KR0159204B1 - 비터비 데이타 전송방식을 적용한 통신시스템에서의 데이터 전송방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 CDMA방식의 이동통신 시스템에서 데이타 전송속도를 가변하기 위한 방식에 관한 것으로 특히, 가변 데이터율을 갖는 통신 시스템에서 전송하고자 하는 소정비트의 데이터율 정보를 전송하고자 하는 입력정보와 함께 수신단에 전송하는 방법에 있어서, 순환길쌈 부호를 사용하여 현재 전송하고자 하는 소정 비트의 데이터율 정보를 전송하고자 하는 입력정보와 함께 부호화하여 수신단에 전송하는 제1과정과, 소정 비트의 데이터율 정보를 가능한한 빨리 복호하기 위해 순환길쌈부호의 부호화 블럭 크기를 Subframe단위로 조절하는 제2과정 및 상기 과정에서 생성된 심볼열을 수신하여 소정길이의 데이타 깊이만큼 지연된 시점에서 비터비 복호기에 의해 복호된 데이타율 정보를 이용하여 현재 프레임의 데이타 크기를 결정하고 나머지 정보비트를 복호하는 제3과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 비터비 데이타 전송방식을 적용한 통신시스템에서의 데이터 전송방법을 제공하며, n가지의 데이터 전송율을 사용하는 가변 데이터 전송 시스템의 경우 약 1/n의 비율로 비터비복호 계산량을 감소시킬 수 있으며, 정보 전송율의 추정오류가 발생할 지라도 이에 의한 파급 효과가 없어진다는 효과가 있다.

Description

비터비 데이타 전송방식을 적용한 통신시스템에서의 데이터 전송방법

제1도는 가변 데이터 전송율을 갖는 통신시스템의 실시 예시도.

제2도는 가변 데이터 전송율을 갖는 통신시스템에서의 다음 프레임의 데이터 전송율을 전송하는 경우의 예시도.

제3도는 가변 데이터 전송율을 갖는 통신시스템에서 데이터 전송율 정보를 전송하고자 하는 본 발명의 실시 예시도.

본 발명은 CDMA방식의 이동통신 시스템에서 데이타 전송속도를 가변하기 위한 방식에 관한 것으로 특히, 가변데이타 전송시스템에서 전송하고자 하는 데이터 전송률을 부호화하여 전송하므로써 수신단에서의 복호과정에 이를 활용할 수 있도록 하여 통신시스템의 구성을 보다 간소화하기 위한 비터비 데이타 전송방식을 적용한 통신 시스템에서의 데이터 전송방법에 관한 것이다.

일반적으로, 통신시스템에서는 전송하고자 하는 정보가 시간에 따라 그 발생정보의 양이 변화하게 된다.

예를 들어 음성신호의 경우, 화자의 음성신호는 음성부호화하기에 의해 부호화되는데, 이 음성신호에 유성음이 많은 경우와 무성음이 많은 경우에 대하여 각각 부호화의 결과가 달라지게 된다.

즉, 유성음이 많을수록 음성부호화기의 부호화 결과는 많은 데이터를 출력하게 되므로, 전송데이타의 정보량도 그에 따라 증가하게 되는 것이다.

또한, 일반적으로 인간이 발성하는 음성의 경우 유성음이 많은 구간과 무성음이 많은 구간, 그리고 음성이 전혀 존재하지 않는 구간등으로 구별될 수 있다.

그러므로, 근래에 들어 종전의 전송율 고정 방식을 개선하고자 음성신호 자체가 시간적 변화에 따라 정보의 양이 변화하는 특성을 이용하기 위한 가변 데이터율의 방식을 적용한 음성부호화기를 구성하기 위한 많은 방식들이 제안되었다.

상기와 같은 가변 데이타율을 적용한 음성부호화기의 사용은 그 부호화된 데이터의 발생율이 고정 데이타율을 적용하는 종전의 음성부호화기를 사용한 경우 보다 약60%정도의 데이터 감축효과를 가져오기 때문에 가변데이타율 음성부호화기를 사용하므로써 음성통신시스템에 커다란 이득을 얻을 수 있었다.

또한, 상기과 같은 가변 데이타율 방식을 적용하는 소스 코딩(Source Coder)의 사용 필요성은 비단 음성의 경우 뿐만이 아니라 영상신호등 자연계에서 발생하는 대부분의 정보원에서 발생되므로, 일정한 대역폭내에서 보다 많은 정보를 전송하고자 하는 통신시스템에서는 상술한 기능과 같은 가변 데이타율을 적용하는 부호화 방식의 사용이 절대적이라 할 수 있다.

