KR100218680B1

KR100218680B1 - 길쌈부호화 방법

Info

Publication number: KR100218680B1
Application number: KR1019960055904A
Authority: KR
Inventors: 김진업; 백인기
Original assignee: 정선종; 한국전자통신연구원
Priority date: 1996-11-21
Filing date: 1996-11-21
Publication date: 1999-09-01
Also published as: KR19980037188A

Abstract

본 발명은 통신시스템에서 자주 사용되는 길쌈부호와 인터리버의 부호화 지연 및 메모리 수를 감축하는 기술에 관한 것으로, 통신시스템의 채널상에서 발생하는 에러를 보정하기 위해 길쌈 부호화를 수행한 후 인터리빙을 수행 함으로써 버스트 에러에 대한 정정 능력을 향상시키는 기존의 길쌈부호화 방법에 비해 인터리버의 기능을 인터리브된 길쌈부호화를 수행 함으로써 소요되는 메모리 양과 전송지연을 개선할 수 있는 길쌈부호화 방법이 제시된다.

Description

길쌈부호와 방법

본 발명은 길쌈부호화 방법에 관한 것으로, 특히 인터리버의 기능을 통합한 인터리브된 길씸부호화를 수행하여 기존의 길쌈부호를 사용함에 있어서 채널상의 버스트에러를 효율적으로 보정하기 위해 인터리버를 동시에 사용하는 경우 발생하는 전송지연 및 소요되는 메모리양을 개선할 수 있는 길쌈부호화 방법에 관한 것이다.

일반적으로 통신시스템에서는 채널상에서 발생하는 에러를 보정할 목적으로 채널 부호화 기법을 사용하게 된다.

도 1은 일반적인 통신시스템의 블록도이다. 소스 엔코더(Source Encoder) (2)는 두가지 종류로 나눌 수 있으며, 그중 하나는 정보열을 일정 길이의 블록(또는 프레임(Frame)이라고도 함) 단위로 나누어 부호화하는 블록 엔코더(Block Encoder)이고, 다른 하나는 인포메이션 소스(Information Source)(1)에서 발생하는 각 인포메이션 비트 시퀀스(Information Bit Sequence)를 차례대로 부호화하는 시퀀셜 엔코더(Sequential Encoder)이다. 소스 엔코더(Source Encoder)(2)는 입력되는 정보를 가능한한 적은 비트로 표현하는 것을 목적으로 하기 때문에, 블록 내의 각 샘플 사이의 상관성을 제거할 수 있는 블럭 소스 엔코더(Block Sorce Encoder)가 시퀀셜 소스 엔코더(Sequential Source Encoder)에 비하여 일반적으로 데이터 감축효과가 크다. 그러나, 블럭 단위로 부호화하는 블럭 엔코더(Block Encoder)는 그 자체로 한 블럭 크기의 부화화 지연을 가지고 있다. 즉, 한 블럭의 정보가 모두 발생되어 소스 엔코더(Source Encoder)(2)에 입력될 때까지 소스 엔코딩(source Encoding)을 완료할 수 없게 된다. 이와는 달리 시퀀셜 엔코더(Sequential Encoder)에서는 이와 같은 부호화 지연이 발생하지 않으나 데이터 감축효과가 떨어진다. 이러한 소스 엔코더(Source encoder)(2)의 출력은 전송채널상에서 에러가 발생할 경우 이를 보정할 수 있는 기능을 부여하기 위하여 채널부호화 과정을 거치게 되는데 이때 길쌈부호방법을 많이 사용하게 된다. 길쌈부호 방법은 그 부호화 방법이 간단하며 랜덤한 채널에러에 대하여 그 정정 능력이 우수하기 때문에 그 에러 정정능력이 떨어지는 단점을 가지고 있다. 이러한 길쌈부호기의 단점을 개선하기 위하여 부호기의 출력에 인터버리를 사용한다. 인터리버를 사용하는 기술은 채널상에서의 버스트에러를 랜덤에러로 변환시켜주기 위한 것으로 블럭 인터리버(4)와 컨벌루션(Convolutional) 인터리버의 두가지 종류가 있다. 설명되지 않은 도면부호 3은 채널 엔코더, 5는 모듈레이터, 6은 채널, 7을 디-모듈레이터 8은 블럭 -인터리버, 9는 채널 디코더, 10은 소스 디코더, 11은 인포메이션 싱크를 각각 나타 낸다.

