KR100344605B1 - 배드 프레임 검출기 및 터보 디코더 - Google Patents

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Abstract

불연속 송신 모드에서 동작할 수 있는 수신기용 윈도우 에러 검출기는, 소프트 출력을 생성하고 윈도우 에러 신호를 발생시키는 소프트 디시전 디코더(soft decision decoder)(210)를 포함한다. 검출기(214)는 상기 소프트 디시전 디코더에 결합되어, 윈도우 에러가 배드 프레임 임계값을 초과하는 경우에 배드 프레임을 검출하는데, 여기서 임계값은 불연속 송신 모드에 기초하여 변경된다. 수신기용 터보 디코더(210)는 소프트 디시전 디코더와 이 소프트 디시전 디코더에 결합된 윈도우 에러 검출기(214)를 포함한다. 윈도우 에러 검출기는 배드 프레임 표시를 발생시킨다. 터보 디코더는, 윈도우가 배드 프레임을 표시하지 않는다는 것을 윈도우 에러 검출기가 검출하면, 윈도우와 관련된 데이터의 반복 처리를 중단하게 한다.

Description

배드 프레임 검출기 및 터보 디코더{BAD FRAME DETECTOR AND TURBO DECODER}
본 발명은 배드 프레임 검출기 및 터보 디코더에 관한 것이다.
무선 전화(radiotelephone)에서 양호한 통화 품질을 유지하기 위해서는, 무선 수신기(radio receiver)가 음성 프레임의 품질에 대한 표시를 음성 디코더에 제공해야 한다. 이러한 2진 표시는 다음 사항들을 고려해야 한다: 비 트래픽 채널 입력(non-traffic channel input)(잡음 또는 제어 채널)은 항상 "불량(bad)"으로 검출되고, 고 신호 대 잡음비(SNR) 트래픽 채널 입력(high signal-to-noise ratio traffic channel input)은 항상 "양호(good)"로 검출되며, 보정 가능한 트래픽 채널 프레임의 대다수는 "양호(good)"로 검출됨.
이러한 기준들을 충족시킴으로써, 음성 디코더에 의한 고도의 뮤팅(muting) 및 음성 외삽(muting and speech extrapolation)을 회피할 수 있다. 이에 더하여, 이들 요구 조건을 충족하는 수신기는, 이동 통신 글로벌 시스템(global system for mobile communication: GSM), IS-136, IDEN, 또는 다른 디지털 통신 시스템과 같은 시스템의 사양에 따라 동작할 것이다. 그러나, 이들 기준을 충족시키는 것은 어렵다고 알려져 있다.
음성 프레임의 품질을 모니터링하는 한가지 유익한 방법은 소프트 디시전 디코더와 관련된 윈도우 에러 검출(window error detection)을 사용하는 것이다. 예를 들어, 비터비 이퀄라이저(Viterbi equalizer)의 소프트 디시전 출력은 배드(bad) 프레임을 검출하는 데 이용될 수 있다. 1993년 7월 20일 윈터(Winter) 등에 허여된 발명의 명칭이 "DECODER FOR CONVOLUTIONALLY ENCODED INFORMATION"인 미국 특허 제5,229,767호는, 디코더로부터의 소프트 정보를 이용해서 배드 프레임을 검출하여, 프레임을 제거할 지의 여부를 결정하는 디코더를 개시하고 있다.
수신기의 성능을 향상시키는 한가지 방법은, 소위 "터보 디코딩(turbo decoding)"을 제공하는 것이다. 터보 디코더는 프레임의 향상된 디코딩을 제공하기 위해 반복 처리를 이용한다. 이들 디코더에서는, 반복 처리를 언제 멈추게 할 것인지를 결정하는 것이 어렵다. 재반복하는 디코딩을 정지시키는 데 사용되어 온 하나의 기술은, 디코딩된 값들이 더이상 변하지 않을 때 (즉, 비트들이 논리 1과 논리 0 사이의 전환을 정지할 때) 정지시키는 것이다. 터보 디코더의 반복을 멈추게 하는 때를 결정하는 다른 공지된 방법은 주기적 중복 검사(cyclical redundancy check: CRC)를 이용하는 것이다. 비트가 프레임에 추가되어 터보 디코딩용 에러 표시를 제공한다. 재반복 처리는 에러 중복 비트(error redundancy bits)가 에러의 존재를 더이상 표시하지 않을 때 종료된다. 또 다른 방법은 고정된 횟수 (예를 들어, 10회)의 반복을 사용하는 것이다. 상기한 방법들은 각각 단점이 있다. 터보 디코딩 CRC 비트를 사용하는 경우, 터보 디코딩을 위해 부가적 비트가 데이터 프레임에 가산된다. 이것은 데이터에 오버헤드(overhead)를 부가한다. 다른 두 방법은 처리 자체에 오버헤드를 부가하므로, 처리 자체에 의해서 많은 반복이 필요하게 된다.
