KR100468583B1

KR100468583B1 - 통신시스템 수신기의 에러정정장치

Info

Publication number: KR100468583B1
Application number: KR10-2002-0052424A
Authority: KR
Inventors: 최상대
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2002-09-02
Filing date: 2002-09-02
Publication date: 2005-01-31
Also published as: KR20040020999A

Abstract

본 발명은 통신시스템 수신기의 에러정정장치에 관한 것으로, 비터비 디코더에서의 신뢰도 높은 8레벨 연성 판정을 위한 3비트 양자화 자동이득제어기(AGC)를 이용한 통신시스템 수신기의 에러정정장치에 관한 것이다.

본 발명에 의한 통신시스템 수신기의 에러정정장치는, N비트를 입력받아서 원하는 신호레벨크기로 증폭하여 다양한 신호레벨크기를 갖는 신뢰도 높은 3비트로 양자화하는 것을 특징으로 하는 8레벨 연성판정(8level soft decision)을 위한 3비트 양자화 자동이득제어기(AGC)와; 상기 3비트 양자화 자동이득제어기에서 출력되는 3비트를 입력 받아서 8레벨 연성판정에 의해 디코딩(decoding)하는 비터비 디코더를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 상기와 같은 구성에 의하면, 비터비 디코더가 수신데이터를 신뢰도 높은 데이터로 디코딩할 수 있게 된다.

Description

통신시스템 수신기의 에러정정장치{Error Correcting Device in Receiver of Communication System}

본 발명은 통신시스템 수신기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비터비 디코더가 신뢰도 높은 8레벨 연성 판정을 수행하도록 하는 3비트 양자화 AGC(Automatic Gain Controller, 자동이득제어기)가 있는 통신시스템 수신기의 에러정정장치에 관한 것이다.

일반적으로 통신채널상에서 전송되는 데이터는 전송과정에서 여러가지 장애(노이즈 또는 원거리전송에 따른 감쇠)에 의해 데이터가 손상되는 에러가 발생할 수 있다.

그리고, 효율적이고 신뢰성 있는 데이터를 전송하기 위해서는 상기와 같은 데이터 전송과정에서 발생하는 에러는 복구할 필요성이 있고, 상기 에러 복구는 일반적으로 오류 정정 부호화(error correcting coding, channel coding)에 의해 행해진다.

상기 오류정정부호화에는 크게 블록 부호화(block coding)와 콘볼루션 부호화(convolutional coding)가 이용되고 있다.

상기 블록부호화는 데이터를 블록단위로 인코딩하고 디코딩한다. 그리고, 상기 콘볼루션 부호화는 일정길이의 메모리를 이용해 이전 데이터와 현재 데이터를 비교해 부호화를 수행한다. 상기 콘볼루션 부호화되어 송신되는 데이터를 수신단에서 디코딩하는 가장 대표적인 방법이 비터비(Viterbi) 알고리즘이다.

본 발명은 콘볼루션 부호화되어 송신되어진 데이터를 수신장치에서 비터비 디코더(Viterbi Decoder)에 의해서 디코딩하는 것에 관한 것이다.

데이터정보 비트에 콘볼루션 코딩된 신호는 수신장치에서 비터비 디코더 (Viterbi Decoder)를 거쳐 디코딩되고, 상기와 같이 콘볼루션 코딩된 신호를 디코딩하는 경우에는 에러가 발생하더라도 어느 정도까지는 정정하여 원래 송신된 신호가 무엇인지를 알아낼 수 있게 된다.

일반적으로 비터비 디코더가 디코딩하는 방법에는 데이터를 8레벨 연성판정 (8 level soft decision)하는 방법과 2레벨 경성판정(2 level hard decision)하는 방법이 있는데, 본원 발명은 8레벨 연성판정(8 level soft decision)에 관한 것이다.

상기 8레벨 연성판정은 ‘0’, ‘1’로 표현되는 2진 데이터를 8단계로 양자화한 것으로, 상기 8레벨 연성판정을 통해 비터비 디코더를 구현할 경우 2레벨 경성판정(hard decision)의 경우와 비교하여 S/N비에서 2dB의 성능향상을 가진다.

도 1에는 일반적인 8 레벨 연성판정을 하는 비터비 디코더를 이용하는 통신시스템의 수신기가 도시되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 송신단(미도시)에서 송신되어져 오는 신호는 RF수신부(10)로 입력된다. 상기 RF수신부(10)에는 A/D컨버터(12)가 연결된다.

