상기 다수의 양자화 레벨 간격이 불균일하게 설정된 양자화레벨에 의거하여, 상기 디지탈 변조처리된 신호를 불균일 양자화 하는 제2단계; 상기 디지탈 변조처리된 신호의 SNR이 기설정된 임계 SNR보다 작거나 같으면, 상기 다수의 양자화 레벨 간격이 균일하게 설정된 양자화 레벨에 의거하여 , 상기 디지탈 변조 처리된 신호를 균일 양자화하는 제3단계; 상기 제2단계 또는 제3단계에 의해 양자화된 신호의 메트릭을 계산하는 제4단계로 이루어짐을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

제3도는 본 발명의 소프트 결정 방법을 실행하기 위한 하드웨어 구성도로써, 이퀄라이져(도면에 도시하지 않았음)를 통해 입력되는 동위상(Inphase : I) 신호와 직각위상(Quadrature Phase : QP) 신호를 입력으로하여 하드결정을 위한 4개의 서브셋(subset) 신호의 비부호화 3비트를 출력하는 한편, 입력되는 신호의 SNR과 채널 잡음의 발생 분포를 고려하여 균일 또는 비균일 양자화한 후 소프트 결정에 필요한 메트릭을 계산하여 출력하는 적응 양자화기(10), 적응 양자화기(10)의 출력을 비터비 디코딩하기 위한 비터비 디코더(20), 비터비 디코더(10)에서 출력되는 신호를 이용하여 4개의 서브셋 신호중 하나를 결정하기 위한 제어 신호를 발생하는 콘벌루션 인코더(Convolution Encoder)(20),비터비 비코더(30)에서 출력되는 신호를 차동적으로 디코딩하기 위한 차등 디코더(40), 적응 양자화기(10)에서 출력한 비부호화 비트를 소정 기간동안 지연하기 위한 지연부(50), 콘벌루션 인코더(30)의 서브셋 결정 제어 신호의 제어에 의해 지연부(50)에서 출력되는 신호를 선택하는 멀티플렉서(60), 멀티플렉서(60)에서 출력되는 신호와 차등 디코더(40)에서 출력되는 신호에 의해 트렐리스 디코딩을 위한 데이타 배열을 하기 위한 트렐리스 디코더 포맷터(70)로 구성된다.

제4도는 상술한 바와 같은 하드웨어 구성을 이용한 본 발명의 실시예를 나타낸 상세흐름도로써 그에 대해 설명하면 다음과 같다.

먼저, 인가되는 I 신호는 색의 부반송파와 동일 위상을 갖는 것이고, QP 신호는 I 신호를 반송하는 부반송파와 90도의 위상차를 가진 부반송파와 동위상을 갖는 신호로서, 디지탈 변조 방식인 직각 진폭 변조(Quardrature Amplitede Modulati on; QAM)를 통해 얻어지는 신호이다.

이때, 인가되는 I 및 QP 신호는 제5도와 같이 분포된다. 제5도에 도시된 바와 같이, 신호는 원래 신호를 중심으로 모여 있다.

그 분포특성은 채널특성에 따라 다르겠지만, 일반적으로 채널을 모델링할 때 통상 열잡음으로 인해 발생되는 덧셈성 백색 가우스 잡음(Additive Gaussian White Noise; AGWN)을 주로 고려하므로 여기서도 가우시안 분포특성을 갖는다고 볼 수 있으며 본 발명에서는 입력되는 신호의 SNR과 임계값 SNR을 비교하여 균일, 또는 비균일 양자화를 수행하며 잡음분포를 가우시안 분포로 보고 양자화한다.

즉, 양자화 되지 않는 신호의 (100) SNR을 계산하고(101), 계산된 SNR과 임계값 SNR을 비교하여(102), 계산된 SNR이 임계값 SNR보다 크면 불균일 양자화를 실행한 후(103) 메트릭을 계산하는(104) 반면, 계산된 SNR이 임계값 SNR보다 작으면 균일 양자화를 실행한 후(105) 메트릭을 계산한다(104). 또한 양자화된 신호일 경우(100), 이의 SNR과 임계값 SNR을 비교하여(106) 비균일 및 균일 양자화를 실행한 후(101,105)메트릭을 계산한다(104). 제6도(a),(b)는 균일 및 비균일 양자화법을 나타낸 것으로 입력되는 신호의 SNR보다 작을 경우 제6도(a)와 같이 균일 양자화를 실행하고, 입력되는 신호의 SNR이 임계값 SNR보다 클 경우 발생되는 신호의 잡음 분포특성을 고려하여 제6도(b)와 같이 빈도수가 큰 쪽은 조밀하게, 빈도수가 작은 쪽은 드물게 양자화 할 수 있도록 양자화 레벨 간격을 결정하여 디지탈 복조시 적응적으로 양자화를 행한다.

