KR100564015B1 - 터보 복호기 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 터보 복호기는, 하드 결정값을 가지고, 반복 여부를 결정하는 계산을 수행함으로써, 계산 과정을 간략화할 수 있고, 이를 통하여 지연 시간을 감소시키는 동시에 비트오율 성능을 향상시키는 터보 복호기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 디인터리빙 기법을 이용하여 부호화된 데이터를 복호하는 터보 복호기에 있어서, 디인터리빙 과정을 통하여 복호화된 데이터를 입력받아 데이터의 양을 하드 출력값으로써 정하고, 하드 출력값을 복호 데이터로서 출력하는 제1 경판정부; 상기 부호화된 데이터를 입력받아 데이터의 양을 하드 출력값으로써 정하고, 하드 출력값을 결정 데이터로서 출력하는 제2 경판정부; 상기 복호 데이터 및 상기 결정 데이터를 비교함으로써 신호 대 잡음비를 추정하고, 상기 신호대 잡음비에 의해 반복 횟수를 획득하는 SNR 판정부; 및 상기 반복 횟수에 의해, 복호 동작의 반복 횟수를 제어하는 반복 제어 신호를 생성하는 반복 제어부를 포함한다.
터보 코드, 반복 복호

Description

터보 복호기{TURBO DECODER}
도 1은 종래의 터보 인코더를 나타낸 블록도,
도 2는 종래의 터보 디코더를 나타낸 블록도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 터보 복호기를 나타낸 블록도,
도 4는 도 3의 SNR 판정부를 나타낸 블록도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
310 : 디펑쳐 320 : 제1 SISO 복호부
330 : 인터리버 340 : 제2 SISO 복호부
350 : 제1 디인터리버 360 : 제2 디인터리버
370 : 제1 경판정부 380 : 제2 경판정부
390 : SNR 판정부 400 : 반복 제어부
본 발명은 터보 복호기에 관한 것으로, 특히, 오류 정정 부호화 기술의 하나 인 터보 코드의 복호화 과정에서 지연 시간을 감소시킬 수 있는 터보 복호기에 관한 것이다.
4G 및 3G 통신은 대용량 멀티미디어 데이터의 정확한 송수신이 가능해야 한다. 또한, 그만큼 많은 데이터의 빠른 처리를 위해서는 전력을 많이 소모하게 되므로, 저전력 시스템 설계를 요구하게 된다.
현재, 많은 연구가 이루어지고 있는 터보 디코더는 인터리빙(interleaving)과 반복(iteration)을 통하여 섀넌 리미트(shannon limit)에 근접한 성능을 보이는 특성을 나타내고 있다.
도 1은 종래의 터보 인코더를 나타낸 블록도로서, 이러한 종래의 터보 인코더는, 데이터(D1)를 입력받아 인터리빙하는 인터리버(110); 데이터(D1)를 입력받아 제1 패리티 비트(P1)를 생성하는 제1 부호기(120); 및 인터리버(110)로부터 인터리빙된 데이터를 입력받아 제2 패리티 비트(P2)를 생성하는 제2 부호기(130)를 포함한다. 이후에, 내부 프로토콜에 따라 제1 패리티 비트(P1) 또는 제2 패리티 비트(P2)를 선택하는 펑쳐 동작(Puncturing)에 의해 인코딩 데이터(D'1)가 완성된다. 기존의 컨벌루셔널 코드와 다른 점은 무선 채널 환경에서의 버스트 에러(Burst Error)를 최소화하기 위해 인터리빙 기법을 사용한 점이다.