따라서, 디코딩과 에러 검출을 개선시킬 필요가 있다.
본 발명은 개선된 윈도우 에러 검출기 및 개선된 터보 디코더를 제공한다. 개선된 윈도우 에러 검출기는 불연속 송신 상태에 관한 정보를 이용하여, 배드 프레임 검출기 임계값을 변경시킨다. 이에 따라, 불연속 송신 모드에서는 임계값을 보다 엄격(tight)하게 하고, 비불연속 송신 모드에서는 임계값을 보다 느슨(loose)하게 한다.
개선된 터보 디코더는 윈도우 에러 검출기 정보를 이용하여, 언제 디코딩 반복을 중단할 것인지를 결정한다. 특히, 윈도우 에러 검출기가 프레임이 불량이 아닌 것을 검출하면, 터보 디코더는 윈도우와 관련된 데이터의 반복 처리를 중단해도 되는지의 여부를 결정한다. 이에 따라, 주기적 중복 검사에서와 같이 잉여 비트를 사용하지 않고서, 허용가능한 디코딩된 프레임의 표시를 제공할 수 있다. 또한, 고정된 횟수의 반복 후에만 정지하는 터보 디코더에서와 같이, 반복 프로세스가 더 이상 필요하지 않을 때 이후에는 반복되지 않는다. 또한, 불연속 송신 정보를 이용하면, 프레임이 디코딩될 수 있는 지점에서 보다 초기에 컷오프를 제공할 수 있으므로, 값이 더이상 변화하지 않을 때까지 반복을 계속하는 터보 디코더에 비해 유리하다.
적은 프레임들이 송신되는 경우에는, 불연속 송신 모드용으로 터보 디코더가 유리하다. 터보 디코더는 보다 잘 동작하여, 디코딩가능한 프레임이 발생되는 것을 보장한다. 이로써, 품질이 개선된 신호를 지역 통화자에게 제공할 수 있다.
도 1은 트랜시버를 예시하는 회로의 개략적인 블록도.
도 2는 디코더를 예시하는 회로의 개략적인 블록도.
도 3은 윈도우 에러 디코더를 예시하는 회로의 개략적인 블록도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
202 : 하드 디시전
202 : 디인터리버(deinterleaver)
206 : 비트 재배열기(bit reorderer)
208 : 음성 디코더
210 : 소프트 디시전 디코더
트랜시버(100) (도 1)는 통신 링크(101)로부터 신호를 수신하는 안테나(102)를 포함한다. 예시된 장치는 무선 통신을 위한 트랜시버이나, 이 장치는 위성 전화, 지상선 전화와 모뎀, 혹은 디지털 정보를 통신하는 임의의 장치같은 다른 통신 장치들에서 적용예를 찾을 수 있음을 알 수 있을 것이다. 수신기(103)는 안테나로부터 데이터를 수신하여 처리하고, 디지털 신호 프로세서(104)로 정보를 출력한다. 디지털 신호 프로세서는 메모리(106)에 저장된 프로그램을 사용하여 데이터 시퀀스를 변환한다. 수신된 음성 신호는 디지털-아날로그 변환기(107)에서 아날로그 신호로 변환되고, 증폭기(108)에서 증폭되어 스피커(109)를 구동한다.
송신될 신호는 마이크로폰(120)에 의해 검출되고, 증폭기(121)에서 증폭되고, 아날로그-디지털 변환기(122)에서 디지털 신호로 변환된다. 디지털 신호는 디지털 신호 프로세서(104)에 입력된다. 송신기(124)는 에어 링크(101)를 통해 송신 신호를 생성시킨다.
