KR100651473B1

KR100651473B1 - 파이프 라인을 이용한 고속 터보 부호 복호기

Info

Publication number: KR100651473B1
Application number: KR1020000038243A
Authority: KR
Inventors: 곽대연
Original assignee: 주식회사 대우일렉트로닉스
Priority date: 2000-07-05
Filing date: 2000-07-05
Publication date: 2006-11-28
Also published as: KR20020006562A

Abstract

본 발명은 터보 부호 복호기(Turbo code Decoder)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 터보 부호 복호기의 반복 복호화 수행으로 생기는 시간지연을 극복하고 고속의 에러 정정 능력을 향상시키기 위해 파이프 라인 기법을 이용해 하드웨어 모듈을 구성하여 복호화하는 고속의 터보 부호 복호기에 관한 것이다.

이러한 본 발명의 고속의 터보 부호 복호기는, 정보신호를 입력받아 복호화를 수행하는 제 1복호부와 상기 정보신호 및 상기 제 1복호부를 통해 출력되는 복호신호를 입력으로 하여 복호화를 수행하는 제 2복호부로 구성되는 터보 부호 복호셀이 서로 직렬로 연결되어 복호화를 수행하는 N개의 터보 부호 복호셀; 및 서로 직렬로 연결되어 상기 정보신호를 클럭마다 복호화가 이루어지는 해당 터보 부호 복호셀로 순차적으로 전달하는 N-1개의 메모리모듈을 포함하여 구성된다.

따라서, 본 발명에 따르면 종래의 터보 부호 복호기의 반복 수행에서 오는 시간지연을 파이프 라인 방식을 이용해 하드웨어 구성을 새롭게 함으로써 복호시간의 고속화를 꽤하는 효과가 있다. 특히, 실시간으로 강력한 에러 정정이 필요한 시스템의 구현에 적용할 수 있는 잇점이 있다.

터보 부호, 에러 정정

Description

파이프 라인을 이용한 고속 터보 부호 복호기{ A high speed turbo decoder using pipe-line processing}

도 1은 일반적인 터보 부호 부호기의 블럭도,

도 2는 종래 터보 부호 복호기의 블럭도,

도 3은 본 발명에 따른 고속 터보 부호 복호기의 블럭도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

324: 제 1복호부 328: 제 2복호부

320,340,360: 복호셀 301,302: 메모리 모듈

본 발명은 터보 부호(Turbo Code)의 복호기에 관한 것으로, 특히 파이프 라인 기법을 이용하여 복호시간을 고속화시킬 수 있는 터보 부호의 복호기에 관한 것 이다.

터보 부호는 수학적 오류정정 한계로 인식되는 Shannon limit에 거의 접근하는 성능인 코드율 1/2과 Eb/nO가 0.7dB에서 비트에러율(BER)

로 접근한다고 증명되어 지금까지의 에러 정정 코드중 가장 좋은 BER성능을 보이고 있다. 이와 같이 강력한 에러 정정 능력으로 인해 최근 해당 분야의 연구가 집중되고 있다.

먼저, 도 1의 터보 부호기를 참조하여 일반적인 터보부호의 부호화 과정을 설명하기로 한다.

터보부호는 N 정보비트의 프레임(frame)으로 이루어진 입력을 이용하여 패리티(parity) 심벌을 만드는 두개의 간단한 RSC(recursive systematic convolutional)부호기를 병렬로 연결한 구조로 되어있다. 도 1을 참조하면, 터보부호기는 정보비트를 하나의 출력 X(101)로 하고, 이 정보신호(101)를 제 1 RSC부호기(100)를 통과하여

(102)를 얻고, 정보신호(101)를 N 정보비트의 프레임과 동일한 크기를 갖는 인터리버(interleaver)(110)를 통과시켜 얻은 신호(103)를 또 다른 제2 RSC부호기(120)를 통과하여

(104)를 얻은 후 송신하게 된다. 따라서 터보부호의 출력은 제 1 RSC부호기(102)의 출력뿐만 아니라 인터리버(110)를 통해 변형된 출력으로 인해 이중의 패리티 정보를 지니게 된다. 그래서, 터보부호기에서 원하는 부호율을 얻기 위해

(102)과

(104)를 천공기(130)를 통해 출력신호를 천공한다. 예를 들어, 부호율을 1/2로 하기 위해서는

(102)과

(104)를 번갈아 한번씩 출력되도록 천공하면 된다. 이렇게 천공하여 최종적으로 얻은 패리티 비트 Y(105)를 X(101)와 함께 전송한다.