도 2는 종래의 터보 디코더를 나타낸 블록도로서, 이러한 종래의 터보 디코더는, 복수개의 패리티 비트를 입력받고, 내부 프로토콜에 따라 펑쳐 동작(Puncturing)에 의해 선택된 비트를 골라내는 디펑쳐(210); 인코딩 데이터(D'1) 및 디펑쳐(210)에서 선택된 패리티 비트(P'1)를 입력받아 복호하는 제1 SISO 복호부(220); 제1 SISO 복호부(220)의 출력 데이터를 입력받아 인터리빙하는 인터리버(230); 인터리버(230)에서 출력된 데이터 및 디펑쳐(210)에서 선택된 패리티 비트(P'2)를 입력받아 복호하는 제2 SISO 복호부(240); 인터리버(230) 및 제2 SISO 복호부(240)에서 출력된 데이터를 입력받아 디인터리빙하고, 제1 SISO 복호부(220)로 피드백시키는 제1 디인터리버(250); 제2 SISO 복호부(240)에서 출력된 데이터를 입력받아 디인터리빙하는 제2 디인터리버(260); 및 제2 디인터리버(260)에서 출력된 데이터를 입력받아 데이터의 양을 하드 출력값(D1)으로써 정하는 경판정부(270)를 포함한다.
종래의 비터비 복호기는 0, 1에 의한 해밍 거리(Haming Distance)를 이용하여 ML(Maximum likelyhood) 방식으로 복호하는 반면, 터보 코드에서 사용되는 SISO(Sofe Input Soft Output) 복호기는 0과 1사이를 좀 더 세분화하여 MAP(Maximum A Posteri) 알고리즘 등으로 0, 1을 판단한다.
그러나, 상술한 종래의 터보 디코더에 의한 반복 복호 방식에 의하면, 복호된 데이터를 획득하기까지 많은 연산이 필요하며, 이에 따라 많은 지연 시간이 요구될 뿐만 아니라, 이로 인한 전력 소모가 큰 문제점이 있다.
이에 따라, CRC(Cyclic Redundancy Check)를 체크하여 일정한 에러율 이하가 될 경우 반복을 멈추는 방식을 이용하고 있다. 즉, 데이터 전송 시에 터보 코드의 터보 코드의 부호기 측에서 각 데이터 프레임마다 수신단에서 전송된 프레임 에러를 검출할 수 있도록 FCS(frame check sequence)를 포함하여 전송하는데, CRC를 체크하여 FCS가 0이면 반복 복호 동작을 끝내는 방식을 사용한다.
또한, LLR값의 교차 엔트로피(cross entropy)가 매 반복마다 감소하는 것을 이용하여, 교차 엔트로피가 소정의 임계값 이내일 경우 반복 복호 동작을 끝내도록 할 수도 있다. 여기서, LLR(x')는 수신된 정보 비트 x'의 로그-유사 비율이다. 각각의 수신된 정보의 LLR과 및 패리티 비트 bm은 다음 수학식과 같이 계산될 수 있다.
Figure 112003047707563-pat00001
수신된 비트의 LLR은 비트가 1일 확률에 대한 비트가 0일 확률의 비의 알고리즘이다. 각각의 수신된 비트에 대한 확률 P(b m=0)과 P(bm=0)은 전형적으로 그 비트에 대한 소프트 값에 기초한다. 삭제(즉, 펑처링된 비트)에 대한 LLR은 비트가 0 또는 1(즉, LLR=0)일 때와 동일하게 표현된다.
그러나, 상술한 바와 같이 CRC를 이용할 경우 데이터 전송 효율의 감소 정도가 상대적으로 크며, 대량 데이터 전송을 목적으로 하는 터보 코드의 목적에 반하여 작은 프레임을 사용하게 됨으로써 효용성이 떨어지는 문제점이 있다. 또한, LLR값을 이용하는 경우에는, 임계값 결정에 따라 반복 횟수와 비트오율의 성능 중 한가지를 악화시키게 되는 문제점이 있다.
