KR101363411B1 - 저밀도 패리티 검사 부호를 사용하는 통신 시스템에서 신호수신 장치 및 방법 - Google Patents

저밀도 패리티 검사 부호를 사용하는 통신 시스템에서 신호수신 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저밀도 패리티 검사(LDPC: Low Density Parity Check) 부호를 사용하는 통신 시스템의 신호 수신 장치에 있어서, 소정 제어에 따라 수신 벡터만을 사용하여 등화 동작을 수행하거나 상기 수신 벡터와 LDPC 복호기에서 출력한 부가 정보를 사용하여 등화 동작을 수행하는 등화기와, 변수 노드 복호기와, 검사 노드 복호기를 포함하며, 상기 등화기에서 출력한 신호를 복호하고, 소정 제어에 따라 상기 변수 노드 복호기와 상기 검사 노드 복호기 간의 메시지 업데이트 동작을 수행하는 상기 LDPC 복호기와, 상기 등화기가 상기 부가 정보를 사용할지 여부를 결정하고, 상기 부가 정보 사용 여부에 따른 결정 결과를 사용하여 상기 등화기의 등화 동작을 제어하고, 상기 메시지 업데이트 동작을 수행하는 횟수를 사용하여 상기 LDPC 복호기의 메시지 업데이트 동작을 제어하는 제어기를 포함한다.
외부 반복 동작, 내부 반복 동작, 임계 SNR, 임계 상호 정보량, EXIT 도표

Description

저밀도 패리티 검사 부호를 사용하는 통신 시스템에서 신호 수신 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR RECEIVING SIGNAL IN A COMMUNICATION SYSTEM USING A LOW DENSITY PARITY CHECK CODE}
본 발명은 통신 시스템에서 신호 수신 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 저밀도 패리티 검사(LDPC: Low Density Parity Check, 이하 'LDPC'라 하기로 한다) 부호를 사용하는 통신 시스템에서 신호 수신 장치 및 방법에 관한 것이다.
차세대 통신 시스템은 이동 단말기(MS: Mobile Station, 이하 'MS'라 칭하기로 한다)들에게 다양한 고속 대용량 서비스를 제공하는 형태로 발전해나가고 있다. 차세대 통신 시스템의 대표적인 예로는 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16 통신 시스템과, Mobile WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access) 통신 시스템 등이 있다.
한편, 통신 시스템에서 채널을 통해 효율적이고 신뢰성있게 신호를 송수신하는 것은 통신 시스템 성능을 좌우하는 매우 중요한 요인으로 작용한다. 그런데, 통 신 시스템에서 신호를 송수신할 경우 채널의 상황에 따라 잡음, 간섭, 페이딩 등으로 인해 불가피하게 에러가 발생하는 경우가 존재하며, 이런 에러 발생으로 인한 정보 손실을 감소시키기 위해서 사용되는 대표적인 방식들이 등화기(equalizer)를 사용하는 방식과 에러 제어 방식(error-control scheme)이다.
상기 등화기는 신호 수신 장치에서 수신한 수신 신호와 채널 정보를 사용하여 신호 송신 장치에서 송신한 송신 심벌을 추정한다. 여기서, 상기 등화기는 복호기(decoder)에서 제공하는 부가 정보를 사용하여 등화 동작을 수행할 수 있는데, 이렇게 부가 정보를 사용하는 등화기가 터보 등화기(turbo equalizer)이다.
또한, 대표적인 에러 제어 방식이 에러 정정 부호(error correction code)를 사용하는 방식이며, 차세대 통신 시스템에서는 에러 정정 부호로서 LDPC 부호를 사용하는 것을 적극적으로 고려하고 있다.
그러면 여기서 도 1 및 도 2를 참조하여 에러 정정 부호로서 LDPC 부호를 사용하고, 터보 등화기를 사용하는 통신 시스템의 구조에 대해서 설명하기로 한다.
도 1은 에러 정정 부호로서 LDPC 부호를 사용하고, 터보 등화기를 사용하는 통신 시스템에서 신호 송신 장치의 구조를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 상기 신호 송신 장치는 LDPC 부호화기(111)와, BPSK(Binary Phase Shift Keying) 변조기(113)와, 송신기(115)를 포함한다. 먼저, 정보 벡터(information vector) z가 상기 LDPC 부호화기(111)로 전달되면, 상기 LDPC 부호화기(111)는 상기 정보 벡터 z를 부호화하여 부호어 벡터(codeword vector) x로 생성한 후 상기 BPSK 변조기(113)로 출력한다. 여기서, 상기 정보 벡 터 z는 길이가 K인 binary 벡터이며, 상기 LDPC 부호화기(111)는 부호율(code rate) R을 사용하고, 상기 부호어 벡터 x 는 길이가 N인 binary 벡터라고 가정하기로 한다.
