KR101609884B1

KR101609884B1 - 통신 시스템에서 복호된 데이터의 신뢰성을 판단하는 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101609884B1
Application number: KR1020100002222A
Authority: KR
Inventors: 장민호; 유화선; 강희원
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2010-01-11
Filing date: 2010-01-11
Publication date: 2016-04-07
Also published as: KR20110082311A; US8429509B2; US20110173518A1

Abstract

본 발명은 통신 시스템에서 복호된 데이터의 신뢰성을 판단하는 방법에 있어서, 수신 데이터의 LLR 값들의 절대값들의 총합을 계산하고, 상기 계산된 LLR 값들의 절대값들의 총합에 미리 정해진 임계값을 곱한 제1값을 출력하고, 상기 수신 데이터의 LLR 값들에 대해 반복 복호를 수행하고, 상기 복호 결과 모든 경로 메트릭 값들 중 최대값을 가지는 생존 경로 메트릭 값 및 복호된 데이터를 출력하고, 상기 제1값과 상기 생존 경로 메트릭 값을 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 상기 복호된 데이터의 신뢰성 여부를 판단한다.

Description

통신 시스템에서 복호된 데이터의 신뢰성을 판단하는 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR DICIDING A RELIABILITY OF DECODED DATA IN A COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 통신 시스템에서 복호된 데이터의 신뢰성(reliability)을 판단하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

차세대 통신 시스템에서는 고속의 대용량 통신 시스템이 요구됨에 따라 적절한 채널 부호화 방식을 사용하여 시스템 전송 효율을 높이는 것이 시스템 성능 향상에 필수적인 요소로 작용하게 된다. 그러나 이동통신 시스템은 시스템 특성상 데이터 전송시 채널의 상황에 따라 잡음(noise), 간섭(interference) 및 페이딩(fading)으로 인해 불가피하게 오류(error)가 발생되고, 따라서 상기 오류 발생으로 인한 정보 데이터의 손실이 발생된다.

이러한 오류 발생으로 인한 정보 데이터의 손실을 감소시키기 위해서 채널의 특성에 따라 다양한 오류 정정 부호화 방식(error correcting coding scheme)들을 사용함으로써 상기 이동통신 시스템의 신뢰도를 향상시킬 수 있다. 상기 오류 정정 부호화 방식에 사용되는 오류 정정 부호는 채널 부호가 생성되는 방법에 따라 크게 두 가지 유형으로 나눌 수 있다. 즉 BCH(Bose Chaudhuri Hocquenghem) 부호, 리드 솔로몬(RS: Reed Solomon) 부호 등과 같이 대수적 방법으로 생성한 부호와, 길쌈(convolutional) 부호, 터보(turbo) 부호, 저밀도 패리티 체크(LDPC: Low Density Parity Check) 부호 등과 같이 이분 그래프(bipartite graph) 형태의 트리 구조를 갖는 부호로 나눌 수 있다. 특히 트리 구조의 부호는 비교적 단순한 구조와 반복 복호 알고리즘의 우수한 성능으로 인하여 고용량 및 고속 데이터의 실시간 복호에 매우 적합하여 많은 시스템에서 사용되고 있다.

특히 TBCC(Tail Biting Convolutional Code)는 간단한 구조와 우수한 오류 정정 성능으로 많은 통신 시스템에서 표준으로 채택되어 사용되고 있으며, 최근 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16m 표준화 과정에서도 상기 TBCC는 제어 채널에 대한 오류 정정 부호로 많은 관심을 받고 있다.

IEEE 802.16m 표준에서는 상향링크 제어 채널인 S-FBCH(Secondary Fast feedBack CHannel)이 사용되는데, 상기 S-FBCH은 할당되는 자원이 적으므로 시스템에서 별도의 순환 리던던시 체크(CRC: Cyclic Redundancy Check)를 위한 비트를 할당할 수 없는 문제가 있었다. 또한 대역폭 요구 채널(BW-REQCH: BandWidth REQuest CHannel)과 같이 수신된 신호의 존재 유무를 결정해야 하는 경우 이를 효율적으로 판정하는 방안이 존재하지 않았다. 따라서 상기와 같은 채널들의 경우에 대해 복호된 데이터의 신뢰성을 검사하기 위한 기술을 필요로 하게 되었다.