그러나, 상기와 같은 가변 데이타율 방식의 부호화기를 사용하는 통신시스템에서 데이타의 송신시에 매순간 전송되는 데이터의 전송율을 정확하게 수신측으로 전송하여야 한다는 문제가 발생된다.

이때, 전송율이 정확하게 수신측으로 전송되지 않는 경우 또는 수신측에서 상기 전송율에 관한 정보를 틀리게 복호하게 되면 현재 전송되어온 데이터의 복원이 불가능할 뿐만 아니라 이로 인해 그 다음 프레임의 복호도 역시 불가능해 진다는 문제점이 발생된다.

또한, 수신측의 복호기를 상술한 바와같이 전송율이 불완전 할 경우를 대비하여 수신측에서는 가능한 모든 전송율로의 복호를 수행하여 송신단에서 전송한 전송율을 추정하도록 수신단의 복호기를 구성한다면, 복호기의 구조를 복잡하게 만들게 됨에 따라 유지보수에 어려움과 생산기술의 어려움이 따르게 된다는 문제점이 발생되었다.

상기에서 지적한 문제점들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 살펴보면, 우선 전송율을 전송하지 않는 경우에 대한 경우를 살펴보면 다음과 같다.

제1도는 길쌈부호기를 사용하는 일반적인 통신시스템의 경우를 예를 든것으로, 현재 우리나라의 디지탈 셀룰라 통신(Digital Cellular Communication)의 표준규격에서의 통신블록을 단순화 시킨 것이다.

여기서 부호화하고자 하는 한 정보프레임의 길이를 20msec로 정하고, 길쌈부호의 구속장이 8이며, 소스 부호기(Source Encoder)의 부호화율이 입력정보의 양에 따라 8kbps, 4kbps, 2kbps, 1kbps의 네가지 정보전송율로 부호화한다고 가정한다.

상기 블럭도에서 소스 부호기는 음성코드 알고리즘(Qualcomm Code Excited Linear Predication: QCELP)를 사용하여 상기의 네가지 데이터율로 부호화한다.

따라서, 각 전송율에 대한 한 프레임의 길이는 CRC(Cyclic Redundancy Check)비트와 길쌈부호기에서 필요한 꼬리 비트(Tail Bit)를 포함하여 각각 192bit, 96bit, 48bit, 24bit로 구성된다.

상기와 같이 소스 부호화된 데이터가 전송율(rate) 1/2인 길쌈부호기를 통과하고 나면 각각 384Symbol, 192Symbol, 96Symbol, 48Symbol로 변환된 후 변조기에 의해 변조되어 수신단으로 전송된다.

이후, 수신단에서는 먼저 수신된 심볼열을 복조한 후 비터비 복호기(비터비 Decoder)에 의해 복호되는 데, 이때 수신된 데이터의 전송율을 모르기 때문에 네가지 모두의 전송율에 대하여 복호해보고 각각에 대한 CRC비트를 검사하여 최종적으로 송신되어온 데이터의 전송율을 결정한다.

상기와 같은 과정에 의하여 결정된 전송율과 복호된 정보비트열을 소스 디코더에 입력시키므로써 음성을 복원하게 된다.

이때 수신단의 비터비 복호기는 각각 모든 가능한 정보전송율에 대하여 모두 복호를 해보고 CRC를 비교해 보아야만 송신프레임의 전송율을 결정할 수 있다.

이것은 비터비 복호기의 많은 복잡도를 요구하게되는 원인이 된되는 것이다.

반면에, 상기의 기술에서 발생될 수 있는 복호기의 구조상 발생되는 복잡도를 감소시키기 위해서 송신단에서 다음 프레임의 전송율을 현재 프레임에서 부호화하여 전송하는 경우를 살펴보자.

제2도는 제1도에 추가로 정보전송율을 전송하는 경우를 나타낸 것으로, 소스 부호기에 의해 한 프레임의 입력정보를 모두 부호화하고나서 CRC비트와 꼬리 비트를 첨가시킨다.

이때의 정보비트가 길쌈부호화되기 전에 소스 부호기에 의해 다음 프레임의 부호화 데이터율에 관한 정보를 받아서 길쌈부호화하고자 하는 정보열의 처음부분에 삽입시킨다.