도 2에는 블럭인터리버를, 도 3에는 컨버루션(Convolutional) 인터리버를 도시하였다. 도 2의 블럭(Block) 인터리버의 동작은 먼저 인터리버에 입력되는 데이터를 로우(Row) 방향에 따라 차례대로 메모리에 적어두고, 모든 데이터가 메모리에 입력되면 다시 컬럼(Column) 방향에 따라 읽어내므로써, 인터리버에 입력되는 데이터의 순서를 인터리빙하게 된다. 도 3에서의 컨벌루션(Convolutional) 인터리버는 인터리버의 입력데이타를 차례대로 멀티플렉싱(Multiplexing)(12)/메모리(13)/디멀티플렉싱(Demultiplexing)(14) 시키므로써 인터리버의 입력을 인터리빙시킨다. 일반적으로 블럭(Block) 인터리버는 한 블록 크기만큼의 메모리가 필요하며 모든 블럭데이타가 부호화가 될 때까지 그 다음의 처리를 수행하지 못하므로써 지연이 발생하게 된다. 블럭(Block) 인터리버는 컨벌루션(Convolutional) 인터리버에 비하여 두배의 전송지연을 갖게 되지만 구현이 용이하기 때문에 컨벌루션(Convolutional) 인터리버 보다 자주 사용된다. 그러므로, 블럭(Block) 인터리버를 사용하는 길쌈부호의 경우 한 블록 크기 만큼의 부화화지연이 발생하며 블럭(Block) 크기 만큼의 심볼열을 저장해 둘 메모리가 필요하다.

이러한 기존의 방법에서 발생한 모든 소요 메모리 수와 전송지연에 관한 문제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 길쌈부호화된 출력심볼을 인터리빙하는 기존의 방법 대신, 길쌈부호 방법을 수정하여 블럭인터리버의 기능을 포함하도록 하므로써 기존의 방법과 같은 효과를 가지면서 전송지연 및 소요 메모리 수를 감소시킬 수 있는 길쌈부호화 방법을 제공 하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 뒤한 본 발명에 따른, 갈쌈부호화 방법은 길쌈부호기의 구속장이 k 라고 할 때 1 보다 큰 적정 길이의 시프트 레지스터를 k-1개 사용하고, 상기 시프트 레지스터의 출력을 또 다른 시프트 레지스터의 입력으로 하여 각 시프트 레지스터의 최상위 비트(MSB)로만 이루어지는 비트들에 대해 길쌈부호화 하도록 하는 것을 특징으로 한다.

제1도는 본 발명이 적용되는 통신 시스템의 블록도.

제2도는 블록(Block) 인터리버의 예시도.

제3도는 컨벌루션(Convolutional) 인터리버의 예시도.

제4도는 본 발명에 따른 길쌈부호화 방법을 설명하기 위해 도시한 인터리브된(Interleaved)길쌈부호기의 구성도.

제5도는 길쌈부호기와 인터리버의 구성을 나타낸 예시도.

제6도는 본 발명에 따른 인터리브된(Interleaved) 길쌈부호기의 예시도.(Interleaved Orpdered Input), (2, 1, 3) Convolutional Code, g =5, g =7

제7도는 본 발명에 따른 인터리브된(Interleaved)길쌈부호기의 또다른 예시도.(Normal Ordered Input), (2, 1, 3) Convolutional Code, g =5, g =7

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 인포메이션 소스 2 : 소스 엔코더

3 : 채널 엔코더 4 : 블록 인터리버

5 : 모둘레이터 6 : 채널

7 : 디-모듈레이터 8 : 블록 디-인터리버

9 : 채널 디코더 10 : 소스 디코더

11 : 인포메이션 싱크 17 : 1/2 컨벌루션 코드

15 및 16 : 제 1 및 제 2 블록 인터리버

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명에 따른 길쌈부호화 방법을 설명하기 위해 도시한 인터리브된(Interleaved) 길쌈부호기의 구성도이다.

