KR100510635B1 - Partial Superposition Quantization Amplitude Demodulation Device in Communication System - Google Patents
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Abstract
통신시스템에서의 부분 중첩 양자화 진폭 변복조장치는 컨벌루션 부호를 적용한 부분 중첩 양자화 변조를 수행하여 부호화 이득을 향상시키도록 하기 위한 것으로서, 인포메이션 시퀀스(information sequence)를 소정 비트로 분리하는 정보 분리부와, 상기 정보 분리부에서 분리된 소정 비트중 일부를 인코드하는 인코딩부와, 상기 정보 분리부에서 분리된 소정 비트값에 따라 상위 비트값을 버퍼링하거나 더미 신호를 혼합하여 출력하는 버퍼링/더미 신호 출력부와, 상기 인코딩부, 정보 분리부 및 버퍼링/더미 신호 출력부의 신호를 매핑하는 매핑부로 구성되는데 그 요지가 있다.A partially overlapped quantized amplitude modulation / demodulation device for a communication system is to perform a partially overlapped quantization modulation to which a convolutional code is applied to improve an encoding gain, and includes: an information separator for separating an information sequence into predetermined bits; An encoding unit for encoding a part of the predetermined bits separated by the separating unit, a buffering / dummy signal output unit for buffering the upper bit value or mixing the dummy signal according to the predetermined bit value separated by the information separating unit; It is composed of a mapping unit for mapping signals of the encoding unit, the information separation unit, and the buffering / dummy signal output unit.
Description
본 발명은 통신시스템에 관한 것으로, 특히 통신시스템에서의 부분 중첩 양자화 진폭 변복조장치에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a communication system, and more particularly, to an apparatus for partially overlapping quantized amplitude modulation and demodulation in a communication system.
TCM(Trellis Coded Modulation) 방식은 PSK(Phase Shift Keying), QAM(Quadrature Amplifier Modulation)과 변조방식에 대하여 적용되는 대역 효율의 손실없이 부호화 이득을 얻는 채널 부호화방식이다.The Trellis Coded Modulation (TCM) scheme is a channel encoding scheme in which coding gain is obtained without loss of bandwidth efficiency applied to phase shift keying (PSK), quadrature amplifier modulation (QAM), and modulation scheme.
상기 TCM 방식에 대한 복호는 일반적으로 비터비 복호 알고리즘이 이용되는데 비터비 알고리즘의 복호 복잡도는 1비트의 정보비트를 복호하기 위한 연산량으로 정의할 수 있고 n/n+1형태의 부호기를 사용할 때 2의 지수 n승에 비례한다. The decoding of the TCM method is generally used a Viterbi decoding algorithm, the decoding complexity of the Viterbi algorithm can be defined as the amount of operations for decoding one bit of information bits, and when using an encoder of the form n / n + 1 Is proportional to the power of n.
따라서, TCM방식을 적용하는 변조방식의 신호집합수가 증가하면 할수록 복호 복잡도가 증가하는데 이러한 복호 복잡도를 줄이는 장치로 펑쳐드 부호 형태의 컨벌루션 부호의 적용을 들 수 있다.Accordingly, as the number of signal sets of the modulation method using the TCM method increases, the decoding complexity increases. As an apparatus for reducing the decoding complexity, a convolutional code in the form of a punctured code may be mentioned.
펑쳐드 컨벌루션 부호의 직접적인 적용은 복호 복잡도의 이익을 가져오지만 부호화 이득의 측면에서 볼 때 TCM방식에 대하여 상대적으로 떨어지게 된다.The direct application of punctured convolutional code brings the benefit of decoding complexity, but it is relatively inferior to the TCM method in terms of coding gain.
상기 펑쳐드 컨벌루션 부호가 대역 효율적인 변조 방식에 적용된 경우 자유 유클리드 거리는 자유 해밍거리와 변조방식의 최소 유클리드 거리의 곱으로 주어지는데 일반적으로 이 값은 TCM방식의 자유 유클리드 거리에 대하여 작은 값을 갖는다. When the punctured convolution code is applied to a band efficient modulation scheme, the free Euclidean distance is given as the product of the free Hamming distance and the minimum Euclidean distance of the modulation scheme. In general, this value has a small value with respect to the free Euclidean distance of the TCM scheme.