상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 하드 결정값을 가지고, 반복 여부를 결정하는 계산을 수행함으로써, 계산 과정을 간략화할 수 있고, 이를 통하여 지연 시간을 감소시키는 동시에 비트오율 성능을 향상시키는 터보 복호기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 터보 복호기는, 디인터리빙 기법을 이용하여 부호화된 데이터를 복호하는 터보 복호기에 있어서, 디인터리빙 과정을 통하여 복호화된 데이터를 입력받아 데이터의 양을 하드 출력값으로써 정하고, 하드 출력값을 복호 데이터로서 출력하는 제1 경판정부; 상기 부호화된 데이터를 입력받아 데이터의 양을 하드 출력값으로써 정하고, 하드 출력값을 결정 데이터로서 출력하는 제2 경판정부; 상기 복호 데이터 및 상기 결정 데이터를 비교함으로써 신호 대 잡음비를 추정하고, 상기 신호대 잡음비에 의해 반복 횟수를 획득하는 SNR 판정부; 및 상기 반복 횟수에 의해, 복호 동작의 반복 횟수를 제어하는 반복 제어 신호를 생성하는 반복 제어부를 포함한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여 본 발명의 가장 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
먼저, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 터보 복호기를 나타낸 블록도로 서, 이러한 본 발명의 터보 복호기는, 디펑쳐(310), 제1 SISO 복호부(320), 인터리버(330), 제2 SISO 복호부(340), 제1 디인터리버(350), 제2 디인터리버(360), 제1 경판정부(370), 제2 경판정부(380), SNR 판정부(390) 및 반복 제어부(400)를 포함한다.
디펑쳐(310)는, 복수개의 패리티 비트를 입력받고, 내부 프로토콜에 따라 펑쳐 동작(Puncturing)에 의해 선택된 비트를 선별하고, 선별된 비트를 제1 패리티 비트(P'1) 또는 제2 패리티 비트(P'2)로서 후술하는 제1 SISO 복호부(320) 또는 후술하는 제2 SISO 복호부(340)로 출력하는 역할을 한다.
또한, 제1 SISO 복호부(320)는, 반복 제어 신호에 따라 동작 수행 여부가 결정되어, 인코딩 데이터(D'1) 및 상기 디펑쳐(310)에서 선택된 상기 제1 패리티 비트(P'1)를 입력받아 복호하고, 복호 데이터를 후술하는 인터리버(330)로 출력하는 역할을 한다.
한편, 인터리버(330)는, 상기 제1 SISO 복호부(320)의 출력 데이터를 입력받아 인터리빙하고, 인터리빙 데이터를 후술하는 제1 디인터리버(350) 및 후술하는 제2 SISO 복호부(340)로 출력하는 역할을 한다.
또한, 제2 SISO 복호부(340)는, 반복 제어 신호에 따라 동작 수행 여부가 결정되어, 상기 인터리버(330)에서 출력된 데이터 및 상기 디펑쳐(310)에서 선택된 제2 패리티 비트(P'2)를 입력받아 복호하고, 복호 데이터를 후술하는 제1 디인터리버(350) 및 후술하는 제2 디인터리버(360)로 출력하는 역할을 한다.
한편, 제1 디인터리버(350)는, 상기 인터리버(330) 및 상기 제2 SISO 복호부(340)에서 출력된 데이터를 입력받아 디인터리빙하고, 디인터리빙된 데이터를 상기 제1 SISO 복호부(320)로 피드백시키는 역할을 한다.
또한, 제2 디인터리버(360)는, 상기 제2 SISO 복호부(340)에서 출력된 데이터를 입력받아 디인터리빙하고, 디인터리빙된 데이터를 후술하는 제1 경판정부(370)로 출력하는 역할을 한다.
한편, 제1 경판정부(370)는, 상기 제2 디인터리버(360)에서 출력된 데이터를 입력받아 데이터의 양을 하드 출력값으로써 정하고, 상기 하드 출력값을 복호 데이터(D1)로서 출력하는 역할을 한다.
또한, 제2 경판정부(380)는, 상기 인코딩 데이터(D'1)를 입력받아 데이터의 양을 하드 출력값으로써 정하고, 상기 하드 출력값을 결정 데이터로서 출력하는 역할을 한다.
한편, SNR 판정부(390)는, 상기 제1 경판정부(370)로부터 상기 복호 데이터를 입력받고, 상기 제2 경판정부(380)로부터 상기 결정 데이터를 입력받으며, 상기 복호 데이터 및 상기 결정 데이터를 비교함으로써 신호 대 잡음비를 추정하고, 상기 신호대 잡음비에 의해 반복 횟수를 획득하는 역할을 한다.