도 4의 작용을 설명하기 위하여 한 블록 데이터의 크기를 L, 길쌈부호기의 구속장을 K, 길쌈부호기의 부호율을 1/2, 블록인터리버의 크기를 2R × N이라 하자. 이때 길쌈부호기의 꼬리비트는 K-1개의 0비트가 필요하므로 이들 변수사이에는 다음의 관계식이 성립한다.

L+K- = R × N

즉 길쌈부호기가 부호화하여야 할 정보비트의 수는 L+K-1비트이며, 부호화한 후의 심볼수는 2(L+K-1)이다. 이때 정보비트열을 U=(U₁,U₂,U₃. . . . , U_L+K-1)로 표시하며, 길쌈부호기의 출력인 블럭심볼열을 (V₁, W₁, V₂, W₂, V₃, W₃, . . . ., V_L+K-1, W_L+K-1,)라 하자. 일반적으로 블럭인터버리의 크기는 가로와 세로의 크기가 같은 정방형태의 메모리를 사용하는 것이 가장 효과적이나 실제적으로는 메모리의 어드레싱(Addressing)을 용이하게 하기위해 어느 한 쪽 변의 크기를 2의 지수승이 되도록 구성하는 것이 일반적이다. 여기서 정방형의 메모리를 사용하는 것이 유리한 이유는 이와같이 구성할 경우에 원래의 심볼열에서의 인접한 심볼사이의 거리가 인터리빙한 후에 가장 멀리 떨어질 수 있기 때문이다. 그러므로 일반적으로 블럭인터리버의 한쪽변의 크기는 짝수가 된다. 본 발명에서는 위의 예를 보다 쉽게 설명하기 위하여 도 5에서 보여진 바와같이 R×N 크기의 메모리를 두 개 사용하는 것으로 가정한다. 이 그림에서 윗쪽 신호선의 제1 블럭 인터리버(15)는 하나의 길쌈부호 생성 다항식에 의한 출력심볼을 인터리빙하며, 다른 하나의 제2 블럭 인터리버(16) 나머지 길쌈부호 생성 다항식에 의한 출력심볼을 인터리빙하는 것으로 가정한다. 실제적으로 부호율 1/2인 길쌈부호기(17)의 출력을 도면과 같이 두 개의 신호선으로 구분하여 시스템을 구성하는 경우가 많다. 이럴 경우 각 출력신호선은 각각 독립적인 R×N 크기의 블럭 인터리버를 사용할 수 있다. 이들 각 신호선에서의 블럭 인터리버는 도 2와 같은 방벙으로 인터리빙 된다.

도 5에서 길쌈부호기의 생성 다항식이 1+D+D², 1+D²인 경우를 예로들면, 기존의 길쌈부호기와 블럭 인터리버가 통합된 기능은 도 4의 길쌈부호기를 사용하여 도6 과 같이 간단히 구성될 수 있으며, 그 출력심볼열은 도 5의 경우와 같아진다.

기존의 방법에서는 길쌈부호화한 결과를 인터리빙하는데 반하여, 본 발명에서의 인터리브된(Interleaved) 길쌈부호기는 입력정보 비트열을 인터리빙한 후 길쌈부호화를 수행하는 결과를 가진다. 이때 소스 엔코더(Source encoder) 로써 블럭 엔코더(Block Encoder)를 사용할 경우 입력정보 비트의 인버리빙에는 아무런 코팅(coding)지연을 갖지 않는 결과를 가진다. 즉 블럭 엔코더( block Encoder)의 출력이 한 블럭(Block)의 데이터를 동시에 출력하기 때문에 단지 데이터의 읽는 순서만 조정하여 길쌈부호화를 수행할 수 있기 때문이다. 또한, 길쌈부호화를 수행하는데 필요한 시프트 레지스터 역시 소스 엔코더(Source encoder)의 출력데이타를 저장해 두기 위한 메모리를 사용할 수 있기 때문에 추가의 메모리 소요는 없다.

