KR100499469B1

KR100499469B1 - 터보 디코딩 방법 및 그를 위한 장치

Info

Publication number: KR100499469B1
Application number: KR10-2000-0012548A
Authority: KR
Inventors: 이동관
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2000-03-13
Filing date: 2000-03-13
Publication date: 2005-07-07
Also published as: KR20010091163A

Abstract

본 발명은 이동통신 시스템에 관한 것으로, 특히 차세대 이동통신 시스템의 고속 데이터 채널에 이용 가능한 보다 빠르고 정확한 터보 디코딩(turbo decoding) 방법 및 그를 위한 장치에 관한 것이다.

이에 대해 본 발명에서는 고속 데이터 전송에 적합하면서, 디코딩 성능 열화 없이 디코딩 반복회수를 줄여 보다 빠르고 전력손실 또한 줄일 수 있는 터보 디코딩 방법 및 그를 위한 장치를 제공한다.

Description

터보 디코딩 방법 및 그를 위한 장치{turbo decoding method, and apparatus for the same}

본 발명은 이동통신 시스템에 관한 것으로, 특히 차세대 이동통신 시스템의 고속 데이터 채널에 이용 가능한 보다 빠르고 정확한 터보 디코딩 방법 및 그를 위한 장치에 관한 것이다.

기존의 이동통신 시스템에서는 채널 코딩 기법으로써, 주로 컨벌루션널 코딩(convolutional coding) 기법을 사용하였다.

이 컨벌루션널 코딩 기법은 일반적으로 크기가 큰 코드워드(codeword)에 대한 채널 코딩 기법으로, 그 성능이 비교적 우수하면서도 디코딩이 비교적 간단하기 때문에 기존의 이동통신 시스템에 널리 사용되었다.

그러나, 차세대 코드분할 다중접속 방식(Code Division Multiple Access ; 이하, CDMA 라 약칭함)의 이동통신 시스템은 초당 수 백만 비트(Mbps)까지의 고속 데이터 전송을 지원하며, 또한 이런 차세대 고속 데이터 통신은 음성 통신과 달리 10^-5∼10^-6 정도의 아주 낮은 패킷 에러 확률을 요구된다.

이 때문에, 기존의 통신 시스템에서 주로 사용하던 컨벌루션널 코딩(convolutional coding) 기법을 그 고속 데이터 통신에 적용하는데는 한계가 있다.

이에 따라 열악한 이동통신 환경 하에서도 낮은 패킷 에러 확률을 유지할 수 있는 터보 코딩(turbo coding) 기법이 널리 사용되고 있으며, 이 터보 코딩 기법은 최근 이동통신 시스템의 표준으로 널리 채택되고 있는 실정이다.

덧붙여 상기한 터보 코딩 기법에 대해 수신측에 실행되는 터보 디코딩 기법 또한 이론적으로 많은 발표가 있었다. 그러나 현재까지는 이론적인 발표만 있었을 뿐 실제적인 하드웨어 구현에 대한 명확한 발표가 거의 없는 상태이다.

이론적으로 최상의 성능을 얻을 수 있는 터보 디코더(turbo decoder)는 굉장히 복잡하여 그 구현이 거의 불가능하기 때문에, 최근에는 이동통신 환경 하에서 고속 데이터 전송을 지원할 수 있는 비교적 간단한 터보 코딩 기법이 제안되었는데, 이 구조에서는 입력되는 수신 코드워드가 두 개의 컨벌루션널 디코더를 교대로 통과되도록 하여 그 구조의 복잡도를 상당히 줄였다. 그러나 교대로 컨벌루션널 디코더를 통과시키기 위해서는 컨벌루션널 디코더의 출력이 "0" 또는 "1"로 경판정(hard decision)된 값이 아니라 "0"이거나 "1"일 확률의 비에 해당하는 소프트(soft)한 값이 요구된다. 이를 위해 정보비트의 사후(A Posteriori) 확률값을 계산하여, 그 확률값이 최대가 되도록 복호하는 최대 사후(Maximum A Posteriori ; 이하, MAP 라 약칭함) 디코딩 기법이 제안되었다.

