KR101514813B1 - 하이브리드 시소 디코더, 이를 포함하는 터보 디코더 및 방법 - Google Patents

하이브리드 시소 디코더, 이를 포함하는 터보 디코더 및 방법 Download PDF

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Abstract

하이브리드 시소 디코더는 입력 프레임을 디모듈레이션 하여 생성된 계통(systematic) LLR(log-likelyhood ratio) 및 패리티 LLR과 이전 이터레이션에서 산출된 이전 LLR에 기초한 입력 LLR을 백워드 방향으로 계산하여 백워드 메트릭을 생성하는 백워드 리커션 유닛; 상기 백워드 메트릭이 저장되는 보더 메트릭 메모리; 상기 입력 LLR을 포워드 방향으로 계산하여 포워드 메트릭을 생성하는 포워드 리커션 유닛; 상기 백워드 메트릭과 상기 포워드 메트릭에 기초하여 현재 이터레이션에서의 윈도우에 대한 출력 LLR을 생성하는 출력 LLR 계산기; 및 상기 입력 프레임이 분할된 복수의 슬라이딩 윈도우들 중 홀수번째 슬라이딩 윈도우에 대하여 활성화되어 상기 보더 메트릭 메모리에 저장된 값을 이용하여 더미 메트릭을 생성하여 상기 백워드 리커션 유닛의 초기값으로 제공하는 더미 리커션 유닛을 포함한다

Description

하이브리드 시소 디코더, 이를 포함하는 터보 디코더 및 방법{Hybrid SISO decoder, turbo decoder and method thereof}
본 발명은 터보 디코딩 방법에 관한 것으로 특히, 슬라이딩 윈도우 방식에서 메모리 크기를 줄일 수 있는 터보 디코딩 방법 및 이를 수행하는 터보 디코더에 관한 것이다.
본 발명은 터보 디코딩 방법에 관한 것으로 특히, 슬라이딩 윈도우 방식에서 메모리 크기를 줄일 수 있는 터보 디코딩 방법 및 이를 수행하는 터보 디코더에 관한 것이다.
터보 코드는 무선 통신 분야에서 가장 강력한 채널 코딩 방법들 중 하나로 새논(Shannon)의 한계에 거의 근접하는 성능을 보여준다. 오늘날 집적 회로(IC, Integrated Circuit)의 지속적인 소형화로 인하여 터보 디코딩 방법은 모바일 장치에도 적용 가능하게 되었으며, W-CDMA(Wideband Code Division Multiple Access), CDMA-2000, WiBro(Wireless Broadband Internet)와 같은 무선 통신 분야의 표준에 채택되었다.
일반적으로 터보 디코더는 MAP (Maximum A Posteriori) 알고리즘 또는 MAP을 로그 도메인 상에서 구현한 MAX-log-MAP 알고리즘을 사용한다. 그러나 MAP 알고리즘이 하드웨어 상에서 구현될 때 많은 어려움이 있으므로, 터보 디코더는 하드웨어 상에서 구현의 편의를 위하여 슬라이딩 윈도우 방식(sliding window scheme)을 채택한다. 즉, 터보 디코더는 프레임 전체를 한꺼번에 MAP 알고리즘을 이용한 디코딩을 수행하는 대신 프레임을 윈도우 단위로 나누고 윈도우 단위로 MAP 알고리즘을 이용한 디코딩을 수행한다.
터보 디코더에서 사용되는 슬라이딩 윈도우 방식은 크게 두 가지로 분류된다. 하나는 메모리를 사용하지 않고 윈도우의 각 경계에서 필요한 값을 직접 계산하는 방식(이하, 더미 메트릭 계산(dummy metric calculation) 방식이라고 함)이고, 다른 하나는 이전의 윈도우에서 계산된 결과를 메모리에 저장하고 저장된 결과를 이용하는 방식(이하, 보더 메트릭 저장(border metric storing) 방식이라고 함)이다.
더미 메트릭 계산 방식은 윈도우의 초기 값을 계산하여야 하므로 많은 연산량이 요구 되는 문제점이 있고, 보더 메트릭 저장 방식은 이전의 윈도우에서 계산된 결과를 메모리에 저장해야 하므로 메모리 크기가 증가하는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 목적은 다양한 코드율에 대하여 높은 성능으로 디코딩을 수행할 수 있는, 하이브리드 시소 디코더, 이를 포함하는 터보 디코더 및 무선 수신 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 목적은 다양한 코드율에 대하여 높은 성능으로 디코딩을 수행할 수 있는 터보 디코딩 방법 및 무선 데이터 수신 방법을 제공하는데 있다.
