KR100611095B1 - 터보 코드의 복호지연 감소 장치 및 그 방법 - Google Patents

터보 코드의 복호지연 감소 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은 터보 코드의 복호지연 감소 장치 및 그 방법에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은 터보코드를 복호하는데 있어 그 반복 복호 횟수 증가로 인한 추가적인 계산량과 복호 지연 등을 방지하기 위해 적절한 반복 복호 수행 후 정지기준을 고려하여 높은 부호 이득을 얻기 위한 터보코드의 복호지연 감소 장치 및 그 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하고자 함.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은, 적어도 하나 이상의 MAP 복호기, 적어도 하나 이상의 인터리버 및 적어도 하나 이상의 디인터리버를 구비한 터보코드 복호기에 있어, 모의실험을 통해, 각 비트오율을 고려해 더 이상의 복호 성능이 증가되지 않는 반복 복호 횟수에 대응되는 상수값[K]을 최적화시켜 설정한 상태에서, 첫번째 복호 결과로 MAP 복호기에서 획득한 복호값에 대응되는 외부정보의 분산값[Var(W1)]을 추정하고, i번의 반복 복호 결과로 MAP 복호기에서 획득한 복호값에 대응되는 외부정보의 분산값[Var(Wi)]을 추정하는 추정기; 및 상기 추정기에서 추정한 분산값[Var(Wi)]이 상기 추정기에서 추정한 분산값[Var(W1)]과 상기 최적화시킨 상수값[K]간을 곱한값[K×Var(W1)]보다 큰 경우에 그 반복 복호 수행을 중단시키는 제어기를 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 터보코드 복호기 등에 이용됨.
터보코드, 복호지연 감소, 외부정보의 분산, 복호기, 정지기준

Description

터보 코드의 복호지연 감소 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR REDUCING DECODING DELAY OF TURBO CODE}
도 1 은 본 발명에 따른 터보코드의 복호지연 감소 장치의 일실시예 구성도.
도 2 는 본 발명에 따른 입력 블럭당 에러수와 외부정보의 분산 Var(W k )을 나타낸 예시도.
도 3 은 본 발명에 따른 터보코드의 복호지연 감소 방법에 대한 일실시예 흐름도.
도 4 는 본 발명에 따른 정지기준과 교차엔트로피에 의한 정지기준의 평균반복회수를 비교하여 나타낸 예시도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
210 : 제어부 220 : 복호부
211 : 추정기 212 : 제어기
본 발명은 터보코드의 복호지연 감소 장치 및 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것으로, 특히 터보복호 과정에서 평균 반복복호 수를 줄이면서 높은 부호이득을 얻을 수 있는 효율적인 정지기준에 따라 터보복호기의 성능을 향상시키시 위한 터보코드의 복호지연 감소 장치 및 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것이다.
종래에는 이동통신 등의 무선통신 분야에서 전파지연 및 다중 전파경로 수신에 의한 페이딩 등으로 인하여 채널 잡음이 심하여 많은 전송 에러가 발생하였다.
이러한 문제점을 개선하고 데이터의 신뢰도를 높이기 위하여 사용되는 오류 정정 부호는 디지털 이동통신시스템에서 중요한 요소로 자리잡고 있다. 최근에 발표된 터보부호는 RSC(Recursive Systematic Convolutional) 부호를 병렬로 연접하여 부호화하며 준 최적 복호 방법인 반복복호(Iterative Decoding)를 통하여 복호 동작을 수행하게 된다. 또한, 터보부호는 인터리버의 크기가 크고 반복복호가 충분히 수행되었을 때 BER(Bit Error Rate)의 관점에서 새논 리미트(Shannon Limit)에 근접하는 우수한 성능을 보였다. 그러나, 종래의 방법에는 많은 연산량에 따른 복잡성의 증가, 그리고 인터리버와 반복복호에 따른 지연과 실시간 처리에 대한 여러가지 문제점이 있었다.