그러나 이 MAP 디코딩 기법도 기존의 비터비(Viterbi) 디코딩 기법에 비해 너무나 복잡한 구조를 갖기 때문에, 보다 간단하면서도 성능 열화가 심하지 않은 맥스-로그(max-log) MAP 디코딩이 이후 제안되었다.

도 1은 종래 기술에 따른 터보 디코딩 절차를 설명하기 위한 장치 구성을 나타낸 블록도로써, 두 개의 맥스-로그(max-log) MAP 디코더(1,3)를 사용하는 경우를 나타내었다.

도 1을 참조하면, 입력되는 수신 코드워드는 두 개의 맥스-로그(max-log) MAP 디코더(1,3)를 교대로 통과하면서 디코딩 된다. 특히 연속된 코드워드에 대해 한 번에 디코딩을 마치지 않고 두 개의 맥스-로그(max-log) MAP 디코더(1,3)를 교대로 통과하도록 하여 디코딩 시킨다. 이 때 교대로 디코더(1,3)를 통과시키는 반복회수(Iteration Number)가 많으면 많을수록 그 디코딩 성능이 좋아진다.

그러나 디코딩 반복회수(Iteration Number)에 비례해서 디코딩 시간이 길어지고 그에 따른 전력소모 또한 커지기 때문에, 다중 채널을 하나의 디코더로 처리하는 경우나 단말기와 같이 전력소비를 줄이는 것이 매우 중요한 경우에는 디코딩 반복회수(Iteration Number)를 줄이는 것이 중요한 문제가 된다.

그렇다고 해서 디코딩 반복회수(Iteration Number)를 무조건 줄이는 것도 디코더의 성능을 열화시키는 원인이 되기 때문에, 앞으로는 디코딩 성능 열화 없이 디코딩 반복회수를 줄이는 새로운 디코딩 기법이 요구되며, 특히 이동통신 환경 하에서 고속 데이터 전송을 위해서는 보다 우수한 성능의 디코딩 기법이 요구되고 있는 실정이다.

본 발명의 목적을 상기한 점들을 감안하여 안출한 것으로, 고속 데이터 전송에 적합하면서, 디코딩 성능 열화 없이 디코딩 반복회수를 줄여 보다 빠르고 전력손실 또한 줄일 수 있는 터보 디코딩 방법 및 그를 위한 장치를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 터보 디코딩 방법의 특징은, 디코딩될 수신 프레임에 대해 수신신호 대 잡음전력 비율(Eb/No)을 측정하는 단계와, 상기 측정된 수신신호 대 잡음전력 비율(Eb/No)과 상기 수신 프레임이 전송된 채널 환경에 따라, 이후 실시될 디코딩의 반복회수를 결정하는 단계와, 상기 결정된 디코딩 반복회수만큼 상기 수신 프레임에 대한 디코딩을 실시하는 단계와, 상기 디코딩 실시 이후 그 프레임의 순환중복코드(CRC)를 검사하는 단계와, 상기 순환중복코드(CRC) 검사 이후 상기 수신 프레임에 대한 디코딩을 종료하거나, 경우에 따라 상기 수신 프레임에 대해 실시될 디코딩 반복회수를 재결정하는 단계로 이루어진다.

바람직하게는, 상기 디코딩 반복회수 결정 단계가, 상기 측정된 수신신호 대 잡음전력 비율(Eb/No)과 상기 수신 프레임이 전송된 채널 환경을 참조하며, 상기 디코딩 이후 순환중복코드(CRC) 검사 결과에 따른 수신 프레임에러율(FER)을 더 참조하여 그 디코딩 반복회수를 결정한다.

또한, 상기 순환중복코드(CRC) 검사 단계는, 그 검사 결과에서 상기 순환중복코드(CRC)가 불일치되는 경우에는 상기 수신 프레임에 대해 실시될 디코딩 반복회수를 재결정하며, 상기 순환중복코드(CRC)가 일치되는 경우에 그 터보 디코딩이 종료된다.