본 발명은 통신 시스템에서 TBCC 복호된 데이터의 신뢰성을 판단하는 장치 및 방법을 제안한다.

본 개시의 실시 예에 따른 방법은, 통신 시스템에서 복호된 데이터의 신뢰성을 판단하는 방법에 있어서, 수신 데이터의 로그 우도 율(LLR: Log Likelihood Ratio) 값들 각각에 대응하는 절대값의 총합을 계산하는 과정과, 상기 계산된 절대값의 총합에 미리 정해진 임계값을 곱한 제1값을 출력하는 과정과, 상기 수신 데이터의 LLR 값들 각각에 대해 반복 복호를 수행하고, 상기 복호 결과 모든 경로 메트릭 값들 중 최대값을 가지는 메트릭 값 및 복호된 데이터를 출력하는 과정과, 상기 제1값과 상기 최대값을 가지는 메트릭 값을 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 상기 복호된 데이터의 신뢰성 여부를 판단하는 과정을 포함한다.

본 개시의 실시 예에 따른 장치는; 통신 시스템에서 복호된 데이터의 신뢰성을 판단하는 장치에 있어서, 수신 데이터의 로그 우도 율(LLR: Log Likelihood Ratio) 값들 각각에 대응하는 절대값의 총합을 계산하는 합산기와, 상기 계산된 절대값의 총합에 미리 정해진 임계값을 곱한 제1값을 출력하는 곱셈기와, 상기 수신 데이터의 LLR 값들 각각에 대해 반복 복호를 수행하고, 상기 복호 결과 모든 경로 메트릭 값들 중 최대값을 가지는 메트릭 값 및 복호된 데이터를 출력하는 반복 복호기와, 상기 제1값과 상기 최대값을 가지는 메트릭 값을 비교하는 비교기와, 상기 비교 결과에 따라 상기 복호된 데이터의 신뢰성 여부를 판단하는 선택기를 포함한다.

본 발명은 할당되는 자원이 적어 시스템에서 별도의 CRC를 할당할 수 없는 S-FBCH나 수신된 신호의 존재 유무를 결정해야 하는 BW-REQCH 등과 같은 채널에서, 기존의 TBCC 복호 과정에서 계산되는 생존 경로 메트릭 값을 이용하여 복원된 데이터의 신뢰성 여부를 판단할 수 있도록 함으로써, 기존의 TBCC 복호기 대비 시스템 복잡도를 증가시키지 않으면서도 데이터 복호의 신뢰성을 보장할 수 있다.

또한 본 발명에서 제안되는 복호된 데이터의 신뢰성을 판단하는 방법은 TBCC 복호기 뿐만 아니라 반복 복호를 지원하는 모든 채널 부호, 즉 길쌈 부호, 터보 부호, LDPC 부호 등에 적용할 수 있다.

도 1은 통신 시스템에서 TBCC 복호된 데이터의 신뢰성을 판단하기 위한 장치를 도시한 도면,
도 2는 통신 시스템에서 TBCC 복호된 데이터의 신뢰성을 판단하는 과정을 도시한 순서도,
도 3은 표준적인 환경에서 일반적인 TBCC 복호기 및 본 발명의 바람직한 실시예에서 새롭게 제안하는 TBCC 복호기 장치의 SNR에 따른 PER을 나타내는 그래프,
도 4는 이상적인 환경에서 일반적인 TBCC 복호기 및 본 발명의 바람직한 실시예에서 새롭게 제안하는 TBCC 복호기 장치의 SNR에 따른 PER을 나타내는 그래프.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명의 동작을 이해하는데 필요한 부분만을 설명하며 그 이외의 배경 기술은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략한다.

본 명세서에서는 통신 시스템에서 TBCC 복호된 데이터의 신뢰성을 판단하는 동작에 대해 구체적으로 살펴볼 것이다. 하기에서는 본 발명의 실시예를 설명하기 위하여 IEEE 802.16m 시스템 표준을 일 예로서 이용할 것이나, 본 발명에 따른 TBCC 복호기의 신뢰성 테스트는 이러한 특정 시스템 표준에 국한되는 것이 아님은 물론이다.