상기 QAM방식에 대하여 펑쳐드 컨벌루션 부호가 적용된 경우, TCM방식과 비교하여 자유 유클리드 거리를 나타내면 하기한 표 1에 도시된 바와 같이 정리된다.When the punctured convolution code is applied to the QAM scheme, the free Euclidean distance is shown in comparison with the TCM scheme, as shown in Table 1 below.
그러나 종래 기술에 따른 통신시스템에서의 부분 중첩 양자화 진폭 변복조장치에 있어서 TCM방식은 신호 집합수가 증가하면 복호 복잡도가 증가하게 된다.However, in the partially overlapped quantized amplitude modulation and demodulation device in the communication system according to the prior art, the decoding complexity increases as the number of signal sets increases.
이런 복호 복잡도를 줄이기 위해 펑쳐드 부호 형태의 컨볼루션 부호를 사용하게 되는데 이 경우 복호 복잡도에 대한 이익은 증가하나 부호화 이득은 TCM에 비해 상대적으로 떨어지게 되는 문제점이 있다.In order to reduce the decoding complexity, a convolutional code in the form of a punctured code is used. In this case, the gain on the decoding complexity increases, but the coding gain is relatively lower than that of the TCM.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 컨벌루션 부호를 적용한 부분 중첩 양자화 변조를 수행하여 부호화 이득을 향상시키도록 한 통신시스템에서의 부분 중첩 양자화 진폭 변복조장치를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a partially overlapped quantized amplitude modulation / demodulation device in a communication system to improve coding gain by performing partial overlapped quantization modulation with a convolutional code. have.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 통신시스템에서의 부분 중첩 양자화 진폭 변복조장치의 특징은, 인포메이션 시퀀스(information sequence)를 소정 비트로 분리하는 정보 분리부와, 상기 정보 분리부에서 분리된 소정 비트중 일부를 인코드하는 인코딩부와, 상기 정보 분리부에서 분리된 소정 비트값에 따라 상위 비트값을 버퍼링하거나 더미 신호를 혼합하여 출력하는 버퍼링/더미 신호 출력부와, 상기 인코딩부, 정보 분리부 및 버퍼링/더미 신호 출력부의 신호를 매핑하는 매핑부를 포함하여 구성되는데 있다.A feature of the partially overlapped quantized amplitude modulation and demodulation device in a communication system according to the present invention for achieving the above object is an information separation unit for separating an information sequence into predetermined bits, and a predetermined separation separated from the information separation unit. An encoding unit for encoding a part of bits, a buffering / dummy signal output unit for buffering an upper bit value or mixing a dummy signal according to a predetermined bit value separated by the information separating unit, and outputting the encoding unit and information separation unit And a mapping unit for mapping signals of the negative and buffering / dummy signal output units.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 통신시스템에서의 부분 중첩 양자화 진폭 변복조장치의 특징은, 채널 심볼(channel symbols)과 기준값을 비교하는 메트릭 평가부와, 상기 메트릭 평가부의 신호를 비터비 디코드하는 비터비 디코딩부와, 상기 채널 심볼(channel symbols)을 소정 시간 지연시키는 제 1 버퍼와, 상기 비터비 디코딩부에서 디코딩된 신호에 따라 상기 제 1 버퍼에서 지연된 채널 심볼(channel symbols)의 소정 비트값(n)을 결정하는 제 1 신호 결정부와, 상기 제 1 버퍼에서 지연된 신호를 재차 소정 시간 지연시키는 제 2 버퍼와, 상기 비터비 디코딩부에서 디코딩된 신호와 제 1 신호 결정부에서 결정된 소정 비트의 값(n)에 따라 상기 제 2 버퍼에서 재차 지연된 채널 심볼(channel symbols)의 소정 비트값(n+1)을 결정하는 제 2 신호 결정부와, 상기 제 2 신호 결정부에서 결정된 신호에 따라 더미 신호를 제거하는 더미 신호 제거부를 포함하여 구성되는데 있다.A feature of the partially overlapped quantized amplitude modulation and demodulation device in a communication system according to the present invention for achieving the above object is a metric evaluation unit for comparing channel symbols and reference values, and the signal of the metric evaluation unit Viterbi A Viterbi decoding unit to decode, a first buffer delaying the channel symbols for a predetermined time, and predetermined channel symbols delayed in the first buffer according to a signal decoded by the Viterbi decoding unit. A first signal determiner for determining a bit value n, a second buffer for delaying the signal delayed in the first buffer again for a predetermined time, a signal decoded in the Viterbi decoding unit and a first signal determiner determined in the first signal determiner A second signal determiner configured to determine a predetermined bit value n + 1 of channel symbols delayed again in the second buffer according to a value n of a predetermined bit; According to a signal determined by the second signal determining unit may consists of removing the dummy signal removing unit including a dummy signal.