또한, 반복 제어부(400)는, 상기 SNR 판정부(390)에서 출력된 반복 횟수에 의해, 상기 제1 SISO 복호부(320) 및 상기 제2 SISO 복호부(340)의 동작을 제어하는 상기 반복 제어 신호를 생성하는 역할을 한다.
도 4는 도 3의 SNR 판정부(390)를 나타낸 블록도로서, 이에 관하여 설명하면 다음과 같다.
상기 SNR 판정부(390) 내에 장착된 비교부(410)는, 상기 제1 경판정부(370)로부터 상기 복호 데이터를 입력받고, 상기 제2 경판정부(380)로부터 상기 결정 데이터를 입력받으며, 상기 복호 데이터 및 상기 결정 데이터를 비교하여 비트오율을 산출하는 역할을 한다.
또한, 상기 SNR 판정부(390) 내에 장착된 SNR 결정부(420)는, 상기 비교부(410)로부터 비트오율을 입력받아 SNR 테이블을 통하여 상기 비트오율에 해당하는 신호 대 잡음비를 획득하는 역할을 한다.
한편, 상기 SNR 판정부(390) 내에 장착된 반복횟수 결정부(430)는, 상기 SNR 결정부(420)로부터 신호 대 잡음비를 입력받아 반복 횟수 테이블을 통하여 상기 신호 대 잡음비에 해당하는 반복 횟수를 획득하는 역할을 한다.
상술한 본 발명의 일 실시예에 의한 터보 복호기의 동작에 관하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 디펑쳐(310)는, 복수개의 패리티 비트를 입력받고, 내부 프로토콜에 따라 펑쳐 동작(Puncturing)에 의해 선택된 비트를 선별하고, 선별된 비트를 제1 패리티 비트(P'1) 또는 제2 패리티 비트(P'2)로서 제1 SISO 복호부(320) 또는 제2 SISO 복호부(340)로 출력한다. 그 후, 제1 SISO 복호부(320)는, 반복 제어 신호에 따라 동작 수행 여부가 결정되어, 인코딩 데이터(D'1) 및 디펑쳐(310)에서 선택된 제1 패리티 비트(P'1)를 입력받아 복호하고, 복호 데이터를 인터리버(330)로 출력 한다. 그 후, 인터리버(330)는, 제1 SISO 복호부(320)의 출력 데이터를 입력받아 인터리빙하고, 인터리빙 데이터를 제1 디인터리버(350) 및 제2 SISO 복호부(340)로 출력한다. 그 후, 제2 SISO 복호부(340)는, 반복 제어 신호에 따라 동작 수행 여부가 결정되어, 인터리버(330)에서 출력된 데이터 및 디펑쳐(310)에서 선택된 제2 패리티 비트(P'2)를 입력받아 복호하고, 복호 데이터를 제1 디인터리버(350) 및 제2 디인터리버(360)로 출력한다. 이 때, 제1 디인터리버(350)는, 인터리버(330) 및 제2 SISO 복호부(340)에서 출력된 데이터를 입력받아 디인터리빙하고, 디인터리빙된 데이터를 제1 SISO 복호부(320)로 피드백시킨다.
한편, 제2 디인터리버(360)는, 제2 SISO 복호부(340)에서 출력된 데이터를 입력받아 디인터리빙하고, 디인터리빙된 데이터를 제1 경판정부(370)로 출력하고, 제1 경판정부(370)는, 제2 디인터리버(360)에서 출력된 데이터를 입력받아 데이터의 양을 하드 출력값으로써 정하고, 하드 출력값을 복호 데이터(D1)로서 출력한다. 다른 한편에서, 제2 경판정부(380)는, 상기 인코딩 데이터(D'1)를 입력받아 데이터의 양을 하드 출력값으로써 정하고, 하드 출력값을 결정 데이터로서 출력한다.