상기한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 시소 디코더는 입력 프레임을 디모듈레이션 하여 생성된 계통(systematic) LLR(log-likelyhood ratio) 및 패리티 LLR과 이전 이터레이션에서 산출된 이전 LLR에 기초한 입력 LLR을 백워드 방향으로 계산하여 백워드 메트릭을 생성하는 백워드 리커션 유닛; 상기 백워드 메트릭이 저장되는 보더 메트릭 메모리; 상기 입력 LLR을 포워드 방향으로 계산하여 포워드 메트릭을 생성하는 포워드 리커션 유닛; 상기 백워드 메트릭과 상기 포워드 메트릭에 기초하여 현재 이터레이션에서의 윈도우에 대한 출력 LLR을 생성하는 출력 LLR 계산기; 및 상기 입력 프레임이 분할된 복수의 슬라이딩 윈도우들 중 홀수번째 슬라이딩 윈도우에 대하여 활성화되어 상기 보더 메트릭 메모리에 저장된 값을 이용하여 더미 메트릭을 생성하여 상기 백워드 리커션 유닛의 초기값으로 제공하는 더미 리커션 유닛을 포함한다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 하이브리드 시소 디코더는 상기 복수의 슬라이딩 윈도우들 각각의 에지에서는 상기 보더 메트릭 메모리에 저장된 값을 상기 더미 리커션 유닛의 초기값으로 제공하고, 상기 복수의 슬라이딩 윈도우들 각각의 비에지(non-edge)에서는 상기 더미 리커션 유닛의 이전 사이클의 출력을 상기 더미 리커션 유닛의 초기값으로 제공하는 제1 멀티플렉서; 상기 복수의 슬라이딩 윈도우들 각각의 비에지에서는 상기 백워드 리커션 유닛의 이전 사이클의 출력을 상기 백워드 리커션 유닛의 초기값으로 제공하고, 상기 슬라이딩 윈도우들 각각의 에지에서는 상기 보더 메트릭 메모리에 저장된 값과 상기 더미 메트릭 중 하나를 상기 백워드 리커션 유닛의 초기값으로 제공하는 제2 멀티플렉서들; 및 상기 복수의 슬라이딩 윈도우들 중 첫 번째 슬라이딩 윈도우의 에지에서는 미리 정의된 초기값을 상기 포워드 리커션 유닛의 초기값으로 제공하고, 상기 복수의 슬라이딩 윈도우들 각각의 비에지에서는 상기 포워드 리커션 유닛의 이전 사이클의 출력을 상기 포워드 리커션 유닛의 초기값으로 제공하는 제3 멀티플렉서를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 멀티플렉서들은 상기 슬라이딩 윈도우들 중 홀수번째 슬라이딩 윈도우들 각각의 에지에서는 상기 보더 메트릭 메모리에 저장된 값을 상기 백워드 리커션 유닛의 초기값으로 제공할 수 있다.
상기 제2 멀티플렉서들은 상기 슬라이딩 윈도우들 중 짝수번째 슬라이딩 윈도우들 각각의 에지에서는 상기 더미 리커션 유닛의 이전 사이클의 출력을 상기 백워드 리커션 유닛의 초기값으로 제공할 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 백워드 리커션 유닛과 상기 포워드 리커션 유닛은 첫 번째 슬라이딩 윈도우의 포워드 리커션에 해당하는 사이클들 동안을 제외한 나머지 사이클들 동안에는 동시에 동작할 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 하이브리드 시소 디코더는 짝수번째 윈도우들 각각의 에지에서 필요로 하는 값을 직접 계산하는 더미 메트릭 계산 방식과 짝수번째 윈도우들 각각에서 생성된 백워드 메트릭을 상기 보더 메트릭 메모리에 저장하는 보더 메트릭 저장 방식을 사용할 수 있다.
상기한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 디코더는 입력 프레임을 디모듈레이션 하여 생성된 계통(systematic) LLR(log-likelyhood ratio)과 제1 패리티 LLR 및 제2 패리티 LLR을 저장하는 입력 메모리부; 상기 입력 메모리부로부터 상기 계통 LLR 및 패리티 LLR로서 상기 제1 패리티 LLR 및 제2 패리티 LLR 중 하나와 이전에 출력된 출력 LLR을 피드백받아 하이브리드 터보 디코딩 연산을 수행하여 현재의 출력 LLR을 산출하는 하이브리드 터보 디코더; 상기 이전에 출력된 출력 LLR을 저장하는 외부 정보 메모리; 및 상기 입력 메모리부와 상기 외부 정보 메모리를 액세스하기 위한 어드레스들을 제공하는 컨트롤러를 포함하고, 상기 하이브리드 터보 디코딩 연산은 상기 입력 프레임이 분할된 복수의 슬라이딩 윈도우들 중 짝수번째 윈도우들 각각의 에지에서 필요로 하는 값을 직접 계산하는 더미 메트릭 계산 방식과 짝수번째 윈도우들 각각에서 생성된 백워드 메트릭을 상기 보더 메트릭 메모리에 저장하는 보더 메트릭 저장 방식을 사용한다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 하이브리드 시소 디코더는 상기 계통 LLR(log-likelyhood ratio) 및 패리티 LLR과 이전 이터레이션에서 산출된 이전 LLR에 기초한 입력 LLR을 백워드 방향으로 계산하여 백워드 메트릭을 생성하는 백워드 리커션 유닛; 상기 백워드 메트릭이 저장되는 보더 메트릭 메모리; 상기 입력 LLR을 포워드 방향으로 계산하여 포워드 메트릭을 생성하는 포워드 리커션 유닛; 상기 백워드 메트릭과 상기 포워드 메트릭에 기초하여 현재 이터레이션에서의 윈도우에 대한 출력 LLR을 생성하는 출력 LLR 계산기; 및 상기 입력 프레임이 분할된 복수의 슬라이딩 윈도우들 중 홀수번째 슬라이딩 윈도우에 대하여 활성화되어 상기 보더 메트릭 메모리에 저장된 값을 이용하여 더미 메트릭을 생성하여 상기 백워드 리커션 유닛의 제1 초기값으로 제공하는 더미 리커션 유닛을 포함할 수 있다.
