KR100544793B1

KR100544793B1 - Ｓｔｂｃ/ｔｃｍ 복호방법

Info

Publication number: KR100544793B1
Application number: KR1020030051937A
Authority: KR
Inventors: 계선형; 김재석
Original assignee: (주)씨앤에스 테크놀로지
Priority date: 2003-07-28
Filing date: 2003-07-28
Publication date: 2006-01-24
Also published as: KR20050013322A

Abstract

본 발명은 STBC/TCM 복호방법에 관한 것으로서 더 상세하게는 M-ary QAM(Quadrature Amplitude Modulation) STBC/TCM 결합형 시스템에서 STBC(Space Time Block Codes)의 채널 정보를 이용하여 TCM(Trellis Coded Modulation) 복호기의 연산량을 감소시키는 복호방법에 관한 것이다.

TCM 입력신호의 판별을 위해 STBC로부터의 신호 및 채널정보를 이용하여 바이어스 포인트를 설정한다.

설정된 바이어스 포인트를 이용하여 바이어스된 신호를 다시 연산하고 판별유력 부집합에서 가장 가까운 시그널 포인트를 미리 찾아내어 불필요한 연산을 줄임으로써 성능열화 없이 TCM 복호기의 복잡도를 줄일 수 있다.

STBC/TCM 복호기, 복잡도, 채널정보, 바이어스 포인트, 판별유력 심볼

Description

ＳＴＢＣ/ＴＣＭ 복호방법 {STBC/TCM decoding method}

도 1은 종래 STBC/TCM 결합형 시스템의 블록도이다.

도 2는 본 발명에 따른 STBC/TCM 복호시스템의 블록도이다.

도 3은 도 2에 나타낸 바이어스 포인트 제네레이터의 상세 블록도이다.

도 4는 수신된 신호의 부호를 이용하여 판별 유력 사분면을 판별하는 그래프이다.

도 5는 8상태(8-state) 16QAM을 사용하는 STBC/TCM 시스템에서의 바이어스 포인트 설정예이다.

도 6은 8상태 16QAM에서 심볼들의 위치를 나타내는 그래프이다.

도 7은 도 3에 나타낸 제2 바이어스포인트 발생기의 상세 기능도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : TCM 부호기 12 : STBC 부호기

14 : 페이딩 AWGN 채널 16 : STBC 복호기

18 : TCM 복호기 20 : 바이어스 포인트 제네레이터

22 : 제1바이어스 포인트 발생기 24 : 제2바이어스 포인트 발생기

26 : 영역 판별기

도 1에 도시된 바와 같이, STBC/TCM 결합형 시스템은 TCM 부호기(encoder)(10)를 통해 데이터 비트를 코딩된 심볼로 만들고 이를 STBC 부호기(12)를 통해 여러 개의 안테나에 시간차를 두어 송신하여 시공간(space time) 코드 이득을 얻는 시스템이다.

TCM 부호기(10)는 비트를 입력으로 하여 상승부호(convolution code)를 가하면서 모듈레이션 된 심볼(PSK, QAM)을 만들어 낸다.

여기서 코딩 비트는 TCM의 부집합(subset)을 만들기 위한 비트로 사용되며, 이는 각 심볼의 유클리드거리(ED : Euclidean Distance)를 증가시켜 코드 이득을 얻게 된다.

STBC 부호기(12)는 2개 이상의 송신 안테나를 이용하여 2주기 간의 신호를 다수의 안테나의 상호 직교성을 이용하여 송신하고, 수신단에서 다수의 안테나로 받아 조합하여(STBC 복호기) 안테나 다이버시티 이득을 얻는 방법이다.

미설명 부호 14는 페이딩 AWGN 채널이다.

STBC/TCM 시스템에서 STBC 복호기(16)로부터의 복소신호를 TCM 복호기(18)로 복호하는데는 각 심볼에 따른 각 부집합에 대해 두 개의 격자신호 경로(Trellis signal path)가 존재하기 때문에 기존의 TCM 복호방법으로 복호한다면 상태(state)에서 상태(state)로 전이될 때 두 개의 병렬 전이(parallel transition)가 나타나게 되며, 각각의 부집합에 대한 병렬 전이 중에 수신된 신호와 유클리드거리가 가장 작은 심볼을 결정하게 된다.

이러한 TCM 코딩의 복호방식에서는 수신된 하나의 심볼에 대해 각각의 QAM 심볼에 대한 가지값(branch-metric)을 모두 계산해야 한다.

이 때 TCM에서 한 번의 유클리드거리를 계산하기 위해서는 8회의 곱셈, 3번의 덧셈연산을 하게 된다.

