KR101137349B1 - 복수의 패리티 검사 행렬을 이용하여 부호화하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LDPC(Low Density Parity Check) 부호화 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 복수의 패리티 검사 행렬을 이용하여 부호화하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 부호화 방법은, 패리티 검사 행렬을 이용하여 LDPC 부호화를 수행하는 방법에 있어서, 정보 비트를 제1 패리티 검사 행렬에 의해 부호화하는 단계; 상기 부호화된 코드 워드를 수신 단으로 전송하는 단계; 상기 수신 단으로 재전송 요구를 수신한 경우, 상기 정보 비트 중 제1 부분을 제2 패리티 검사 행렬에 의해 부호화하는 단계; 상기 제1 부분에 대하여 생성된 패리티 비트를 상기 수신 단으로 재전송하는 단계를 포함하는 특징이 있다.
LDPC, HARQ, 재전송, NACK, 부호율, 부호화

Description

복수의 패리티 검사 행렬을 이용하여 부호화하는 방법{Method of encoding using a plurality of parity check matrices}
도 1은 본 발명 및 종래 기술이 적용되는 이동통신 채널의 구조를 나타내는 도면이다.
도 2 내지 도 4는 종래 기술에 따른 재전송 기법을 나타내는 도면이다.
도 5 내지 도 6은 종래 및 본 발명에 따른 재전송 기법을 나타내는 도면이다.
도 7은 패리티 검사 행렬 상의 서브 블록의 개념을 나타내는 도면이다.
도 8은 종래에 제안된 모델 행렬의 일례이다.
도 9는 모델 행렬이 패리티 검사 행렬로 확장되는 개념을 나타내는 도면이다.
도 10은 종래 기술 및 본 발명에 따른 LDPC 복호화 방법을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 부호화를 수행하는 방법을 나타내는 블록도이다.
도 12는 본 실시예에 따라 부호화 및 복호화를 수행할때 사용하는 정보 비트를 선택하는 방법을 나타내는 블록도이다.
도 13은 본 실시예에 따라 부호화 및 복호화를 수행할때 사용하는 정보 비트를 선택하는 방법의 또 다른 일례를 나타내는 블록도이다.
도 14는 본 실시예에 따라 부호화 및 복호화를 수행할때 사용하는 정보 비트를 선택하는 방법의 또 다른 일례를 나타내는 블록도이다.
도 15는 종래에 제안된 IEEE 802.16e 규격에 채택된 모델 행렬을 이용하여 부호화를 수행하는 방법을 나타내는 블록도이다.
본 발명은 LDPC(Low Density Parity Check) 부호화 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 복수의 패리티 검사 행렬을 이용하여 부호화하는 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명 및 종래 기술이 적용되는 이동통신 채널의 구조를 나타내는 도면이다. 이하, 도 1을 참조하여 이동통신 채널의 구조를 설명한다. 송신 단(Transmitter)에서 전송할 데이터를 무선채널에서 손실이나 왜곡 없이 전송하기 위해 채널 코딩(channel coding) 절차를 거친다. 상기 채널 코딩 기법으로는, Convolutional Coding, Turbo Coding, LDPC Coding 등의 다양한 기술이 있다. 상기 채널 코딩(Channel coding) 절차를 거친 데이터(data)는 무선 채널로 전송될 때 여러 개의 비트들이 모여서 하나의 심볼로 전송될 수 있다. 이때, 여러 비트들을 하나의 심볼(symbol)로 매핑(mapping) 되는 절차를 변조(modulation)라 한다.
변조된 데이터는 다중화(Multiplexing) 과정 또는 다중 접속(Multiple Access) 방법을 거쳐 다중 전송을 위한 신호로 변환된다. 상기 다중화 방법으로는, CDM, TDM, FDM 등의 다양한 방법이 존재하는바, 도 1에서는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)의 예를 표시하였다. 상기 다중화(Multiplexing) 블록을 거친 신호는 한 개 이상의 다중 안테나에 전송되기 적합한 구조로 변경되어 무선채널을 통해 수신 단(Receiver)에 전달된다. 무선 채널을 통과하는 과정에서 전송된 데이터는 페이딩(Fading)과 열 잡음을 겪게 되어 데이터에 왜곡이 발생할 수 있다.
상기 변조(Modulation)된 데이터는 무선 채널을 통해 수신 단(Receiver)에 전달된다. 이 과정에서 전송된 데이터는 페이딩(Fading)과 열 잡음 등을 겪게 되어 데이터에 왜곡이 발생할 수 있다. 수신 단에서는 상기 왜곡된 데이터를 수신한 후 상기 송신 단의 일련의 절차를 역순으로 수행한다. 상기 심볼로 매핑(mapping)된 데이터를 비트열로 바꾸는 복조(demodulation) 작업을 수행하고, 채널 디코딩(Channel Decoding) 절차를 거치며 왜곡된 데이터를 원래 데이터로 복원한다.
상기 채널 코딩을 수행하는 장치는, 입력된 데이터(Systematic Bits)에 첨가될 패리티 비트(Parity Bits)을 발생시키는 사용되는 패리티 검사 행렬(Parity Check Matrix)인 H 행렬 또는 H행렬로부터 유도되는 패리티 검사 생성 행렬(Parity Check Generate Matrix)인 G행렬을 저장하고 있다. 즉, 상기 송신 단은, 상기 H 또는 G 행렬과 상기 입력된 데이터를 통해 패리티 비트(Parity Bit)들을 발생하는 인코더(Encoder)를 포함한다. 채널 디코딩(Channel Decoding)을 수행하는 장치는, 수 신된 데이터(왜곡된 Systematic Bits + Parity Bits)를 H행렬과 연산을 통하여 상기 입력된 데이터(Systematic Bits)들이 제대로 복구되는지 확인하고 복구 실패시 연산을 재수행한다.