상기 BPSK 변조기(113)는 상기 부호어 벡터 x 를 BPSK 변조 방식을 사용하여 변조함으로써 변조 심볼 w를 생성한 후 상기 송신기(115)로 출력한다. 상기 송신기(115)는 상기 변조 심볼 w를 미리 설정되어 있는 송신 처리 방식을 사용하여 송신 처리한 후 신호 수신 장치로 송신한다.
도 2는 도 1에 대응하는 신호 수신 장치 구조를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 상기 신호 수신 장치는 수신기(211)와, 등화기(213)와, LDPC 복호기(215)를 포함한다.
먼저, 신호 송신 장치에서 송신한 신호는 상기 신호 상기 신호 수신 장치의 수신기(211)로 입력되고, 상기 수신기(211)는 미리 설정되어 있는 수신 처리 방식에 상응하게 입력된 수신 신호를 수신 처리한 후 상기 등화기(213)로 출력한다. 여기서, 상기 수신기(211)에서 출력하는 신호를 수신 벡터 y라고 칭하기로 한다.
상기 신호 송신 장치에서 상기 부호어 벡터
Figure 112007075100587-pat00001
를 상기 BPSK 방식을 사용하여 변조하여 송신할 경우, 상기 수신기(211)에서 t번째로 수신한 심볼 yt는 하기 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007075100587-pat00002
상기 수학식 1에서, wt는 t번째 심볼 구간에서 송신된 심볼을 나타내고, hl은 채널 계수를 나타내며, L은 심벌간 간섭(ISI: Inter Symbol Interference, 이하 'ISI'라 칭하기로 한다) 채널의 길이를 나타낸다. 또한, 상기 수학식 1에서 가산성 백색 가우시안 잡음(AWGN: Additive White Gaussian Noise, 이하 'AWGN'이라 칭하기로 한다) nt는 평균이 0이고 분산이 σ2인 가우시안 확률 변수이다. 상기 채널 계수 hl은 AWGN 채널 환경에서는 상수가 되고, 레일리(Rayleigh) 페이딩 채널에서는 평균이 0이고 분산이
Figure 112007075100587-pat00003
인 복소 가우시안 확률 변수가 된다. 상기 AWGN 채널 및 레일리 페이딩 채널에서 채널 계수들은
Figure 112007075100587-pat00004
을 만족한다고 가정하기로 한다.
한편, 상기 등화기(213)는 상기 수신기(211)에서 출력한 수신 벡터 y를 입력하여 상기 LDPC 복호기(215)에서 출력하는 부가 정보(extrinsic information)를 사용하여 등화한 후 상기 LDPC 복호기(215)로 출력한다. 상기 수신 벡터 y가 상기 수신기(211)에서 최초로 수신 처리한 수신 벡터일 경우에는 상기 LDPC 복호기(215)에 서 출력하는 복원 정보 벡터가 존재하지 않으므로, 상기 등화기(213)로 제공되는 부가 정보가 존재하지 않음은 물론이다. 상기 LDPC 복호기(215)는 상기 등화기(213)에서 출력한 신호를 복호하여 복원 정보 벡터로 생성한 후 출력한다.
다음으로 도 3을 참조하여 도 2의 등화기(213) 및 LDPC 복호기(215)의 내부 구조에 대해서 설명하기로 한다.
도 3은 도 2의 등화기(213) 및 LDPC 복호기(215)의 내부 구조를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 등화기(213)는 소프트 입력 소프트 출력(SISO: Soft Input Soft Output, 이하 'SISO'라 칭하기로 한다) 등화기(311)와, 가산기(313)를 포함하며, 상기 LDPC 복호기(215)는 변수 노드 복호기(variable node decoder)(321)와, 검사 노드 복호기(check node decoder)(323)를 포함한다.