따라서, TCM 심볼의 성좌수가 증가 할수록 그 복잡도가 매우 높아지는 단점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, STBC 복호기로부터의 신호 및 채널정보를 이용하여 바이어스 포인트를 설정하고, 설정된 바이어스 포인트를 이용하여 바이어스된 신호를 연산하여 판별유력 부집합에서 가장 가까운 시그널 포인트를 미리 찾아내어 불필요한 연산을 줄여 성능열화 없이 TCM 복호기의 복잡도를 줄일 수 있는 STBC/TCM 복호방법을 제공하는데 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, M-ary QAM을 사용하는 STBC/TCM 결합형 시스템에서 수신된 신호를 복호하는 방법에 있어서;

STBC 복호기의 출력신호(a+jb)와 채널정보(α)를 이용해서 바이어스 포인트 를 설정하여 판별유력 심볼을 결정하는 제1단계와,

상기 결정된 심볼정보를 TCM 복호기에 전달하여 TCM 복호기에서 결정된 심볼에 대해서만 선별적으로 가지값을 연산하는 제2단계로 구성됨을 특징으로 하는 STBC/TCM 복호방법을 제공하고자 한다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.

도 2는 종래 STBC/TCM 시스템에 TCM 디코더의 복잡도를 줄이기 위해 STBC 복호기로부터 채널정보를 받아들이도록 구성한 STBS/TCM 복호시스템이다.

STBC 복호기(16)는 수신단에서 2주기 동안 수신된 신호를 조합 과정을 거치고 최대 공산 복호(maximum likelihood decoding: MLD) 과정을 통해 복호심볼을 출력한다.

이때 복호된 심볼은 수학식 1에서와 같이 채널정보를 포함한 복소신호이므로 기존의 TCM 복호기에서의 복호시 모든 심볼의 경로에 대한 가지값을 연산하는 대신에 STBC 복호기(16)의 출력신호와 채널정보를 이용하여 TCM 복호기(18)에서 판별유력한 심볼만을 골라 가지값 연산을 하게 되므로 성능열화 없이 불필요한 연산을 줄일 수 있다.

여기서

,

는 판별 심볼,

,

페이딩 채널이다.

따라서, 본 발명에 따른 바이어스된 STBC/TCM 복호기는 이러한 STBC 복호기(16)의 채널정보(α) 및 출력신호(a+jb) 특성을 이용해서 판별유력 부채널의 심볼영역을 판별하여 바이어스 포인트를 결정하고, 선별된 부채널의 심볼 정보를 TCM 복호기(18)에 전달하는 블록으로 구성된다.

도 3은 STBC/TCM 방식의 시스템에서 TCM 복호기에 바이어스 포인트 제네레이터를 적용한 블록도이다.

바이어스 포인트 제네레이터(20)는 수신심볼의 채널정보를 이용하여 실제 전송된 심볼의 부집합에서의 판별 유력한 심볼을 판별하기 위해 추정영역의 중심을 바이어스로 설정하여 TCM 복호기(18)가 판별 유력한 심볼에 대해서만 선택적으로 가지값을 계산할 수 있도록 하는 장치다.

각 바이어스 포인트 발생기(22,24)는 STBC 복호기(16) 또는 선행되는 바이어스 포인트 발생기로부터의 바이어스 이동된 수신신호로부터 신호를 전달받아 새로운 바이어스 포인트를 설정하여 가지값을 계산하고, 이를 다시 다음 단의 바이어스 포인트 발생기로 전달하여 신호의 경로를 추정하도록 다단으로 동작한다.

따라서, 바이어스 포인트 제네레이트는 TCM 복호기(18)의 부집합 개수에 따라 여러 개의 바이어스 포인트 발생기(22,24)로 구성된다.

각 단에서의 바이어스를 기준으로 설정된 바이어스로부터 부집합에 여러 개 의 시그널 포인트가 존재할 경우 실제 TCM 복호기(18)에서 연산되는 가지값을 부집합에서 가장 가까운 시그널 포인트만을 찾아내어 판별유력 심볼에 대해서만 가지값 연산을 수행함으로써 TCM 복호기의 연산량을 줄일 수 있다.

도 4는 수신된 신호의 부호를 이용하여 판별 유력 사분면을 판별하는 기능도로, 도 3의 영역 판별기(26) STBC 복호기(16)의 복소 출력심볼로부터 실수부와 허수부(a,b)의 부호를 검출하여 수신된 심볼의 판별 유력한 사분면을 결정하는 것을 보여준다.

이 과정을 통해 비교 부분의 연산이 4개의 사분면에서 1개의 사분면으로 국한되므로 연산량이 감소한다.

이 과정에서 STBC 복호기(16)의 출력심볼에 따른 사분면의 영역설정은 표 1과 같다.

사분면의 영역이 결정되면 결정된 사분면 내에서 바이어스 포인트를 설정한다.

이때 각 부집합의 중앙점이 바이어스 포인트가 된다.