도 1은 통신 시스템에서 TBCC 복호된 데이터의 신뢰성을 판단하기 위한 장치를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, TBCC 복호기 장치는 합산기(101), 곱셈기(multiplier)(103), 비교기(comparator)(105), TBCC 복호기(decoder)(107) 및 선택기(selector)(109)를 포함한다.

수신 데이터의 로그 우도 율(LLR: Log Likelihood Ratio) 값은 합산기(101) 및 TBCC 복호기(107) 각각에 입력(100)되고, TBCC 복호기(107)는 입력된 LLR 값을 연판정 출력 비터비 알고리즘(SOVA: Soft Output Viterbi Algorithm)을 통해 원 데이터(original data)로 복호한다. 여기서 상기 SOVA에 따른 복호 동작은 다음과 같다. 먼저 LLR 값들을 이용하여 모든 가지(branch)에 대해 가지 메트릭(metric)을 계산하고, 각 가지로부터의 모든 경로(path) 메트릭을 계산하고, 상기 계산된 메트릭 값들 중 최대값을 가지는 최대 경로 메트릭(maximum path metric), 즉 생존 경로 메트릭(survived path metric)을 선택하고, 상기 선택한 생존 경로 메트릭을 저장하고, 상기 저장한 생존 경로 메트릭을 역추적(trace back)하여 데이터를 복호한다.

따라서 TBCC 복호기(107)는 상기 SOVA를 통해 선택된 생존 경로 메트릭 값(120)과 복호된 데이터(130)를 출력한다.

한편, 합산기(101)는 입력된 LLR 값들의 절대값(absolute values)의 총합(A)를 하기 수학식 1을 통해 계산한다.

여기서 k는 복호하고자 하는 비트의 인덱스를 의미한다.

그런 다음, 상기 합산기(101)는 상기 계산한 LLR 값들의 절대값의 총합(A)을 곱셈기(103)로 출력하고, 곱셈기(103)는 상기 LLR 값들의 절대값들의 총합(A)을 입력하여 미리 정해진 임계값(TH)을 곱한 다음 비교기(105)로 출력한다.

상기 비교기(105)는 LLR 값의 절대값의 총합과 미리 정해진 임계값(TH)의 곱, 즉 A·TH 값과 생존 경로 메트릭 값(120), 즉 B 값을 입력하여 상기 두 값을 비교하고, 그 비교 결과를 선택기(109)로 출력한다. 상기 임계값은 일 예로서 신뢰성 검사의 요구되는 기준 혹은 복호된 데이터를 버리는 비율 등에 따라 실험적으로 정해질 수 있다.

상기 선택기(109)는 상기 비교 결과 및 복호된 데이터(130)를 입력하고, 상기 비교 결과 A·TH 값이 B 값 이상일 경우 입력되는 복호된 데이터(130)의 신뢰성이 현저히 떨어진다고 판단하여 상기 복호된 데이터(130)를 버린다. 그러나 선택기(109)는 상기 비교 결과 A·TH 값이 B 값 미만일 경우 입력되는 복호된 데이터(130)의 신뢰성이 높다고 판단하고 상기 복호된 데이터(130)를 선택하여 출력한다.

이와 같이 도 1에 도시된 TBCC 복호기 장치는 신뢰성이 낮은 수신 데이터를 원천적으로 무시하거나 없는 것으로 판단하기 때문에, 데이터 복호시 발생되는 오류 율이 높아지는 것을 방지할 수 있으며, 결과적으로 데이터 복호의 신뢰성을 보장할 수 있다.

도 2는 통신 시스템에서 TBCC 복호된 데이터의 신뢰성을 판단하는 과정을 도시한 순서도이다.

도 2를 참조하면, TBCC 복호기 장치는 201단계에서 수신된 데이터의 LLR 값을 계산하고 203 단계 및 207단계로 진행한다. 일 예로서 상기 수신된 데이터는 S-FBCH의 데이터 혹은 BW-REQCH의 데이터가 될 수 있다. 207단계에서 상기 장치는 각 LLR 값의 절대값을 계산하고 209단계에서 각 LLR 값의 절대값의 총합을 계산한 다음 211단계로 진행한다.