먼저, 상기 등화기(213)는 수신 심볼들
Figure 112007075100587-pat00005
과 상기 LDPC 복호기(215)에서 출력하는 부가 정보, 즉 상기 변수 노드 복호기(321)에서 출력하는 부가 정보인
Figure 112007075100587-pat00006
를 사용하여 심볼 wt의 사후 정보(a posteriori information)
Figure 112007075100587-pat00007
를 계산한다. 여기서, 상기
Figure 112007075100587-pat00008
는 하기 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007075100587-pat00009
상기 수학식 2에서,
Figure 112012085227540-pat00010
와
Figure 112012085227540-pat00011
는 각각 심볼 wt에 대한 상기 등화기(213)에서 제공하는 부가 정보
Figure 112012085227540-pat00012
과 상기 등화기(213)로 제공되는 사전 정보(a priori information)인
Figure 112012085227540-pat00013
를 나타낸다. 여기서, 상기 등화기(213)로 제공되는 사전 정보는 결국 상기 변수 노드 복호기(321)에서 출력하는 부가 정보와 동일하며, 다만 설명의 편의상 그 명칭만을 다르게 한 것임에 유의하여야만 한다. 또한, 상기 부가 정보
Figure 112012085227540-pat00014
는 상기 변수 노드 복호기(321)로 출력되고, 상기 변수 노드 복호기(321)는 상기 부가 정보
Figure 112012085227540-pat00015
를 채널 로그우도비(LLR: Log Likelihood Ratio, 이하 'LLR'이라 칭하기로 한다)로 사용한다. 이렇게, LDPC 복호기(215)에서 출력한 부가 정보
Figure 112012085227540-pat00016
를 사용하여 상기 등화기(213)에서 등화하는 동작을 '외부 반복 동작'이라 칭하기로 하며, 상기 변수 노드 복호기(321)와 검사 노드 복호기(323)간의 메시지 업데이트(message update) 동작을 '내부 반복 동작'이라 칭하기로 한다. 또한, 외부 반복 동작을 수행하는 등화기는 '터보 등화기'라고도 칭해진다. 여기서, 상기 LDPC 복호기(215)는 미리 설정된 횟수의 내부 반복 동작을 수행하여 상기 부가 정보
Figure 112012085227540-pat00017
를 출력한다. 여기서, 상기 부가 정보 부가 정보
Figure 112012085227540-pat00018
는 하기 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007075100587-pat00019
상기 수학식 3에서
Figure 112012085227540-pat00020
는 심볼 심볼 wt에 해당되는 변수 노드 vt의 차수(degree)를 나타내며,
Figure 112012085227540-pat00021
는 상기 변수 노드 vt에 연결된 검사 노드들의 집합을 나타낸다. 상기 수학식 3에서,
Figure 112012085227540-pat00022
는 검사 노드 c에서 변수 노드 vt로 전달되는 메시지를 나타낸다. 또한, 첫 번째 외부 반복 동작의 경우 상기 등화기(213)로 전달되는 사전 정보
Figure 112012085227540-pat00023
는 0임은 물론이다.
한편, 일반적으로 상기 터보 등화기의 수렴 특성을 분석하기 위해서 EXIT 도표가 사용된다. 상기 EXIT 도표를 사용하여 분석할 경우 상기 터보 등화기의 스케쥴링(scheduling) 특성에 대한 수렴 특성을 분석할 수 있으며, 각 스케쥴링 방식에 따른 외부 반복 동작 횟수와 내부 반복 동작 횟수는 하기 표 1에 나타낸 바와 같다.
Figure 112007075100587-pat00024
일반적으로 등화 알고리즘의 복잡도가 복호 알고리즘의 복잡도보다 매우 크기 때문에 성공적인 복호가 가능한 스케쥴링 방식들 중에서 등화 동작을 적게 수행하는 스케쥴링 방식이 효율적이다. 따라서, 상기 표 1에 나타낸 스케쥴링 방식들중에서는 스케쥴링 방식 3을 선택할 경우 그 외부 반복 횟수가 적어 효율적이게 된다.
결과적으로, LDPC 부호를 사용하는 통신 시스템의 신호 수신 장치에서 터보 등화기를 사용할 경우 외부 반복 동작 횟수와 내부 반복 동작 횟수는 시스템 복잡도 및 성능에 큰 영향을 미치게 된다. 그런데, 상기에서 설명한 바와 같이 내부 반복 동작을 수행할 경우에 비해 외부 반복 동작을 수행할 경우의 복잡도가 훨씬 높으므로 가능한 외부 반복 동작의 횟수를 적게하는 것이 바람직하다. 따라서, LDPC 부호를 사용하는 통신 시스템의 신호 수신 장치에서 외부 반복 동작의 횟수를 적게 하면서도 등화 성능을 유지할 수 있는 방안에 대한 필요성이 대두되고 있다.
본 발명은 LDPC 부호를 사용하는 통신 시스템에서 신호 수신 장치 및 방법을 제안한다.