상기 하이브리드 시소 디코더는 상기 복수의 슬라이딩 윈도우들 각각의 에지에서는 상기 보더 메트릭 메모리에 저장된 값을 상기 더미 리커션 유닛의 초기값으로 제공하고, 상기 복수의 슬라이딩 윈도우들 각각의 비에지(non-edge)에서는 상기 더미 리커션 유닛의 이전 사이클의 출력을 상기 더미 리커션 유닛의 초기값으로 제공하는 제1 멀티플렉서; 상기 복수의 슬라이딩 윈도우들 각각의 비에지에서는 상기 백워드 리커션 오닛의 이전 사이클의 출력을 상기 백워드 리커션 유닛의 초기값으로 제공하고, 상기 슬라이딩 윈도우들 각각의 에지에서는 상기 보더 메트릭 메모리에 저장된 값과 상기 더미 메트릭 중 하나를 상기 백워드 리커션 유닛의 초기값으로 제공하는 제2 멀티플렉서들; 및 상기 복수의 슬라이딩 윈도우들 중 첫 번째 슬라이딩 윈도우의 에지에서는 미리 정의된 초기값을 상기 포워드 리커션 유닛의 초기값으로 제공하고, 상기 복수의 슬라이딩 윈도우들 각각의 비에지에서는 상기 포워드 리커션 유닛의 이전 사이클의 출력을 상기 포워드 리커션 유닛의 초기값으로 제공하는 제3 멀티플렉서를 더 포함할 수 있다.
상기한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 수신 장치는 무선 채널로부터 입력받은 프레임을 기초로 디모듈레이션을 수행하는 디모듈레이션 유닛; 및 상기 디모듈레이션된 프레임을 기초로 하이브리드 터보 디코딩 연산을 수행하여 출력 LLR(log-likelyhood ratio)을 계산하는 채널 디코딩 유닛을 포함하고, 상기 하이브리드 터보 디코딩 연산은 상기 입력 프레임이 분할된 복수의 슬라이딩 윈도우들 중 짝수번째 윈도우들 각각의 에지에서 필요로 하는 값을 직접 계산하는 더미 메트릭 계산 방식과 짝수번째 윈도우들 각각에서 생성된 백워드 메트릭을 상기 보더 메트릭 메모리에 저장하는 보더 메트릭 저장 방식을 사용한다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 무선 수신 장치는 상기 하이브리드 터보 디코딩 연산을 수행하는 터보 디코더를 포함할 수 있다.
상기 터보 디코더는 상기 입력 프레임을 디모듈레이션 하여 생성된 계통(systematic) LLR(log-likelyhood ratio)과 제1 패리티 LLR 및 제2 패리티 LLR을 저장하는 입력 메모리부; 상기 입력 메모리부로부터 상기 계통 LLR 및 패리티 LLR로서 상기 제1 패리티 LLR 및 제2 패리티 LLR 중 하나와 이전에 출력된 출력 LLR을 피드백받아 하이브리드 터보 디코딩 연산을 수행하여 현재의 출력 LLR을 산출하는 하이브리드 터보 디코더; 상기 이전에 출력된 출력 LLR을 저장하는 외부 정보 메모리; 및 상기 입력 메모리부와 상기 외부 정보 메모리를 액세스하기 위한 어드레스들을 제공하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 무선 수신 장치는 LTE(long term evolution) 또는 LTE-Advanced 통신 프로토콜을 따를 수 있다.
상기한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 디코딩 방법은 입력 프레임을 디모듈레이션 하여 생성된 계통(systematic) LLR(log-likelyhood ratio) 및 패리티 LLR과 이전 이터레이션에서 산출된 이전 LLR에 기초한 입력 LLR을 백워드 방향으로 계산하여 백워드 메트릭을 생성하는 단계; 상기 백워드 메트릭을 보더 메트릭 메모리에 저장하는 단계; 상기 입력 LLR을 포워드 방향으로 계산하여 포워드 메트릭을 생성하는 단계; 상기 백워드 메트릭과 상기 포워드 메트릭에 기초하여 현재 이터레이션에서의 윈도우에 대한 출력 LLR을 생성하는 단계; 및 상기 입력 프레임이 분할된 복수의 슬라이딩 윈도우들 중 홀수번째 슬라이딩 윈도우에 대하여 상기 보더 메트릭 메모리에 저장된 값을 이용하여 더미 메트릭을 생성하여 상기 백워드 메트릭을 생성하는데 필요한 초기값으로 제공하는 단계를 포함한다.
상기한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 데이터 수신 방법은 무선 채널로부터 입력받은 프레임을 기초로 디모듈레이션을 수행하는 단계; 및 상기 디모듈레이션된 프레임을 기초로 하이브리드 터보 디코딩 연산을 수행하여 출력 LLR(log-likelyhood ratio)을 계산하는 단계를 포함하고, 상기 하이브리드 터보 디코딩 연산은 상기 입력 프레임이 분할된 복수의 슬라이딩 윈도우들 중 짝수번째 윈도우들 각각의 에지에서 필요로 하는 값을 직접 계산하는 더미 메트릭 계산 방식과 짝수번째 윈도우들 각각에서 생성된 백워드 메트릭을 상기 보더 메트릭 메모리에 저장하는 보더 메트릭 저장 방식을 사용한다.