이러한 터보부호로 부호화된 부호어(codewords)를 복호화(decording)하는데는 도 2와 같은 구조로써 복호기(decoder) 두 개를 직렬로 연결하여 복호한다. 각각의 복호기는 소프트(soft)입력에 소프트 출력을 가져야 한다. 터보부호의 복호기는 기존의 연접부호(concatenated codes)등과 같은 다단계 부호기의 복호기와는 달리 두 복호기 사이에 부가정보의 교환이 이루어져 복호를 반복적으로 수행할 수 있으며, 반복 횟수의 증가에 따라 성능도 향상된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 터보부호로 부호화된 부호어의 복호화는 다음과 같다.

먼저, X(201)와 Y(202)를 도 1과 같은 터보부호기의 부호어가 채널을 통과한 신호라 했을 때, X(201)는 정보비트가 채널을 통과한 신호이고, Y(202)는 패리티 비트가 채널을 통과한 신호가 된다. 먼저, X(201)는 제 1복호기에 보내고, 수신된 패리티 신호 Y(202)는 제1 복호기(DEC1)(210)와 제 제 2복호기(DEC2)로 보낸다.

제 1복호기(210)에서는 X(201)와 Y(202)을 이용하여 복호한 다음, 제 1복호기(210)의 출력(205)을 다시 인터리빙(interleaving)한 신호(206)와 Y(202)를 이용하여 제 2복호기(230)로 복호한다. 이때 반복 복호를 하기 위해 제 2복호기(230)의 출력신호(207)를 디인터리빙(deinterleaving)한 신호(208)및 수신신호 X(201)와 Y(202)를 이용하여 제 1복호기(210)로 다시 복호한다. 이러한 반복 복호는 원하는 성능을 얻을 수 있을 때까지 할 수 있다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 터보 부호 복호기는 두 개의 복호기에 피드백을 사용하여 반복 복호를 수행한다. 만일, 반복횟수가 N번이면 피드백 루프를 N번 돌아야 한다. 따라서, 1번 복호시에 걸리는 시간이 T₁이면 N번 반복 시 걸리는 전체 복호시간 T는 N*T₁이 된다.

현재 중요시 되고 있는 DVD시스템이나 디지털 방송과 같이 대용량의 데이터를 실시간으로 보내야 하는 경우에는 고성능 뿐 아니라 고속의 에러정정 시스템이 요구된다.

이에 에러 정정 능력이 매우 우수한 터보 부호를 이용하려 하나 상기 요구조건의 하나인 고속의 에러정정은 이를 만족시키지 못하는 문제점이 있다. 이는 상기 내용에서 알 수 있듯이, 간단한 하드웨어 구성에서 같은 작동을 수회 반복하기 때문에 실시간으로 정보를 복호 전송해야 할 경우 앞의 정보가 복호 될 때까지(N*T₁) 기다려야만 하기 때문이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 수회 반복으로 생기는 간단한 하드웨어상의 시간지연을 공간의 개념으로 바꾸어 동시에 작동시키는 방식의 파이프 라인 기법을 이용해 고속의 에러 정정을 수행할 수 있는 터보 부호 복호기를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 고속의 터보 부호 복호기는, 정보신호를 입력받아 복호화를 수행하는 제 1복호부와 상기 정보신호 및 상기 제 1복호부를 통해 출력되는 복호신호를 입력으로 하여 복호화를 수행하는 제 2복호부로 구성되는 터보 부호 복호셀이 서로 직렬로 연결되어 복호화를 수행하는 N개의 터보 부호 복호셀; 및 서로 직렬로 연결되어 상기 정보신호를 클럭마다 복호화가 이루어지는 해당 터보 부호 복호셀로 순차적으로 전달하는 N-1개의 메모리부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 파이프라인 방식의 터보 복호기의 구성도로서, 본 발명의 복호기는 서로 직렬로 연결된 N개의 복호셀(320,340,...,360)과 N-1개의 메모리 모듈(301,302...)로 이루어진다.