이렇게 구성된 정보비트열은 제1도에서와 같이 부호화되고 변조되어 수신단으로 전송된다.

수신단에서는 복조의 과정을 거치고 난 후의 심볼열을 비터비 복호기의 입력으로 전달하는 데, 이때 비터비 복호기에서는 현재 프레임의 데이터 크기를 알아야 복호할 수 있다.

그러므로 이전 프레임에서 복호한 데이터 전송율(이것이 현재 프레임의 데이터 전송율임)을 사용하여 복호화며 이 복호과정에서 얻어진 다음 프레임의 데이터 전송율을 다음 프레임의 복호과정에서 사용한다.

이와같은 방법으로 송신단에서 다음 프레임의 데이터 전송율에 대한 정보를 부호화하여 전송하는 겨우 수신단에서 데이터전송율에 관한 정보의 오류가 발생하였을 때 다음 프레임 부터의 모든 프레임의 복호가 불가능해진다.

따라서, 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 목적은 비터비 복호기에서의 메모리량을 줄이고 복호성능을 거의 떨어뜨리지 않기 위해 항상 디코딩 깊이만큼만의 비트 복호지연이 존재한다는 사실에 창안하여 송신단에서 현재 프레임의 전송율에대한 정보를 수신단으로 전송하여주므로서 수신기의 복잡도를 간단히 하기 위한 비터비 데이타 전송방식을 적용한 통신시스템에서의 데이터 전송 방법데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 가변 데이터율을 갖는 통신시스템에서 전송하고자 하는 소정 비트의 데이터율 정보를 전송하고자 하는 입력정보와 함께 수신단에 전송하는 방법에 있어서, 순환길쌈부호를 사용하여 현재 전송하고자 하는 소정 비트의 데이터율 정보를 전송하고자 하는 입력정보와 함께 부호화하여 수신단에 전송하는 제1과정과; 소정 비트의 데이터율 정보를 가능한한 빨리 복호하기 위해 순환길쌈부호의 부호화 블럭 크기를 Subframe단위로 조절하는 제2과정; 및 상기 과정에서 조절된 첫번째 Subframe에서 복호된 데이터율 정보를 이용하여 그 다음의 모든 Subframe의 비터비 복호시에 이용하는 제3과정을 포함하는데 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다.

우선, 본 발명에서 사용되는 기술적 배경을 살펴보면, 비터비 복호기에서 데이터 전송율에 대한 정보의 복호기 발생될 수 있는 에러에 대처하기 위하여 채널 코덱의 기능으로 사용되는 종래 송신단측의 길쌈 부호화기를 순환길쌈 부호화기로 대치한다.

이때 사용되는 순환길쌈 부호화기는 종전의 길쌈 부호화기의 초기상태를 부호화하고자 하는 입력정보의 일부분으로 초기화하여 부호화하므로써 부호기의 초기상태를 부호화하고자 하는 입력정보의 일부분으로 초기화하여 부호화하므로써 부호기의 초기상태가 최종상태와 같도록 해주는 길쌈부호 방법이다(대한민국 특허출원번호 제93-16054호 참조).

즉, 순환길쌈부호기는 기존의 길쌈부호기가 2진 선형길쌈연산(Linear Convolution Operation)을 이용하는데 비해 순환길쌈부호기는 2진 순환 길쌈연산(Circular Convolution Operation)을 사용하는 것으로 추가의 꼬리 비트가 필요없으며 임의의 길이를 부호화 할 수 있다.

또한, 이의 복호방법은 일반적으로 기존의 복호방법에 비해 상당히 많은 계산량을 요구하나 참고자료로 제시한 선행특허에서 보는 바와 같이 기존의 복호 계산량에 비해 불과 10%정도의 추가의 계산량을 요구하는 복호방법에 개발되어 있다.

기존의 복호방법이 입력정보의 길이가 상당히 길 경우 비터비 복호기의 메모리를 절약하기 위해서 상당히 많은 양의 Traceback과정을 거쳐야 한다는 것을 고려하면 순환길쌈 부호의 복호방법에서는 입력정보의 크기를 그다지 크지않게 설정할 수 있기 때문에 한 부호화 블록을 복호하는데 단 한번의 Traceback연산만을 수행하면 되므로 오히려 전체적인 계산량은 감소될 수가 있다.

제3도에서는 본 발명에서 제안하는 방법에 의한 통신블록도이다.