본 발명에서 제안하는 장치는; 저밀도 패리티 검사(LDPC: Low Density Parity Check) 부호를 사용하는 통신 시스템의 신호 수신 장치에 있어서, 소정 제어에 따라 수신 벡터만을 사용하여 등화 동작을 수행하거나 상기 수신 벡터와 LDPC 복호기에서 출력한 부가 정보를 사용하여 등화 동작을 수행하는 등화기와, 변수 노드 복호기와, 검사 노드 복호기를 포함하며, 상기 등화기에서 출력한 신호를 복호하고, 소정 제어에 따라 상기 변수 노드 복호기와 상기 검사 노드 복호기 간의 메시지 업데이트 동작을 수행하는 상기 LDPC 복호기와, 상기 등화기가 상기 부가 정보를 사용할지 여부를 결정하고, 상기 부가 정보 사용 여부에 따른 결정 결과를 사용하여 상기 등화기의 등화 동작을 제어하고, 상기 메시지 업데이트 동작을 수행하는 횟수를 사용하여 상기 LDPC 복호기의 메시지 업데이트 동작을 제어하는 제어기를 포함한다.
본 발명에서 제안하는 방법은; 저밀도 패리티 검사(LDPC: Low Density Parity Check) 부호를 사용하는 통신 시스템에서 신호 수신 장치의 신호 수신 방법에 있어서, 상기 신호 수신 장치가 등화기와, LDPC 복호기를 포함하고, 상기 LDPC 복호기가 변수 노드 복호기와, 검사 노드 복호기를 포함할 경우, 상기 등화기가 수신 벡터만을 사용하여 등화 동작을 수행하거나 상기 수신 벡터와 상기 LDPC 복호기에서 출력한 부가 정보를 사용하여 등화 동작을 수행하도록 제어하는 과정과, 상기 LDPC 복호기가 상기 등화기에서 출력한 신호를 복호하고, 상기 변수 노드 복호기와 상기 검사 노드 복호기 간의 메시지 업데이트 동작을 수행하도록 제어하는 과정을 포함한다.
본 발명은 LDPC 부호를 사용하는 통신 시스템의 신호 수신 장치에서 외부 반복 동작의 횟수를 최소화시킴으로써 복잡도를 감소시킨다는 이점을 가진다. 또한, 본 발명은 LDPC 부호를 사용하는 통신 시스템에서 단순히 외부 반복 동작의 횟수를 감소시키는 것이 아니라 보장된 성능을 획득할 수 있도록 외부 반복 동작의 횟수를 감소시킴으로써 복호 성능을 보장하면서도 복호 복잡도를 감소시킨다는 이점을 가진다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 본 발명의 동작을 이해하는데 필요한 부분만을 설명하며 그 이외의 배경 기술은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략한다.
본 발명은 저밀도 패리티 검사(LDPC: Low Density Parity Check, 이하 'LDPC'라 하기로 한다) 부호를 사용하는 통신 시스템에서 신호 수신 장치 및 방법을 제안한다. 특히, 본 발명은 LDPC 부호를 사용하는 통신 시스템의 신호 수신 장치에서 터보 등화기를 사용함에 있어 외부 반복 동작의 회수를 최소화시키도록 함으로써 복호 복잡도를 감소시키는 것을 가능하게 하는 등화 장치 및 방법을 제안한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 LDPC 부호를 사용하는 통신 시스템의 신호 수신 장치 구조를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 상기 신호 수신 장치는 수신기(411)와, 등화기(413)와, LDPC 복호기(415)와 제어기(417)를 포함한다.
먼저, 신호 송신 장치에서 송신한 신호는 상기 신호 상기 신호 수신 장치의 수신기(411)로 입력되고, 상기 수신기(411)는 미리 설정되어 있는 수신 처리 방식에 상응하게 입력된 수신 신호를 수신 처리한 후 상기 등화기(413)로 출력한다. 여기서, 상기 수신기(411)에서 출력하는 신호를 수신 벡터 y라고 칭하기로 한다.
상기 등화기(413)는 상기 수신기(411)에서 출력한 수신 벡터 y를 입력하여 상기 제어기(417)의 제어에 따라 상기 LDPC 복호기(415)에서 출력하는 부가 정보(extrinsic information)를 사용하여 등화한 후 상기 LDPC 복호기(415)로 출력한다. 상기 수신 벡터 y가 상기 수신기(411)에서 최초로 수신 처리한 수신 벡터일 경우에는 상기 LDPC 복호기(415)에서 출력하는 복원 정보 벡터가 존재하지 않으므로, 상기 등화기(413)로 제공되는 부가 정보가 존재하지 않음은 물론이다. 또한, 상기 LDPC 복호기(415)는 상기 제어기(417)의 제어에 따라 상기 등화기(413)에서 출력한 신호를 복호하여 복원 정보 벡터로 생성한 후 출력한다.