상기 A/D컨버터(12)는 RF수신부(10)로 입력된 아날로그신호를 디지털신호로 변환한다. 상기 A/D컨버터(12)에는 복조기(Demodulator)(14)가 연결된다. 상기 복조기(14)는 변조되어 송신된 신호를 복조한다.

그리고, 상기 복조기(14)에는 3비트 양자화기(16)가 연결된다. 상기 3비트 양자화기(16)는 상기 복조기(14)에 의해서 복조된 N비트 데이터를 3비트로 양자화(Quantization)한다.

상기 3비트 양자화기(16)에는 비터비 디코더(viterbi decoder)(18)가 연결된다. 상기 비터비 디코더(18)는 송신단(미도시)에서 콘볼루션 코딩(Convolution Coding)된 데이터를 8레벨 연성판정에 의해 디코딩(decoding)한다.

그리고, 상기 비터비 디코더(18)에 의해서 디코딩된 데이터는, 최종정보 수신부(Information Sink)(20)로 최종 수신된다.

다음은 상기와 같은 구성을 가지는 종래 기술에 의한 비터비 디코더의 8레벨 연성판정을 위한 3비트 양자화 과정에 대하여 설명한다.

송신단(미도시)에서 콘볼루션 코딩되어서 수시된 데이터 신호는 RF수신부 (10)에 의해 수신되고, A/D컨버터(12)를 통과하면서 디지털 데이터로 변환된다.

그리고, 상기 A/D컨버터(12)를 통과한 데이터는 복조기(14)에 의해서 N비트 데이터로 복조된 후, 상기 3비트 양자화기(16)에 의해서 비터비 디코더(16)로 3비트 데이터를 입력시키기 위해서 3비트로 양자화(quantization)된다.

도 2에는, 8 레벨 연성 판정의 경우, 복조기(14) 출력에 대해 3비트를 어떻게 대응시키는가가 도시되어 있다.

N비트를 3비트로 변환하는 종래의 일반적인 방법은, N비트로 표현 가능한 값의 범위를 균등하게 8 등분하여 각각의 범위에 3비트 값을 대응시키는 것이다.

예를 들어 복조기(14)로 부터 출력되는 비트 수가 N = 5라 하면, 이 때 표현가능한 값의 범위는 (-16 ~ +15)가 되고, 상기 범위를 균등하게 8등분하면, (-16 ~ -13), (-12 ~ -9), (-8 ~ -5), (-4 ~ -1), (0 ~ 3), (4 ~ 7), (8 ~ 11), (12 ~ 15)와 같이 나누어진다.

상기와 같이 나누어진 데이터를 3비트로 대응시키면, 순서대로 100, 101, 110, 111, 000, 001, 010, 011로 각각 대응된다.

그리고, 상기와 같이 N비트로 표현가능한 값의 범위를 균등하게 8등분하여 8 레벨 연성 판정을 하는 비터비 디코더(18)로 3비트의 데이터를 입력시키는 것이 일반적인 방법이다.

한편, 상기 3비트 데이터 값의 의미는 다음과 같다.

송신단(미도시)에서 BPSK(Binary Phase Shift Key)변조하여 신호를 송신한 경우, 8 레벨 연성 판정을 하는 비터비 디코더(18)로 입력하는 3비트 데이터가 (000, 001, 010, 011)이면 S₁이 송신된 것으로 판단하며, 000 →001 →010 →011순으로 그 판단에 있어서의 신뢰도가 증가한다.

그리고, 비터비 디코더(18)로 입력하는 3비트 데이터가 (111, 110, 101, 100)이면 S₂가 송신된 것으로 판단하며, 111 →110 →101 →100 순으로 그 판단에 있어서의 신뢰도가 증가하게 된다.

그러므로 복조기(14)에서 출력되어서 비터비 디코더(18)로 입력되는 3비트 데이터가 011(또는 100)의 값을 가지는 경우, 송신된 신호가 무엇인지 판단하는데 있어서 가장 높은 신뢰도(measure of confidence)로 판단할 수 있게 된다.

그러나, 복조기(14)로부터 출력되어져서 비터비 디코더(18)로 입력되는 3비트 데이터가 000(또는 111)의 값인 경우에는 송신된 신호가 무엇인지 판단하는데 있어서 가장 낮은 신뢰도로 판단하게 된다.

