KR101356552B1 - 블라인드 블록 인터리버 및 채널 부호화의 파라미터 추정 방법 - Google Patents

Abstract

본 명세서는 수신된 미지의 신호를 분석하여 인터리버의 파라미터(인터리버의 주기, 종류, 매트릭스 사이즈 등)를 추정 및 복원하고, 채널 부호화를 추정할 수 있는 블라인드 블록 인터리버 및 채널 부호화의 파라미터 추정 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 본 명세서에 개시된 실시예에 따른 블라인드 블록 인터리버 및 채널 부호화의 파라미터 추정 장치는, (1) 랜덤 비트를 생성하고, 상기 랜덤 비트에 대해 임의의 채널 부호화와 인터리빙 과정을 수행함으로써 분석에 사용할 임의의 데이터 조합을 생성하는 데이터 생성부와; (2) 실제 분석할 데이터와 상기 임의의 데이터를 가우스-조던 소거 연산을 위한 하나의 매트릭스로 구성하고, (3) 상기 구성된 매트릭스에 대해 가우스-조던 소거 연산을 수행하고, (4) 상기 가우스-조던 소거 연산된 결과 데이터내의 1의 비율을 검출하고, 상기 1의 비율이 상기 임계값 이하인 임의의 데이터 조합들 중 1의 비율이 가장 낮은 임의의 데이터 조합의 채널 코딩 종류, 인터리버의 종류 그리고 행렬 크기를 인터리버 및 채널 부호화 추정치로서 결정하는 추정부를 포함할 수 있다.

Description

블라인드 블록 인터리버 및 채널 부호화의 파라미터 추정 방법{METHOD FOR ESTIMATING PARAMETERS OF BLIND BLOCK INTERLEAVER AND CHANNEL CODING AND APPARATUS THEREOF}

본 명세서는 블라인드 블록 인터리버 및 채널 부호화의 파라미터 추정 방법에 관한 것이다.

종래기술은 가우스-조던 소거(Gauss-Jordan Elimination)를 이용하여 특정 블록 부호의 선형성을 찾는 방법으로써 채널 부호화된 데이터는 인터리빙 과정 후에도 선형성이 남아있다는 특징을 이용하였다. 가우스-조던 소거 연산 후 상삼각행렬(upper triangular matrix) 형태로 나타난 매트릭스에서 선형 조합인 행은 0으로 치환되고, 선형 독립인 행은 1과 0이 랜덤하게 분포하게 되는 특성을 이용하여 인터리버 파라미터를 추정하였다. 종래 기술에 따른 인터리버 파라미터들을 결정하는 방법은 한국 특허 출원 번호 10-2003-0007606에 개시되어 있다.

본 명세서는 수신된 미지의 신호를 분석하여 인터리버의 파라미터(인터리버의 주기, 종류, 매트릭스 사이즈 등)를 추정 및 복원하고, 채널 부호화를 추정할 수 있는 블라인드 블록 인터리버 및 채널 부호화의 파라미터 추정 방법 및 그 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 명세서에 개시된 실시예에 따른 블라인드 블록 인터리버 및 채널 부호화의 파라미터 추정 장치는, (1) 랜덤 비트를 생성하고, 상기 랜덤 비트에 대해 임의의 채널 부호화와 인터리빙 과정을 수행함으로써 분석에 사용할 임의의 데이터 조합을 생성하는 데이터 생성부와; (2) 실제 분석할 데이터와 상기 임의의 데이터를 가우스-조던 소거 연산을 위한 하나의 매트릭스로 구성하고, (3) 상기 구성된 매트릭스에 대해 가우스-조던 소거 연산을 수행하고, (4) 상기 가우스-조던 소거 연산된 결과 데이터내의 1의 비율을 검출하고, 상기 1의 비율이 상기 임계값 이하인 임의의 데이터 조합들 중 1의 비율이 가장 낮은 임의의 데이터 조합의 채널 코딩 종류, 인터리버의 종류 그리고 행렬 크기를 인터리버 및 채널 부호화 추정치로서 결정하는 추정부를 포함할 수 있다.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 추정부는, 상기 1의 비율이 임계값 이상일 때 상기 임의의 데이터 생성부(10)를 통해 다른 조합의 임의의 데이터를 생성하고, 상기 생성된 다른 조합의 임의의 데이터로 (2)~(4)과정을 반복 수행할 수 있다.