상기 변조(Modulation)는 BPSK(Binary Phase Shift Keying), QPSK(Quadrature Phase Shift Keying), 16-QAM(Quadrature Amplitude Modulation), 64-QAM, 256-QAM 등이 사용된다. 예를 들어, 16-QAM은 변조(Modulation)시 채널 인코딩(Channel Encoding) 절차를 거친 데이터 열을 4 비트 단위로 하나의 심볼에 매핑(mapping)한다. 16-QAM은 복조(Demodulation) 시 무선 채널을 거쳐 수신된 데이터의 하나의 심볼을 4개의 bit로 디매핑(demapping) 한다.
이하, 본 발명과 함께 사용될 수 있는 데이터 재전송 기법에 관하여 설명한다. 상기 데이터 재전송 기법의 종류는 다양한바, 이하 HARQ(Hybrid Automatic Repeat reQuest) 기법에 대하여 설명한다. HARQ는 통신시스템에서 재전송 기법인 ARQ(Automatic Repeat reQuest)와 FEC(Forward Error Correction) 부호를 결합한 기술이다. ARQ 기법은, 수신단에서 수신된 데이터에서 에러(error)가 검출된 경우, 상기 수신 단(Receiver)은 송신 단(Transmitter)으로 재전송을 요청하는 방법이다. ARQ 기법에는 재전송 방법에 따라, Stop-And-Wait, Selective Repeat, Go-Back-N 등이 있다. 상기 Stop-And-Wait 기법은 도 2와 같이 송신 단은 데이터를 송신하고, 수신 단에서 데이터가 성공적으로 수신되었음을 알리는 ACK(Acknowledgement) 메시지를 송신 단이 받으면, 다음 데이터를 송신하고, 송신단 이 수신 단으로부터 데이터가 성공적으로 수신되지 않았다는 NACK 메시지를 받으면, 전송에 실패한 데이터 를 다시 보내는 방법이다.
한편, Go-Back-N 방법에서는 송신 단은 N개의 데이터를 우선 보내고, 수신 단으로부터 ACK메시지를 차례대로 수신한다. 도 3은 N=7인 경우를 나타내는데, 이때, ACK을 받지 않고 보내는 데이터의 개수(N)를 윈도우 크기(window size)라고 한다. 송신단은 k 번째 데이터에 대한 NACK 메시지를 받으면, k번째 데이터부터 순차적으로 데이터를 전송한다
도 4는 Selective Repeat 방법을 나타낸다. 상기 Selective Repeat 방법에서는, 상기 Go-Back-N 방법에서와 같이 ACK 또는 NACK 메시지를 받지 않고, 윈도우 크기(Window Size)를 N으로 하여 데이터를 전송하고, NACK 메시지를 받은 데이터에 대해서만 선택적으로 재전송을 수행한다.
상술한 HARQ 기법은 상기 ARQ 방식에서 재전송을 하는 경우에, 먼저 전송된 데이터와 재전송된 데이터를 결합하여, FEC 부호를 통해 복구하는 방법이며, 두 데이터를 결합하는 방법에 따라, Chase Combining과 Incremental Redundancy로 나뉘어진다. Chase Combining 기법은 도 5와 같이 수신단에서 전송 데이터와 재전송 데이터를 결합하여 수신 SNR(Signal to Noise Ratio)를 높여 수신단에서 데이터에 대한 수신 성공율을 높이는 방법이다.
한편, Incremental Redundancy 기법(이하, 'IR 기법'이라 칭함)은 도 6와 같이 송신단에서 재전송 시, Chase Combining 방법과는 달리, 처음 전송에 사용되지 않았던 부호화된 데이터의 일부를 전송하여 수신단에서 수신된 데이터의 부호율(code rate)을 낮추는 방법을 통해 수신 성공률을 높이는 방법이다.
이하 LDPC 부호에 관하여 설명한다. LDPC 부호의 개념을 설명하면 다음과 같다.
선형 부호는 생성행렬 G 또는 패리티 체크 행렬 H로 기술될 수 있다. 선형 부호의 특징은 모든 부호어 c 에 대하여,
Figure 112006040090777-pat00001
을 만족하도록 부호가 구성된다는 점이다. 이 선형 부호의 일종으로서, 최근에 주목받는 LDPC 부호는 1962년 Gallager에 의하여 처음 제안되었다. 이 부호의 특징으로는 패리티 체크 행렬의 원소가 대부분 0으로 이루어지고, 0이 아닌 원소의 수는 부호 길이에 비하여 적은 수를 가지도록 하여 확률을 기반으로 한 반복적 복호가 가능한 점이다. 처음 제안된 LDPC 부호는 패리티 체크 행렬을 비체계적인(non-systematic) 형태로 정의하였고, 그것의 행과 열에 균일하게 적은 무게(weight)를 갖도록 설계되었다.
여기서, 무게(weight)란 행렬에서 열(column) 또는 행(row)에 포함된 1의 개수를 의미한다.
LDPC 부호의 패리티 체크 행렬 H 상에 0이 아닌 원소의 밀도가 적기 때문에 낮은 복호 복잡도를 가지게 된다. 아울러, 복호 성능도 기존의 부호들보다 우수하여 Shannon의 이론적인 한계에 근접하는 좋은 성능을 보인다. 하지만 LDPC 부호는 당시 하드웨어 기술로서 구현이 어려워서 30여 년이 넘게 많은 사람의 관심을 끌지 못하였다. 1980년대 초반 그래프를 이용하여 반복적 복호를 하는 방법이 개발되어, 이를 이용하여 LDPC 부호를 실제로 복호할 수 있는 여러 알고리즘들이 개발되었다. 이를 대표하는 알고리즘으로 합곱 알고리즘(sum-product Algorithm)을 뽑을 수 있 다.