트랜시버(100)는 연속 송신 모드 혹은 불연속 송신 모드에서 동작할 수 있다. 불연속 송신 모드에서는, 트랜시버(100)가 동작하는 무선 송신 시스템의 데이터 용량은, 본 기술 분야에 공지된 바와 같이, 보다 적은 정보를 송신하는 원격 사이트 (예를 들어, 기지국)에 의해 증가된다. 따라서, 예를 들면, 음성간의 간격은 원격 사이트에 의해 송신되지 않는다. 예를 들면, 시분할 다중 접속(time division multiple access : TDMA) 시스템에서는, 정보가, 연속 모드에서는, 장치(100)에 전용되는 각 시간 슬롯마다 통신되지만, 불연속 모드에서는, 음성이 있는 타임 슬롯에서만 통신된다. 디지털 신호 프로세서(104)는 종래 방식으로 이 불연속 송신 모드를 식별한다.
데이터를 디코딩하기 위해, 전송 링크(101)로부터 수신된 정보는 임의의 디인터리버(deinterleaver)(202) (도 2)에 의해 디인터리빙된다. 당업자들은, 데이터 송신 전에 데이터가 인터리빙되지 않았으면, 디인터리버가 필요하지 않다는 것을 알 수 있을 것이다. 디인터리빙된 코드화되지 않은 데이터는 하드 디시전 회로(204)에서 처리되어, 임의의 재배열기(reorderer)(206)에서 재배열된다.
소프트 디시전 디코더(210)는 엔코딩된 데이터를 디코딩하기 위해 사용된다. 소프트 디시전 디코더는, 소프트 출력 비터비 이퀄라이저 또는 최대 후속 디코더(maximuma posterioridecoder), 부최적 변화(suboptimal variations) 등과 같은, 소프트 출력을 생성하는 임의의 소프트 디시전 디코더에 의해 제공될 수 있다. 또한, 이 디코더는 하드 디시전 회로(204) 없이 사용될 수 있다. 이 디코더는 터보 디코더일 수 있다. 데이터는 콘볼루셔널(convolutional) 코드화 혹은 블록 코드화될 수 있다.
소프트 디시전 디코더(210)의 출력이 비트 재배열기(206)에 입력된다. 또한 소프트 디시전 디코더(210)로부터의 정보가 윈도우 에러 검출기(214)로 제공된다. 윈도우 에러 검출기(214)는 디코더의 소프트 디시전 정보에 응답하고 입력(222)의 불연속 송신 신호에 선택적으로 응답하여 정보를 분석함으로써, 배드 프레임을 검출한다. 이 불연속 송신 신호는 소프트 디시전 디코더(210)용 터보 디코더와 함께 또는 터보 디코더 없이 유용하게 사용될 수 있다. 이 소프트 디시전 디코더가 터보 디코더가 아니면, 윈도우 에러 검출기(214)로부터 소프트 디시전 디코더(210)로의 피드백은 요구되지 않는다. 마찬가지로, 소프트 디시전 디코더(210)용 터보 디코더는 불연속 송신 정보와 함께 또는 불연속 송신 정보 없이 윈도우 에러 검출기를 사용할 수 있다.또한 소프트값 검출기(216)는 비신뢰 프레임(unreliable frame)을 검출하기 위해 사용될 수 있다. 윈도우 에러 검출기(214)로부터의 배드 프레임 표시 및 소프트값 검출기(216)로부터의 비신뢰 프레임은 표시는 음성 디코더(208)에 입력된다. 디코더로부터의 음성 신호들이 전달되어 스피커(109) (도 1)를 구동한다. 도 2의 소프트 디시전 디코더(210)와 윈도우 에러 검출기(214)는 디지털 신호 프로세서 내에 구현되며, 이는 마이크로 프로세서, 마이크로 컴퓨터, 디지털 신호 프로세서 등으로 구현될 수 있다.
도 3을 참조하면, 윈도우 에러 검출기(214)는 소프트 디시전 디코더(210) 내의 디코딩된 비트 가능성으로부터 입력을 얻는다. 제1 실시예에서, 남아있는 메트릭(surviving metric)의 경로 메트릭 (즉, 선택된 디코더를 통한 경로)과 최상의 제거된 경로(best deleted path)간의 차이가 Li로 출력된다. 더 큰 경로 매트릭 차는 보다 신뢰성있는 디코더 출력에 대응한다. 달리 말하면, 선 경로와 다음의 최상 경로간의 차가 커질수록, 경로는 더욱 신뢰할 수 있는 것으로 판단된다.