예를 들어 16QAM TCM의 경우각 사분면에 따른 바이어스 포인트 설정은 표 2 를 따른다.

제1바이어스 포인트 발생기(22)는 표 2로부터 사분면 영역에 따라 설정된 바이어스 포인트를 수학식 2에 적용하여 STBC 복호의 출력심볼(a,b)로부터 바이어스된 심볼(a',b')을 만들고 다시 그 바이어스된 심볼의 부호를 판별하여 TCM 복호기(18)의 기준 QAM 성좌표의 가장 가까운 심볼을 설정하며 그 심볼과의 가지값을 계산한다.

이로써 판별유력 부집합에 대한 심볼의 가지값 연산이 이루어진다.

도 5는 8상태(8-state), 16QAM을 사용하는 STBC/TCM 시스템에서의 바이어스 포인트 설정 예시도이다.

STBC 복호기(16)의 출력 신호가 1사분면의 심볼로 판별되었다고 가정하면, 부집합의 가지값은 1사분면의 중심인 (2,2)바이어스 포인트로 설정하고 a와 b를 수학식 2에 적용하여 이동시켜 좌표 a', b'를 만들고 다시 부호를 결정한다.

이 때, X의 좌표가 도 5에서와 같다면 a’<0, b’<0 이고, 가장 가까운 심볼은 3번 심볼로 추정할 수 있다.

이와 같이 하여 제1 판별유력 부집합의 심볼을 판별한다.

다음 제2 판별유력 부집합의 심볼에 대한 판별에 대해 도 6을 참고로 설명한다.

이를 위해 앞에서 판별된 제1 판별유력 부집합 심볼을 기준으로 하여 상하좌우 심볼을 선택한 후 TCM 복호기에서 설정 부집합 심볼의 가지값을 연산한다.

도 6은 8상태(8-state) 16QAM TCM에서 수신심볼에서 가장 가까운 심볼을 설정한 후 설정심볼을 중심으로하는 심볼들의 위치를 나타내는 그래프이다.

1사분면의 3번 심볼이 제1 판별유력 부집합의 심볼이라면 이 심볼을 중심으로 상하좌우에 있는 4, 2, 0, 6번 심볼은 부집합 4, 2, 0, 6번의 심볼을 나타내며 수신된 심볼과 부집합 4, 2, 0, 6에서 수신된 신호와 가장 가까운 시그널 포인트가 된다.

여기서 결정된 시그널 포인트와 수신된 신호와의 유클리드거리를 구하여 TCM 격자(Trellis)에서의 가지값으로 이용하게 된다.

이로써 부집합 3과 4, 2, 0, 6 등 5개의 부집합에 대한 심볼의 가지값을 계산할 수 있다.

다음 제3 판별유력 부집합의 심볼에 대한 판별에 대해 도 7를 참고로 설명한다.

도 7은 제2 바이어스포인트 발생기의 상세 기능도로 나머지 부집합 1, 5, 7 내에서의 심볼를 결정하는 기능을 한다.

이 과정에서는 이미 제1 판별유력 부집합의 심볼이 결정되어 있으므로 이를 중심으로 하여 바이어스를 설정한다.

즉, 상술한 예에서와 같이 3번 심볼이 제1 판별유력 심볼이라면 3번 심볼이 바이어스 포인트가 된다.

바이어스 포인트가 결정되면 심볼 영역 판별을 위해 바이어스를 수학식 3에 적용하여 바이어스 된 심볼(a”, b”)을 계산한다.

부집합 1, 5, 7에 위치한 심볼판별을 위해서는 기울기가 45도인 두 개의 직선의 방정식(b"=a",b"=-a")을 사용하여 제2판별유력 부집합의 심볼을 결정한다.

만일 a">b", -a">b"이면 1사분면의 1번 심볼과 4사분면의 5, 7번 심볼이 각각 부집합 1, 5, 7내에서 수신된 신호와 가장 가까운 심볼이 되므로 이를 TCM 복호기에 전달하여 가지값을 연산한다.

이와 같은 과정을 통해 부집합 3, 4, 2, 0, 6, 1, 5, 7 등 8상태 16QAM의 STBC/TCM의 모든 부집합내 심볼의 선별적 가지값 연산이 가능하다.

또한 제1,제2 바이어스 포인트 발생기(22,24)의 반복 동작으로 64QAM, 256QAM 등 더 많은 성좌를 가지는 M-ary QAM TCM 또는 STBC/TCM 복호기에도 적용 가능한다.

본 발명에 따른 TCM 복호방법으로, 수신심볼로부터 영역 판별 및 바이어스 포인트를 적용하여 판별 유력한 부집합의 심볼을 선별하고 연산하여 부집합이 8개일 경우 8개 심볼의 가지값 계산만으로 TCM 복호기(18)를 성능저하 없이 복잡도를 줄여 복호가능하다.