이하, LDPC 부호의 특징을 설명한다. LDPC 부호는 높은 오류 정정 성능을 갖고 있으며, 이로 인해 통신 속도와 용량의 개선을 가능하게 한다. 상기 LDPC 부호는 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 시스템과 결합하여 수백 Mbit/s의 전송이 가능한 고속 무선 LAN에 적용될 수 있고, 또한 250km/h에서 1Mbit/s 이상의 전송 속도를 갖는 고속 이동 통신에 적용될 수 있고, 또한 40Gbits/s 이상의 광통신에 적용될 수 있다. 또한, 상기 LDPC 부호의 높은 오류 정정 성능으로 인해 전송 품질이 개선되어 저품질의 통신 경로에서 재전송의 회수를 감소시키는 양자 암호화 통신을 가능하게 할 수 있다. 또한, LDPC 부호의 낮은 복잡도와 뛰어난 손실 보상으로 인해, 유실된 패킷을 용이하게 복원할 수 있으며, 이는 인터넷과 이동 통신을 통해 TV 품질과 동일한 품질의 컨텐츠를 전송할 수 있게 한다. LDPC의 장점인 넓은 적용 범위와 큰 용량으로 인하여, 전에는 불가능한 것으로 여겨졌던 100m 범위까지의 10GBASE-T 전송이 LDPC 부호를 통해 실현 가능하다. 동시에 36MHz 대역의 단일 위성 송신기의 전송 용량을 1.3배 늘어난 80M비트/s까지 늘릴 수 있다. 이런 장점으로 높은 주파수 효율을 지향하는 IEEE802.16 시스템과 IEEE802.11 시스템 등에서 차세대 채널코딩 방법으로 채택되고 있다.
이하, 구조화된(structured) LDPC를 설명한다.
LDPC code를 사용하기 위해서는 패리티 체크 행렬 H를 사용하는데, 사용하는 행렬 H는 대부분의 0과 일부의 1을 원소(elemnet)로 포함하는데, H 행렬의 크기가 105 비트 이상으로 크기 때문에 H 행렬을 표현하는데 큰 크기의 메모리가 필요하다. 상기 구조화된 LDPC 기법은 LDPC 부호화 및 복호화에 사용되는 상기 H 행렬의 원소들을 도 7과 같이 일정한 크기의 서브 블록(sub-block)으로 표현하는 방법이다. IEEE802.16e에서는 상기 서브 블록을 하나의 정수 인덱스(index)로 표시하여, 상기 H 행렬을 저장하는데 필요한 메모리의 크기를 줄인다. 상기 서브 블록은 다양한 행렬일 수 있는바, 예를 들어 일정한 크기의 퍼뮤테이션 행렬(Permutation Matrix)일 수도 있다.
상기 구조화된 LDPC 기법을 사용하게 되면 특정한 메모리에 1 또는 0으로 구성되는 일정 크기의 행렬을 저장하는 대신, 하나의 정수(즉, 인덱스)만 저장하면 되기 때문에 상기 H 행렬을 표시하는데 필요한 메모리의 크기를 줄일 수 있다.
일례로, IEEE802.16e 표준에 반영된 코드워드(codeword)의 크기가 2304이고, 부호율(code rate)이 2/3인 경우에, LDPC 부호화/복호화를 위해 사용되는 모델 행렬(model matrix)은 도 8과 같다.
도 8에 도시된 바와 같이, IEEE802.16e의 구조화된 LDPC 행렬은 -1, 0 과 양의 정수의 원소들로 이루어진다. -1은 원소가 모두 0인 영 행렬(zero matrix)이며 0은 단위 행렬(identity matrix)을 나타낸다. -1과 0을 제외한 양의 정수 원소들은 양의 정수만큼 상기 단위 행렬(identity matrix)이 오른쪽으로 쉬프트(shift)된 형태의 퍼뮤테이션 행렬(permutation matrix)이다. 즉, 행렬의 구성 원소가 3이면 상기 단위 행렬을 오른쪽으로 3번 쉬프트(shift)시킨 형태의 퍼뮤테이션 행렬을 표현 하는 것이다.
도 9는 상술한 양의 정수, 즉 쉬프트 넘버에 따른 행렬의 표현 방법을 나타낸 도면이다. 특정한 H 행렬을 4*4 크기의 행렬(즉, 서브 블록)로 구조화하여 표현하는 경우, 상기 특정한 서브 블록을 3이라 표시하면, 상기 서브 블록은 도 9의 행렬이 된다.
이하, LDPC 부호화 방법을 설명한다.
일반적인 LDPC 부호화(Encoding) 방법은, LDPC 패리티 검사행렬(Parity Check Matrix) H로부터 생성행렬(Generation Matrix) G를 유도해 내어, 정보 비트(information bit)를 부호화(encoding)한다. 상기 생성행렬 G를 유도하기 위해, 상기 검사행렬 H를 가우스 소거(Gaussian Reduction) 방법을 통해 [ PT : I ] 형태로 구성한다. 상기 정보 비트(Information bit)의 수를 k이라 하고, 인코딩된 코드 워드(codeword)의 크기를 n이라고 할 때, 상기 P 행렬은 행의 개수가 k이고 열의 개수가 n-k인 행렬이고, 상기 I는 행 크기가 k 열 크기가 k인 단위 행렬(Identity Matrix)이다.
상기 생성행렬 G 는, 상기 검사행렬 H 가 [ PT : I ]와 같이 표현되었을 때, [ I : P ] 행렬이 된다. 인코딩(Encoding) 되는 k 비트 크기의 정보 비트를 행렬로 표시하면, 행의 개수는 1이고 열의 개수는 k인 행렬 x로 표현할 수 있다. 이 경우 코드 워드 c는 다음과 같은 식으로 설명된다.
Figure 112006040090777-pat00002
상기 수식에서, x는 정보어 부분(systematic part)을 나타내고, xP는 패리티 부분(parity part)을 나타낸다.
한편, 위와 같이 가우스 소거(Gaussian Reduction) 방법으로 부호화하는 경우에는 계산량이 많아, 상기 H 행렬의 형태를 특수한 구조로 디자인(design)하여 상기 G 행렬을 유도하지 않고, 상기 H 행렬에서 직접 부호화하는 방법을 사용한다. 즉, 상기 G 행렬과 상기 H 행렬에 대한 전치(Transpose) 형태의 HT 간의 곱이 0 이라는 성질(즉,
Figure 112006040090777-pat00003
)을 이용하여, 상기 수학식 1에서 HT을 곱하면, 하기 수학식 2 같은 수학식을 얻을 수 있다. 하기 수학식 2에 부합하는 패리티 비트를 정보 비트(x) 뒤에 추가하여 코드워드 c를 얻을 수 있다.