특히, 경우에 따라 상기 반복적으로 실시되는 디코딩과 상기 순환중복코드(CRC) 검사를 동시에 실시한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 터보 디코딩 장치의 특징은, 동기된 수신 프레임 단위로 수신신호 대 잡음전력 비율(Eb/No)을 측정하는 디모듈레이터와, 상기 디모듈레이터에서 측정된 정보 및 타이밍 정보를 제공받아, 평균 수신신호 대 잡음전력 비율(Average Eb/No)을 계산함으로써 해당 채널을 추정하는 채널 추정기와, 상기 디모듈레이터에서 측정된 수신신호 대 잡음전력 비율(Eb/No) 및 상기 수신 프레임이 전송된 채널 환경에 따라, 이후 실시될 디코딩의 반복회수를 결정하는 디코딩 반복회수 결정블록과, 상기 디코딩 반복회수 결정블록에 의해 결정된 반복회수 만큼 터보 디코딩을 실시하는 터보 디코더와, 상기 터보 디코더로부터 출력되는 디코딩 프레임으로부터, 프레임 단위의 순환중복코드(CRC)를 검사하는 순환중복코드 검사블록으로 구성된다.

바람직하게는, 상기 순환중복코드 검사블록이 디코딩된 프레임의 순환중복코드(CRC) 일치 여부를 검사하여, 상기 순환중복코드(CRC) 불일치에 따른 그 검사 결과에서 알아낸 프레임에러율(FER)을 상기 디코딩 반복회수 결정블록에 제공한다.

이하 본 발명에 따른 터보 디코딩 방법 및 그를 위한 장치에 대한 바람직한 일 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

차세대 이동통신 시스템에서는 고속 데이터 전송을 위해 매 프레임 단위로 순환중복코드(Cyclic Redundancy Code ; 이하, CRC 라 약칭함) 검사를 실시하여 상위계층(Higher layer)에서의 부담을 줄여준다.

본 발명에서는 이 CRC 검사를 디코딩 중에 실시하여 평균적으로 디코딩 시간을 줄여주는 터보 디코딩 기법을 제안한다. 또한 터보 디코딩 시 디코딩 반복회수(Iteration Number)는 4회 정도로 하는 것이 좋다고 알려져 있지만, 본 발명에서는 신호 대 잡음전력 비율(Eb/No)을 통해 이동통신 채널 환경의 좋고 나쁨 정도에 따라 그 디코딩 반복회수를 결정한다. 즉 이동통신 채널 환경이 좋은 경우에는 한 번만 디코딩 반복이 실시되도록 한다.

이하 본 발명에 따른 터보 디코딩 방법 및 그를 위한 장치에 대해 보다 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 터보 디코딩 절차를 설명하기 위한 장치 구성을 나타낸 블록도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 터보 디코딩 장치는 입력되는 수신 코드워드(Received codeword)에 대해 수신신호 대 잡음전력 비율(Eb/No)을 측정할 수 있는 디모듈레이터(demodulator)(10)와, 디모듈레이터(10)의 프레임 타이밍 동기 정보를 이용하여 가장 우수한 신호 대 잡음전력 비율(Eb/No)의 채널을 추정하는 채널 추정기(Eb/No Estimator)(20)와, 터보 디코딩 반복회수(turbo decoding iteration number)를 결정하는 디코딩 반복회수 결정블록(Iteration Number Determination block)(30)과, 결정된 디코딩 반복회수 만큼 터보 디코딩을 실시하는 터보 디코더(Turbo decoder)(40)와, 디코딩된 데이터에서 프레임 단위로 CRC를 검사하는 순환중복코드 검사블록(CRC check block)(50)으로 구성된다.