본 명세서에 개시된 실시예에 따른 블라인드 블록 인터리버 및 채널 부호화의 파라미터 추정 방법은, (1) 랜덤 비트를 생성하고, 상기 랜덤 비트에 대해 임의의 채널 부호화와 인터리빙 과정을 수행함으로써 분석에 사용할 임의의 데이터 조합을 생성하는 단계와; (2) 실제 분석할 데이터와 상기 임의의 데이터를 가우스-조던 소거 연산을 위한 하나의 매트릭스로 구성하는 단계와; (3) 상기 구성된 매트릭스에 대해 가우스-조던 소거 연산을 수행하는 단계와; (4) 상기 가우스-조던 소거 연산된 결과 데이터내의 1의 비율을 분석하는 단계와; (5) 상기 1의 비율이 상기 임계값 이하인지를 판단하고, 상기 1의 비율이 상기 임계값 이하인 임의의 데이터 조합들 중 1의 비율이 가장 낮은 임의의 데이터 조합의 채널 코딩 종류, 인터리버의 종류 그리고 행렬 크기를 상기 인터리버 및 채널 부호화의 파라미터 추정치로서 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 블라인드 블록 인터리버 및 채널 부호화의 파라미터 추정 방법 및 그 장치는, 수신된 미지의 신호를 분석하여 인터리버의 파라미터(인터리버의 주기, 종류, 매트릭스 사이즈 등)를 추정 및 복원하고, 채널 부호화를 추정할 수 있는 효과가 있다. 예를 들면, 블라인드 방식으로 정규 블록 인터리버의 파라미터를 추정하는 종래의 기술에서는 많은 수신 데이터가 필요하지만, 본 발명은 분석에 필요한 입력 데이터의 양을 임의로 생성한 데이터를 이용하여 많은 데이터를 수신하지 않고도 채널코딩 종류, 인터리버의 종류 그리고 행렬 크기를 추정할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 블라인드 블록 인터리버 및 채널 부호화의 파라미터 추정 방법 및 그 장치는, 인터리버 파라미터 분석에 필요한 미지의 데이터 수를 기존의 인터리버 파라미터 추정 알고리즘에서 필요로 하는 데이터 수의 15%만을 이용하여 분석에 필요한 입력 데이터 수가 부족한 상황에서도 인터리버 파라미터 추정이 가능하다.

도 1은 본 발명의 설명을 위해 인터리버 주기에 따른 가우스-조던 소거 연산에 필요한 비트수를 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 인터리버 파라미터 추정을 위한 매트릭스 구성을 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 블라인드 블록 인터리버 및 채널 부호화의 파라미터 추정 장치를 나타낸 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 블라인드 블록 인터리버 및 채널 부호화의 파라미터 추정 방법을 나타낸 흐름도 이다.

본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.

도 1은 본 발명의 설명을 위해 인터리버 주기에 따른 가우스-조던 소거 연산에 필요한 비트수를 나타낸 도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 가우스-조던 소거(Gauss-Jordan Elimination) 연산을 위해 필요한 입력 데이터의 수는 두배의 주기 제곱이 필요하여 인터리버 주기의 크기가 커질수록 급격히 늘어남을 확인할 수 있다.

표 1에서와 같이 미군 표준인 MIL-STD-188-110 A/B에서 적용하고 있는 인터리버의 경우 최대 주기가 행 40비트와 열 576비트 곱인 23,040비트이므로, 가우스-조던 소거 연산을 위해 필요한 비트수는 1,061,683,200비트가 된다. 이로 인해 군 통신에서 미지의 연속적 신호 1,061,683,200비트를 수집하기는 어렵다.