Figure 112006040090777-pat00004
이하, LDPC 복호화 방법에 대하여 설명한다.
통신시스템에서 부호화된 데이터는 도 1의 무선 채널을 통과하는 과정에서 잡음을 포함하게 되는데, 수신 단에서는 도 10과 같은 절차를 통해 데이터의 복호 과정을 나타낸다. 수신 단의 복호화 블록에서는 부호화된 코드워드(c)에 잡음이 첨 가된 수신신호(c')로부터 정보 비트(x)를 구하는데, cHT=0인 성질을 이용하여 찾아낸다. 즉, 수신된 코드워드를 c'라 할 때, c'HT의 값을 계산하여 결과가 0이면, c' 에서 처음 k개의 비트를 상기 정보 비트(x)로 결정한다. 만약, c'HT의 값이 0이 아닌 경우, 그래프를 통한 합곱(sum-product) 알고리즘 등의 복호화 기법을 사용하여, c'HT의 값이 0을 만족하는 c'을 찾아 상기 정보 비트(x)를 복구한다.
이하, LDPC 부호의 부호율(code rate)를 설명한다.
일반적으로, 부호율(R: code rate)은 상기 정보 비트의 크기가 k이고, 실제 전송되는 코드워드의 크기가 n일 때 다음과 같다.
R = k/n
LDPC 부호화 및 복호화에 필요한 상기 H 행렬의 행의 크기가 m, 열의 크기가 n인 경우, 부호율은 다음과 같다.
R = 1 - m/n
상술한 바와 같이, 종래의 LDPC 부호는 상기 H 행렬에 의해 부호화 및 복호화를 수행하는바 상기 H 행렬의 구조가 매우 중요하다. 즉, 부호화 및 복호화의 성능이 상기 H 행렬의 구조에 크게 영향을 받기 때문에, 상기 H 행렬의 설계가 무엇보다 중요하다.
LDPC 부호를 이용한 통신을 수행하는 경우, 재전송 기법을 적용하는데 문제가 있었다. 즉, 초기 전송시와 NACK 전송에 따른 재전송시에 사용되는 패리티 검사 행렬이 상이하므로, NACK에 따른 재전송을 수행할때 코드워드의 전부를 재전송해야하는 문제가 있다.
본 발명의 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은, 복수의 패리티 검사 행렬을 이용하여 부호화를 수행하는 경우에 재전송 기법을 적용하는 방법을 제안하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 복수의 패리티 검사 행렬을 이용하여 재전송을 수행하는 경우에 적용될 수 있는 부호화 방법을 제안하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, HARQ 등의 다양한 재전송 기법을 적용할 수 있는 LDPC 부호화 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위해, 패리티 검사 행렬을 이용하여 LDPC 부호화를 수행하는 방법에 있어서, 정보 비트를 제1 패리티 검사 행렬에 의해 부호화하는 단계; 상기 부호화된 코드 워드를 수신 단으로 전송하는 단계; 상기 수신 단으로 재전송 요구를 수신한 경우, 상기 정보 비트 중 제1 부분을 제2 패리티 검사 행렬에 의해 부호화하는 단계; 상기 제1 부분에 대하여 생성된 패리티 비트를 상기 수신 단으로 재전송하는 단계를 포함하는 특징이 있다.
본 발명에 따른 송신 단은, LDPC 부호화 장치에 있어서, 복수의 패리티 검사 행렬을 이용하여 특정한 정보비트에 대한 부호화를 수행하는 LDPC 부호화 모듈; 및 상기 LDPC 부호화된 데이터를 수신 단으로 전송하는 무선 모듈을 포함하여 이루어지되, 상기 LDPC 부호화 모듈은, 상기 정보 비트를 제1 패리티 검사 행렬에 의해 부호화하고, 상기 정보 비트에 대한 재전송 요구를 수신한 경우, 상기 정보 비트 중 제1 부분을 제2 패리티 검사 행렬에 의해 부호화하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 송신 단은, 복수의 패리티 검사 행렬을 구비한다. 상기 송신 단은 복수의 패리티 검사 행렬을 이용하여 LDPC 부호화를 수행한다. 본 발명에 따른 송신 단은 특정한 제1 정보 비트에 대하여 특정한 제1 패리티 검사 행렬을 이용하여 부호화를 수행하고, 부호화된 코드워드를 수신 단에 전송한다. 만약, 상기 수신 단에 상기 코드워드를 복호하고 오증 검사를 하여 검사에 실패하면 경우 상기 송신 단에 NACK 신호가 전달된다. 상기 송신 단이 NACK 신호를 수신한 경우, 상기 송신 단은 상기 제1 정보 비트 중 일부에 대하여 제2 패리티 검사 행렬을 부호화를 수행하고 상기 수신 단으로 패리티 비트를 전송한다.
바람직하게는 상기 제1 패리티 검사 행렬은 특정한 제1 부호율에 상응하는 행렬이고,상기 제2 패리티 검사 행렬은 특정한 제2 부호율에 상응하는 행렬이다.
바람직하게는 상기 제1 부호율은 높은 부호율이고, 상기 제2 부호율은 낮은 부호율이다.
바람직하게는 상기 제2 패리티 검사 행렬에 의해 부호화되는 상기 제1 비트 중 일부를 선택하는 방법은 기설정된 것이다.
바람직하게는 상기 제1 패리티 검사 행렬의 정보어 부분의 전부 또는 일부분 은 상기 제2 패리티 검사 행렬의 정보어 부분과 상이하다.
바람직하게는 상기 제1 패리티 검사 행렬의 패리티 부분의 전부 또는 일부부은 상기 제2 패리티 검사 행렬의 패리티 부분과 상이하다.