상기와 같은 동작 과정을 가지는 종래기술에 의한 8레벨 연성판정을 위한 3비트 양자화 방법은 다음과 같은 문제점이 제기된다.

즉, 송신단(미도시)에서 송신된 신호를 수신하는 수신신호의 크기는 통신환경에 따라서 계속 변한다. 따라서 수신신호의 크기는 어느 경우에는 크고 어느 경우에는 작아져서 계속 변화한다.

상기 복조기(14)를 통과한 수신신호의 크기를 균등하게 8등분하여 각 구간을 3비트로 대응시킬 경우, 각각의 구간은 최소값(- maximum)에서 최대값(+ maximum)까지가 100, 101, 110, 111, 000, 001, 010, 011으로 기계적으로 균등하게 대응된다.

상기와 같이 기계적으로 균등하게 대응하는 경우, 수신신호의 크기가 적절한 크기로 입력되면 그 분포가 상기 8 구간에 균등하게 분포되지만, 만일 수신신호의 크기가 계속 작게 입력되면 그 분포가 111, 000 두 값에 집중하게 된다.

즉, 어느 신호가 송신되었는가를 판단하는 데 있어서 신뢰도가 가장 낮은 111, 000 의 3비트 값들만 비터비 디코더(18)로 입력하게 되는 것이다.

상기와 같이 신뢰도가 가장 낮은 3비트 값들만 비터비 디코더(18)로 입력되게 되면, 비터비 디코더(18)가 디코딩하는 데이터들에 오류가 발생하고 송신측에서 송신한 데이터와 다른 데이터 값으로 전달되는 문제점이 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 복조기의 출력크기를 신뢰도가 높은 다양한 크기로 증가시켜서, 수신신호의 크기가 계속 작게 입력되더라도 비터비 디코더로 입력되는 3비트 데이터 값이 111, 000에 집중되지 않고 더 신뢰도가 높은 3비트 값들로 분포되게 하기 위한 8레벨 연성판정을 위한 3비트 양자화 자동이득제어기(AGC)가 구비된 통신시스템 수신기를 제공하는 데 있다.

도 1은, 종래기술에 의한 3비트 양자화기를 이용하는 통신시스템 수신기의 블록 구성도.

도 2는, 일반적인 8레벨 연성판정을 하는 경우의 수신신호에 대한 3비트 대응관계도.

도 3는, 본원발명에 의한 3비트 양자화 AGC를 이용하는 통신시스템 수신기의 블록 구성도.

도 4는, 본원발명에 의한 8레벨 연성판정을 위한 3비트 양자화 AGC의 상세 블록구성도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : RF수신부 12 : A/D컨버터

14 : 복조기 16 : 3비트 양자화기

18 : 비터비 디코더 20 : 최종정보 수신부

30 : 3비트 양자화 AGC 32 : 증폭부

34 : 검출부 36 : 비교부

38 : 게인 증감부

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본원 발명에 의한 통신시스템 수신기의 에러정정장치는, N비트를 입력받아서 원하는 신호레벨크기로 증폭하여 다양한 신호레벨크기를 갖는 신뢰도 높은 3비트로 양자화하는 8레벨 연성판정(8level soft decision)을 위한 3비트 양자화 자동이득제어기(AGC)와; 상기 3비트 양자화 자동이득제어기에서 출력되는 3비트를 입력 받아서 8레벨 연성판정에 의해 디코딩(decoding)하는 비터비 디코더를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본원 발명에 의한 통신시스템 수신기의 에러정정장치는, 상기 8레벨 연성판정을 위한 3비트 비터비 자동이득제어기(AGC)는, 상기 복조기에서 출력되는 N비트 데이터를 증폭하는 증폭부와; 상기 증폭부에서 증폭된 N비트 데이터 값의 평균 크기(amplitude)를 모니터링하는 검출부와; 상기 검출부에서 모니터링된 값과 기억되어 있는 값과 비교하는 비교부와; 상기 비교부의 비교 결과에 따라 게인(gain)크기를 증가 또는 감소시키는 게인증감부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본원 발명에 의한 통신시스템 수신기의 에러정정장치는, 상기 증폭부는 복조기의 출력값을 신호확장(sign extension)이 발생하지 않을 때까지 증폭하는 것을 특징으로 한다.

다음은 본원 발명인 8레벨 연성판정을 위한 3비트 비터비 AGC의 바람직한 일실시예를 첨부한 도면을 기초로 상세하게 설명한다.