여기서 부호화하고자 하는 한정보 프레임의 길이를 20msec로 정하고, 길쌈부호의 구속장이 8이며, 음성부호화기의 부호화율이 입력정보의 양에 따라 8kbps, 4kbps, 2kbps, 1kbps의 네가지 정보전송율로 부호화한다고 가정한다.

이 블록도에서 음성부호화기는 QCELP를 사용하여 상기의 네가지 데이터율로 부호화한다.

이 음성부호화기의 출력데이터의 앞부분에 현재의 음성부호화기의 부호화율에 관한 정보 2bit를 첨가하고 CRC(Cyclic Redundancy Check)비트와 길쌈부호기에서 필요한 Tail Bit를 뒤에 첨가하면 각 전송율에 대한 한 프레임의 길이는 각각 194bit, 98bit, 50bit, 26bit로 구성된다.

이렇게 구성된 데이터는 rate 1/2인 길쌈부호기를 통과하고나면 388Symbol, 196Symbol, 100Symbol, 52Symbol로 변환된 후 변조기에 의해 변조되어 수신단으로 전송된다.

수신단에서는 먼저 수신신호를 복조한다.

이때의 수신심볼이 길이는 388Symbol, 196Symbol, 100Symbol, 52Symbol중 어느 하나이다.

이 심볼열은 일단 처음 52개의 심볼을 Viterbi복호기의 입력으로하고 Viterbi복호기의 Decoding Depth를 24로 하여 복호를 수행한다.

즉, 처음 50개의 심볼이 입력되면 첫번째 비트가 복호되며, 52번째까지의 심볼이 Viterbi복호기에 입력되면 두번째 비트가 복호된다.

따라서 이 두개의 비트는 곧 현재프레임의 데이터 전송속도를 나타내므로 이 두비트로부터 현재 Viterbi복호기가 복호해야 하는 심볼열의 길이를 결정할 수 있다.

이때, Viterbi복호기에서의 Decoding Depth는 클수록 좋은 성능을 나타낸다.

일반적으로 이 Decoding Depth는 길쌈부호기의 구속장의 5배 이상으로 설정하면 전체적인 성능에 크게 영향 받지 않는다.

본 발명에서는 매 프레임마다 그때의 데이터 전송율 정보를 전송하여 주기 때문에 현재 프레임의 데이터 전송율이 잘못 복호되었다고 하더라도 현재 프레임에만 복호에러가 발생하며 다음 프레임의 복호에는 영향을 미치지 않게 된다.

즉, 제2도에 도시한 방법에서와 같은 데이터 전송율 복호 에러에 의한 연속적인 복호에러현상을 방지할 수 있다.

이와 같이 현재 프레임의 데이터 전송률을 송신단에서 전송하여 주면 수신단에서 이 정보를 아주 유용하게 활용할 수 있다.

특히 제1도에서와 같은 통신시스템에서는 모든 전송율에 대하여 Viterbi복호를 수행해야하기 때문에 많은 계산량이 필요하지만 본 발명에서의 계산량은 단 한가지의 데이터 전송율로의 Viterbi복호를 수행하면 된다.

따라서 n가지의 데이터 전송율을 사용하는 가변 데이터 전송 시스템의 경우 약 1/n의 비율로 Viterbi복호 계산량을 감소시킬 수 있으며, 정보 전송율의 추정오류가 발생할 지라도 이에 의한 파급효과가 없어진다.

Claims (1)

1. 가변 데이터율을 갖는 통신시스템에서 전송하고자 하는 소정 비트의 데이터율 정보를 전송하고자 하는 입력정보와 함께 수신단에 전송하는 방법에 있어서, 순환길쌈부호를 사용하여 현재 전송하고자 하는 소정 비트의 데이터율 정보를 전송하고자 하는 입력정보와 함께 부호화하여 수신단에 전송하는 제1과정과; 소정 비트의 데이터율 정보를 가능한한 빨리 복호하기 위해 순환길쌈부호의 부호화 블럭 크기를 Subframe단위로 조절하는 제2과정; 및 상기 과정에서 생성된 심볼열을 수신하여 소정길이의 데이타 깊이만큼 지연된 시점에서 비터비 복호기에 의해 복호된 데이타율 정보를 이용하여 현재 프레임의 데이타 크기를 결정하고 나머지 정보비트를 복호하는 제3과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 비터비 데이타 전송방식을 적용한 통신시스템에서의 데이터 전송방법.