본 발명의 구성, 동작 및 효과는 이하에서 설명되는 본 발명의 일 실시예에 의해 구체화될 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 설명한다.
상술한 구조화된(structured) LDPC에 따라 특정한 크기(예를 들어, z * z 크기)의 서브 블록으로 패리티 검사 행렬을 나타내는 행렬을 모델 행렬(model matrix)이라 한다. 상기 모델 행렬의 각 서브 블록은 특정한 인덱스에 의해 다양한 종류의 행렬로 확장될 수 있는바, 상기 모델 행렬은 상기 인덱스를 상기 모델 행렬의 성분으로 한다. 상기 모델 행렬의 각 서브 블록은 상기 인덱스에 따라 다양한 방식으로 결정될 수 있는바, 이하에서 상기 인덱스는 특정한 크기(z*z)의 단위 행렬에 대한 쉬프트 수(shift number)인 경우를 가정한다. 또한, 상기 인덱스가 -1인 경우에는, 상기 -1의 인덱스를 갖는 서브 블록은 특정한 크기(z*z)의 영 행렬(zero matrix)이다.
상기 모델 행렬은 상기 인덱스에 따라 특정한 패리티 검사 행렬로 확장되는바, 상기 모델 행렬에 의해 부호화 및 복호화가 수행된다는 것은, 상기 모델 행렬에 의해 생성되는 특정한 패리티 검사 행렬에 의해 부호화 및 복호화가 수행되는 것을 의미한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 부호화를 수행하는 방법을 나타내는 블 록도이다. 도 11의 각 블록은 상기 서브 블록을 의미한다. 즉, 도 11에 따른 부호화 방법은 모델 행렬을 기초로 하는 부호화 방법이다. 다만, 본 발명에 따른 부호화는 모델 행렬 또는 패리티 검사 행렬에 의해 수행될 수 있으므로, 본 발명이 도 11의 일례에 한정되지 아니한다. 도 11의 각 블록은 임의의 인덱스(즉, 쉬프트 수)를 갖는다.
본 실시예에 따른 부호화 방법은 서로 다른 패리티 검사 행렬들을 구비하는 송신 단에서 수행될 수 있다. 상기 송신 단은 LDPC 복호화를 수행하는 수신 단과 동일한 패리티 검사 행렬 또는 모델 행렬을 구비하고 이러한 행렬을 이용하여 복호화를 수행한다.
이하, 도 11에 따른 부호화 방법을 설명한다.
본 실시예에 따른 송신 단은 특정한 제1 모델 행렬을 이용하여 부호화를 수행한다. 상기 제1 모델 행렬은 정보 비트와 일대일 대응하는 정보어 부분(A)과 패리티 비트를 생성하는 패리티 부분(B)을 포함한다. 이하 설명의 편의를 위해 상기 제1 모델 행렬의 정보어 부분(A)에 대응하는 적어도 하나의 정보 비트를 제1 정보 비트(a)라 칭하고, 상기 제1 모델 행렬의 패리티 부분(B)에 의해 생성되는 적어도 하나의 패리티 비트를 제1 패리티 비트(b)라 칭한다. LDPC 부호는 체계적인(systematic) 형태로 정의되므로, 부호화된 코드워드에는 상기 제1 정보 비트(a)가 그대로 포함된다. 즉, 상기 송신 단은 상기 제1 정보 비트(a)와 제1 패리티 비트(b)가 포함된 코드워드를 상기 수신 단에 전송한다. 상기 코드워드를 전송하는데에는 다양한 변조 방법이 적용될 수 있으며, 다양한 안테나 기법이 적용될 수 있 다. 또한, 본 실시예에 따른 송신 단은 상기 제1 정보 비트(a)를 별도의 저장 공간에 저장하는 것이 바람직하다.
상기 수신 단은, 상기 송신 단이 전송하는 신호를 수신하여 상기 코드워드를 획득할 수 있다. 상기 코드워드에 포함된 상기 제1 정보 비트와 제1 패리티 비트는 채널에 의해 왜곡된다. 따라서, 수신 단이 획득한 코드워드에는 왜곡된 제1 정보 비트(a')와 왜곡된 제1 패리티 비트(b')가 포함된다. 상기 수신 단은 왜곡된 제1 정보 비트(a')와 제1 패리티 비트(b')에 대하여 오증 검사(syndrome check)를 수행한다. LDPC 부호는 오류 검사 및 오류 정정이 가능한 부호이므로, 복호화를 수행하여 상기 왜곡된 제1 정보 비트(a')를 왜곡 없는 상기 제1 정보 비트(a)로 복원할 수 있다. 상기 송신 단은 오증 검사의 결과에 따라 ACK/NACK 신호를 전송한다. 즉, 수신 단에서 오증 검사에 실패(syndrome check fail)하는 경우 송신 단에 NACK(Negative Acknowledge) 신호를 전송한다.
상기 NACK 신호를 수신한 송신 단은, 특정한 제2 모델 행렬을 이용하여 부호화를 수행한다. 또한, 상기 송신 단은 NACK을 수신하는 경우, 상기 제1 정보 비트(a) 중 어느 일부에 해당하는 제2 정보 비트(ap)에 대하여 다시 부호화를 시도한다. 상술한 바와 같이 상기 송신 단은 별도의 저장 공간에 상기 제1 정보 비트를 저장하므로, 재전송을 위한 복호화를 수행할 때 상기 저장 공간에 접근하여 상기 제1 정보 비트를 획득할 수 있다. 비록 상기 송신 단이 상기 제1 정보 비트(a) 중 어느 일부에 해당하는 정보 비트를 부호화하지만, 상기 송신단은 상기 제1 모델 행 렬이 아닌 제2 모델 행렬을 이용하여 부호화를 수행한다.