도 3은 본원 발명에 의한 비터비 자동이득제어기(AGC)를 구비한 통신시스템 수신기의 에러정정장치의 블록구성도이고, 도 4는 본원발명에 의한 8레벨 연성판정을 위한 3비트 비터비 AGC의 상세 블록 구성도이다.

종래 기술에서 설명한 부분과 동일한 구성에 대해서는 설명을 생략한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 복조기(14)를 거쳐서 복조된 N비트 데이터는 8레벨 연성판정을 위한 3비트 양자화 자동이득제어기(이하에서는 간략히 ‘비터비 AGC’라고도 병용함)(30)로 입력한다.

상기 비터비 AGC(30)는, 복조기(14)를 통과한 N비트 데이터를 3비트 데이터로 양자화 하는데, 특히 N비트 데이터의 신호레벨크기를 증폭시켜서 다양한 신호레벨크기를 갖는 신뢰도 높은 3비트로 양자화한다.

그리고, 상기 비터비 AGC(30)는 증폭부(32)와 검출부(34)와 비교부(36)와 그리고, 게인(gain) 증감부(38)로 구성된다.

상기 증폭부(32)는 상기 복조기(14)로 부터 출력되는 N비트 데이터를 k배 증폭시켜서 다양한 신호레벨 크기를 출력시킨다.

그리고, 상기 증폭부(32)에는 검출부(34)가 연결된다. 상기 검출부(34)는 상기 증폭부(32)에서 증폭 출력된 데이터의 평균 값을 모니터링한다.

상기 검출부(34)에는 비교부(36)가 연결되고, 상기 비교부(36)는 상기 검출부(34)에서 검출된 증폭부 평균값과 원하는 크기로 세팅되어 있는 값을 비교한다.

그리고, 상기 비교부(36)에는 게인 증감부(38)가 연결된다. 상기 게인 증감부(38)는 상기 비교부(36)에 의해서 비교된 결과 값에 따라서 게인(gain)의 크기를 증가 또는 감소시킨다.

그리고, 상기 3비트 양자화 AGC(30)에는 비터비 디코더(18)가 연결된다. 상기 비터비 디코더(18)는 3비트 양자화 AGC(30)로부터 출력되는 증폭되어 다양한 신호레벨크기를 갖는 신뢰도 높은 3비트로 양자화된 데이터를 입력받아서 8레벨 연성 판정에 의하여 디코딩한다.

다음은 상기와 같이 구성되는 본 발명인 8레벨 연성판정을 위한 3비트 비터비 자동이득제어기에 의한 동작 과정에 대하여 설명한다.

8 레벨 연성 판정(8 level soft decision)을 하는 경우, 복조기(14)에서 출력되는 N비트에서 추출해 비터비 디코더(18)로 입력시키는 3비트 데이터가 011(또는 100)의 값인 경우, 가장 높은 신뢰도를 가지고, 송신된 신호가 어떤 신호인지를 판단할 수 있다.

즉, (000, 001, 010, 011)인 경우엔 S₁이 송신된 것으로 판단하며 000 →001→ 010 →011의 순으로 그 신뢰도가 증가한다. 그리고, (111, 110, 101, 100)인 경우엔 S₂가 송신된 것으로 판단하며 111 →110 →101 →100의 순으로 그 신뢰도가 증가하게 된다.

높은 신뢰도를 갖는 3비트 데이터를 살펴 보면 신호확장(sign extension)이 없는 큰 값임을 알 수 있다. 그러므로, 본원 발명에서는 복조기(14) 출력 크기를 신호확장(sign extension) 이 없을 정도로 증가시킨 후 그 상위 3비트를 비터비 디코더(18)로 입력시킴으로서 높은 신뢰도로 수신데이터가 복조될 수 있도록 하고 있다.

상기 신호확장(sign extension)이란, 적은 자릿수로 표현된 숫자를 많은 자릿수로 바꿀 때 그 부호를 유지하기 위하여 적은 자릿수의 맨 윗자리에 있는 부호 비트를 많은 자릿수의 앞쪽 부분에 채우는 일. 예를 들면 4비트의 1001이란 값을 8비트로 부호 확장하면 11111001이된다.

먼저, 2의 보수(2’complement) 형식의 복조기(14) 출력 N비트가 (SS...SDD...D) 형태일 때 증폭을 시켜 (SDD...D) 형태로 바꾼다. 이 때, 상기 S는 신호비트(sign bit)를 의미하며 SS...S는 신호확장(sign extension)이 된 것이며, D는 데이터 비트를 의미하며 DD...D는 비트 값들이 데이터 비트들로만 구성되어 있음을 의미한다.