여기서, 상기 제어기(417)는 상기 신호 수신 장치에서 내부 반복 동작만을 수행하도록 할 것인지, 혹은 내부 반복 동작과 외부 반복 동작을 함께 수행하도록 할 것인지 여부를 결정한다. 여기서, 상기 외부 반복 동작이라 함은 상기 등화기(413)가 상기 LDPC 복호기(415)에서 제공하는 부가 정보를 사용하여 등화 동작을 수행하는 것을 나타내며, 상기 내부 반복 동작이라 함은 상기 LDPC 복호기(415)가 포함하는 변수 노드 복호기(variable node decoder)와 검사 노드 복호기(check node decoder)간의 메시지 업데이트(message update) 동작을 나타낸다. 그러면 여기서 도 5를 참조하여 도 4의 등화기(413)와, LDPC 복호기(415) 및 제어기(417)의 내부 구조에 대해서 설명하기로 한다.
도 5는 도 4의 등화기(413)와, LDPC 복호기(415) 및 제어기(417)의 내부 구조를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 상기 등화기(413)는 소프트 입력 소프트 출력(SISO: Soft Input Soft Output, 이하 'SISO'라 칭하기로 한다) 등화기(511)와, 가산기(513)를 포함하며, 상기 LDPC 복호기(415)는 변수 노드 복호기(521)와, 검사 노드 복호 기(523)를 포함한다. 그러면 여기서 상기 제어기(417)가 상기 신호 수신 장치에서 상기 신호 수신 장치에서 내부 반복 동작만을 수행하도록 할 것인지, 혹은 내부 반복 동작과 외부 반복 동작을 함께 수행하도록 할 것인지 여부를 결정하는 동작에 대해서 설명하기로 한다.
먼저, 상기 제어기(417)는 실제 복호 절차상에서 추정한 유효 신호대 잡음비(SNR: Signal to Noise Ratio, 이하 'SNR'이라 칭하기로 한다)이 미리 설정되어 있는 임계 SNR을 초과하고, 실제 복호 절차상에서 추정한 상호 정보량 IE,VND 이 미리 설정되어 있는 임계 상호 정보량을 초과할 경우 상기 등화기(413)가 외부 반복 동작을 수행하지 않도록 결정한다. 여기서, 상기 등화기(413)가 외부 반복 동작을 수행하지 않는 것은 상기 등화기(413)가 상기 LDPC 복호기(415)에서 제공하는 부가 정보를 사용하지 않는 것을 나타내며, 따라서 상기 등화기(413)는 상기 수신기(411)에서 출력한 수신 벡터 y만을 사용하여 등화 동작을 수행하게 된다. 이렇게, 외부 반복 동작을 수행하지 않을 경우 외부 반복 동작을 수행하는 경우에 비해 복호 신뢰성이 저하되는 경우가 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 상기에서 설명한 바와 같이 추정 유효 SNR이 임계 SNR을 초과 또는, 추정 상호 정보량 IE,VND 이 임계 상호 정보량을 초과할 경우에만 상기 외부 반복 동작을 수행하지 않도록 하는 것이다. 따라서, 상기 임계 SNR과 임계 상호 정보량을 적정 값으로 결정하는 것은 상기 신호 수신 장치의 복호 성능에 매우 큰 영향을 미치게 되며, 본 발명에서는 다음과 같이 임계 SNR과 임계 상호 정보량을 결정한다.
(1) 임계 SNR
임계 SNR은 LDPC 부호의 가산성 백색 가우시안 잡음(AWGN: Additive White Gaussian Noise, 이하 'AWGN'이라 칭하기로 한다) 채널에 대한 잡음 임계 SNR을 초과하는 값으로 설정되어야만 한다.
(2) 임계 상호 정보량
임계 상호 정보량은 EXIT 도표의 병목 영역에 해당하는 상호 정보량을 초과하는 값으로 설정되어야만 한다.
그러면 여기서 유효 SNR과 상호 정보량 IE , VND 을 계산하는 과정에 대해서 설명하면 다음과 같다.
먼저, 유효 SNR과 상호 정보량 IE,VND 을 계산하기 위해서는 최대 우도(ML: Maximum Likelihood, 이하 'ML'이라 칭하기로 한다) 추정 절차를 수행해야만 한다. 그러나, 상기 ML 추정 절차의 경우 그 복잡도가 굉장히 높아 실제 통신 시스템에서 상기 ML 추정 절차를 수행하여 유효 SNR과 상호 정보량 IE,VND 을 계산하는 것은 난해하다. 따라서, 본 발명에서는 상기 등화기(413)와 상기 LDPC 복호기(415)에서 출력되는 메시지들중에서 그 집합의 크기가 미리 설정한 범위 내에 속하는 메시지를 사용하여 유효 SNR과 상호 정보량 IE,VND 을 계산한다고 가정하기로 한다. 여기서, 상기 집합의 크기라 함은 집합이 포함하는 엘리먼트(element)의 개수를 나타낸다.