본 실시예에 따른 부호화 방법은 상기 제1 모델 행렬와 제2 모델 행렬이 별개의 독립한 행렬이어도 적용이 가능한 장점이 있다. 즉, 상기 제2 모델 행렬이 상기 제1 모델 행렬의 일부이거나, 상기 제1 모델 행렬이 상기 제2 모델 행렬의 일부가 아니어도 본 실시예가 적용될 수 있다. 또한, 제1 모델 행렬과 제2 모델 행렬이 동일한 패리티 부분을 포함하지 않아도 본 실시예를 적용할 수 있다. 또한, 제1 모델 행렬의 크기와 제2 모델 행렬의 크기가 서로 동일하거나 상이하여도 본 실시예를 적용할 수 있는 장점이 있다.
상기 제2 모델 행렬은 정보 비트와 일대일 대응하는 정보어 부분(C)과 패리티 비트를 생성하는 패리티 부분(D)을 포함한다. 상기 제2 정보 비트(ap)는 상기 제1 정보 비트(a) 중 어느 일부에 해당하고, 상기 제2 모델 행렬의 정보어 부분(C)에 일대일로 대응한다. 상기 제2 모델 행렬의 패리티 부분(D)에 의해 생성되는 적어도 하나의 패리티 비트를 제2 패리티 비트(d)라 칭한다.
상기 송신단은 상기 제2 패리티 비트(d)를 전송한다. 즉, NACK 신호에 대한 재전송 신호는 상기 제2 패리티 비트(d)이다.
상기 수신 단은 무선 채널에 의해 왜곡된 제2 패리티 비트(d')를 획득한다. 상기 수신 단은, 메모리에 저장된 상기 왜곡된 제1 정보 비트(a') 중 제1 부분 및 상기 왜곡된 제2 패리티 비트(d')를 통하여 복호화를 수행한다. 이하, 상기 왜곡된 제1 정보 비트(a') 중 제1 부분을 ap' 비트라 칭한다. 상기 왜곡된 제1 정보 비 트(a')는 상기 ap' 비트와 나머지 ar' 비트로 구분된다. 상기 수신 단은 상기 제2 모델 행렬에 의하여 상기 ap' 비트 및 상기 왜곡된 제2 패리티 비트(d')를 복호화 한다. 상기 송신 단은 오증 검사의 결과에 따라 ACK/NACK 신호를 전송한다. 즉, 상기 수신 단에서 성공적으로 복호하지 못한 경우에는, 상기 송신 단에 NACK 신호를 전송한다.
NACK 신호를 수신한 송신 단은 제3 모델 행렬을 이용하여 특정한 제3 정보 비트를 부호화한다. 상기 제3 정보 비트는 상기 제1 정보 비트(a) 또는 제2 정보 비트(ap)의 일부이다. 특정한 규칙에 따라 상기 제2 정보 비트(ap)를 ap0 비트와 ap1 비트로 구분하는 경우, 상기 제3 정보 비트는 상기 ap1 비트일 수 있다. 상기 제3 모델 행렬은 상기 제3 정보 비트에 일대일 대응되는 정보어 부분(E)과 패리티 부분(F)으로 이루어진다. 송신 단은 상기 제3 모델 행렬을 이용하여 부호화를 수행한 제3 패리티 비트(f)를 상기 수신 단으로 전송한다. 상기 수신 단은 왜곡된 제3 패리티 비트(f')를 획득한다.
본 실시예는 상기 제3 모델 행렬이 상기 제1 모델 행렬 및 제2 모델 행렬과 독립 별개인 경우에도 적용된다. 즉, 본 실시예에서 사용하는 복수의 모델 행렬 중 어느 하나의 일부는 상기 복수의 모델 행렬 중 나머지 어느 하나와 상이할 수 있다.
상기 수신 단에서는 상기 제3 모델 행렬을 이용하여 복호화를 수행한다. 상술한 바와 같이, 상기 수신 단은 상기 왜곡된 제1 정보 비트(a') 중 제2 부분 및 상기 왜곡된 제3 패리티 비트(f')를 통하여 복호화를 수행한다. 상술한 바와 같이 상기 왜곡된 제1 정보 비트(a')는 특정한 규칙에 따라 상기 ap' 비트와 상기 나머지 ar' 비트로 구분된다. 또한, 상기 ap' 비트는 특정한 규칙에 따라 ap0' 비트 및 ap1' 비트로 구분될 수 있다. 이 경우, 상기 왜곡된 제1 정보 비트(a') 중 제2 부분을 ap1' 비트라 한다.
상기 수신 단은 상기 제3 패리티 검사 행렬에 의하여 상기 ap1' 비트 및 상기 왜곡된 제3 패리티 비트(d')를 복호화한다. 상기 복호화의 결과에 따라 수신 단은 상기 송신단에 ACK/NACK 신호를 전송한다.
도 11의 일례에 따른 송신 단은 3개의 패리티 검사 행렬을 이용한다. 또한, 각각의 패리티 검사 행렬을 이용하여 부호화를 수행하는 경우, 최초 전송한 제1 정보 비트(a) 중 일부를 선택하여 다시 부호화를 수행한다. 상기 제1 정보 비트(a) 중 일부를 선택하는 방법은 일정한 규칙에 따른다. 상기 일정한 규칙은, 수신 단에서 복호화를 수행할 때 선택되는 정보 비트를 선택하는 방법에도 적용된다.
이하, 재전송을 위한 부호화에 사용되는 정보 비트를 선택하는 방법을 설명한다.
도 12는 본 실시예에 따라 부호화 및 복호화를 수행할때 사용하는 정보 비트를 선택하는 방법을 나타내는 블록도이다.
도 12의 일례는 수신 단에 수신되는 45 비트의 왜곡된 정보 비트와 전송 단에서 전송하는 45비트의 정보 비트를 나타낸다. 상기 수신 단은 45 비트의 왜곡된 정보 비트를 도 12 (a), 도 12 (b), 도 12 (c)와 같이 분류할 수 있다. 또한, 상기 송신 단은 45 비트의 정보 비트를 도 12 (a), 도 12 (b), 도 12 (c)와 같이 분류할 수 있다. 즉, 도 12는 송수신단에서 송수신하는 45비트의 정보 비트를 분류하는 3가지 방법을 나타낸다.