또한, 반복복호는 반복복호 수가 증가함에 따라 추가적인 계산량과 복호지연등의 문제를 일으키므로 이를 해결하기 위해 적절한 반복 후 복호를 중단하기 위한 정지기준을 필요로 하게 된다. 최근까지, 하겐워(Hagenauer)가 제안한 교차 엔트로피에 의한 정지기준을 많이 사용하고 있으나, 이 방식은 다소 복잡한 계산을 포함하고 있어 많은 연산량으로 인한 복잡도의 증가, 하드웨어 구현상의 어려움 등의 많은 문제점이 있었다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 터보코드를 복호하는데 있어 그 반복 복호 횟수 증가로 인한 추가적인 계산량과 복호 지연 등을 방지하기 위해 적절한 반복 복호 수행 후 정지기준을 고려하여 높은 부호 이득을 얻기 위한 터보코드의 복호지연 감소 장치 및 그 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 적어도 하나 이상의 MAP 복호기, 적어도 하나 이상의 인터리버 및 적어도 하나 이상의 디인터리버를 구비한 터보코드 복호기에 있어, 모의실험을 통해, 각 비트오율을 고려해 더 이상의 복호 성능이 증가되지 않는 반복 복호 횟수에 대응되는 상수값[K]을 최적화시켜 설정한 상태에서, 첫번째 복호 결과로 MAP 복호기에서 획득한 복호값에 대응되는 외부정보의 분산값[Var(W1)]을 추정하고, i번의 반복 복호 결과로 MAP 복호기에서 획득한 복호값에 대응되는 외부정보의 분산값[Var(Wi)]을 추정하는 추정기; 및 상기 추정기에서 추정한 분산값[Var(Wi)]이 상기 추정기에서 추정한 분산값[Var(W1)]과 상기 최적화시킨 상수값[K]간을 곱한값[K×Var(W1)]보다 큰 경우에 그 반복 복호 수행을 중단시키는 제어기를 포함한다.
한편, 본 발명의 방법은, 적어도 하나 이상의 MAP 복호기, 적어도 하나 이상의 인터리버 및 적어도 하나 이상의 디인터리버를 이용해 터보코드를 복호하는 방법에 있어, 모의실험을 통해, 각 비트오율을 고려해 더 이상의 복호 성능이 증가되지 않는 반복 복호 횟수에 대응되는 상수값[K]을 최적화시켜 설정한 상태에서, 첫번째 복호 결과로 획득한 복호값에 대응되는 외부정보의 분산값[Var(W1)]을 추정하고, i번의 반복 복호 결과로 획득한 복호값에 대응되는 외부정보의 분산값[Var(Wi)]을 추정하는 단계; 및 상기 추정한 분산값[Var(Wi)]이 상기 추정한 분산값[Var(W1)]과 상기 최적화시킨 상수값[K]간을 곱한값[K×Var(W1)]보다 큰 경우에 그 반복 복호 수행을 중단시키는 단계를 포함한다.
한편, 본 발명은, 프로세서를 구비한 터보코드 복호기에, 모의실험을 통해, 각 비트오율을 고려해 더 이상의 복호 성능이 증가되지 않는 반복 복호 횟수에 대응되는 상수값[K]을 최적화시켜 설정한 상태에서, 첫번째 복호 결과로 획득한 복호값에 대응되는 외부정보의 분산값[Var(W1)]을 추정하고, i번의 반복 복호 결과로 획득한 복호값에 대응되는 외부정보의 분산값[Var(Wi)]을 추정하는 기능; 및 상기 추정한 분산값[Var(Wi)]이 상기 추정한 분산값[Var(W1)]과 상기 최적화시킨 상수값[K]간을 곱한값[K×Var(W1)]보다 큰 경우에 그 반복 복호 수행을 중단시키는 기능을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.