따라서 본 발명의 실시예들에 따르면, 짝수번째 슬라이딩 윈도우들 각각의 에지에서 필요로 하는 값을 직접 계산하는 더미 메트릭 계산 방식과 짝수번째 슬라이딩 윈도우들 각각에서 생성된 백워드 메트릭을 보더 메트릭 메모리에 저장하는 보더 메트릭 저장 방식을 사용하는 하이브리드 연산 방식을 사용하여, 다양한 코드율을 갖는 터보 코드에 대하여 우수한 디코딩 성능을 나타냄과 동시에 추가적인 메모리 사용량을 최소화 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 송수신 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 채널 디코딩 유닛에 채택될 수 있는 터보 디코더를 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2의 시소 디코더의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 도 3의 시소 디코더의 동작을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 디코딩 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 데이터 수신 방법을 나타내는 흐름도이다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 송수신 장치를 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 무선 송수신 장치(100)는 데이터를 전송하는 무선 송신 장치(110)와 데이터를 수신하는 무선 수신 장치(120)를 포함한다.
무선 수신 장치(120)는 수신기(122), 디모듈레이션 유닛(124) 및 채널 디코딩 유닛(124)을 포함한다. 무선 수신 장치(120)는 LTE(long term evolution) 또는 LTE-Advanced 통신 프로토콜을 따를 수 있다.
수신기(122)는 무선 채널로부터 프레임을 입력받는다. 예를 들어, 입력받은 프레임은 터보 인코딩 방법에 의하여 인코딩된 데이터에 상응할 수 있다.
디모듈레이션 유닛(124)은 무선 채널로부터 입력받은 프레임을 기초로 디모듈레이션을 수행한다. 예를 들어, 무선 채널 상에서 모듈레이션 및 디모듈레이션 방식은 BPSK (Binary Phase Shift Keying), GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying), QAM (Quadrature Amplitude Modulation) 등을 포함할 수 있다.
채널 디코딩 유닛(124)은 디모듈레이션 유닛(124)에 의하여 디모듈레이션된 프레임을 기초로 하이브리드 터보 디코딩 연산을 수행하고, 디코딩된 데이터를 제공한다. 보다 상세하게는 채널 디코딩 유닛(124)은 디모듈레이션된 프레임을 기초로 하이브리드 터보 디코딩 연산을 수행하여 출력 LLR(log-likelyhood ratio)을 계산한다. 여기서 하이브리드 터보 디코딩 연산은 입력 프레임이 분할된 복수의 슬라이딩 윈도우들 중 짝수번째 슬라이딩 윈도우들 각각의 에지에서 필요로 하는 값을 직접 계산하는 더미 메트릭 계산 방식과 짝수번째 슬라이딩 윈도우들 각각에서 생성된 백워드 메트릭을 상기 보더 메트릭 메모리에 저장하는 보더 메트릭 저장 방식을 사용한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 채널 디코딩 유닛에 채택될 수 있는 터보 디코더를 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 터보 디코더(200)는 입력 메모리부(210), 인터리버(230)를 구비하는 컨트롤러(220), 멀티플렉서(240), 시소 디코더(300), 외부 정보 메모리(250) 및 출력 메모리(260)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서 입력 메모리부(210)는 도 1의 디모듈레이션 유닛(124)에 의하여 입력 프레임으로부터 디모듈레이션된 계통 LLR(log-likelyhood ratio, SYSLLR), 제1 패리티 LLR(PLLR1) 및 제2 패리티 LLR(PLLR2)를 각각 저장하는 제1 입력 메모리(211), 제2 입력 메모리(212) 및 제3 입력 메모리(213)를 포함할 수 있다.
멀티플렉서(240)는 제2 입력 메모리(212) 및 제3 입력 메모리(213)에 각각 저장된 제1 패리티 LLR(PLLR1) 및 제2 패리티 LLR(PLLR2)을 교번적으로 패리티 LLR(PLLR)로서 시소 디코더(300)에 제공한다.
시소 디코더(300)는 계통 LLR(SYSLLR), 패리티 LLR(PLLR) 및 이전 원도우에 대하여 산출된 출력 LLR인 이전 LLR(PRLLR)을 기초로 하여 입력 프레임의 현재 윈도위를 디코딩하여 현재 윈도우에 대한 출력 LLR(OLLR)을 산출하고 입력 프레임에 대하여 수행된 디코딩의 결과물인 디코딩 결과(DR)를 출력할 수 있다. 여기서 현재 윈도우에 대한 출력 LLR(OLLR)은 외부 정보 메모리(250)에 저장되고, 디코딩 결과(DR)는 출력 메모리(260)에 저장될 수 있다. 시소 디코더(300)는 입력 프레임에 대하여 슬라이딩 윈도우 방식으로 디코딩을 수행함에 있어, 더미 메트릭 계산 방식과 보더 메트릭 저장 방식을 혼용하는 하이브리드 디코딩 방식을 사용하여 다양한 코드율을 가지는 터보 코드에 대하여 우수한 디코딩 성능을 나타낼 수 있다.
보다 상세하게는 시소 디코더(300)는 짝수번째 슬라이딩 윈도우의 초기값을 구할 때에는 더미 메트릭 계산 방식을 사용하고, 홀수번째 슬라이딩 윈도우의 초기값을 구할 때에는 보더 메트릭 저장 방식을 사용한다. 즉 복수의 슬라이딩 윈도우들 중 짝수번째 슬라이딩 윈도우들 각각의 에지에서 필요로 하는 값을 직접 계산하는 더미 메트릭 계산 방식과 짝수번째 슬라이딩 윈도우들 각각에서 생성된 백워드 메트릭을 상기 보더 메트릭 메모리에 저장하는 보더 메트릭 저장 방식을 사용한다. 따라서 보더 메트릭 값들만을 저장할 메모리의 크기를 기존의 보더 메트릭 저장 방식에 비하여 반으로 감소시킬 수 있다.