그 후, SNR 판정부(390) 내에 장착된 비교부(410)는, 제1 경판정부(370)로부터 복호 데이터를 입력받고, 제2 경판정부(380)로부터 결정 데이터를 입력받으며, 복호 데이터 및 결정 데이터를 비교하여 비트오율을 산출한다. 그 후, SNR 판정부(390) 내에 장착된 SNR 결정부(420)는, 비교부(410)로부터 비트오율을 입력받아 SNR 테이블을 통하여 비트오율에 해당하는 신호 대 잡음비를 획득한다. 그 후, SNR 판정부(390) 내에 장착된 반복횟수 결정부(430)는, SNR 결정부(420)로부터 신호 대 잡음비를 입력받아 반복 횟수 테이블을 통하여 신호 대 잡음비에 해당하는 반복 횟수를 획득한다.
최종적으로, 반복 제어부(400)는, SNR 판정부(390)에서 출력된 반복 횟수에 의해, 제1 SISO 복호부(320) 및 제2 SISO 복호부(340)의 동작을 제어하는 상기 반복 제어 신호를 생성하게 된다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니다.
본 발명은 하드 결정값을 가지고, 반복 여부를 결정하는 계산을 수행함으로써, 계산 과정을 간략화할 수 있고, 이를 통하여 지연 시간을 감소시키는 동시에 비트오율 성능을 향상시키는 장점이 있다.

Claims (3)

  1. 디인터리빙 기법을 이용하여 부호화된 데이터를 복호하는 터보 복호기에 있어서,
    디인터리빙 과정을 통하여 복호화된 데이터를 입력받아 데이터의 양을 하드 출력값으로써 정하고, 하드 출력값을 복호 데이터로서 출력하는 제1 경판정부;
    상기 부호화된 데이터를 입력받아 데이터의 양을 하드 출력값으로써 정하고, 하드 출력값을 결정 데이터로서 출력하는 제2 경판정부;
    상기 복호 데이터 및 상기 결정 데이터를 비교하여 비트오율을 산출하는 비교부와, 상기 비교부로부터 비트오율을 입력받아 SNR 테이블을 통하여 상기 비트오율에 해당하는 신호 대 잡음비를 획득하는 SNR 결정부와, 상기 SNR 결정부로부터 신호 대 잡음비를 입력받아 반복 횟수 테이블을 통하여 상기 신호 대 잡음비에 해당하는 반복 횟수를 획득하는 반복횟수 결정부를 포함하여 구성되는 SNR판정부; 및
    상기 반복 횟수에 의해, 복호 동작의 반복 횟수를 제어하는 반복 제어 신호를 생성하는 반복 제어부
    를 포함하는 터보 복호기.
  2. 제1항에 있어서,
    복수개의 패리티 비트를 입력받고, 내부 프로토콜에 따라 펑쳐 동작에 의해 선택된 비트를 선별하고, 선별된 비트를 제1 패리티 비트 또는 제2 패리티 비트로서 출력하는 디펑쳐;
    상기 반복 제어 신호에 따라 동작 수행 여부가 결정되어, 인코딩 데이터 및 상기 제1 패리티 비트를 입력받아 복호하는 제1 SISO 복호부;
    상기 제1 SISO 복호부의 출력 데이터를 입력받아 인터리빙하는 인터리버;
    상기 반복 제어 신호에 따라 동작 수행 여부가 결정되어, 상기 인터리버에서 출력된 데이터 및 상기 제2 패리티 비트를 입력받아 복호하는 제2 SISO 복호부;
    상기 인터리버 및 상기 제2 SISO 복호부에서 출력된 데이터를 입력받아 디인터리빙하고, 디인터리빙된 데이터를 상기 제1 SISO 복호부로 피드백시키는 제1 디인터리버; 및
    상기 제2 SISO 복호부에서 출력된 데이터를 입력받아 디인터리빙하고, 디인터리빙된 데이터를 상기 제1 경판정부로 출력하는 제2 디인터리버
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터보 복호기.
  3. 삭제
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