먼저, 채널 로그 우도 비(LLR: Log Likelihood Ratio, 이하 'LLR'이라 칭하 기로 한다)의 상태 메트릭(metric) NEQ와 변수 노드 복호기(521)에서 검사 노드 복호기(523)로 출력되는 메시지의 상태 메트릭 NVAR은 하기 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007075100587-pat00025
상기 수학식 4에서,
Figure 112007075100587-pat00026
은 채널 LLR을 나타내고,
Figure 112007075100587-pat00027
는 변수 노드에서 검사 노드로 출력되는 메시지를 나타내고, E는 LDPC 부호의 이분(bipartite, 이하 'bipartite'라 칭하기로 한다) 그래프 상의 모든 에지(edge)들의 집합을 나타낸다. 상기 상태 메트릭 NEQ와 Nvar은 복호가 성공적으로 진행되면서 점점 작은 값을 가진다.
한편, 상기 SISO 등화기(511)와 변수 노드 복호기(521)에서 출력되는 메시지들의 분포가 대칭 가우시안이라고 가정하면, NEQ와 Nvar의 기대값들은 각각 유효 SNR과 상호 정보량 IE , VND에 대해 일대일로 대응된다. 본 발명의 실시예에 따른 NEQ의 기대값과 유효 SNR과의 관계는 도 6에 도시한 바와 같으며, 본 발명의 실시예에 따른 NVAR의 기대값과 IE , VND와의 관계는 도 7에 도시한 바와 같다.
한편, 임계 SNR에 대응되는 상태 메트릭 NEQ의 기대값을 TEQ라 정의하기로 하고, 상기 임계 상호 정보량에 대응되는 상태 메트릭 Nvar의 기대값을 Tvar이라 정의하기로 한다. 일 예로, 균일(regular) (3,6) LDPC 부호를 사용하고, 부호어 벡터(codeword vector)의 길이가 4000일 경우 임계 SNR을 1.2 [dB], 임계 상호 정보량을 0.8로 설정하면, 상기 기대값 TEQ과 기대값 Tvar는 각각 725와 830이 된다. 따라서, 상기 제어기(417)는 상기 상태 메트릭 NEQ가 기대값 TEQ 보다 작을 경우에는 유효 SNR이 임계 SNR을 초과한다고 가정한다.
그러면 여기서 본 발명의 실시예에 따른 신호 수신 장치의 신호 수신 동작에 대해서 설명하면 다음과 같다.
<과정 1>
먼저, 상기 제어기(417)는 상기 등화기(413)에서 등화 동작을 1회 수행하고, LDPC 복호기(415)에서 복호 동작을 d(단, d는 양의 정수)번 수행한 후의 상태 메트릭 NEQ과 Nvar을 계산한다. 여기서, 상기 상태 메트릭 NEQ과 Nvar이
Figure 112012085227540-pat00028
과
Figure 112012085227540-pat00029
를 만족할 경우에는, 즉 추정 유효 SNR이 임계 SNR 이하이고, 추정 상호 정보량이 임계 상호 정보량 이하일 경우에는 외부 반복 동작을 수행해야만 한다. 물론, 이와는 반대로 상기 상태 메트릭 NEQ과 Nvar이
Figure 112012085227540-pat00030
과
Figure 112012085227540-pat00031
를 만족하지 않을 경우에는, 즉 추정 유효 SNR이 임계 SNR을 초과, 또는 추정 상호 정보량이 임계 상호 정보량을 초과할 경우에는 외부 반복 동작을 수행하지 않는다.
<과정 2>
한편, 외부 반복 동작을 수행해야할 경우, 상기 추정 상호 정보량이 증가하는지 여부를 판단하기 위해서 상기 기대값 Tvar을 업데이트한다. 상기 LDPC 복호기(415)에서 복호 동작을 d번 수행한 후에도
Figure 112007075100587-pat00032
인 경우에는 상기 기대값 Tvar 업데이트 동작을 반복 수행한다. 여기서, 상기 기대값 Tvar 업데이트 동작을 반복 수행하는 것은 결과적으로 내부 반복 동작을 수행하는 것을 나타낸다. 한편, 상기 LDPC 복호기(415)에서 복호 동작을 d번 수행한 후에
Figure 112007075100587-pat00033
이 아닌 경우에는 등화를 다시 한번 수행하고 상기 기대값 Tvar 업데이트 동작을 반복 수행한다.