특히 상기 구성 중 순환중복코드 검사블록(CRC check block)(50)의 검사 결과가 CRC 불일치(CRC Fail)로 판명되면 디코딩 반복회수 결정블록(30)은 그 CRC 검사 결과를 더 참조하여 그 프레임에 대한 터보 디코딩 반복회수(turbo decoding iteration number)를 다시 결정한다. 반면에 CRC 일치(CRC Good)로 판명되면 디코딩이 종료된다. 이 디코딩의 종료는 하드웨어에서 허용된 디코딩 반복회수를 모두 마친 경우에도 해당된다.

다음은 상기한 본 발명의 구성에 따른 보다 상세한 동작을 설명한다.

디모듈레이터(demodulator)(10)는 정합필터(matched filter) 또는 상관기(correlator)를 사용한다. 이들을 사용하여 입력되는 수신 코드워드(received codeword)에 대해 수신신호 대 잡음전력 비율(Eb/No)을 측정한다.

채널 추정기(Eb/No Estimator)(20)는 디모듈레이터(10)의 타이밍 동기 정보 및 측정 정보를 제공받아 한 프레임 동안의 평균 수신신호 대 잡음전력 비율(Average Eb/No)을 계산함으로써 해당 프레임에서의 수신신호 대 잡음전력 비율(Eb/No)을 추정한다.

이후 본 발명의 핵심 요소인 디코딩 반복회수 결정블록(Iteration Number Determination block)(30)은 채널 추정기(20)에서 측정된 수신신호 대 잡음전력 비율(Eb/No)에 따라 우선적으로 터보 디코딩 반복회수(turbo decoding iteration number)를 결정한다. 물론 터보 디코딩 중에 실시되는 CRC 검사 결과에 따라 수신 프레임에 대해 다시 터보 디코딩 반복회수를 결정할 수 있다.

터보 디코더(Turbo decoder)(40)는 디코딩 반복회수 결정블록(30)에 의해 결정된 반복회수 만큼 터보 디코딩을 실시한다.

이후 순환중복코드 검사블록(CRC check block)(50)은 디코딩된 데이터에서 프레임 단위의 CRC를 검사하여 프레임에러율(FER : Frame Error Rate)을 알아낸다. 앞에서 언급했지만 순환중복코드 검사블록(CRC check block)(50)의 검사 결과에서 CRC 불일치(CRC Fail)하면 디코딩 반복회수 결정블록(30)은 그 CRC 검사 결과를 더 참조하여 그 수신 프레임에 대한 터보 디코딩 반복회수(turbo decoding iteration number)를 다시 결정하다. 반면에 CRC 일치하면(CRC Good) 터보 디코딩이 종료된다.

상기한 터보 디코딩 장치의 동작을 보다 구체화하여, 그에 따른 본 발명의 터보 디코딩 절차를 다음의 네 단계로 나누어 설명한다.

첫 째, 현재 터보 디코딩될 프레임에 대해 평균 수신신호 대 잡음전력 비율(Average Eb/No)을 측정한다. 이는 프레임을 수신한 후에 그 수신 프레임을 디코딩 하기 때문에, 프레임을 수신하는 동안에 그 수신신호 대 잡음전력 비율(Eb/No)을 측정한다. 평균 수신신호 대 잡음전력 비율(Average Eb/No) 측정은 앞에서 언급했듯이 디모듈레이터(10)에 사용될 수 있는 정합필터(matched filter) 또는 상관기(correlator)를 통해 구한다.

둘 째, 목표하는 프레임에러율(FER), 측정된 평균 수신신호 대 잡음전력 비율(Average Eb/No) 및 가우시안(Gaussian) 채널과 레일리(Rayleigh) 채널과 라이시안(Rician) 채널과 같은 채널환경에 따라 적절한 디코딩 반복회수를 결정한다. 이 때 필요한 디코딩 반복회수가 크면 다음 표 1에 따라 적당한 반복회수를 결정한다.

목표 프레임에러율평균 Eb/No	10^-4	10^-5	10^-6	10^-7
...
0㏈	2(8)	3(8)	4(8)	4(8)
1㏈	2(8)	3(8)	4(8)	4(8)
2㏈	2(8)	2(8)	3(8)	4(8)
3㏈	1(8)	2(8)	2(8)	3(8)
4㏈	1(8)	1(8)	2(8)	3(8)
...

