KR100388780B1 - 이동통신 기지국의 디코더에서 메모리 용량 축소 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동통신 시스템의 모뎀 구현시 백워드 상태행렬을 저장하기 위한 메모리의 용량을 약 반으로 줄이면서도 성능은 그대로 유지토록 한 이동통신 기지국의 디코더에서 메모리 용량 축소 방법에 관한 것으로서, 이러한 본 발명은 CDMA 2000과 같은 이동통신 시스템의 기지국 모뎀에서 터보 디코더 단의 MAP을 구현하기 위한 백워드 상태행렬값을 저장할때 메모리에 같은 값이 두번 중복되어 저장되는 것을 한 번만 저장하게 함으로써 사용 메모리를 절반으로 줄이되, 인코더 내부의 버퍼 크기까지는 기존의 두번 저장하는 방식을 유지토록 한다.

Description

이동통신 기지국의 디코더에서 메모리 용량 축소 방법 {Method for reduction of memory usage in BTS decoder}

본 발명은 이동통신 시스템의 모뎀 구현시 백워드 상태행렬을 저장하기 위한 메모리의 용량을 약 반으로 줄이면서도 성능은 그대로 유지토록 한 이동통신 기지국의 디코더에서 메모리 용량 축소 방법에 관한 것이다.

일반적으로, CDMA-2000과 같은 이동통신 시스템의 기지국 모뎀은 채널 부호화(Channel Coding)의 한 방법으로서 터보 코드(Turbo Code)가 사용된다. 터보 코드를 이용한 채널 디코딩은 송신되어진 신호를 수신단에서 원래의 신호로 복원하기 위해 MAP(Maximum A Posteriori) 디코더가 사용된다. 이 MAP 디코더에서 원래의 송신되어진 신호를 복원하기 위해서는 시간 t(k)에서 t(k+1)로 변할 때 각 상태간에 계산되는 브랜치 행렬(Branch Matrix)와 각 상태에서의 백워드 상태행렬(Backward State Matrix)와 포워드 상태행렬(Forward State Matrix)를 구한다.

이때, 상기 행렬값들은 메모리 등에 일시적으로 저장되어 사용된다. 그중 백워드 상태행렬(Backward State Matrix)의 값들은 시간 t(k)에서개의 메모리에 저장된다고 가정하면 이 메모리에는 동일한 값이 두 개가 저장된다. 그러면, 상기t(k)에서 저장되는 값의 종류는개가 된다. 단, 여기에는 한가지 조건이 있는데 트렐리스(Trellis)의 종료를 위한 부분에서는 기존의 방식을 사용한다.

도 1은 일반적인 이동통신 시스템의 구성 블록도이다.

상기와 같이 사용자의 이진 데이터(Binary Data)를 입력받아서 이동통신 환경에 적합한 부호로 변환하는 소스 인코더(Source Encoder)(10)와, 상기 소스 인코더에서 부호화된 데이터를 이동통신 채널에 적용되는 부호로 변환하는 채널 인코더와(11), 상기 채널 인코더(11)의 출력 데이터를 무선 송신을 위한 변조를 수행하는 변조기(12)와, 송수신 통화를 연결해주는 채널(13)과, 상기 채널(13)을 통하여 송신된 신호를 복조하는 복조기(14)와, 상기 복조되어 채널 부호화된 상태의 신호를 복호하는 채널 디코더(15)와, 상기 복호된 신호를 이진 데이터로 변환하기 위한 소스 디코더(16)로 구성되어 있다.

상기와 같은 도 1의 이동통신 시스템의 구성은 그 구성이 이동통신 신호의 부호화(Encoding) 과 복호화(Decoding)에 그 초점이 맞춰져 있다. 상기 구성에서 채널 디코더(15)단에서는 그 이전단인 복조기(14)블록에서 결정된 수신 신호를 입력으로 받아서 상기 채널(13)에서 발생되어 있는 오류들을 정정하는 역할을 한다.

상기 채널 디코더(15)의 역할을 하는 MAP 디코더의 역할을 살펴보면 다음과 같다.