신호확장(sign extension)이 많을수록 그 데이터의 값은 작은 것인데, 이러한 값을 k배만큼 증폭시켜서 신호(sign) 비트가 하나만 있는 큰 값으로 만든다. 상기와 같이 큰 값으로 증폭시킨 후에 N비트 중 상위 3비트를 비터비 디코더(18)로 입력시킨다.

상기 k값은 복조기(14)를 통과한 신호를 얼만큼 증폭시킬 것인가에 관한 값인데, 증폭시킨 신호의 평균값을 원하는 값과 비교한 후 얼마의 값을 가질지를 결정한다.

다음은 복조기(14) 출력이 N = 5인 경우를 예를 들어서 설명한다.

복조기출력 증폭결과(k배) 상위3비트

00010 01000(4배) 010

11110 10000(8배) 100

00100 01000(2배) 010

11101 10100(4배) 101

01000 01000(1배) 010

11000 10000(2배) 110

상기 예에서, 복조기 출력이 00010인 경우, 자리부호는 + 이고, 신호확장(sign extension)은 000 이다. 따라서, 복조기 출력값 00010(+2)을 신호(sign) 비트가 하나만 있도록 4배 증폭한 결과는 01000{+8(+2 ×4)}가 되고, 상위 3비트를 취하면 010 이된다.

마찬가지로, 상기 예에서, 복조기 출력이 11110인 경우, 자리부호는 - 이고, sign extension은 111 이다. 따라서, 복조기 출력값 11110(-2)을 신호(sign) 비트가 하나만 있도록 8배 증폭시키면 10000{-16(-2 ×8)}가 되고, 상위 3비트를 취하면 100이 된다.

상기와 같이, 신뢰도가 낮은 데이터값을 증폭하면 다양한 레벨크기를 갖는 신뢰도가 높은 데이터들이 발생하며, 상기와 같이 신뢰도가 높은 3비트 데이터를 입력받은 비터비 디코더(18)는 상기 신뢰도가 높은 데이터를 바탕으로 디코딩하여 송신신호를 찾아내게 된다.

상기에서 기술한 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상의 일실시예에 불과하며, 동업계의 통상의 기술자에 있어서는 본 발명의 기술적인 사상내에서 다른 변형된 실시가 가능함은 물론이다.

상기와 같은 구성과 동작과정을 갖는 본 발명에 의한 8레벨 연성판정을 위한 3비트 양자화 자동이득제어기(AGC)를 구비한 통신시스템 수신기의 에러정정장치는 다음과 같은 효과가 기대된다.

복조기로부터 출력되는 N비트 데이터를 원하는 크기로 증폭할 수 있는 8레벨 연성판정을 위한 3비트 양자화 자동이득제어기를 구현함으로서, N비트를 다양한 신호레벨크기를 갖는 신뢰도 높은 3비트로 양자화할 수 있는 효과가 기대된다.

또한, 신뢰도 높은 3비트를 비터비 디코더로 입력시킴으로서, 비터비 디코더에 의해 디코딩되는 송신신호의 신뢰성이 높아지는 효과도 기대된다.

Claims

N비트를 입력받아서 원하는 신호레벨크기로 증폭하여 다양한 신호레벨크기를 갖는 신뢰도 높은 3비트로 양자화하는 8레벨 연성판정(8level soft decision)을 위한 3비트 양자화 자동이득제어기(AGC)와;

상기 3비트 양자화 자동이득제어기에서 출력되는 3비트를 입력 받아서 8레벨 연성판정에 의해 디코딩(decoding)하는 비터비 디코더를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 통신시스템 수신기의 에러정정장치.
삭제
제 1 항에 있어서, 상기 3비트 양자화 자동이득제어기(AGC)는,

상기 복조기에서 출력되는 N비트 데이터를 복조기의 출력값을 신호확장(sign extension)이 발생하지 않을 때까지 증폭하는 증폭부와;

상기 증폭부에서 증폭된 N비트 데이터 값의 평균 크기(amplitude)를 모니터링하는 검출부와;

상기 검출부에서 모니터링된 값과 기억되어 있는 값과 비교하는 비교부와;

상기 비교부의 비교 결과에 따라 게인(gain) 크기를 증가 또는 감소시키는 게인증감부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 통신시스템 수신기의 에러정정장치.