컨트롤러(220)는 터보 디코더(200)의 전반적인 동작을 제어하고, 입력 메모리부(210), 외부 정보 메모리(250) 및 출력 메모리(260)에 액세스할 수 있는 어드레스를 제공한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2의 시소 디코더의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3을 참조하면, 시소(SISO) 디코더(또는 하이브리드 시소 디코더, 300)는 입력부(310), 제1 및 제2 시소 메모리들(320, 330), 더미 리커션 유닛(340), 백워드 리커션 유닛(350), 포워드 리커션 유닛(360), 보더 메트릭 메모리(370), 포워드 메트릭 메모리(375), 출력 LLR 계산기(380), 복수의 플립플롭들(311, 342, 352, 362) 및 복수의 멀티플렉서들(321, 331, 341, 351, 353, 361)을 포함하여 구성될 수 있다.
입력부(310)는 계통 LLR(SYSLLR), 패리티 LLR(PLLR) 및 이전 LLR(PRLLR)을 연산하여 입력 LLR을 제1 및 제2 시소 메모리들(320, 330)에 제공한다. 또한 입력 LLR은 플립플롭(311)을 거쳐 더미 리커션 유닛(340)에 제공한다. 멀티플렉서들(321, 331)은 입력 LLR을 교번적으로 백워드 리커션 유닛(350)과 포워드 리커션 유닛(360)에 제공한다.
백워드 리커션 유닛(350)은 입력 LLR을 백워드 방향으로 계산하여 백워드 메트릭을 생성한다. 포워드 리커션 유닛(360)은 입력 LLR을 포워드 방향으로 계산하여 포워드 메트릭을 생성한다. 보더 메트릭 메모리(370)는 백워드 메트릭을 저장한다. 포워드 메트릭 메모리(375)는 포워드 메트릭을 저장한다. 출력 LLR 계산기(380)는 백워드 메트릭과 포워드 메트릭 메모리(375)에 저장된 포워드 메트릭에 기초하여 현재 이터레이션에 대한 출력 LLR(OLLR)을 생성한다. 더미 리커션 유닛(340)은 입력 프레임이 분할된 복수의 슬라이딩 윈도우들 중 홀수번째 슬라이딩 윈도우에 대하여 활성화되어 상기 보더 메트릭 메모리에 저장된 값을 이용하여 더미 메트릭을 생성하여 짝수번째 슬라이딩 윈도우에서 상기 백워드 리커션 유닛(350)의 초기값으로 제공할 수 있다. 여기서 이터레이션은 하나의 입력 프레임에 대하여 신뢰도를 높이기 위하여 동일한 디코딩 동작을 여러번 반복하는 것을 의미하고, 현재 이터레이션은 현재의 디코딩 동작을 의미하고 이전 이터레이션은 이전에 수행된 디코딩 동작을 의미한다.
복수의 플립플롭들(311, 342, 352, 362)은 입출력 타이밍을 동기시키는데 사용된다.
도 4는 도 3의 시소 디코더의 동작을 나타내는 그래프이다.
도 4에서 가로(x) 방향으로 신장되는 점선들은 각 슬라이딩 윈도우 사이의 경계를 의미하고, 세로 방향으로 신장되는 점선들은 하나의 슬라이딩 윈도우에 대하여 연산하는데 필요한 시간을 의미한다. 각 슬라이딩 윈도우에 대한 연산은 더미 메트릭 계산(430), 포워드 메트릭 계산(410) 및 백워드 메트릭 계산 및 출력 LLR 계산(420)으로 구성되는데, 각 윈도우마다 포워드 메트릭 계산(410) 및 백워드 메트릭 계산(420)은 반드시 수행되어야 한다. 도 4에서 참조번호(440)는 백워드 메트릭을 보더 메트릭 메모리(370)에 저장하는 동작을 나타내고, 참조번호(450)는 보더 메트릭 메모리(370)에 저장된 보더 메트릭을 로딩함을 나타낸다.
또한 도 4에서 하나의 슬라이딩 윈도우에 대하여 연산하는데 필요한 시간인 T Cycles은 클럭 사이클을 의미하는 것이다. 또한 도 3에 대한 설명에서 이전 사이클의 출력은 하나의 입력 프레임이 예를 들어 6000비트로 구성되고 슬라이딩 윈도우가 모두 20개로 구성되는 경우 하나의 슬라이딩 윈도우에는 300비트가 포함된다. 이 300비트를 각 슬라이딩 윈도우에서 클럭 사이클에 따라 순차적으로 처리하는데 이전 사이클의 출력이라는 의미는 이전 클럭 사이클에서 처리한 이전 비트의 출력을 의미할 수 있다.
다시 도 3 및 도 4를 참조하면, 멀티플렉서(341)는 선택 신호(A)에 응답하여 슬라이딩 윈도우들 각각의 에지에서는 보더 메트릭 메모리(370)에 저장된 값을 더미 리커션 유닛(340)의 초기값으로 제공하고, 슬라이딩 윈도우들 각각의 비에지에서는 이전 사이클의 출력을 더미 리커션 유닛(340)의 입력으로 제공할 수 있다.