이하, 본 발명에 따른 통신시스템에서의 부분 중첩 양자화 진폭 변복조장치의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a preferred embodiment of a partially overlapped quantized amplitude modulation / demodulation device in a communication system according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1 은 본 발명에 따른 통신시스템에서의 부분 중첩 양자화 진폭 변복조장치에 3/4 펑쳐드 컨벌루션 부호가 적용되었을 경우의 부호기의 블럭 구성을 나타낸 도면으로, 인포메이션 시퀀스(information sequence)를 소정 비트로 분리하는 정보 분리부(1)와, 상기 정보 분리부(1)에서 분리된 소정 비트중 일부를 인코드하는 인코딩부(2)와, 상기 정보 분리부(1)에서 분리된 소정 비트값(n)에 따라 상위 비트값(n+1)을 버퍼링하거나 더미 신호를 혼합하여 출력하는 버퍼링/더미 신호 출력부(3)와, 상기 인코딩부(2), 정보 분리부(1) 및 버퍼링/더미 신호 출력부(3)의 신호를 매핑하는 매핑부(4)와, 상기 매핑부(4)에서 매핑된 신호와 가우시안 노이즈(Gaussian Noise)를 혼합하는 혼합기(5)로 구성된다.1 is a block diagram of an encoder when a 3/4 punctured convolution code is applied to a partially superimposed quantized amplitude modulation / demodulation device in a communication system according to the present invention, in which an information sequence is separated into predetermined bits. An information separator 1, an encoder 2 for encoding a part of the predetermined bits separated by the information separator 1, and a predetermined bit value n separated by the information separator 1 A buffering / dummy signal output section 3 for buffering the upper bit value n + 1 or mixing a dummy signal, and outputting the encoding section 2, the information separating section 1, and the buffering / dummy signal output section. A mapping unit 4 for mapping the signal of (3) and a mixer 5 for mixing the signal mapped by the mapping unit 4 with Gaussian noise.
도 2 는 본 발명에 따른 통신시스템에서의 부분 중첩 양자화 진폭 변복조장치에 의한 부분 중첩 12QAM신호의 구성 상태를 나타낸 도면이다.2 is a view showing a configuration state of a partially overlapped 12QAM signal by the partially overlapped quantized amplitude modulation / demodulation device in the communication system according to the present invention.