상기한 표 1은 가우시안(Gaussian) 채널환경에서 표준 터보 엔코더(Turbo encoder)를 사용하고, 또한 20msec의 프레임 단위에서 6144비트가 전송되는 경우에 대한 것이다.

따라서 상기한 표 1에 나타낸 결정값들은 실제 운용에 있어서, 채널환경과 터보 엔코더(Turbo encoder)를 구조 및 프레임 크기에 의해 가변될 수 있다.

또한 상기 표 1에서 괄호 안의 값은 주어진 터보 디코더에서 최대 허용 가능한 디코딩 반복회수를 나타낸 것이다.

세 째, 결정된 디코딩 반복회수 만큼 디코딩을 반복 실시하고, 프레임 단위의 터보 디코딩이 실시된 후에 CRC 검사를 실시한다. 이 때 CRC가 일치하면 더 이상 디코딩을 실시하지 않고 그 결정된(Decision) 비트들을 디코딩 데이터로 이용한다. 그러나 CRC가 불일치할 경우에 대비하여 본 발명에서는 CRC 검사와 터보 디코딩 반복을 동시에 수행할 수도 있다.

네 째, CRC 검사 결과에서 CRC가 불일치하는 경우에는 그 프레임에 대해 적절한 회수만큼 디코딩을 더 반복 수행하며, 이후 다시 CRC 검사를 실시한다. 이 때도 다시 CRC가 불일치하는 경우에는 그 터보 디코더 성능이 지원하는 반복회수 만큼 디코딩을 계속한다. 그리하여 최종적으로 CRC 검사 결과에서 CRC 불일치로 판명되면, 해당 프레임은 복구 실패가 된다. 이 실패된 프레임은 차후에 상위계층에서 패킷 재전송 요구에 따라 재수신할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 터보 디코딩 방법 및 그를 위한 장치를 사용하여 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 터보 디코딩 방법 및 그를 위한 장치를 사용하여 디코딩 성능 열화 없이 디코딩 반복회수를 줄일 수 있으므로, 다중 채널을 하나의 디코더로 디코딩 처리 할 수 있다.

또한 디코딩 성능 열화 없이 디코딩 반복회수를 줄일 수 있으므로, 전력소비를 줄이는 것이 매우 중요한 단말기의 전력소비를 줄인다. 이에 따라 단말기의 전력 수명이 최대로 연장될 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 터보 디코딩 절차를 설명하기 위한 장치 구성을 나타낸 블록도.

도 2는 본 발명에 따른 터보 디코딩 절차를 설명하기 위한 장치 구성을 나타낸 블록도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 디모듈레이터(demodulator) 20 : 채널 추정기(Eb/No Estimator)

30 : 디코딩 반복회수 결정블록(Iteration Number Determination block)

40 : 터보 디코더(Turbo decoder)

50 : 순환중복코드 검사블록(CRC check block)

Claims

수신 프레임에 대해 수신신호 대 잡음전력 비율(Eb/No)을 측정하는 단계와;

상기 측정된 수신신호 대 잡음전력 비율과 상기 수신 프레임의 전송 채널 환경에 따라, 이후 실시될 상기 수신 프레임에 대한 디코딩의 반복회수를 결정하는 단계와;

상기 결정된 디코딩의 반복회수 만큼 상기 수신 프레임에 대한 디코딩을 실시하는 단계와;

상기 디코딩 실시 이후 디코딩된 프레임에 대한 순환중복코드(CRC)를 검사하는 단계와;