불균일 양자화시에는 잡음의 파우어, 즉 잡음의 편차에 직접적인 영향을 받도록 하는데 잡음 분포 표준편차의 두배인 2σ안을 3등분하고 남는 것을 하나로 하는 방식을 취하도록 하며 두 신호에 대해 다 적용하므로 전체 구간수는 8개가 된다.

이때 2σ안을 기준으로 삼은 이유는 가우시안 분포일 경우 2σ안에 95% 정도가 몰려있기 때문이다. 또한 잡음 평균이 0이 아닌 경우에는 0으로 맞춰놓고 계산할 수 있도록 한다.

즉, 들어오는 신호에서 잡음의 평균 파우어를 뺀 값을 갖고 양자화한 구간에 맞춰 메트릭을 계산하도록 한다.

한편, 비터비 디코더(20)는 상기한 적응 양자화기(10)에서 출력되는 4개의 서브셋 신호에 대한 4비트의 부호화비트에 의하여 비터비 디코딩을 수행한다. 이같은 비터비 디코딩은 인가되는 가지 평가량 및 경로메모리(Path Memory)를 이용하여 상기한 바와 같이 여러 경로 중에서 누적거리가 큰 것을 제거하면서 가장 작은 누적거리를 갖는 경로를 추적하여 복호하는 것이다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 비터비 디코더(20)는 비율(Rate)이 1/2이고 64 상태인 디코더를 이용한다.

전술한 소프트결정 방법에서 제시된 서브셋트 및 비부호화된 비트와, 부호화된 비트에 대한 수치는 발명의 이해를 돕기 위한 일예로서 설정된 값이다.

상기한 바와같이 본 발명은 신호대 잡음비가 적응양자화를 사용하여 디코딩하고, 작은 곳은 균일한 구간으로 디코딩 함으로써 디코딩 성능의 향상을 가져오며, 잡음의 평균 파우어가 0이 아닌 경우에도 들어오는 신호에서 잡음의 평균파워 값을 빼주어 적용할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 디지탈 변조 처리된 신호를 비터비 알고리즘에 의거하여 원래의 신호로 복원하기 위해, 상기 디지탈 변조 처리된 신호를 다수의 양자화 레벨로 양자화하는 소프트 결정 방법에 있어서; 상기 디지탈 변조 처리된 신호의 SNR을 검출하는 제1단계; 상기 검출된 디지탈 변조 처리된 신호의 SNR이 기설정된 임계 SNR보다 크면, 상기 다수의 양자화 레벨 간격이 불균일하게 설정된 양자화 레벨에 의거하여, 상기 디지탈 변조처리된 신호를 불균일 양자화하는 제2단계; 상기 디지탈 변조 처리된 신호의 SNR이 기설정된 임계 SNR보다 작거나 같으면, 상기 다수의 양자화 레벨 간격이 균일하게 설정된 양자화 레벨에 의거하여, 상기 디지탈 변조 처리된 신호를 균일 양자화하는 3단계; 상기 제2단계 또는 3단계에 의해 양자화된 신호의 메트릭을 계산하는 제4단계로 이루어짐을 특징으로 하는 적응 양자화를 이용한 소프트 결정방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제2단계의 불균일 양자화는 잡음분포를 가우시안 분포로 보고 실행하는 것을 특징으로 하는 적응양자화를 이용한 소프트 결정방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 불균일 양자화는 잡음 분포 표준편차의 두배인 2σ를 기준으로 하여 실행하는 것을 특징으로 하는 적응양자화를 이용한 소프트 결정 방법.
4. 제1항, 제3항에 있어서, 잡음 평균이 0이 아닌 경우 입력되는 신호에서 잡음의 평균 파워를 뺀값으로 양자화한 구간에 맞춰 메트릭을 계산함을 특징으로 하는 적응 양자화를 이용한 소프트 결정방법.