도 3 은 본 발명에 따른 통신시스템에서의 부분 중첩 양자화 진폭 변복조장치에 의한 복호기의 블럭 구성을 나타낸 도면으로, 채널 심볼(channel symbols)과 기준값을 비교하는 메트릭 평가부(10)와, 상기 메트릭 평가부(10)의 신호를 비터비 디코드하는 비터비 디코딩부(20)와, 상기 채널 심볼(channel symbols)을 소정 시간 지연시키는 제 1 버퍼(30)와, 상기 비터비 디코딩부(20)에서 디코딩된 신호에 따라 상기 제 1 버퍼(30)에서 지연된 채널 심볼(channel symbols)의 소정 비트값(n)을 결정하는 제 1 신호 결정부(40)와, 상기 제 1 버퍼(30)에서 지연된 신호를 재차 소정 시간 지연시키는 제 2 버퍼(50)와, 상기 비터비 디코딩부(20)에서 디코딩된 신호와 제 1 신호 결정부(40)에서 결정된 소정 비트의 값(n)에 따라 상기 제 2 버퍼(50)에서 재차 지연된 채널 심볼(channel symbols)의 소정 비트값(n+1)을 결정하는 제 2 신호 결정부(60)와, 상기 제 2 신호 결정부(60)에서 결정된 신호에 따라 더미 신호를 제거하는 더미 신호 제거부(70)로 구성된다.3 is a block diagram of a decoder by a partially superimposed quantized amplitude modulation / demodulation device in a communication system according to the present invention. The metric evaluation unit 10 compares channel symbols with reference values, and the metric evaluation. A Viterbi decoding unit 20 for Viterbi decoding the signal of the unit 10, a first buffer 30 for delaying the channel symbols for a predetermined time, and a decoding in the Viterbi decoding unit 20 A first signal determiner 40 for determining a predetermined bit value n of channel symbols delayed in the first buffer 30 according to the received signal, and a signal delayed in the first buffer 30. The second buffer 50 may be delayed again by a predetermined time, and according to the signal decoded by the Viterbi decoding unit 20 and the value n of the predetermined bit determined by the first signal determiner 40, The predetermined ratio of channel symbols delayed again in 50). Value consists of a second signal determining unit 60 and the dummy signal remover 70 for removing the dummy signal according to a signal determined by the second signal determining section 60 which determines the (n + 1).
도 4 는 본 발명에 따른 통신시스템에서의 부분 중첩 양자화 진폭 변복조장치에 의한 비트오율(BER)을 나타낸 도면이다.4 is a diagram illustrating a bit error rate (BER) by a partially overlapped quantized amplitude modulation / demodulation device in a communication system according to the present invention.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 통신시스템에서의 부분 중첩 양자화 진폭 변복조장치에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The partial overlap quantization amplitude modulation and demodulation device in the communication system according to the present invention configured as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
먼저, 본 발명에 따른 통신시스템에서의 부분 중첩 양자화 진폭 변복조장치에 3/4 펑쳐드 컨벌루션 부호가 적용되었을 경우의 부호기내 정보 분리부(1)는 인포메이션 시퀀스(information sequence)를 4비트로 분리하여 출력한다.First, the information separator 1 in the coder when the 3/4 punctured convolution code is applied to the partially overlapped quantized amplitude modulation / demodulation device in the communication system according to the present invention outputs the information sequence by dividing the information sequence into 4 bits. do.
그러면 인코딩부(2)는 상기 정보 분리부(1)에서 분리된 4비트중 하위 2 비트를 인코드하여 출력한다.The encoding unit 2 then encodes and outputs the lower two bits of the four bits separated by the information separation unit 1.
상기 인코딩부(2)는 상기 하위 2 비트를 3/4 펑쳐드 컨벌루셔널 인코드(3/4 punctured convolutional encode)하여 출력한다.The encoder 2 outputs the lower 2 bits by 3/4 punctured convolutional encode.
아울러 버퍼링/더미 신호 출력부(3)는 상기 정보 분리부(1)에서 분리된 3비트의 값에 따라 4비트의 값을 버퍼링하거나 더미 신호를 혼합하여 출력한다.In addition, the buffering / dummy signal output unit 3 buffers the 4-bit value or mixes the dummy signal according to the 3-bit value separated by the information separating unit 1 and outputs the mixed signal.