203단계에서 상기 TBCC 복호기 장치는 201단계에서 계산한 LLR 값에 대해 TBCC 복호화를 수행하고 205단계로 진행한다. 205단계에서 상기 장치는 TBCC 복호화 과정에서 계산된 생존 경로 메트릭을 선택하여 입력하고 211단계로 진행한다.

211단계에서 상기 TBCC 복호기 장치는 209단계에서 계산한 각 LLR 값의 절대값의 총합(A)과 임계값의 곱인 A·TH 값과 205단계에서 선택한 생존 경로 메트릭 값인 B 값을 비교하고, 비교 결과 A·TH 값이 B 값 미만일 경우 213단계로 진행한다. 213단계에서 상기 장치는 상기 203단계를 통해 복호된 데이터의 신뢰성이 높다고 판단하여 상기 복호된 데이터를 선택한다.

상기 비교 결과 A·TH 값이 B 값 이상일 경우, 상기 TBCC 복호기 장치는 215단계로 진행한다. 215단계에서 상기 TBCC 복호기 장치는 상기 203단계를 통해 복호된 데이터의 신뢰성이 현저히 떨어진다고 판단하여 상기 복호된 데이터를 버린다.

도 3은 표준적인 환경에서 일반적인 TBCC 복호기 및 본 발명의 바람직한 실시예에서 새롭게 제안하는 TBCC 복호기 장치 각각의 신호대 잡음 비(SNR: Signal to Noise Ratio)에 따른 패킷 에러율(PER: Packet Error Rate)을 나타내는 그래프이다.

상기 표준적인 환경은 일례로 IEEE 802.16 시스템 표준에서 정의한 환경으로 보행자(pedestrian)가 3km/h의 속력으로 이동중인 경우를 가정하며, 이때 시뮬레이션을 위해 미리 결정한 최적의 임계값은 5.4이고, PER은 1%이고, 복호된 데이터를 버리는 비율(ER: Erasure Rate)은 10%이다.

도 3을 참조하면, 상기와 같은 표준적인 환경에서 일반적인 TBCC 복호기의 SNR에 따른 PER(PER_Conventional TBCC) 및 본 발명의 바람직한 실시예에서 새롭게 제안하는 TBCC 복호기 장치의 SNR에 따른 PER(PER_THR5.4)을 각각 나타내고 있으며, 도시된 바와 같이 동일한 SNR에서, 일반적인 TBCC 복호기의 PER이 본 발명의 바람직한 실시예에서 새롭게 제안하는 TBCC 복호기 장치의 PER보다 훨씬 높은 값을 가짐을 확인할 수 있다. 즉 SNR이 -3dB일 경우, 일반적인 TBCC 복호기의 PER은 10%를 훨씬 초과하지만 본 발명의 바람직한 실시예에서 새롭게 제안하는 TBCC 복호기 장치의 PER은 약 5%로 측정됨을 확인할 수 있다. 또한 상기와 같은 표준적인 환경에서, 본 발명의 바람직한 실시예에서 새롭게 제안하는 TBCC 복호기 장치는 채널 환경이 좋지 않은 경우, 즉 SNR이 낮을수록 그 성능 개선의 폭이 커짐을 확인할 수 있다.

도 4는 이상적인 환경에서 일반적인 TBCC 복호기 및 본 발명의 바람직한 실시예에서 새롭게 제안하는 TBCC 복호기 장치의 SNR에 따른 PER을 나타내는 그래프이다.

상기 이상적인 환경은 일례로 부가적인 백색 가우시안 잡음(AWGN: Additive White Gaussian Noise) 환경을 가정하며, 이때 시뮬레이션을 위해 미리 결정한 최적의 임계값은 5.4이고, PER은 1%이고, ER은 10%이다.