전송속도 (bps)	Long interleaver		Short interleaver
	행의 수	열의 수	행의 수	열의 수
2400	40	576	40	72
1200	40	288	40	36
600	40	144	40	18
300	40	144	40	18
150	40	144	40	18
75	40	144	40	18

이처럼 추정하려는 블록 인터리버의 주기가 특정 개수 이상 커질수록 제곱연산으로 인해 처리시간이 늘어나고, 필요한 입력 데이터의 수가 그만큼 더 필요하게 된다. 이 경우 필요한 입력 비트수를 충족시키지 못하게 되면 가우스 조던 소거 연산 자체가 불가능하고, 인터리버 파라미터 추정이 불가능하다.

데이터를 송신할 때 채널 부호화를 수행하고 인터리빙을 적용하여 송신한다. 일반적으로 채널 부호화 과정에서는 k 비트의 메시지어(message word)에 n-k 비트의 잉여 비트(redundant bit)를 추가시켜 n 비트의 부호어를 발생시킨다. 채널 부호화 과정에서는 블록 부호인 RM(Reed-Muler), Golay, BCH, Hamming 그리고 RS(Read-Solomon) 부호 등과 같은 블록 채널 부호가 적용되었다. 채널 부호화를 거친 데이터는 인터리빙 과정을 거쳐 데이터의 순서가 뒤바뀌게 된다. 이때, 적용되는 인터리버는 크게 블록 인터리버와 컨볼루션 인터리버로 나눌 수 있다. 컨볼루션 인터리버는 병렬로 구성된 시프트 레지스터(shift register)를 이용하여 데이터의 순서를 바꾼다. 이에 비해 블록 인터리버는 데이터의 순서를 바꾸기 위해 블록 형태의 저장 공간을 만들어 데이터를 저장하고 특정 규칙에 따라 순서를 바꾸어 출력한다. 따라서 블록 인터리버의 종류와 블록의 행과 열의 크기에 따라 각기 다른 결과를 얻는다.

블록 인터리빙 과정은 원래의 데이터를 변화하거나 특정 비트를 삽입하지 않고 데이터의 순서만 변화시킨다. 또한 일반적으로 블록 인터리버의 행렬 크기는 신호의 원활한 송수신을 위해 부호어의 배수로 정해진다. 즉,

와 같이 나타낼 수 있으며, 여기서 S는 인터리버 행렬의 크기, N은 부호어의 개수 그리고 n은 부호어를 나타낸다. 따라서 채널 부호화를 거친 데이터가 인터리빙 과정을 통해 그 순서가 뒤바뀌더라도 부호어의 특성은 모두 남아 있게 된다. 이와 같은 블록 인터리버의 특징을 이용하여 인터리버의 파라미터를 추정할 수 있는데 이때 필요한 입력 데이터 수는 수학식 1과 같다.

이와 같이 많은 수의 데이터를 수신하지 못할 경우 인터리버 파라미터를 추정하기 어렵다.

이러한 단점을 보완하기 위하여, 수신된 데이터(분석 데이터)와 임의로 생성한 데이터를 이용하여 파라미터를 추정한다.

먼저, 임의로 생성한 데이터의 생성 과정은 랜덤 이진 데이터를 생성하고 특정 채널 부호화와 인터리빙 순서를 거치며 생성된다. 랜덤 데이터를 이용하였기 때문에 분석하려는 데이터와 정보의 연관성은 없다. 하지만 생성한 데이터의 채널 부호화와 인터리버의 종류를 알고 있기 때문에 분석하려는 데이터와 결합된 매트릭스에서 가우스-조던 소거 연산을 통해 선형성 일치 여부를 비교할 수 있다. 임의로 생성한 데이터는 수신 받은 데이터가 부족할 경우 매트릭스의 빈 공간을 채우는 역할을 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 인터리버 파라미터 추정을 위한 매트릭스 구성을 나타낸 예시도이다.

도 2에서와 같이 인터리버 주기가 15비트일 경우 표시되어 있는 75비트만을 이용하고 나머지 375비트를 임의로 생성한 비트로 채우게 된다. 이러한 방식을 이용하면 분석할 신호가 연산에 필요한 데이터 수보다 부족하더라도 빈 공간을 임의로 생성한 데이터로 채움으로써 가우스-조던 소거 연산을 가능하게 한다.