구체적으로는 기존 TCM 복호방법과 비교하여 곱셈은 37%, 가감산은 41%, 비교는 25%의 연산량 감소 효과를 얻을 수 있다.

만일 종래의 방법으로 STBC가 결합된 8상태, 16QAM TCM 복호과정을 수행하면, 16개 각 심볼에 대해 16번의 유클리드거리를 계산한 후 부집합내에서 가장 가까운 시그널 포인트 8개만을 가지값(branch metric)으로 사용한다.

그러나 본 발명에 따른 TCM 복호방식은 바이어스 포인트 설정으로 수신된 신호와 부집합에서 가장 가까운 시그널 포인트를 미리 결정하기 때문에 유력하지 않은 심볼을 제외한 8개의 심볼에 대한 8번의 유클리드 거리만을 계산하게 된다.

또한, 32QAM, 64QAM 등 QAM 성상도 수가 증가한다 할지라도 동일한 부집합 수를 사용하는 TCM 복호기에서는 성능열화 없이 거의 동일한 복잡도의 연산만으로 복호하게 된다.

만일 성상도를 더 많은 레벨로 나누어 부집합이 증가하면 계산해야 할 가지값의 종류가 많아지기 때문에 연산량이 증가한다.

따라서, 동일한 8개의 부집합을 가지는 TCM 복호일 경우 본 발명에 따르면, 바이어스 포인트 설정에 필요한 6회의 a, b, a', b', a", b"의 부호비교와 4회의 곱셈 그리고 4회의 뺄셈 연산이 추가되는 대신에 1회당 8번의 곱셈, 3번의 덧셈 연산이 필요한 유클리드 거리 연산을 부집합의 개수인 8회만큼 하지 않아 복잡도가 감소하게 된다.

Claims

M-ary QAM을 사용하는 STBC/TCM 결합형 시스템에서 수신된 신호를 복호하는 방법에 있어서;

STBC 복호기의 출력신호(a+jb)와 채널정보(α)를 이용해서 상기 출력신호의 실수부(a)와 허수부(b)의 부호를 검출하여 판별 유력한 사분면을 결정하는 제1단계와,

상기 결정된 사분면 내에서 각 부집합의 중앙점에 대해 바이어스 포인트를 설정하는 제2단계와,

상기 설정된 바이어스 포인트를 이용하여 출력신호(a,b)로부터 바이어스된 신호(a',b')를 만들고, 바이어스된 신호의 부호를 다시 판별하여 판별유력한 심볼을 결정하는 제3단계와,

상기 결정된 심볼을 중심으로 하여 제1,2,3 판별유력 부집합 심볼로 구성되는 판별유력한 부집합의 심볼을 결정하는 제4단계와,

상기 결정된 심볼정보를 TCM 복호기에 전달하여 TCM 복호기에서 결정된 심볼에 대해서만 선별적으로 가지값을 연산하는 제5단계로 구성됨을 특징으로 하는 STBC/TCM 복호방법.
삭제
삭제
청구항 1에 있어서, 상기 제2단계에서 8상태(8-state) 16QAM일 경우,

결정된 사분면이 1사분면이면, 바이어스 포인트를 (2,2)로 결정하고,

2사분면이면, 바이어스 포인트를 (-2,2)로 결정하고,

3사분면이면, 바이어스 포인트를 (-2,-2)로 결정하고,

4사분면이면, 바이어스 포인트를 (2,-2)로 결정함을 특징으로 하는 STBC/TCM 복호방법.
삭제
청구항 1에 있어서, 상기 바이어스된 심볼(a',b')은 수학식 4의 계산에 의해 만들어짐을 특징으로 하는 STBC/TCM 복호방법.
청구항 1에 있어서, 제1 판별유력 부집합의 심볼은,

a와 b를 이동시켜 바이어스된 신호의 a',b' 좌표를 만들고 상기 a',b'의 부호를 판별하여 가장 가까운 심볼로 결정함을 특징으로 하는 STBC/TCM 복호방법.
청구항 7에 있어서, 제2 판별유력 부집합의 심볼은,

상기 제1 판별유력 부집합의 심볼을 중심으로 하여 상하좌우에 있는 심볼로 결정함을 특징으로 하는 STBC/TCM 복호방법.
청구항 7 또는 청구항 8에 있어서, 제3 판별유력 부집합의 심볼은,

상기 제1 판별유력 부집합의 심볼을 중심으로 하여, 바이어스 포인트를 이용해서 출력신호(a,b)로부터 바이어스된 신호(a",b")를 만들고, 이를 중심으로 하는 대각선 방정식(b"=a",b"=-a")을 사용하여 수신된 신호와 가장 가까운 심볼로 결정함을 특징으로 하는 STBC/TCM 복호방법.