이와 같이 입력종보역(U)의 순서를 재구성하여(인터리빙하여) 길쌈부호화하는 경우, 재구성된 새로운 입력정보열(U)을 또다른 입력정보로 볼 수 있으므로 결코 원래의 입력정보열(U)을 그대로 도 4의 길쌈부호기를 통하여 부호화하여도 채널상에서의 버스트에러를 정정할 수 있는 능력이 발생한다. 이 경우에는 수신단에서 비터비(Viterbi) 복호를 수행한 후의 정보열의 순서가 인터리빙된 순서로 되어 있기 때문에 원래의 순서로 디인터리빙해 주어야 하며, 이를 위한 추가의 디인터리빙 지연 및 소요 메모리는 없다. 그 이유는 비터비(viterbi) 복호기가 한 블럭 크기의 정보 비트를 동시에 출력하기 때문이다. 그러므로 도 4 및 6과 같이 입력정보 비트열을 추가의 메모리없이 인터리빙하여 길쌈부호화는 방법은 도 7에 보인 바와같이 원래의 입력정보비트열(U)을 차례대로 부호화할 수 있으며, 이 경우 비터비(Viterbi) 복호를 수행한 후에 복호된 정보비트열을 원래의 순서로 디인터리빙 해주어 출력하는 것과 같다.

이상에서 설명한 본 발명의 부호화 과정을 보이기 위한 예로써, 한 블럭의 크기가 190비트, 구속장 K=3, 블럭인터리버의 크기가 24×16, 길쌈부호기의 생성 다항식이 1+D+D², 1+D²인 부호율 1/2 길쌈부호기를 사용하는 경우를 보자.

이 경우 본 발명에 따른 길쌈부호화 방법중 송신시에 정보비트를 인터리빙하는 방법은,

1. K-1=2 개의 0 비트를 정보비트의 앞에 추가하여 192 비트의 정보를 생성한다.

2. 192 비트의 정보를 16×12인 메모리에 도 4와 같은 순서로 배열한다. 이때이 메모리의 시프트특성은 도 4와 같이 순환시프트되는 것으로 한다. 혹은, 길쌈부호기 생성 다항식에 의한 컨벌버( Convolver)를 시프트 하므로써 수행할 수도 있다.

3. 192 비트의 정보를 모두 보호화하고 난 후의 결과는 원래의 결과와 동일하다.

또다른 방법으로 원래의 입력정보열을 인터리빙하지 않고 수신시에 디인터리빙하는 방법은,

1. K-1=2 개의 0 비트를 정보비트의 처음부터 시작하여 16번째마다 삽입하여 192개의 비트를 생성한다. 즉, 본 예에서는 첫 번째 비트와 17 번째 비트에 0 비트를 삽입한다.

2. 이 192 비트를 16×12인 메모리에 차례대로 배열한다. 즉, 도 4에서의 배열 방법과는 달리 컬럼(Column) 방향으로 차례대로 배열한다. 이때 이 메모리의 시프트 특성은 도 4와 같이 시프트되는 것으로 한다. 혹은, 길쌈부호기 생성 다항식에 의한 컨벌버(Convoler)를 시프트 하므로써 수행할 수 있다.

3. 수신단에서는 기존의 방법과 같이 디인터리버를 수행하고 비터비(Viterbi)복호를 수행한다. 이때 비터비(Viterbi) 복호되는 매 비트는 16×12인 메모리에 로우(row) 방향으로 저정해 나가며 한블럭의 그리고 복호데이타를 출력할 때는 컬럼(Column) 방향으로 출력하는 복호된 심볼열을 디인터리빙을 수행한다.