본 발명에서는 터보복호시 반복복호가 충분히 수행되었을 때 우수한 성능을 얻지만, 실제적으로 가변적 채널 환경에 따라 어느정도의 반복 복호후 반복복호 수에 따라 부호이득이 계속 증가하지 않음을 동기로 삼아 시스템에서 요구하는 성능을 얻었을 경우 적응적으로 반복복호를 제어하는 정지기준을 고려하였다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바 람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 1 은 본 발명에 따른 터보코드의 복호지연 감소 장치의 일실시예 구성도이다. 이하, 도 1을 참조하여 본 발명을 설명하는데 있어, 공지의 터보코드 복호기의 알고리즘, 그 기능, 동작 등에 대해서는 그 상세한 설명을 생략하기로 하며, 본 발명에서는 MAP 복호기의 복호 동작에 따른 결과값, 즉 입력 신호에 대해 복호 동작을 수행해 획득한 복호값에 대응되는 외부정보[Wk]의 분산값[Var(Wk)]에 대해서만 도 1에 도시화하기로 한다. 예컨대, 공지의 MAP 복호기에 처리된 각 복호비트 dk에 대한 Log Likelihood Ratio[L(dk)] 등에 대한 수식은 도 1에 도시하지 않기로 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 도면부호 "220"은 공지의 터보코드 복호기에 상응되는 복호부를 나타내며, 도면부호 "210"은 본 발명에서 제시하는 복호부(220)에서의 반복 복호 수행 횟수를 제어, 예컨대 터보코드 반복 복호 수행 정지를 제어하는 제어부를 나타낸다.
본 발명에서는 터보코드 반복 복호 수행 횟수를 제어하는데 있어 그 파라미터[기준값]로서 MAP 복호기에서 획득한 복호값에 대응되는 외부정보[Wk]의 분산값[Var(Wk)]을 사용한다. 즉 본 발명에 있어, 모의실험을 통해 각 비트오율을 고려해 더 이상의 복호 성능이 증가되지 않는 반복 복호 횟수에 대응되는 상수값[K]을 최적화시켜 설정한 상태에서, 첫번째 복호 결과로 MAP 복호기에서 획득한 복호값에 대응되는 외부정보의 분산값[Var(W1)]을 추정하고, i번의 반복 복호 결과로 MAP 복호기에서 획득한 복호값에 대응되는 외부정보의 분산값[Var(Wi)]을 추정하는 추정기(211)와, 상기 추정기(211)에서 추정한 분산값[Var(Wi)]이 상기 추정기(211)에서 추정한 분산값[Var(W1)]과 상기 최적화시킨 상수값[K]간을 곱한값[K×Var(W1)]보다 큰 경우에 그 반복 복호 수행을 중단시키는 제어기(212)로서 제어부(210)를 구성한다. 여기서 알 수 있듯이, 본 발명에서 제시하는 터보코드 반복 복호 수행 정지기준(이하 "정지기준"이라 함)은 i번째 터보코드 복호 결과에 대응되는 분산값[Var(Wi)]이 첫번째 터보코드 복호 결과에 대응되는 분산값[Var(W1)]과 기 최적화시킨 상수값[K]간을 곱한값[K×Var(W1)]보다 큰 경우를 의미한다.
복호부(220)는, MAP1(Maximum A Posteriori1) 복호기(221)과, 인터리버(222)와, MAP2(Maximum A Posteriori2) 복호기(223)와, 디인터리버(224,225)로 구성된다.
상기한 바와 같은 구조를 갖는 본 발명에 따른 터보코드의 복호지연 감소 장치에 대하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
MAP1 복호기(221)는 채널을 통과한 후의 수신된 데이터를 입력받아 부호화 하지않은 데이터 xk와 부호화된 데이터YK 중 첫 번째 구성부호의 하나인
Figure 112006051758040-pat00001
를 입력받아서 일차적인 복호 동작을 수행한다. 이때, MAP1 복호기(221)의 출력은 인터리버(222)에 의해서 연집의 특성을 가지는 에러를 분산시키며, MAP2 복호기(223)의 입력으로 사용된다. MAP2 복호기(223)에서는 MAP1 복호기(221)의 인터리빙된 출력값과
Figure 112006051758040-pat00002
를 사용하여 복호 동작을 수행하게 된다. 이 과정에서 터보부호에 사용되는 복호기의 출력은 연판정 데이터이므로 반복적인 복호가 가능하며, 반복의 회수가 증가할수록 성능의 향상을 가져오지만, 복호를 위한 계산량과 지연이 증가하게 되는 단점이 발생함으로 이러한 문제점을 해결하는 방법으로 반복복호를 멈추는 정지기준(stop criterion)을 사용하고자 한다. 이를 위해, 본 발명에서는 i번의 반복 복호 결과로 MAP 복호기에서 획득한 복호값에 대응되는 외부정보의 분산값[Var(Wi)]이 첫번째 복호 결과로 MAP 복호기에서 획득한 복호값에 대응되는 외부정보의 분산값[Var(W1)]과 모의실험을 통해 기 최적화시킨 상수값[K]간을 곱한값[K×Var(W1)]보다 큰 경우에[정지기준을 만족하면] 그 반복 복호 수행을 중단시킨다.