또한 멀티플렉서들(351, 353)은 선택신호들(A, C)에 응답하여 슬라이딩 윈도우들(Window#0, Window#1, ...) 각각의 비에지에서는 이전 사이클의 출력을 백워드 리커션 유닛(350)의 입력으로 제공하고, 슬라이딩 윈도우들(Window#0, Window#1, ...) 각각의 에지에서는 보더 메트릭 메모리(370)에 저장된 값과 상기 더미 메트릭에 저장된 값 중 하나를 백워드 리커션 유닛(350)의 초기값으로 제공할 수 있다. 보다 상세하게는 멀티플렉서들(351, 353)은 홀수번째 슬라이딩 윈도우들(Window#Q, Q=1, 3, 5, ...) 각각의 에지에서는 보더 메트릭 메모리(370)에 저장된 값을 백워드 리커션 유닛(350)의 초기값으로 제공하고, 짝수번째 슬라이딩 윈도우들(Window#P, P=0, 2, 4, ...) 각각의 에지에서는 더미 리커션 유닛(340)의 이전 사이클의 출력을 그 초기값으로 제공할 수 있다.
멀티플렉서(361)는 선택 신호들(A, B)에 응답하여 복수의 슬라이딩 윈도우들(Window#0, Window#1, ...) 중 첫 번째 슬라이딩 윈도우의 에지에서는 미리 정의된 초기값(init)을 포워드 리커션 유닛(360)의 초기값으로 제공하고, 복수의 슬라이딩 윈도우들 각각의 비에지에서는 포워드 리커션 유닛(360)의 이전 사이클의 출력을 그 입력으로 제공할 수 있다.
백워드 리커션 유닛(350)과 포워드 리커션 유닛(350)은 첫 번째 슬라이딩 윈도우(Window#0) 의 포워드 리커션에 해당하는 디코딩 사이클 동안을 제외한 나머지 사이클들 동안에는 동시에 동작하여 해당하는 연산을 수행할 수 있다.
하이브리드 시소 디코더(300)는 짝수번째 슬라이딩 윈도우들(Window#P, P=0, 2, 4, ...) 각각의 에지에서 필요로 하는 값을 직접 계산하는 더미 메트릭 계산 방식과 짝수번째 슬라이딩 윈도우들(Window#P, P=0, 2, 4, ...) 각각에서 생성된 백워드 메트릭을 상기 보더 메트릭 메모리에 저장하는 보더 메트릭 저장 방식을 사용하는 하이브리드 연산 방식을 사용한다.
이렇게 하이브리드 연산 방식을 사용하면, 다양한 코드율을 갖는 터보 코드에 대하여 우수한 디코딩 성능을 나타냄과 동시에 추가적인 메모리 사용량을 최소화 할 수 있다.
기존의 더미 메트릭 계산 방식의 경우, 코드율이 낮은 터보 코드를 디코딩할 때 거의 이상적인 성능을 내지만, LTE나 LTE-Advanced 등 이동통신 규약에서 정의된 것과 같이 puncturing 된 터보 코드, 즉 코드율이 높은 터보 코드에 대해서는 디코딩 성능이 매우 나쁜 단점이 있다. 더미 메트릭 계산 방식을 적용하면서 높은 코드율의 터보 코드를 디코딩하기 위해서는, 매우 큰 범위의 더미 메트릭 계산이 필요하다. 하지만 이는 터보 디코더의 전력 소모나 동작 속도면에서 좋지 않다. 반면에, 보더 메트릭 저장 방식의 경우 코드율이 낮은 코드에 대해서 더미 메트릭 계산 방식보다 저하된 성능을 보이지만, 높은 코드율을 갖는 코드에 대해서는 슬라이딩 윈도우 크기에 무관하게 비교적 괜찮은 성능을 보이는 장점이 있다.
하지만 실제 이동통신 환경은 수시로 변하기 때문에 터보 코드의 코드율은 역동적으로 변화하게 된다. 따라서 이러한 상황에 대처하기 위한 새로운 슬라이딩 윈도우 기법이 필요하다. 높은 코드율을 갖는 코드에 대해 더미 메트릭 계산 방식과 보더 메트릭 저장 방식이 성능의 차이를 보이는 이유를 분석하면 다음과 같다. 보더 메트릭 저장 방식에서 저장된 보더 메트릭들에는, 비록 그것들이 이전 이터레이션의 입력 값들을 이용해서 계산된 것이라 하더라도, 전체 trellis에 걸쳐 축적된 정보가 포함되어 있다고 볼 수 있다. 반면에, 더미 메트릭 계산 방식에서 더미 메트릭의 계산은 임의의 제로-초기값부터 시작되기 때문에, 비록 그것들이 현재 이터레이션의 입력 값들을 이용해서 계산된 것이라 하더라도, 더미 메트릭 계산의 범위가 충분하지 않을 경우, punctured 코드에 대해 성능 저하를 보이는 것이다. 코드율이 매우 높은 경우에 입력의 많은 부분이 punctured 되었을 수 있기 때문에, 입력 값에만 의존하는 더미 메트릭 계산 방식이 디코딩에 매우 불리하게 되는 것이다. 하지민 더미 메트릭 계산 방식은 현재 이터레이션의 입력 값들을 이용하기 때문에 코드율이 낮은 경우에 거의 이상적인 성능을 나타낸다.