마지막 25개의 경로 메트릭값을 이용해서, 이들중 가장 최소인 값을 최소값 검출기(312)에서 신뢰도 팩터(reliability factor)로 선택한다. 또한, 쉬프트 레지스터(314)와 합산기(summer)(316)을 사용하여 사전에 선택된 12개의 최소 신뢰도 팩터들의 합계를 생성한다 장기 측정 간격(long term measurement interval)은, 하나의 양호한 음성 프레임을 포함할 것 같은 음성 프레임의 최소 간격으로 간주되는 12로 선택된다.
다음의 기준들로 표현되고, 도 3의 블록(318) 내의 그래프로 예시되는 배드 프레임 임계값이 프레임 검출기 내에 세팅된다.
신뢰도 팩터가 임계값 T1보다 클 때, 입력 프레임은 양호(good)로 표시된다.
신뢰도 팩터가 임계값 K1보다 작을 때, 입력 프레임은 불량(bad)으로 보고된다.
12개의 최소값의 합계가 임계값 K2보다 작을 때, 입력은 불량으로 식별된다.
신뢰도 팩터와 12개의 최소값의 합계간의 관련도가 T2보다 작을 때, 입력 프레임은 불량으로 검출되고,
어떤 경우든, 프레임은 양호한 것으로 검출된다.
임계값 T1과 T2는 트랜시버가 불연속 송신 모드(DTX)에 있는지의 여부에 대한 판정에 따라 변동한다. 불연속 송신 모드의 경우에는, 음성 디코더를 양호한 프레임으로서 통과하는 배드 프레임의 퍼센테이지를 낮추기 위해 엄밀한 임계값을 이용한다. 예시된 실시예에서, 배드 프레임 표시가 빗금친 부분에서 발생한다. 연속 송신 모드의 느슨한 임계값(T1)은 37로 세팅된다. 불연속 송신 모드의 엄밀한 임계값(T2)은 65로 세팅된다. 만약 Li의 합계가 100(K2) 이하라면, 프레임은 불량으로 검출된다. T2에 대해, 기울기가 4로 선택되고, 곡선(T2)의 임계값은 ΣLi = 168+4*Li 로 선택된다. K2는 1이다.
또한, 입력 음성 프레임이 제어 정보를 포함하는 것으로 알려지면, 최소값은 최소값 검출기(312)에서 0으로 세팅되고, 음성 프레임은 배드 프레임 검출기(318)에 의해서 불량 (출력에서 배드 프레임 표시를 생성)으로 검출된다. 이는 윈도우 에러 검출기(214)가 제2 기준 (즉, 마지막 12개의 최소값의 합계)을 사용해서 양호한 채널을 잘못 표시하는 것을 방지한다. 그러면, 음성 디코더는 이 프레임을 비음성 프레임으로 처리한다.
알 수 있는 바와 같이, 불연속 송신 모드(DTX)에서는, 배드 프레임을 검출하기 위한 임계값이 블록(318) 내의 오른쪽으로 이동되어, 프레임이 양호한 프레임으로서 통과되기 어렵게 한다. 이는, 불연속 송신 모드 중에, 그렇지 않았으면 송신되었을 몇개의 프레임이 송신되지 않기 때문에, 중요하다. 따라서, 그렇지 않았으면 송신되었을 신호를 대신해서 어떤 것도 원격 사이트에 의해 송신되지 않는다. 이것은 통신 시스템의 용량을 증가시키기 위해 시스템 간섭을 줄이도록 수행되는 것이다. 비송신 신호와 관련된 프레임들이 수신되지 않고 음성 신호로서 디코딩되지 않다는 점에서 중요하다. 배드 프레임 검출기(318)의 배드 프레임 임계값을 더 크게함으로써, 비송신 신호와 관련된 프레임들이 음성으로 검출되어 디코딩될 가능성이 작다.