도 2는 도 1에서 채널 디코더의 기능 흐름을 보이는 도면이다.

도시된 바와 같이, S10 단계에서는 상기 도 1의 복조기로부터 지정된 만큼의 N개 데이터를 수신하고, S11단계에서는 상기 N개의 입력으로 브랜치 행렬 계산을수행한 후 단계 S12에서 다시 백워드 상태행렬 계산을 수행한다. 이를 다시 S13단계에서 포워드 상태행렬 및 LLR(Log likelihood ratio)계산을 수행하고, S14단계에서는 채널에 의한 오류를 정정한 결과를 출력하게 된다.

상기한 S11단계와 S12단계 및 S13단계는 한번 수행하여 결과값을 출력하지 않고 보다 정확한 오류 정정값을 출력하기 위해 원하는 횟수만큼의 반복수행 (Iteration)을 통하여 오류 정정값을 산출하게 된다.

상기 S12단계에서의 백워드 상태행렬 계산은 다시 S12-1단계와 S12-2단계 및 S12-3단계로 나누어질 수 있다. 상기 S12-1단계에서는 상기 S11단계에서의 브랜치 행렬 계산값을 입력받아서 입력 데이터 인덱스를 체크하고, S12-2단계에서는 시간 t(k+1)에서의 백워드 상태(Backward State)값을 검색하고, S12-3단계에서는 시간 t(k)에서의 백워드 상태행렬(Backward State Matrix)값을 계산한다.

도 3은 종래 기술에 의한 백워드 상태행렬(Backward State Matrix)의 저장을 위한 메모리 구조를 보인 블록도이다.

이에 도시된 바와 같이, 시간 t가 1부터 k일 때까지의 메모리 저장 상태를 나타낸 것으로서, 상기 시간 t가 1일때부터 시간 t가 k일때까지 a, b, c, d의 메모리 블록을 표시하였다. 상기 부호 a는 상태시간(State Time)값이 00일때, 부호 b는 상태시간값이 10일때, 부호 c는 상태시간값이 01일때, 부호 d는 상태시간값이 00일때의 메모리 블록을 표시한 것이다.

예를 들어 상기 메모리 블록의 연결 화살표로 도시된 바와 같이, 상기 시간 k=1일때의 a블록은및으로 나타나 있으며, 이것은 시간 k가 1일 때 입력값 1에 대한 백워드 상태의 메모리값과 시간 k=1일 때 입력값 0에 대한 백워드 상태의 메모리값이다. 상기 k=1일 때의 a블록에서의 경우 k=2일 때의 c블록에 두 번 저장이 되고, 상기 k=1일 때의 b블록에서의 경우는 k=2일 때의 a블록에 두 번 저장이 된다.

이와 같은 방식으로 상기 시간 t=k가 될 때가지 메모리 블록에는 동일한 값이 두 번 저장되는 방식을 취한다.

상기와 같은 저장 방법을 사용하고 있는 기존의 백워드 상태행렬을 계산하기 위한 수학식은 다음과 같다.

상기 수학식 (2)는 브랜치행렬(Branch Matrix)를 나타낸다. 상기 수학식 (1)에서은 수신된 신호를 나타낸 것이고와는 시간 k에서 수신되어지는 신호와 상태(State)를 나타낸다.

또한는 시간 k+1에서 입력이 i, 상태 m'에서의 백워드 상태행렬(Backward State Matrix)을 나타내며은 현재 시간 k에서의 입력가 i이고 상태(State)가 m일 때의 그 다음 시간 k+1일때의 이동가능한 상태(State)를 나타낸다.

그리고 상기 수학식(2)에서은 채널에서의 잡음의 분산을 나타내며와는 수신된 데이터,은 현재 시간 k에서가 i이고 상태(State)가 m일 때의 출력이다.