즉 버퍼링/더미 신호 출력부(3)는 상기 정보 분리부(1)에서 분리된 3비트값이 "0"인 경우에는 상기 4비트에 아무런 정보를 전송하지 못하고 더미 비트(dummy bit)에 해당하는 "0", "1"중 어떤 값이라도 임시로 선택되어 채워진다.That is, when the 3-bit value separated by the information separator 1 is "0", the buffering / dummy signal output unit 3 does not transmit any information to the 4 bits and corresponds to a dummy bit. Any value of "0" or "1" is temporarily selected and filled.
아울러 버퍼링/더미 신호 출력부(3)는 상기 정보 분리부(1)에서 분리된 3비트의 값이 "1"인 경우에만 4비트의 값을 전송한다.In addition, the buffering / dummy signal output unit 3 transmits a 4-bit value only when the 3-bit value separated by the information separator 1 is “1”.
이에 따라 매핑부(4)는 상기 인코딩부(2), 정보 분리부(1) 및 버퍼링/더미 신호 출력부(3)의 신호를 부분적으로 중첩된 16QAM으로 매핑하여 도 2 에 도시된 바와 같이 출력한다.Accordingly, the mapping unit 4 maps the signals of the encoding unit 2, the information separation unit 1, and the buffering / dummy signal output unit 3 to partially overlapped 16QAMs and outputs the signals as shown in FIG. 2. do.
그러면 혼합기(5)는 상기 매핑부(4)에서 매핑된 신호와 가우시안 노이즈(Gaussian Noise)를 혼합하여 출력한다.The mixer 5 then mixes and outputs the signal mapped by the mapping unit 4 and Gaussian noise.
한편, 본 발명에 따른 통신시스템에서의 부분 중첩 양자화 진폭 변복조장치에 의한 복호기내 메트릭 평가부(10)는 입력되는 채널 심볼(channel symbols)의 하위 2비트와 기준값을 각각 비교하여 그 결과 신호를 출력한다.Meanwhile, the intra-decoder metric evaluation unit 10 by the partially superimposed quantized amplitude modulation and demodulation device in the communication system according to the present invention compares the lower two bits of the input channel symbols with the reference value and outputs the resulting signal. do.
상기 하위 2비트는 상기 채널 심볼(channel symbols)의 오류가 발생할 때 오류판정이 되는 주변 심볼의 수가 가장 작은 그레이(Gray) 사상 형태를 가진다.The lower two bits have a gray mapping form in which the number of neighboring symbols that are an error determination is the smallest when an error of the channel symbols occurs.
그러면 비터비 디코딩부(20)는 상기 메트릭 평가부(10)의 결과신호를 비터비 디코드하여 출력한다.Then, the Viterbi decoding unit 20 decodes and outputs the result signal of the metric evaluation unit 10.
또한, 제 1 버퍼(30)는 상기 채널 심볼(channel symbols)을 소정 시간 지연시켜 출력한다.In addition, the first buffer 30 outputs the channel symbols by delaying a predetermined time.
그러면 제 1 신호 결정부(40)는 상기 비터비 디코딩부(20)에서 디코딩된 신호에 따라 상기 제 1 버퍼(30)에서 지연된 채널 심볼(channel symbols)의 3비트의 값을 결정한다.Then, the first signal determiner 40 determines a value of 3 bits of channel symbols delayed in the first buffer 30 according to the signal decoded by the Viterbi decoder 20.
그리고 제 2 버퍼(50)는 상기 제 1 버퍼(30)에서 지연된 신호를 재차 소정 시간 지연시켜 출력한다.The second buffer 50 delays and outputs the signal delayed by the first buffer 30 again.
그러면 제 2 신호 결정부(60)는 상기 비터비 디코딩부(20)에서 디코딩된 신호와 제 1 신호 결정부(40)에서 결정된 3비트의 값에 따라 상기 제 2 버퍼(50)에서 재차 지연된 채널 심볼(channel symbols)의 4비트의 값을 결정한다.Then, the second signal determiner 60 re-delays the channel again in the second buffer 50 according to the signal decoded by the Viterbi decoder 20 and the 3-bit value determined by the first signal determiner 40. Determine the 4-bit value of the channel symbols.