소프트 디시전 디코더(210)용 터보 디코더를 사용함으로써 양호한 프레임으로 검출될 때까지 프레임들을 반복해서 재처리하는 것이 가능해진다. 윈도우 에러 검출기(214)는 반복 처리를 언제 멈출 것인가를 결정하는 데 특히 유용한 방법을 제공한다. 바람직하게는, 반복 횟수는 10회 등의 최대값으로 세팅된다. 반복 처리는 윈도우 에러 검출기가 더 이상 배드 프레임을 검출하지 않을 때까지, 또는 허용된 최대 반복 횟수에 도달할 때까지 반복될 것이다. 통신 시스템이 강한 채널(strong channel)을 갖고 있다면, 디코더(210)에 의한 일회의 디코딩 반복이면 충분할 것이다. 특별히 문제가 되는 상황에서는, 이 처리는 허용된 최대 반복 횟수까지 반복될 것이다. 이 최대 횟수는 필요한 자원들을 제한하지만, 최대 횟수 반복 전에 반복을 멈추게할 수 있는 능력은, 특정한 윈도우에 요구되는 반복 횟수를 현저하게 감소시킨다.
터보 디코더는 입력(222)에 제공되는 불연속 송신 신호의 사용을 돕기 위해 사용될 수 있다. 불연속 송신 중에 배드 프레임 검출기(318)의 배드 프레임 임계값은 증가되어, 송신되지 않은 프레임들이 디코더(208)에 입력되어 디코딩된 프레임을 생성하지 않도록 보장한다. 배드 프레임 임계값이 크기 때문에, 연속 송신 모드에 비해 불연속 송신 모드에서는 반복 횟수가 더 많을 수 있다. 달리 말해, 프레임이 불연속 모드 내의 배드 프레임 검출기(318)를 통과하기 전에 더 많은 수를 반복할 수 있다. 그러나, 이는 트랜시버가 음성 신호만이 디코딩되도록 동작하는 동안 시스템이 시스템의 용량을 증가시키는 것을 허용한다.
소프트값 검출기(216)도 사용될 수 있다. 소프트값 검출기는 평균 소프트값 생성기(324) (도 3)를 포함할 수 있다. 평균 소프트값이 상수 K3 (41로 예시됨) 보다 작을 때와 신뢰도 팩터 Li가 상수 K4 (60으로 예시됨) 보다 작을 때, 비신뢰 프레임 검출기(326)는 비신뢰 프레임 표시를 출력한다. 이 부가 정보는 수신된 데이터를 디코딩할 때 음성 디코더(208)에 의해 사용될 수 있다.
따라서 개선된 배드 프레임 검출기와 터보 디코더가 개시됨을 알 수 있을 것이다. 본 발명이 음성 디코더에서 예시될 때, 당업자들은 본 발명은 비음성 시스템에서 사용될 수 있음을 알 수 있을 것이다.

Claims (5)

  1. 불연속 송신 모드에서 동작할 수 있는 수신기용 윈도우 에러 검출기에 있어서,
    소프트 출력을 생성하고 윈도우 에러 신호를 발생시키는 소프트 디시전 디코더(soft decision decorder), 및
    상기 소프트 디시전 디코더에 접속되어, 윈도우 에러가 배드(bad) 프레임 임계값을 초과하는 경우에 배드 프레임을 검출하는 검출기
    를 포함하며,
    상기 배드 프레임 임계값은, 상기 수신기가 연속 송신 모드인지 또는 불연속 송신 모드인지의 여부에 기초하여 변경되는 윈도우 에러 검출기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 배드 프레임 임계값은 불연속 송신 모드에서는 더 높고(high) 더 엄밀(tight)하며, 연속 송신 모드에서는 더 낮고(low) 더 느슨(loose)한 윈도우 에러 검출기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 소프트 디시전 디코더는 터보 디코더이고,
    상기 터보 디코더는, 상기 검출기가 윈도우에 대해 배드 프레임을 더 이상 검출하지 않으면 상기 윈도우의 반복적인 디코딩을 정지시키는 윈도우 에러 검출기.
  4. 수신기용 터보 디코더에 있어서,
    소프트 디시전 디코더, 및
    상기 소프트 디시전 디코더에 결합되어 배드 프레임 표시를 발생시키는 윈도우 에러 검출기
    를 포함하며,
    상기 터보 디코더는 윈도우가 배드 프레임을 표시하지 않는다는 것을 상기 윈도우 에러 검출기가 검출하면, 상기 윈도우와 관련된 데이터의 반복 처리를 정지시키는 터보 디코더.
  5. 제4항에 있어서, 상기 소프트 디시전 디코더는 불연속 송신 모드 신호에 응답하여, 상기 불연속 송신 모드에서는, 배드 프레임 임계값을 증가시키는 터보 디코더.
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