도 12의 (a)와 같이, 처음 데이터를 전송하는 송신 단은 보내려는 45 비트의 정보비트 전부를 제1 정보비트(a)로 분류하여 상기 제1 정보비트(a)에 대하여 부호화를 수행한다. 상기 부호화의 결과에 따라 패리티 비트(미도시)가 생성되면, 상기 제1 정보비트와 이에 대한 패리티 비트를 수신 단으로 전송한다. 상기 수신 단은 수신된 정보 비트 전부를 왜곡된 제1 정보비트(a')로 분류하고 이에 대하여 복호화한다.
상기 송신 단이 NACK을 수신하는 경우에는 보내려는 45 비트의 정보비트 전부 중 일부를 도 12의 (b)와 같은 제2 정보비트(ap)로 선택하여 이에 대하여 부호화를 수행한다. 또한, 상기 송신 단은 상기 제2 정보비트(ap)에 대한 패리티 비트(미도시)를 상기 수신 단으로 재전송한다. 상기 수신 단은 최초에 수신된 45비트의 정보비트 중 도 12의 (b)와 같이 ap'비트를 선택하여 선택된 비트와 재전송된 패리티 비트에 대하여 복호화를 수행한다. 복호화 결과 오증 검사에 실패하는 경우 상기 송신 단에 NACK 신호를 전송한다.
상기 송신 단이 NACK을 수신하는 경우에는 보내려는 45 비트의 정보비트 전부 중 일부를 도 12의 (c)와 같은 제3 정보비트(ap)로 선택하여 이에 대하여 부호화 를 수행한다. 또한, 상기 송신 단은 상기 제3 정보비트(ap)에 대한 패리티 비트(미도시)를 상기 수신 단으로 재전송한다. 상기 수신 단은 최초에 수신된 45비트의 정보비트 중 도 12의 (c)와 같이 ap'비트를 선택하여 선택된 비트와 재전송된 패리티 비트에 대하여 복호화를 수행한다.
상기 송신 단이 다단계의 부호화 작업에 사용되는 정보 비트를 결정하는 규칙과, 상기 수신 단이 다단계의 복호화 작업에 사용되는 정보 비트를 결정하는 규칙은 동일하다. 도 12에 도시된 바와 같이, 송신 단이 제2 정보비트(ap)에 대한 부호화를 수행하여 전송하면, 수신 단은 상기 메모리에 저장된 상기 a' 비트 중 상기 제2 정보비트에 대응하는 ap' 비트를 읽어온다. 또한, 송신 단이 제3 정보비트(ap1)에 대한 부호화를 수행하여 전송하면, 수신 단은 상기 메모리에 저장된 상기 a' 비트 중 상기 제3 정보비트에 대응하는 ap1' 비트를 읽어온다.
도 12에 도시된 3가지 구분 방법은 패리티 검사 행렬에 따라 결정될 수 있다. 즉, 특정한 제1 패리티 검사 행렬을 이용하여 복호화를 수행하는 경우에는 도 12(a)의 방법에 따라 왜곡된 정보 비트를 선택하여 복호화를 수행할 수 있다. 또한, 특정한 제2 패리티 검사 행렬을 이용하여 복호화를 수행하는 경우에는 도 12(b)의 방법에 따라 왜곡된 정보 비트를 선택하여 복호화를 수행할 수 있다.
상기 도 12의 (a), (b), (c)의 정보 비트의 부호화를 위해 사용되는 패리티 검사 행렬이 모두 상이할 수 있으나, 송수신 단이 부호화 및 복호화를 위해 사용해 야하는 정보 비트의 위치를 알고 있으므로, 송신 단에서 정보 비트를 재전송하지 않고 패리티 비트만을 재전송하더라도 재전송되는 패리티 비트를 이용하여 복호화를 수행할 수 있다.
도 12의 일례는 본 실시예를 설명하는 일례에 지나지 않으므로 본 발명이 이에 한정되지 아니한다. 즉 다단계의 부호화를 위해 선택되는 정보 비트는 자유롭게 선택될 수 있다. 이하 도 13 및 도 14는 이러한 다양한 선택 방법의 일례이다.
도 13은 본 실시예에 따라 부호화 및 복호화를 수행할때 사용하는 정보 비트를 선택하는 방법의 또 다른 일례를 나타내는 블록도이다.
도 13은 45비트의 정보 비트를 3가지 방법으로 구분하는 또 다른 일례를 설명한다. 즉, 도 13의 (a)와 같이 수신 단이 45비트(a') 전부와 그에 상응하는 제1 패리티 비트(미도시)를 수신하는 경우, 상기 a' 비트 및 패리티 비트를 복호화하여 ACK/NACK 신호를 전송한다. 만약, NACK 신호가 전송되면, 수신 단은 도 13의 (b)의ap 비트에 의해 생성되는 제2 패리티 비트(미도시)를 수신하고, 상기 제2 패리티 비트와 도 13의 (b)의 ap' 비트를 복호할 수 있다.
도 14는 본 실시예에 따라 부호화 및 복호화를 수행할때 사용하는 정보 비트를 선택하는 방법의 또 다른 일례를 나타내는 블록도이다.
본 실시예에 따라, 상기 송신 단은 종전과는 다른 정보 비트를 이용하여 복호화를 수행한다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 송신 단은 다양한 종류의 모델 행렬을 구비할 수 있다. 다만, 본 실시예에서 사용하는 복수의 패리티 검사 행렬은 복수의 부호율에 상응하는 행렬인 것이 바람직하다. 도 11의 일례는 제1 모델 행렬 내지 제3 모델 행렬을 사용하여 복호화를 수행한다. 상기 제1 모델 행렬은 특정한 제1 부호율에 상응하고, 제2 모델 행렬은 특정한 제2 부호율에 상응하고, 제3 모델 행렬은 특정한 제3 부호율에 상응하는 것이 바람직하다.