그러나 상기와 같은 종래의 기술은 백워드 상태행렬(Backward State Matrix)를 저장함에 있어서 불필요하게 메모리를 이용함으로써 하드웨어의 양이 증가하고, 비용이 증대되는 단점이 발생하였다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술에 따른 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서,

본 발명의 목적은 CDMA 2000과 같은 이동통신 시스템의 기지국 모뎀에서 터보 디코더 단의 MAP을 구현하기 위한 백워드 상태행렬값을 저장할때 메모리에 같은 값이 두번 중복되어 저장되는 것을 한 번만 저장하게 함으로써 사용 메모리를 절반으로 줄이되, 인코더 내부의 버퍼 크기까지는 기존의 두번 저장하는 방식을 유지함으로써 초기화의 에러를 방지하도록 한 이동통신 기지국의 디코더에서 메모리 용량 축소 방법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이동통신 기지국의 디코더에서 메모리 용량 축소 방법의 특징은,

터보 디코더의 초기 입력시 두 개의 메모리에 동일한 값을 가지는 백워드 상태행렬을 저장하는 단계와;

상기 초기 입력을 제외하고 입력 시간 k에서의 동일한 두 개의 백워드 상태행렬을 하나의 디코더 메모리에 저장하는 단계와;

입력시간 k+1에서의 백워드 상태행렬값을 이용하여 입력시간 k에서의 백워드 상태행렬값을 산출하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 이동통신 시스템의 구성 블록도이고,

도 2는 도 1에서 채널 디코더의 기능을 보이는 블록도이고,

도 3은 종래 기술에 의한 백워드 상태행렬(Backward State Matrix)의 저장을 위한 메모리 구조를 보인 도면이고,

도 4(a)은 본 발명이 적용되는 백워드 상태행렬(Backward State Matrix)의 저장을 위한 메모리 구조를 보인 도면이고,

도 4(b)는 도 4(a)에 의한 계산방식을 도식화한 구조도이고,

도 5는 본 발명에 따른 이동통신 기지국의 디코더에서 메모리 용량 축소 방법을 보인 플로우챠트이고,

도 6는 도 5에서 백워드 상태 행렬의 계산방법을 보인 플로우챠트이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 소스 인코더

11: 채널 인코더

13: 채널

14: 복조기

15: 채널 디코더(MAP 디코더)

이하, 본 발명에 따른 이동통신 기지국의 디코더에서 메모리 용량 축소 방법의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4(a)은 본 발명이 적용되는 백워드 상태행렬(Backward State Matrix)의 저장을 위한 메모리 구조를 보인 블록도이다.

도시된 바와 같이, 시간 t가 1부터 k일 때까지의 메모리 저장 상태를 나타낸 것으로서, 상기 시간 t가 1일때부터 시간 t가 k일때까지 a, b, c, d의 메모리 블록을 표시하였다. 상기 부호 a는 상태시간(State Time)값이 00일때, 부호 b는 상태시간값이 10일때, 부호 c는 상태시간값이 01일때, 부호 d는 상태시간값이 00일때의메모리 블록을 표시한 것이다.

예를 들어 상기 메모리 블록의 연결 화살표로 도시된 바와 같이, 상기 시간 k=1일때의 a블록은로 나타나 있으며, 이것은 시간 k가 1일 때 입력값 1에 대한 백워드 상태의 메모리값이다. 상기 k=1일 때의 a블록에서의 경우 k=2일 때의 c블록에 두 번 저장이 된다.

이와 같은 방식으로 상기 시간 t=k가 될 때까지 메모리 블록에는 동일한 값이 두 번 저장되는 방식을 취한다.

상기와 같은 구성을 가지는 도면 도 4(a)가 종래 기술에 따른 도면 도 3과 다른 점은 다음과 같다.

상기 도면 도 4(a)는 종래 기술에 따른 도면 도 3과 달리 백워드 상태행렬 (Backward State Memory)을 저장하기 위한 초기 상태, 즉 터보 인코더 내부의 메모리 수가 만약 두 개라면 초기 상태에 이용되는 k=N과 k=N-1 번째의 메모리를 제외하고는 모두 각 상태에서 1개의 메모리만으로 백워드 상태행렬의 저장이 가능하도록 한 점이다. 물론 N-2번째의 메모리 또한 상태마다 한 개의 메모리로 표현이 가능하지만 정확한 표시를 위해 상기 도면 도 4(a)에서는 메모리를 두개 사용한 것으로 나타내었다.