상기에서 설명한 바와 같이 과정 1은 추정 유효 SNR이 임계 SNR을 초과하는 지와 복호 궤적이 상기 EXIT 도표의 병목 영역을 통과하였는지를 추정하는 과정이며, 과정 2는 추정 유효 SNR이 임계 SNR을 초과하고, 추정 상호 정보량이 임계 상호 정보량을 초과하였을 경우에도 상기 추정 상호 정보량이 지속적으로 증가하는지를 추정하는 과정이다. 결과적으로, 추정 상호 정보량이 지속적으로 증가하지 못할 경우에는 다시 등화 동작을 수행해야만 한다.
여기서, 상기 기대값 Tvar 업데이트 동작은 EXIT 도표의 진화 관계를 사용한다. 상기 EXIT 도표의 유효 SNR을 과정 1에서 기대값 TEQ에 대응되는 유효 SNR로 가정하고, 상태 메트릭 Nvar로부터 현재의 상호 정보량
Figure 112007075100587-pat00034
을 추정한다. 따라서, 상기 EXIT 도표를 사용하여 LDPC 복호 동작을 d번 수행한 후의 상호 정보량
Figure 112007075100587-pat00035
를 검출할 수 있는데, 이 값에 대응되는 Nvar의 기대값이 과정 2에서 업데이트되는 Tvar이 되는 것이다.
한편, 매번 상태 메트릭 Nvar과 EXIT 도표의 진화 관계를 사용하여 Tvar을 업데이트하는 것은 비교적 많은 연산을 필요로하기 때문에, 실제 통신 시스템에서 매번 상태 메트릭 Nvar과 EXIT 도표의 진화 관계를 사용하여 Tvar을 업데이트하는 것은 바람직하지 않다. 따라서, 본 발명에서는 매번 상태 메트릭 Nvar과 EXIT 도표의 진화 관계를 사용하여 Tvar을 업데이트할 경우의 연산량으로 인한 복잡도를 감소시키 기 위해 Nvar과 업데이트된 Tvar의 관계를 나타내는 비율을
Figure 112007075100587-pat00036
을 사용한다. 도 8에 Nvar과 업데이트된 Tvar의 관계 및 비율
Figure 112007075100587-pat00037
을 나타내었으며, 상기 Tvar은 하기 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007075100587-pat00038
상기 수학식 5에서 비율
Figure 112007075100587-pat00039
는 look-up 테이블로 저장할 수도 있고, 계단 모양 혹은 구분적 선형 직선 형태로 근사화시켜 간단히 계산할 수도 있음은 물론이다.
도 1은 에러 정정 부호로서 LDPC 부호를 사용하고, 터보 등화기를 사용하는 통신 시스템에서 신호 송신 장치의 구조를 도시한 도면
도 2는 도 1에 대응하는 신호 수신 장치 구조를 도시한 도면
도 3은 도 2의 등화기(213) 및 LDPC 복호기(215)의 내부 구조를 도시한 도면
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 LDPC 부호를 사용하는 통신 시스템의 신호 수신 장치 구조를 도시한 도면
도 5는 도 4의 등화기(413)와, LDPC 복호기(415) 및 제어기(417)의 내부 구조를 도시한 도면
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 NEQ의 기대값과 유효 SNR과의 관계를 도시한 그래프
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 NVAR의 기대값과 IE , VND와의 관계를 도시한 그래프
도 8은 본 발명의 실시예에 따른Nvar과 업데이트된 Tvar의 관계 및 비율
Figure 112007075100587-pat00040
을 나타낸 그래프

Claims (10)

  1. 저밀도 패리티 검사(LDPC: Low Density Parity Check) 부호를 사용하는 통신 시스템의 신호 수신 장치에 있어서,
    소정 제어에 따라 수신 벡터만을 사용하여 등화 동작을 수행하거나 상기 수신 벡터와 LDPC 복호기에서 출력한 부가 정보를 사용하여 등화 동작을 수행하는 등화기와,
    변수 노드 복호기와, 검사 노드 복호기를 포함하며, 상기 등화기에서 출력한 신호를 복호하고, 소정 제어에 따라 상기 변수 노드 복호기와 상기 검사 노드 복호기 간의 메시지 업데이트 동작을 수행하는 상기 LDPC 복호기와,