도 2 는 본 발명에 따른 입력 블럭당 에러수와 외부정보의 분산 Var(Wk)을 나타낸 예시도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 모의실험은 인터리버의 크기가 32 ×32이며, 신호대잡음비(SNR)를 1 dB(Decibel)로 가정한 결과이며, 비트에러 수가 적어질수록 Var(Wk)의 값이 커지는 결과를 볼 수 있다. 특히, 블록 2와 3에서 2번과 4번을 반복복호하면 에러가 더 이상 발생하지 않으며, 더 이상의 반복복호를 수행하여도 부호이득을 얻을수 없음을 알 수 있다. 또한, Var(Wk)가 7번과 8번 반복복호시 어떤 값에 수렴하고 있음을 보여주고 있다. 이에 근거하여 반복복호를 제어하기 위한 정지 기준을 식으로 표현하면 다음의 [수학식1]과 같다.
Figure 112006051758040-pat00007
여기서, Var(Wi)는 i번의 반복 복호 결과로 MAP 복호기에서 획득한 복호값에 대응되는 외부정보의 분산값을, Var(W1)은 첫번째 복호 결과로 MAP 복호기에서 획득한 복호값에 대응되는 외부정보의 분산값을, K는 모의실험을 통해 각 비트오율을 고려해 더 이상의 복호 성능이 증가되지 않는 반복 복호 횟수에 대응되게 최적화시킨 상수값을 나타낸다. 바람직하게는, 이러한 K는 모의실험 결과로 "10"으로 설정될 수 있다.
즉, i번의 반복 복호 결과로 MAP 복호기에서 획득한 복호값에 대응되는 외부정보의 분산값[Var(Wi)]이 첫번째 복호 결과로 MAP 복호기에서 획득한 복호값에 대응되는 외부정보의 분산값[Var(W1)]과 모의실험을 통해 기 최적화시킨 상수값[K]간을 곱한값[K×Var(W1)]보다 큰 경우에[정지기준을 만족하면] 그 반복 복호 수행을 중단시킨다.
도 3 은 본 발명에 따른 터보코드의 복호지연 감소 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
먼저 모의실험을 통해, 각 비트오율을 고려해 더 이상의 복호 성능이 증가되지 않는 반복 복호 횟수에 대응되는 상수값[K]을 최적화시켜 설정해 둔다(바람직하게는 "K=10").
이후, MAP1 복호기(221), 인터리버(222), MAP2 복호기(223) 및 디인터리버(224)를 통해 터보코드를 반복 복호 수행한다(301, 302).
상기 과정을 통해 터보코드를 반복 복호 수행하면서, 첫번째 복호 결과로 획득한 복호값에 대응되는 외부정보의 분산값[Var(W1)]을 추정하고, i번의 반복 복호 결과로 획득한 복호값에 대응되는 외부정보의 분산값[Var(Wi)]을 추정한다(303).
그런후, 상기 추정한 분산값[Var(Wi)]이 상기 추정한 분산값[Var(W1)]과 상기 최적화시킨 상수값[K]간을 곱한값[K×Var(W1)]보다 큰 경우에 그 반복 복호 수행을 중단시킨다(304).
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도 4 는 본 발명에 따른 정지기준과 교차엔트로피에 의한 정지기준의 평균반복회수를 비교하여 나타낸 예시도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 도 4는 외부정보의 분산 Var(Wk)와 교차엔트로피를 사용했을 때의 평균반복 복호수를 나타내며, BER=10-3 에서 부호율 , 1/2, 4-스테이트(state)를 가지는 터보 부호를 모의실험한 결과로서, 신호대잡음비(Eb/N0)가 3 dB(Decibel)에서 에러 프리(free)복호를 위해 평균 3.1회의 반복복호를 하면 원하는 성능을 얻을 수 있음을 보여준다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명은, 터보 부호의 문제점 중의 하나인 반복복호로 인한 계산량과 복호지연을 줄일 수 있고, 반복복호의 수를 결정하는데 이용할 수 있는 효과가 있는데 이를 더욱 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
첫재, 본 발명에서 제안한 반복복호의 정지기준에 의한 복호방식은 종래의 맵(MAP) 알고리즘을 이용하여 반복복호에 의한 시간지연의 문제를 해결할 수 있고, 반복복호 수를 줄이면서도 최대 반복복호시의 성능에 근접하는 효율적인 성능을 얻을 수 있는 효과가 있다.