이하에서는, 분석에 필요한 데이터 수가 부족한 상황에서 미지의 신호를 분석하여 인터리버의 파라미터(인터리버의 주기, 종류, 매트릭스 사이즈 등)를 추정하는 순서를 도 3 내지 도 4를 참조하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 블라인드 블록 인터리버 및 채널 부호화의 파라미터 추정 장치를 나타낸 구성도이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 블라인드 블록 인터리버 및 채널 부호화의 파라미터 추정 장치는,

(1) 랜덤 비트를 생성하고, 그 랜덤 비트에 대해 임의의 채널 부호화와 인터리빙 과정을 수행함으로써 분석에 사용할 임의의 데이터(데이터 조합)를 생성하는 데이터 생성부(10)와;

(2) 실제 분석할 데이터(수신 신호)와 상기 임의의 데이터를 가우스-조던 소거 연산을 위한 하나의 매트릭스로 구성하고, (3) 상기 구성된 매트릭스에 대해 가우스-조던 소거 연산을 수행하고, (4) 상기 가우스-조던 소거 연산된 결과 데이터내의 1의 비율을 분석(검출)하고, 상기 1의 비율이 상기 임계값 이하인 임의의 데이터 조합들 중 1의 비율이 가장 낮은 임의의 데이터 조합의 채널 코딩 종류, 인터리버의 종류 그리고 행렬 크기를 추정치로서 결정하는 추정부(20)로 구성된다.

상기 추정부(20)는 상기 1의 비율이 임계값 이상일 때 상기 임의의 데이터 생성부(10)를 통해 다른 조합의 임의의 데이터를 생성하고, 그 생성된 다른 조합의 임의의 데이터로 (2)~(4)과정을 반복 수행한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 블라인드 블록 인터리버 및 채널 부호화의 파라미터 추정 방법을 나타낸 흐름도 이다.

(1) 랜덤 비트를 생성하고(S11), 그 랜덤 비트에 대해 임의의 채널 부호화와 인터리빙 과정을 수행함으로써 분석에 사용할 임의의 데이터(데이터 조합)를 생성하는 단계(S12)와;

(2) 실제 분석할 데이터와 상기 임의의 데이터를 가우스-조던 소거 연산을 위한 하나의 매트릭스로 구성하는 단계(S13)와;

(3) 상기 구성된 매트릭스에 대해 가우스-조던 소거 연산을 수행하는 단계(S14)와;

(4) 상기 가우스-조던 소거 연산된 결과 데이터내의 1의 비율을 분석하는 단계(S15)와;

(5) 상기 1의 비율이 상기 임계값 이하인지를 판단하고(S16), 상기 1의 비율이 상기 임계값 이하인 임의의 데이터 조합들 중 1의 비율이 가장 낮은 임의의 데이터 조합의 채널 코딩 종류, 인터리버의 종류 그리고 행렬 크기를 상기 인터리버 및 채널 부호화의 파라미터 추정치로서 결정하는 단계(S17)를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 블라인드 블록 인터리버 및 채널 부호화의 파라미터 추정 방법 및 그 장치는, 상기 1의 비율이 임계값 이상일 때 다른 조합의 임의의 데이터를 생성하고, 그 생성된 다른 조합의 임의의 데이터로 (2)~(4)과정을 반복 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.

먼저, 분석할 데이터와 임의로 생성한 데이터는 가우스-조던 소거 연산을 위해 정사각행렬 매트릭스로 구성한다.

상기 분석할 데이터가 정사각행렬의 열 방향 순서로 채워지며 빈 공간에는 임의로 생성한 데이터가 채워진다.

인터리버 주기는 추정이 성공할 때까지 증가하면서 매트릭스의 크기를 구성하는 기준이 된다.

다음으로, 상기 구성된 매트릭스는 가우스-조던 소거 연산을 통해 상삼각행렬 형태로 나타내어진다. 이때, 분석할 데이터와 임의로 생성한 데이터의 블록 부호와 블록 인터리버의 종류 그리고 행렬의 크기가 모두 일치하는 경우에만 잉여 비트들이 모두 0으로 치환되고, 정보 비트는 0과 1이 0.5의 확률로 나타나게 되어 매트릭스 내 1의 비율이 0.3이하로 근접하게 된다. 여러 추정치 중 매트릭스 내의 1의 비율이 가장 낮을 때 사용되었던 임의 데이터 조합을 보면 사용한 블록 채널 부호와 인터리버의 종류, 주기 그리고 행렬의 크기를 추정할 수 있고, 이 파라미터 값으로 최종 복원이 가능하다.