먼저, 정보신호 R(310)은 첫번째 복호기 셀(320)에 보내진다. 여기서, 정보신호 R(310)은 도 2에서의 X(201)와 Y(202) 값을 의미하며, 첫번째 복호기 셀(320)에서의 정보신호 R(310)의 복호절차는 도 2의 절차와 동일하다. 즉, 정보신호 R(310)중 X(201)에 해당하는 정보는 첫번째 모듈(320)의 제 1복호부(324)로 보내지고, Y(202)에 해당하는 정보는 제 1복호부(324)와 제 2복호부(328)에 보내어져 한번의 복호를 수행한 복호신호(311)가 얻어진다. 이 때, 제 1복호부(324)에는 인터 리버가 포함되고, 제 2복호부(328)에는 디인터리버를 포함된다.

한편, 제 1 메모리 모듈(301)에 처음의 정보신호 R(310)을 저장한다. 이는 두번째 복호기 셀(340)에 정보신호(R)을 보내기 위함이다.

이제 첫번째 복호기 셀(320)에서 얻어진 복호신호(311)와 첫번째 메모리 모듈(302)에 저장되어 있는 정보신호를 이용하여, 상기 첫번째 모듈(320)에서와 동일한 방식으로 두번째 복호화가 이루어져 복호신호(312)를 얻게된다. 이 때, 제 1메모리모듈(301)에 있던 정보 신호는 제 2메모리 모듈(302)로 옮겨져 상기 복호신호(312)과 세번째 복호기 셀(340)로 보내진다.

한편, 첫번째 복호기 셀(320)에서는 또 다른 정보신호를 입력받아 상기와 동일한 방식으로 복호화가 진행된다. 즉, 여러개의 정보중 첫 번째 정보가 입력되면 도 3의 프로세스를 따라 첫번째 복호기 셀(320)에 입력이 되고, 두번째 복호기 셀(340)로 정보가 넘겨질 때 두번째 정보(R)가 다시 입력이 된다. 그리고 첫번째 정보가 세번째 복호기 셀로 넘어갈 때 두번째 정보는 두번째 복호기 셀(340)로 넘어가고 세번째 정보는 첫번째 복호기 셀(320)에 입력이 된다.

이와 같은 방식으로 첫번째 정보가 복호신호(C)값으로 출력이 될 때까지는 기존의 방법과 동일하게 시간지연이 발생한다. 그러나 다음 정보부터는 기존의 방법이 다시 N번 반복시간을 기다려야 하는 반면, 본 발명의 복호기는 1번 반복시간에 바로 복호 신호(C)가 출력된다.

따라서, N번의 반복을 수행하도록 구성된 터보 부호 복호기가 M개의 정보를 받는다면 기존의 방법은 각각의 입력된 데이터에 대해 N번의 반복을 수행하므로 전 체적으로는 N*M*T1의 처리시간이 발생하는 반면 도 3처럼 파이프라인 기법을 사용하여 구성된 터보 부호 복호기 셀에서는 처음 정보에서만 N번의 반복이 수행되고 그 이후에는 1번 반복시간마다 다음 데이터가 복호화되어 출력되므로 전체적으로 걸리는 시간은 (N+M-1)*T1이 되어 복호화 시간을 획기적으로 줄일 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 종래의 터보 부호 복호기의 반복 수행에서 오는 시간지연을 파이프 라인 방식을 이용해 하드웨어 구성을 새롭게 함으로써 복호시간의 고속화를 꽤하는 효과가 있다. 특히, 실시간으로 강력한 에러 정정이 필요한 고밀도 디브이디(DVD)의 구현 및 오류없는 방송수신을 위한 디지탈 방송 시스템을 구현에 적용할 수 있는 잇점이 있다.

Claims

터보 부호기에 의해 부호화되어 전송된 신호를 복호하는 터보 복호기에 있어서,

정보신호를 입력받아 복호화를 수행하는 제 1복호부와 상기 정보신호 및 상기 제 1복호부를 통해 출력되는 복호신호를 입력으로 하여 복호화를 수행하는 제 2복호부로 구성되는 터보 부호 복호셀이 서로 직렬로 연결되어 복호화를 수행하는 N개의 터보 부호 복호셀; 및

서로 직렬로 연결되어 상기 정보신호를 클럭마다 복호화가 이루어지는 해당 터보 부호 복호셀로 순차적으로 전달하는 N-1개의 메모리 모듈을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 파이프 라인을 이용한 고속의 터보 부호 복호기.