들째, 제안된 정지기준이 적용되었을 때 기존의 하겐워(Hagenauer)의 교차 엔트로피를 이용한 정지기준에 따른 복호성능과 비교할 때 성능을 효과시킬 수 있는 효과가 있다.
셋째, 제안된 반복복호의 정지기준은 하겐워(Hagenauer)의 교차 엔트로피방식에서 필요한 지수(exponential)의 계산이 불필요하여 비교적 간단한 계산을 수행하므로, 계산량과 복호지연의 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다. 한편, 제안된 반복복호의 정지기준은 반복복호 수를 결정하는데 사용할 수 있다.

Claims (3)

  1. 적어도 하나 이상의 MAP 복호기, 적어도 하나 이상의 인터리버 및 적어도 하나 이상의 디인터리버를 구비한 터보코드 복호기에 있어,
    모의실험을 통해, 각 비트오율을 고려해 더 이상의 복호 성능이 증가되지 않는 반복 복호 횟수에 대응되는 상수값[K]을 최적화시켜 설정한 상태에서,
    첫번째 복호 결과로 MAP 복호기에서 획득한 복호값에 대응되는 외부정보의 분산값[Var(W1)]을 추정하고, i번의 반복 복호 결과로 MAP 복호기에서 획득한 복호값에 대응되는 외부정보의 분산값[Var(Wi)]을 추정하는 추정기; 및
    상기 추정기에서 추정한 분산값[Var(Wi)]이 상기 추정기에서 추정한 분산값[Var(W1)]과 상기 최적화시킨 상수값[K]간을 곱한값[K×Var(W1)]보다 큰 경우에 그 반복 복호 수행을 중단시키는 제어기
    를 포함하는 터보 코드의 복호지연 감소 장치.
  2. 적어도 하나 이상의 MAP 복호기, 적어도 하나 이상의 인터리버 및 적어도 하나 이상의 디인터리버를 이용해 터보코드를 복호하는 방법에 있어,
    모의실험을 통해, 각 비트오율을 고려해 더 이상의 복호 성능이 증가되지 않는 반복 복호 횟수에 대응되는 상수값[K]을 최적화시켜 설정한 상태에서,
    첫번째 복호 결과로 획득한 복호값에 대응되는 외부정보의 분산값[Var(W1)]을 추정하고, i번의 반복 복호 결과로 획득한 복호값에 대응되는 외부정보의 분산값[Var(Wi)]을 추정하는 단계; 및
    상기 추정한 분산값[Var(Wi)]이 상기 추정한 분산값[Var(W1)]과 상기 최적화시킨 상수값[K]간을 곱한값[K×Var(W1)]보다 큰 경우에 그 반복 복호 수행을 중단시키는 단계
    를 포함하는 터보 코드의 복호지연 감소 방법.
  3. 프로세서를 구비한 터보코드 복호기에,
    모의실험을 통해, 각 비트오율을 고려해 더 이상의 복호 성능이 증가되지 않는 반복 복호 횟수에 대응되는 상수값[K]을 최적화시켜 설정한 상태에서,
    첫번째 복호 결과로 획득한 복호값에 대응되는 외부정보의 분산값[Var(W1)]을 추정하고, i번의 반복 복호 결과로 획득한 복호값에 대응되는 외부정보의 분산값[Var(Wi)]을 추정하는 기능; 및
    상기 추정한 분산값[Var(Wi)]이 상기 추정한 분산값[Var(W1)]과 상기 최적화시킨 상수값[K]간을 곱한값[K×Var(W1)]보다 큰 경우에 그 반복 복호 수행을 중단시키는 기능
    을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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