상기 순환중복코드의 검사 결과에 따라, 상기 디코딩의 종료 여부를 결정하고 상기 디코딩 반복회수를 재결정하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 터보 디코딩 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 측정된 수신신호 대 잡음전력 비율(Eb/No)과 상기 수신 프레임의 전송 채널 환경과 상기 순환중복코드의 검사 결과 중 적어도 하나 이상을 참조하여 상기 디코딩의 반복회수를 결정하는 것을 특징으로 하는 터보 디코딩 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 순환중복코드의 검사 결과가 순환중복코드 불일치(CRC Fail)인 경우에는 상기 디코딩 반복회수를 재결정하고, 상기 순환중복코드의 검사 결과가 순환중복코드 일치(CRC Good)인 경우에는 상기 디코딩을 종료하는 것을 특징으로 하는 터보 디코딩 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 반복적으로 실시되는 디코딩과 상기 순환중복코드(CRC) 검사를 동시에 실시하는 것을 특징으로 하는 터보 디코딩 방법.
디모듈레이터에서 측정된 수신신호 대 잡음전력 비율(Eb/No) 정보 및 프레임 타이밍 정보를 제공받아, 매 프레임 단위로 평균 수신신호 대 잡음전력 비율(Average Eb/No)을 계산함으로써 해당 채널을 추정하는 채널 추정기와;

상기 채널 추정기에서 측정된 수신신호 대 잡음전력 비율(Eb/No) 및 상기 수신 프레임이 전송된 채널 환경에 따라, 이후 실시될 디코딩의 반복회수를 결정하는 디코딩 반복회수 결정블록과;

상기 디코딩 반복회수 결정블록에 의해 결정된 반복회수 만큼 터보 디코딩을 실시하는 터보 디코더와;

상기 터보 디코더로부터 출력되는 디코딩 프레임으로부터, 프레임 단위의 순환중복코드(CRC)를 검사하는 순환중복코드 검사블록으로 구성되는 것을 특징으로 하는 터보 디코딩 장치.
제 5 항에 있어서, 상기 순환중복코드 검사블록은, 디코딩된 프레임에 대한 순환중복코드 일치 여부를 검사하여, 상기 검사 결과가 순환중복코드 불일치임에 따라 그에 해당하는 검사 결과를 상기 디코딩 반복회수 결정블록에 제공하는 것을 특징으로 하는 터보 디코딩 장치.
제 5 항에 있어서, 상기 순환중복코드 검사블록은 상기 터보 디코더가 터보 디코딩을 실시하는 중에 상기 순환중복코드 일치 여부를 검사하는 것을 특징으로 하는 터보 디코딩 장치.
수신 프레임에 대해 측정된 수신신호 대 잡음전력 비율(Eb/No)과 상기 수신 프레임의 전송 채널 환경을 참조하여 터보 디코딩의 반복회수를 결정하는 단계와;

상기 터보 디코딩된 프레임의 에러율을 더 참조하여 상기 터보 디코딩의 반복회수를 재결정하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 터보 디코딩 방법.
제 8 항에 있어서, 상기 터보 디코딩된 프레임에 대한 순환중복코드(CRC) 검사로부터 상기 터보 디코딩된 프레임의 에러율이 산출되는 것을 특징으로 하는 터보 디코딩 방법.
측정된 수신 프레임에 대한 수신신호 대 잡음전력 비율(Eb/No)과 상기 수신 프레임의 전송 채널 환경에 따라 결정된 디코딩 반복회수 만큼 상기 수신 프레임에 대한 디코딩을 실시하는 단계와;

상기 디코딩 실시 동안에 디코딩된 프레임에 대한 순환중복코드(CRC)를 검사하는 단계와;

상기 순환중복코드의 검사 결과에 따라, 상기 디코딩의 종료 여부를 결정하고 상기 디코딩 반복회수를 다시 결정하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 터보 디코딩 방법.
제 10 항에 있어서, 상기 순환중복코드의 검사 결과가 순환중복코드 불일치(CRC Fail)인 경우에는 상기 디코딩 반복회수를 다시 결정하고, 상기 순환중복코드의 검사 결과가 순환중복코드 일치(CRC Good)인 경우에는 상기 디코딩을 종료하는 것을 특징으로 하는 터보 디코딩 방법.