또한, 본 실시예는 종래에 제안된 IEEE 802.16e 규격에 채택된 모델 행렬을 이용할 수 있다. 도 15는 종래에 제안된 IEEE 802.16e 규격에 채택된 모델 행렬을 이용하여 부호화를 수행하는 방법을 나타내는 블록도이다.
본 실시예에 따른 송신 단은 3/4 부호율에 상응하는 상기 제1 행렬(1501)을 이용하여 부호화를 수행한다. 상기 제1 행렬(1501)에 의해 부호화된 코드워드는 수신 단으로 전송된다. 상기 수신 단은 복호화를 수행하고, 복호화에 실패한 경우 송신 단에 NACK 신호를 전송한다. 이후 상기 송신 단은 정보 비트를 다시 전송하지 않고 패리티 비트만을 재전송한다. 재전송을 하는 경우, 상기 수신 단에서의 올바른 복호화를 위해 3/4 부호율에서 2/3 부호율로 변화시킨다. 상기 수신 단은 상기 제2 행렬(1502)을 이용하여 복호화를 수행한다. 만약, 복호화에 실패한 경우 상기 송신 단에 더 낮은 부호율(1/2 부호율)로 부호화할 것을 지시하는 NACK 신호를 전송할 수 있다. 상기 NACK을 수신한 수신 단은 제3 행렬(1503)을 이용하여 1/2 부호율로 부호화를 수행할 수 있다.
도 15에 도시된 재전송 기법은, 처음에는 높은 부호율로 전송하다 NACK 신호를 수신하면 패리티 비트 만을 재전송하는 기법이다. 즉, 송신 단은 패리티 비트만 을 재전송하고, 수신 단은 재전송된 결과를 결합 수신하는 것이다. 즉, NACK 신호가 발생한 경우 송신 단은 낮은 부호율에 해당하는 신호를 전송하는 것이다. 결과적으로 본 실시예에 따르면 종래의 IR 기법과 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 실시예에 따른 부호화 방법은 구조화된 LDPC 부호에 기초할 수 있다. 상술한 바와 같이 구조화된 LDPC 부호는 특정한 크기(예를 들어, z * z 크기)의 서브 블록으로 패리티 검사 행렬을 나타내는 방법이다. 즉, 특정한 모델 행렬로부터 패리티 검사 행렬을 확장한다. 본 실시예는 다양한 정보 비트를 선택하여 부호화하는데, 상기 서브 블록의 크기(z factor)를 가변적으로하면 다양한 크기의 정보 비트에 대한 부호화를 수행할 수 있는 유리한 점이 있다.
상술한 구체적인 부호율(code rate)와 행렬의 크기 및 무게의 특성은 본 발명을 설명하기 위한 일례에 불과한바, 본 발명이 상술한 구체적인 수치에 제한되지 아니한다. 즉, 상기 부호율 등의 조건은 자유롭게 변경될 수 있다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
이하, 본 발명에 따른 효과를 설명한다.
일반적인 LDPC 부호에 따른 부호화 방법은 다양한 부호율에 대해서 다양한 패리티 검사 행렬을 필요로 한다. 그러므로 기존의 IR(Incremental Redundancy) 기법은 일반적인 LDPC에 적용되기 어렵다는 문제가 있었다.
그러나, 본 발명은 패리티 검사 행렬의 구조를 변경하지 않고 복수의 패리티 검사 행렬을 이용하여 IR 기법의 재전송 기법을 사용할 수 있는 부호화 방법을 제언한다. 이를 통해 효율적인 데이터 전송이 가능하다.

Claims (7)

  1. 패리티 검사 행렬을 이용하여 LDPC 부호화를 수행하는 방법에 있어서,
    정보 비트를 제1 패리티 검사 행렬에 의해 부호화하는 단계;
    상기 부호화된 코드 워드를 수신 단으로 전송하는 단계;
    상기 수신 단으로 재전송 요구를 수신한 경우, 상기 정보 비트 중 제1 부분을 제2 패리티 검사 행렬에 의해 부호화하는 단계; 및
    상기 제1 부분에 대하여 생성된 패리티 비트를 상기 수신 단으로 재전송하는 단계를
    포함하여 이루어지는 복수의 패리티 검사 행렬을 이용하여 부호화하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 정보 비트 중 제1 부분은 기 설정된 위치에 해당하는 적어도 하나의 정보 비트인 것을 특징으로 하는 복수의 패리티 검사 행렬을 이용하여 부호화하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 패리티 검사 행렬의 전부 또는 일부는, 상기 제2 패리티 검사 행렬과 상이한 것을 특징으로 하는 복수의 패리티 검사 행렬을 이용하여 부호화하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 패리티 검사 행렬은 특정한 제1 부호율에 상응하고,
    상기 제2 패리티 검사 행렬은 특정한 제2 부호율에 상응하는 것을 특징으로 하는 복수의 패리티 검사 행렬을 이용하여 부호화하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 부호율이 상기 제2 부호율에 비해 높은 것을 특징으로 하는 복수의 패리티 검사 행렬을 이용하여 부호화하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 패리티 검사 행렬 및 제2 패리티 검사 행렬 중 적어도 어느 하나는 특정한 크기의 서브 블록을 포함하는 특정한 모델 행렬로부터 확장되어 생성되는 것을 특징으로 하는 복수의 패리티 검사 행렬을 이용하여 부호화하는 방법.
  7. LDPC 부호화 장치에 있어서,
    복수의 패리티 검사 행렬을 이용하여 특정한 정보비트에 대한 부호화를 수행하는 LDPC 부호화 모듈; 및
    상기 LDPC 부호화된 데이터를 수신 단으로 전송하는 무선 모듈을 포함하여 이루어지되,
    상기 LDPC 부호화 모듈은, 상기 정보 비트를 제1 패리티 검사 행렬에 의해 부호화하고, 상기 정보 비트에 대한 재전송 요구를 수신한 경우, 상기 정보 비트 중 제1 부분을 제2 패리티 검사 행렬에 의해 부호화하는 것을 특징으로 하는 LDPC 부호화 장치.
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