본 발명의 실시예에 따른 시소 디코더(300)에서는 두 가지 계산 방식의 장점을 모두 가질 수 있다. 즉 더미 메트릭 계산 방식과 보더 메트릭 저장 방식의 특징을 모두 흡수함으로써 다양한 코드율에 대해 우수한 성능을 나타낼 수 있고, 보더 메트릭 메모리(370)의 크기를 절반으로 감소시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 디코딩 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 터보 디코딩 방법은 입력 프레임을 디모듈레이션 하여 생성된 계통(systematic) LLR(log-likelyhood ratio) 및 패리티 LLR과 이전 이터레이션에서 산출된 이전 LLR에 기초한 입력 LLR을 백워드 방향으로 계산하여 백워드 메트릭을 생성하는 단계(S510); 상기 백워드 메트릭을 보더 메트릭 메모리에 저장하는 단계(S520); 상기 입력 LLR을 포워드 방향으로 계산하여 포워드 메트릭을 생성하는 단계(S530); 상기 백워드 메트릭과 상기 포워드 메트릭에 기초하여 현재 이터레이션에서의 윈도우에 대한 출력 LLR을 생성하는 단계(S540); 및 상기 입력 프레임이 분할된 복수의 슬라이딩 윈도우들 중 홀수번째 슬라이딩 윈도우에 대하여 상기 보더 메트릭 메모리에 저장된 값을 이용하여 더미 메트릭을 생성하여 짝수번째 슬라이딩 윈도우에서 상기 백워드 메트릭을 생성하는데 필요한 초기값으로 제공하는 단계(S550)를 포함할 수 있다. 도 5의 터보 디코딩 방법은 도 2 내지 도 4를 참조하여 상술한 터보 디코더(200)의 동작과 실질적으로 유사하므로 상세한 설명은 생략한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 데이터 수신 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 무선 데이터 수신 방법은 무선 채널로부터 입력받은 프레임을 기초로 디모듈레이션을 수행하는 단계(S610); 및 상기 디모듈레이션된 프레임을 기초로 하이브리드 터보 디코딩 연산을 수행하여 출력 LLR(log-likelyhood ratio)을 계산하는 단계를 포함(S620)을 포함할 수 있다. 여기서 하이브리드 터보 디코딩 연산은 상기 입력 프레임이 분할된 복수의 슬라이딩 윈도우들 중 짝수번째 윈도우들 각각의 에지에서 필요로 하는 값을 직접 계산하는 더미 메트릭 계산 방식과 짝수번째 윈도우들 각각에서 생성된 백워드 메트릭을 상기 보더 메트릭 메모리에 저장하는 보더 메트릭 저장 방식을 사용할 수 있다.
도 6의 무선 데이터 수신 방법은 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 무선 수신 장치의 동작과 실질적으로 유사하므로 상세한 설명은 생략한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에서는 짝수번째 슬라이딩 윈도우들 각각의 에지에서 필요로 하는 값을 직접 계산하는 더미 메트릭 계산 방식과 짝수번째 슬라이딩 윈도우들 각각에서 생성된 백워드 메트릭을 보더 메트릭 메모리에 저장하는 보더 메트릭 저장 방식을 사용하는 하이브리드 연산 방식을 사용하여, 다양한 코드율을 갖는 터보 코드에 대하여 우수한 디코딩 성능을 나타냄과 동시에 추가적인 메모리 사용량을 최소화 할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 터보 디코더가 채용되는 다양한 무선 수신 장치(LTE폰)에 적용될 수 있다.
상기에서는 본 발명이 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (15)

  1. 입력 프레임을 디모듈레이션 하여 생성된 계통(systematic) LLR(log-likelyhood ratio) 및 패리티 LLR과 이전 이터레이션에서 산출된 이전 LLR에 기초한 입력 LLR을 백워드 방향으로 계산하여 백워드 메트릭을 생성하는 백워드 리커션 유닛;
    상기 백워드 메트릭이 저장되는 보더 메트릭 메모리;
    상기 입력 LLR을 포워드 방향으로 계산하여 포워드 메트릭을 생성하는 포워드 리커션 유닛;
    상기 백워드 메트릭과 상기 포워드 메트릭에 기초하여 현재 이터레이션에서의 윈도우에 대한 출력 LLR을 생성하는 출력 LLR 계산기;
    상기 입력 프레임이 분할된 복수의 슬라이딩 윈도우들 중 홀수번째 슬라이딩 윈도우에 대하여 활성화되어 상기 보더 메트릭 메모리에 저장된 값을 이용하여 더미 메트릭을 생성하여 상기 복수의 슬라이딩 윈도우들 중 짝수번째 슬라이딩 윈도우에서 상기 백워드 리커션 유닛의 초기값으로 제공하는 더미 리커션 유닛;
    상기 복수의 슬라이딩 윈도우들 사이의 경계인 상기 복수의 슬라이딩 윈도우를 각각의 에지에서는 상기 보더 메트릭 메모리에 저장된 값을 상기 더미 리커션 유닛의 초기값으로 제공하고, 상기 경계가 아닌, 상기 복수의 슬라이딩 윈도우들 각각의 비에지(non-edge)에서는 상기 더미 리커션 유닛의 이전 사이클의 출력을 상기 더미 리커션 유닛의 입력으로 제공하는 제1 멀티플렉서;
    상기 복수의 슬라이딩 윈도우들 각각의 비에지에서는 상기 백워드 리커션 유닛의 이전 사이클의 출력을 상기 백워드 리커션 유닛의 입력으로 제공하고, 상기 슬라이딩 윈도우들 각각의 에지에서는 상기 보더 메트릭 메모리에 저장된 값과 상기 더미 메트릭 중 하나를 상기 백워드 리커션 유닛의 초기값으로 제공하는 제2 멀티플렉서들; 및
    상기 복수의 슬라이딩 윈도우들 중 첫 번째 슬라이딩 윈도우의 에지에서는 미리 정의된 초기값을 상기 포워드 리커션 유닛의 초기값으로 제공하고, 상기 복수의 슬라이딩 윈도우들 각각의 비에지에서는 상기 포워드 리커션 유닛의 이전 사이클의 출력을 상기 포워드 리커션 유닛의 입력으로 제공하는 제3 멀티플렉서를 포함하는 하이브리드 시소 디코더.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 멀티플렉서들은 상기 슬라이딩 윈도우들 중 홀수번째 슬라이딩 윈도우들 각각의 에지에서는 상기 보더 메트릭 메모리에 저장된 값을 상기 백워드 리커션 유닛의 초기값으로 제공하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 시소 디코더.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제2 멀티플렉서들은 상기 슬라이딩 윈도우들 중 짝수번째 슬라이딩 윈도우들 각각의 에지에서는 상기 더미 리커션 유닛의 이전 사이클의 출력을 상기 백워드 리커션 유닛의 초기값으로 제공하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 시소 디코더.