따라서, 블라인드 방식으로 정규 블록 인터리버의 파라미터를 추정하는 종래의 기술에서는 많은 수신 데이터가 필요하지만, 본 발명은 분석에 필요한 입력데이터의 양을 임의로 생성한 데이터를 이용하여 많은 데이터를 수신하지 않고도 채널코딩 종류, 인터리버의 종류 그리고 행렬 크기를 추정할 수 있다.

본 발명에서는 인터리버 파라미터 분석에 필요한 미지의 데이터 수를 기존의 인터리버 파라미터 추정 알고리즘에서 필요로 하는 데이터 수의 15%만을 이용하여 분석에 필요한 입력 데이터 수가 부족한 상황에서도 인터리버 파라미터 추정이 가능하다.

이러한 방법은 통신 시스템 중 블록 채널 부호화와 인터리빙 방식을 적용하는 군/경찰 통신 및 민간 이동통신 감시 장비 등에 활용 가능하다.

본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 데이터 생성부 20: 추정부

Claims (4)

1. (1) 랜덤 비트를 생성하고, 상기 랜덤 비트에 대해 임의의 채널 부호화와 인터리빙 과정을 수행함으로써 분석에 사용할 임의의 데이터 조합을 생성하는 데이터 생성부와;
   (2) 실제 분석할 데이터와 상기 임의의 데이터를 가우스-조던 소거 연산을 위한 하나의 매트릭스로 구성하고, (3) 상기 구성된 매트릭스에 대해 가우스-조던 소거 연산을 수행하고, (4) 상기 가우스-조던 소거 연산된 결과 데이터내의 1의 비율을 검출하고, 상기 1의 비율이 임계값 이하인 임의의 데이터 조합들 중 1의 비율이 가장 낮은 임의의 데이터 조합의 채널 코딩 종류, 인터리버의 종류 그리고 행렬 크기를 인터리버 및 채널 부호화 추정치로서 결정하는 추정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 블라인드 블록 인터리버 및 채널 부호화의 파라미터 추정 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 추정부는,
   상기 1의 비율이 상기 임계값 이상일 때 상기 임의의 데이터 생성부(10)를 통해 다른 조합의 임의의 데이터를 생성하고, 상기 생성된 다른 조합의 임의의 데이터로 (2)~(4)과정을 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 블라인드 블록 인터리버 및 채널 부호화의 파라미터 추정 장치.
3. (1) 랜덤 비트를 생성하고, 상기 랜덤 비트에 대해 임의의 채널 부호화와 인터리빙 과정을 수행함으로써 분석에 사용할 임의의 데이터 조합을 생성하는 단계와;
   (2) 실제 분석할 데이터와 상기 임의의 데이터를 가우스-조던 소거 연산을 위한 하나의 매트릭스로 구성하는 단계와;
   (3) 상기 구성된 매트릭스에 대해 가우스-조던 소거 연산을 수행하는 단계와;
   (4) 상기 가우스-조던 소거 연산된 결과 데이터내의 1의 비율을 분석하는 단계와;
   (5) 상기 1의 비율이 임계값 이하인지를 판단하고, 상기 1의 비율이 상기 임계값 이하인 임의의 데이터 조합들 중 1의 비율이 가장 낮은 임의의 데이터 조합의 채널 코딩 종류, 인터리버의 종류 그리고 행렬 크기를 상기 인터리버 및 채널 부호화의 파라미터 추정치로서 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 블라인드 블록 인터리버 및 채널 부호화의 파라미터 추정 방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 1의 비율이 상기 임계값 이상일 때 다른 조합의 임의의 데이터를 생성하고, 상기 생성된 다른 조합의 임의의 데이터로 (2)~(4)과정을 반복 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 블라인드 블록 인터리버 및 채널 부호화의 파라미터 추정 방법.

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