즉 제 2 신호 결정부(60)는 상기 3비트의 값이 "1"인 경우에는 4비트의 값을 전송하고, "0"인 경우에는 내부의 버퍼(미도시)에 저장한 후 더미 비트(dummy bit)를 대신 전송한다.That is, when the value of the three bits is "1", the second signal determination unit 60 transmits a value of 4 bits, and when the value of "0" is "0", the second signal determination unit 60 stores the data in an internal buffer (not shown) and then dummy bits ( send a dummy bit instead.
이에 따라 더미 신호 제거부(70)는 상기 제 2 신호 결정부(60)에서 결정된 신호에 따라 더미 신호를 제거하여 출력한다.Accordingly, the dummy signal remover 70 removes and outputs the dummy signal according to the signal determined by the second signal determiner 60.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 통신시스템에서의 부분 중첩 양자화 진폭 변복조장치는 부분 중첩 양자화 변조신호의 하기한 표 2에 도시된 바와 같은 자유 유클리드 거리를 이용함으로써 도 4 에 도시된 바와 같은 비트오율(BER)성능의 향상을 얻을 수 있다.As described above, the apparatus for partially overlapping quantized amplitude modulation and demodulation in the communication system according to the present invention uses a free Euclidean distance as shown in Table 2 of the partially overlapped quantized modulation signal, thereby showing a bit error rate as shown in FIG. (BER) performance can be improved.
또한, 본 발명은 컨벌루션 부호를 적용함으로써 복호 복잡도에 있어서 하기한 표 3에 도시된 바와 같은 개선점을 얻을 수 있고, 기존의 상용화된 컨벌루션 부호칩을 응용하여 채널 부호화 방식에 사용할 수 있는 이점이 있다.In addition, the present invention can obtain an improvement as shown in Table 3 below in decoding complexity by applying a convolutional code, and has an advantage that a conventional commercialized convolutional code chip can be used for channel coding.
도 1 은 본 발명에 따른 통신시스템에서의 부분 중첩 양자화 진폭 변복조장치에 3/4 펑쳐드 컨벌루션 부호가 적용되었을 경우의 부호기의 블럭 구성을 나타낸 도면1 is a block diagram of an encoder when a 3/4 punctured convolution code is applied to a partially superimposed quantized amplitude modulation / demodulation device in a communication system according to the present invention.
도 2 는 본 발명에 따른 통신시스템에서의 부분 중첩 양자화 진폭 변복조장치에 의한 부분 중첩 12QAM신호의 구성 상태를 나타낸 도면2 is a view showing a configuration state of a partially overlapped 12QAM signal by a partially overlapped quantized amplitude modulation / demodulation device in a communication system according to the present invention.
도 3 은 본 발명에 따른 통신시스템에서의 부분 중첩 양자화 진폭 변복조장치에 의한 복호기의 블럭 구성을 나타낸 도면3 is a block diagram of a decoder by a partially superimposed quantized amplitude modulation / demodulation device in a communication system according to the present invention.
도 4 는 본 발명에 따른 통신시스템에서의 부분 중첩 양자화 진폭 변복조장치에 의한 비트오율(BER)을 나타낸 도면4 is a diagram illustrating a bit error rate (BER) by a partially overlapped quantized amplitude modulation / demodulation device in a communication system according to the present invention.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 정보 분리부 2 : 인코딩부1: information separation unit 2: encoding unit
3 : 버퍼링/더미 신호 출력부 4 : 매핑부3: buffering / dummy signal output section 4: mapping section
5 : 혼합기 10 : 상기 메트릭 평가부5: mixer 10: the metric evaluation unit
20 : 비터비 디코딩부 30 : 제 1 버퍼20: Viterbi decoding unit 30: first buffer
40 : 제 1 신호 결정부 50 : 제 2 버퍼40: first signal determiner 50: second buffer
60 : 제 2 신호 결정부 70 : 더미 신호 제거부60: second signal determiner 70: dummy signal remover
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