    상기 등화기가 상기 부가 정보를 사용할지 여부를 결정하고, 상기 부가 정보 사용 여부에 따른 결정 결과를 사용하여 상기 등화기의 등화 동작을 제어하고, 상기 메시지 업데이트 동작을 수행하는 횟수를 사용하여 상기 LDPC 복호기의 메시지 업데이트 동작을 제어하는 제어기를 포함하는 신호 수신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는 추정 유효 신호대 잡음비와, 임계 신호대 잡음비와, 추정 상호 정보량과, 임계 상호 정보량을 사용하여 상기 LDPC 복호기에서 출력한 상기 부가 정보 사용 여부와 상기 메시지 업데이트 동작을 수행하는 횟수를 결정함을 특징으로 하는 신호 수신 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 추정 유효 신호대 잡음비가 상기 임계 신호대 잡음비를 초과하거나, 상기 추정 상호 정보량이 상기 임계 상호 정보량을 초과할 경우 상기 등화기가 상기 LDPC 복호기에서 출력한 상기 부가 정보를 사용하지 않도록 결정함을 특징으로 하는 신호 수신 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 추정 상호 정보량의 증가 여부를 판단하기 위해 상기 임계 상호 정보량에 대응되는 상태 메트릭의 기대값을 업데이트하며,
    상기 상태 메트릭은 상기 변수 노드 복호기에서 상기 검사 노드 복호기로 출력되는 메시지의 상태 메트릭임을 특징으로 하는 신호 수신 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 추정 유효 신호대 잡음비가 상기 임계 신호대 잡음비 이하이고, 상기 추정 상호 정보량이 상기 임계 상호 정보량 이하일 경우 상기 등화기가 상기 LDPC 복호기에서 출력한 상기 부가 정보를 사용하도록 결정하고, 상기 기대값을 업데이트함을 특징으로 하는 신호 수신 장치.
  6. 저밀도 패리티 검사(LDPC: Low Density Parity Check) 부호를 사용하는 통신 시스템에서 신호 수신 장치의 신호 수신 방법에 있어서,
    상기 신호 수신 장치가 등화기와, LDPC 복호기를 포함하고, 상기 LDPC 복호기가 변수 노드 복호기와, 검사 노드 복호기를 포함할 경우,
    상기 등화기가 수신 벡터만을 사용하여 등화 동작을 수행하거나 상기 수신 벡터와 상기 LDPC 복호기에서 출력한 부가 정보를 사용하여 등화 동작을 수행하도록 제어하는 과정과,
    상기 LDPC 복호기가 상기 등화기에서 출력한 신호를 복호하고, 상기 변수 노드 복호기와 상기 검사 노드 복호기간의 메시지 업데이트 동작을 수행하도록 제어하는 과정을 포함하는 신호 수신 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    추정 유효 신호대 잡음비와, 임계 신호대 잡음비와, 추정 상호 정보량과, 임계 상호 정보량을 사용하여 상기 LDPC 복호기에서 출력한 상기 부가 정보의 사용여부와 상기 메시지 업데이트 동작을 수행하는 횟수를 결정하는 과정을 더 포함하는 신호 수신 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 등화기가 수신 벡터만을 사용하여 등화 동작을 수행하거나 상기 수신 벡터와 상기 LDPC 복호기에서 출력한 부가 정보를 사용하여 등화 동작을 수행하도록 제어하는 과정은;
    상기 추정 유효 신호대 잡음비가 상기 임계 신호대 잡음비를 초과하거나, 상기 추정 상호 정보량이 상기 임계 상호 정보량을 초과할 경우, 상기 등화기가 상기 LDPC 복호기에서 출력한 상기 부가 정보를 사용하지 않고 상기 수신 벡터만을 사용하여 등화 동작을 수행하도록 제어하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 신호 수신 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 추정 상호 정보량의 증가 여부를 판단하기 위해 상기 임계 상호 정보량에 대응되는 상태 메트릭의 기대값을 업데이트하는 과정을 더 포함하며,
    상기 상태 메트릭은 상기 변수 노드 복호기에서 상기 검사 노드 복호기로 출력되는 메시지의 상태 메트릭임을 특징으로 하는 신호 수신 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 등화기가 수신 벡터만을 사용하여 등화 동작을 수행하거나 상기 수신 벡터와 LDPC 복호기에서 출력한 부가 정보를 사용하여 등화 동작을 수행하도록 제어하는 과정은;
    상기 추정 유효 신호대 잡음비가 상기 임계 신호대 잡음비 이하이고, 상기 추정 상호 정보량이 상기 임계 상호 정보량 이하일 경우 상기 등화기가 상기 LDPC 복호기에서 출력한 상기 부가 정보와 상기 수신 벡터를 사용하여 등화 동작을 수행하도록 제어하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 신호 수신 방법.
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