  5. 제1항에 있어서, 상기 백워드 리커션 유닛과 상기 포워드 리커션 유닛은 첫 번째 슬라이딩 윈도우의 포워드 리커션에 해당하는 디코딩 사이클 동안을 제외한 나머지 사이클들 동안에는 동시에 동작하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 시소 디코더.
  6. 제1항에 있어서, 상기 하이브리드 시소 디코더는 상기 짝수번째 슬라이딩 윈도우들 각각의 에지에서 필요로 하는 값을 직접 계산하는 더미 메트릭 계산 방식과 상기 짝수번째 슬라이딩 윈도우들 각각에서 생성된 백워드 메트릭을 상기 보더 메트릭 메모리에 저장하는 보더 메트릭 저장 방식을 사용하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 시소 디코더.
  7. 입력 프레임을 디모듈레이션 하여 생성된 계통(systematic) LLR(log-likelyhood ratio)과 제1 패리티 LLR 및 제2 패리티 LLR을 저장하는 입력 메모리부;
    상기 입력 메모리부로부터 상기 계통 LLR 및 패리티 LLR로서 상기 제1 패리티 LLR 및 제2 패리티 LLR 중 하나와 이전에 출력된 출력 LLR을 피드백받아 하이브리드 터보 디코딩 연산을 수행하여 현재의 출력 LLR을 산출하는 하이브리드 시소 디코더;
    상기 이전에 출력된 출력 LLR을 저장하는 외부 정보 메모리; 및
    상기 입력 메모리부와 상기 외부 정보 메모리를 액세스하기 위한 어드레스들을 제공하는 컨트롤러를 포함하고,
    상기 하이브리드 터보 디코딩 연산은 상기 입력 프레임이 분할된 복수의 슬라이딩 윈도우들 중 짝수번째 슬라이딩 윈도우들 각각의 에지에서 필요로 하는 값을 직접 계산하는 더미 메트릭 계산 방식과 상기 짝수번째 슬라이딩 윈도우들 각각에서 생성된 백워드 메트릭을 보더 메트릭 메모리에 저장하는 보더 메트릭 저장 방식을 사용하고,
    상기 하이브리드 시소 디코더는
    상기 계통 LLR(log-likelyhood ratio) 및 패리티 LLR과 이전 이터레이션에서 산출된 이전 LLR에 기초한 입력 LLR을 백워드 방향으로 계산하여 백워드 메트릭을 생성하는 백워드 리커션 유닛;
    상기 백워드 메트릭이 저장되는 상기 보더 메트릭 메모리;
    상기 입력 LLR을 포워드 방향으로 계산하여 포워드 메트릭을 생성하는 포워드 리커션 유닛;
    상기 백워드 메트릭과 상기 포워드 메트릭에 기초하여 현재 이터레이션에서의 윈도우에 대한 출력 LLR을 생성하는 출력 LLR 계산기;
    상기 복수의 슬라이딩 윈도우들 중 홀수번째 슬라이딩 윈도우에 대하여만 활성화되어 상기 보더 메트릭 메모리에 저장된 값을 이용하여 더미 메트릭을 생성하여 상기 짝수번째 슬라이딩 윈도우에서만 상기 백워드 리커션 유닛의 초기값으로 제공하는 더미 리커션 유닛;
    상기 복수의 슬라이딩 윈도우들 사이의 경계인 상기 복수의 슬라이딩 윈도우를 각각의 에지에서는 상기 보더 메트릭 메모리에 저장된 값을 상기 더미 리커션 유닛의 초기값으로 제공하고, 상기 경계가 아닌, 상기 복수의 슬라이딩 윈도우들 각각의 비에지(non-edge)에서는 상기 더미 리커션 유닛의 이전 사이클의 출력을 상기 더미 리커션 유닛의 입력으로 제공하는 제1 멀티플렉서;
    상기 복수의 슬라이딩 윈도우들 각각의 비에지에서는 상기 백워드 리커션 유닛의 이전 사이클의 출력을 상기 백워드 리커션 유닛의 입력으로 제공하고, 상기 슬라이딩 윈도우들 각각의 에지에서는 상기 보더 메트릭 메모리에 저장된 값과 상기 더미 메트릭 중 하나를 상기 백워드 리커션 유닛의 초기값으로 제공하는 제2 멀티플렉서들; 및
    상기 복수의 슬라이딩 윈도우들 중 첫 번째 슬라이딩 윈도우의 에지에서는 미리 정의된 초기값을 상기 포워드 리커션 유닛의 초기값으로 제공하고, 상기 복수의 슬라이딩 윈도우들 각각의 비에지에서는 상기 포워드 리커션 유닛의 이전 사이클의 출력을 상기 포워드 리커션 유닛의 입력으로 제공하는 제3 멀티플렉서를 포함하는 터보 디코더.
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