이러한 방법으로 길쌈부호화를 수행할 경우 소요되는 메모리의 크기는 블록 소스 엔코딩(Block)을 위하여 필요한 블럭 크기 메모리만 필요하면 인터리빙에 필요한 추가 메모리가 없다. 또한 블록 소스 엔코더(Block Source Encode)가 (Block) 단위로 데이터를 출력하기 때문에 이 출력된 데이터는 메모리에 저장되어야 하며 이것은 기존의 방법에서도 동일하다. 따라서, 전체적으로 기존의 방법이 블럭 소스 엔코더(Block Source Encoder)의 출력에서 한 블럭 크기의 메모리가 소요되며 또한 길씸부호화한 후에도 한 블럭 크기만큼의 부호 심볼을 저장해 둘 메모리가 추가로 필요한 반면, 본 발명에서 소요되는 메모리는 블럭 소스 엔고더(Block Slource Encoder)의 출력에서 한블럭 크기의 메모리를 인터리브된(Interleaved) 길쌈부호기에서 재 사용할 수 있기 때문에 한 블럭 크기의 정보비트를 정도의 메모리만으로 충분하다. 즉 한 블럭(Block)만큼의 부호심볼을 저장할 만큼의 메모리를 절약할 수 있다.

또한, 기존의 방법에서 인터리빙을 완전히 수행한 후에야 다음의 데이터 처리과정을 수행할 수 있기 때문에 발생하는 프로세싱(Processing)지연 역시 본 발명에서는 완전히 제거할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은 소스 엔코더(Source Encoder)가 입력정보열을 블럭단위로 나누어 보호화하는 블럭 엔코더(Block Encoder)인 경우를 예로 들었으나, 시퀀셜 엔코더(Sequential Encoder)인 경우에도 비교적 적은 메모리와 적은 부호화 지연으로 구현이 가능하다. 이 경우에는 부호화 및 인터리빙에서 발생하는 지연 및 메모리 소요량을 개선하기 위하여 원래의 인포메이션 시퀀스(Information Sequence)의 순서대로 인터리브된(Interleaved) 길쌈부호기로 부호화 한다. 이렇게 부호화를 수행할 때 소요되는 지연 및 소요 메모리수는 인터리브된(Interleaved) 길쌈부호기의 초기치를 설정하는데 필요한 지연 및 메모리수와 동일하다. 이러한 시퀀셜 엔코더( Sequential Encoder)인 경우의 구현 방법은 도 6에서의 정보비트열 순서를 원래의 순서대로 재구성 하므로써 가능하며 도 7에 보인 바와 같다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 인터리버의 기능을 통합한 인터리브된 길쌈부호화를 수행하로써, 기존의 길쌈부호화 및 블럭 인터리버 방법에 비하여 소요되는 메모리의 양을 상당량 감축시킬 수 있으며, 그 감축량은 기존의 방법에서 소요되는 인터리버의 크기에 해당한다. 또한, 기존의 방법에서 인터리빙을 수행할 때 인터리버의 입력 부호심볼이 모두 입력될 때까지 인터리버의 출력을 얻을 수 없는 반면에 본 발명에서는 이러한 지연을 완전히 제거하였다.

Claims

길쌈부호기와 블럭 인터리버를 동시에 사용하는 통신 시스템에 있어서, 길쌈부호기의 구속장이 K라고 할때 1보다 큰 적정 길이의 시프트 레지스터를 K-1개 사용하고, 상기 시프트 레지스터의 출력을 또 다른 시프트 레지스터의 입력으로하여 각 시프트 레지스터의 최상위 비트(MSB)로만 이루어지는 비트들에 대해 길쌈부호화 하도록 하는 것을 특징으로 하는 길쌈부호화 방법.
제1항에 있어서, 상기 시프트 레지스터는 메모리를 사용하고, 길쌈부호기의 컨벌버를 상기 메모리상에 시프트 시켜 길쌈부호화 하는 것을 특징으로 하는 길쌈부호화 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 길쌈부호기는 입력정보 비트열을 입력으로하여 수신단에서의 복호기 출력을 디-인터리빙하여 복호 하도록 하는 것을 특징으로 하는 길쌈부호화 방법.