상기와 같이 사용 메모리를 두 개에서 한개로 줄일 수 있는 것은 시간 k에서 저장되는 백워드 상태행렬(Backward State Matrix)의 값들이 동일값 2개씩을 가지고 있기 때문이다. 이 동일한 값들을 저장할때 중복을 피하여 하나의 메모리에 저장한다면 메모리의 용량을 기존의 방식에 비해 절반 가량으로 줄일 수 있게 된다. 즉 기존의 기술이개의 메모리를 사용한다면 본 발명에 의하여 사용되는 메모리는이 된다.

또한 원하는 시간 k에서 백워드 상태행렬(Backward State Matrix)를 계산함에 있어서 이용되는 시간 k+1의 백워드 상태행렬을 상기 절반으로 줄어든 메모리에서 찾아낼 수 있는 알고리즘이 필요하게 된다.

물론 시간 N, N-1, N-2에서는 종래 기술과 같이 두 개의 메모리를 사용하므로 기존의 방법과 동일한 계산식을 사용하게 된다.

다음 수학식 (3)은 원하는 시간 k에서 백워드 상태행렬(Backward State Matrix)를 계산함에 있어서 이용되는 시간 k+1의 백워드 상태행렬을 상기 절반으로 줄어든 메모리에서 찾아낼 수 있는 알고리즘을 보이는 수학식이다.

상기 수학식 (3)은 상기 종래 기술에 따른 수학식 (1)에서 현재 시간이 k일 때의 백워드 상태행렬(Backward State Matrix)을 구하기 위하여 이용되는 백워드 상태행렬을, 미리 저장되어 있는을 이용하여 구하는 것이다. 상기와 같은 방법은 초기상태인 N과 N-1인 경우를 제외하고 시간 k에서 입력이 '0'인 경우의 모든 백워드 상태행렬(Backward State Matrix)를 메모리에 저장시키고 상기 수학식 (3)을 이용하여 입력이 '1'인 경우의 k+1 번째의 백워드 상태행렬을 구하는 수식이다.

상기 수학식 (3)에서은 입력이 '0'이고 현재 시간 k에서의 상태 (State) 가 m인 경우 시간 k+1에서 나올 수 있는 상태를 나타내는 한편,은 입력이 '1'이고 현재 시간 k에서의 상태(State)가 m인 경우 시간 k+1에서 나올수 있는 상태를 나타내며,은 입력이 '0'이고 현재 시간 k에서의 상태가 m인 경우 시간 k-1에서 나올 수 있는 상태값을 나타내고,은 입력이 '1'이고 현재 시간 k에서의 상태가 m인 경우 시간 k-1에서 나올 수 있는 상태를 나타낸다.

상기와 같은 백워드 상태행렬의 계산 방법을 도 4(b)에 도식화하였다.

도 5는 본 발명에 따른 이동통신 기지국의 디코더에서 메모리 용량 축소 방법을 보인 플로우챠트이다.

먼저, 터보 디코더의 초기 입력시 두 개의 메모리에 동일한 값을 가지는 백워드 상태행렬을 저장한다(S11).

그리고, 상기 초기 입력을 제외하고 입력 시간 k에서의 동일한 두 개의 백워드 상태행렬을 하나의 디코더 메모리에 저장한다(S13).

다음으로, 상기 입력시간 k+1에서의 백워드 상태행렬값을 이용하여 입력시간 k에서의 백워드 상태행렬을 산출한다(S15).

도 6는 도 5에서 백워드 상태 행렬의 계산방법을 보인 플로우챠트이다.

먼저, 터보 인코더 메모리 블록의 크기와 입력 시간값을 비교한다(S111).

이어, 상기 판단결과, 입력 시간값이 상기 터보 인코더 메모리 블록의 크기보다 클 경우 입력시간 k에서의 백워드 상태행렬값을 산출한 후(S114), 상기 터보 인코더의 상태값과(v: 터보 인코더의 내부 메모리)를 대소 비교하여(S119) 터보 인코더의 상태값이 상기보다 클 때까지 상기 S114단계를 반복하여 수행한다.;

상기 S111단계의 판단결과, 터보 인코더 메모리 블록의 크기와 입력 시간값을 비교하여 입력 시간값이 상기 터보 인코더 메모리 블록의 작거나 같으면, 입력시간 k+1에서의 백워드 상태행렬값을 산출한 후(S113), 그 결과값으로써 입력시간 k에서의 백워드 상태 행렬을 계산한다(S115).

이어, 상기 터보 인코더의 상태값과(v: 터보 인코더의 내부 메모리)를 대소 비교하여(S117) 터보 인코더의 상태값이 상기보다 클 때까지 상기 S113단계 및 S115단계를 반복하여 수행한다.

상기 S117 및 S119단계의 판단 결과, 터보 인코더의 상태값이 상기보다 클 경우 상기 산출한 입력시간 k에서의 백워드 상태행렬값중 최대값을 추출한다(S121).

이어, S123단계에서 상기 추출한 백워드 상태행렬값의 최대값을 정규화 (Normalize)한다.

이어, 입력 시간값 k를 기준치(통상 1이다)와 대소 비교하여(S125), 상기 입력 시간값 k가 기준치보다 작을 때까지 상기 S111단계에서 상기 S123단계가지의 과정을 반복하여 수행한다.

이상에서 상술한 본 발명 이동통신 기지국의 디코더에서 메모리 용량 축소 방법은 이동통신 시스템, 특히 획기적인 전송속도의 실현이 가능한 CDMA 2000 시스템의 기지국 모뎀에서 터보 디코더 단의 메모리 사용량을 반으로 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한 상기 메모리 절감 효과로 인해 하드웨어의 단순화와 그에 따른 비용 절감의 효과도 있다.

Claims (2)

1. 터보 디코더의 초기 입력시 두 개의 메모리에 동일한 값을 가지는 백워드 상태행렬을 저장하는 제1과정, 상기 초기 입력을 제외하고 입력 시간 k에서의 동일한 두 개의 백워드 상태행렬을 하나의 디코더 메모리에 저장하는 제2과정, 입력시간 k+1에서의 백워드 상태행렬값을 이용하여 입력시간 k에서의 백워드 상태행렬값을 산출하는 제3과정을 통해 디코더의 메모리 용량을 축소하는 방법에 있어서,

   상기 제3과정은,

   터보 인코더 메모리 블록의 크기와 입력 시간값을 비교하여 입력 시간값이 상기 터보 인코더 메모리 블록의 크기보다 클 경우 입력시간 k에서의 백워드 상태행렬값을 산출하는 제1단계와;

   상기 터보 인코더의 상태값과(v: 터보 인코더의 내부 메모리)를 대소 비교하여 터보 인코더의 상태값이 상기보다 클 때까지 상기 백워드 상태행렬값 계산을 반복하여 수행하는 제2단계와 ;

   상기 제1단계의 판단결과, 터보 인코더 메모리 블록의 크기와 입력 시간값을 비교하여 입력 시간값이 상기 터보 인코더 메모리 블록보다 작거나 같으면, 입력시간 k+1에서의 백워드 상태행렬값을 산출하여 그 결과값으로써 입력시간 k에서의 백워드 상태 행렬을 계산하는 제3단계와;

   상기 터보 인코더의 상태값과(v: 터보 인코더의 내부 메모리)를 대소 비교하여 터보 인코더의 상태값이 상기보다 클 때까지 상기 입력시간 k+1에서의 백워드 상태 행렬 계산과 입력시간 k에서의 백워드 상태 행렬 계산을 반복하여 수행하는 제4단계와;

   상기 산출한 입력시간 k에서의 백워드 상태행렬값중 최대값을 추출하는 제5단계와;

   상기 추출한 백워드 상태행렬값의 최대값을 정규화(Normalize)하는 제6단계와;

   입력 시간값 k를 기준치와 대소 비교하여 상기 입력 시간값 k가 기준치보다 작을 때까지 상기 제 1단계 내지 제 6단계의 계산과정을 반복하여 수행하는 제7단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이동통신 기지국의 디코더에서 메모리 용량 축소 방법.
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