도 4를 참조하면, 상기와 같은 이상적인 환경에서 일반적인 TBCC 복호기의 SNR에 따른 PER(PER_Conventional TBCC) 및 본 발명의 바람직한 실시예에서 새롭게 제안하는 TBCC 복호기 장치의 SNR에 따른 PER(PER_THR5.4)을 각각 나타내고 있으며, 도시된 바와 같이 동일한 SNR에서, 일반적인 TBCC 복호기의 PER이 본 발명의 바람직한 실시예에서 새롭게 제안하는 TBCC 복호기 장치의 PER보다 훨씬 높은 값을 가짐을 확인할 수 있다. 즉 SNR이 -3dB일 경우, 일반적인 TBCC 복호기의 PER은 10%에 근접하지만 본 발명의 바람직한 실시예에서 새롭게 제안하는 TBCC 복호기 장치의 PER은 1%에도 못 미침을 확인할 수 있다. 또한 상기와 같은 이상적인 환경에서, 본 발명의 바람직한 실시예에서 새롭게 제안하는 TBCC 복호기 장치는 도 3에 도시한 표준적인 환경 대비 채널 환경의 변화, 즉 SNR의 변화에 따른 성능 개선의 폭이 크지 않음을 확인할 수 있다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims

통신 시스템에서 복호된 데이터의 신뢰성을 판단하는 방법에 있어서,
수신 데이터의 로그 우도 율(LLR: Log Likelihood Ratio) 값들 각각에 대응하는 절대값의 총합을 계산하는 과정과,
상기 계산된 절대값의 총합에 미리 정해진 임계값을 곱한 제1값을 출력하는 과정과,
상기 수신 데이터의 LLR 값들 각각에 대해 반복 복호를 수행하고, 상기 복호 결과 모든 경로 메트릭 값들 중 최대값을 가지는 메트릭 값 및 복호된 데이터를 출력하는 과정과,
상기 제1값과 상기 최대값을 가지는 메트릭 값을 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 상기 복호된 데이터의 신뢰성 여부를 판단하는 과정을 포함하는 신뢰성 판단 방법.
제1항에 있어서,
상기 복호된 데이터의 신뢰성 여부를 판단하는 과정은,
상기 제1값이 상기 최대값을 가지는 메트릭 값 미만일 경우, 상기 복호된 데이터를 출력하는 과정을 포함하는 신뢰성 판단 방법.
제1항에 있어서,
상기 복호된 데이터의 신뢰성 여부를 판단하는 과정은,
상기 제1값이 상기 최대값을 가지는 메트릭 값 이상일 경우, 상기 복호된 데이터를 폐기하는 과정을 포함하는 신뢰성 판단 방법.
제1항에 있어서,
상기 수신 데이터는 상향 링크 제어 채널을 통해 수신되는 데이터임을 특징으로 하는 신뢰성 판단 방법.
제1항에 있어서,
상기 수신 데이터는 대역폭 요구 채널을 통해 수신되는 데이터임을 특징으로 하는 신뢰성 판단 방법.
통신 시스템에서 복호된 데이터의 신뢰성을 판단하는 장치에 있어서,
수신 데이터의 로그 우도 율(LLR: Log Likelihood Ratio) 값들 각각에 대응하는 절대값의 총합을 계산하는 합산기와,
상기 계산된 절대값의 총합에 미리 정해진 임계값을 곱한 제1값을 출력하는 곱셈기와,
상기 수신 데이터의 LLR 값들 각각에 대해 반복 복호를 수행하고, 상기 복호 결과 모든 경로 메트릭 값들 중 최대값을 가지는 메트릭 값 및 복호된 데이터를 출력하는 반복 복호기와,
상기 제1값과 상기 최대값을 가지는 메트릭 값을 비교하는 비교기와,
상기 비교 결과에 따라 상기 복호된 데이터의 신뢰성 여부를 판단하는 선택기를 포함하는 신뢰성 판단 장치.
제6항에 있어서,
상기 선택기는 상기 제1값이 상기 최대값을 가지는 메트릭 값 미만일 경우, 상기 복호된 데이터를 출력함을 특징으로 하는 신뢰성 판단 장치.
제6항에 있어서,
상기 선택기는 상기 제1값이 상기 최대값을 가지는 메트릭 값 이상일 경우, 상기 복호된 데이터를 폐기함을 특징으로 하는 신뢰성 판단 장치.
제6항에 있어서,
상기 수신 데이터는 상향 링크 제어 채널을 통해 수신되는 데이터임을 특징으로 하는 신뢰성 판단 장치.
제6항에 있어서,
상기 수신 데이터는 대역폭 요구 채널을 통해 수신되는 데이터임을 특징으로 하는 신뢰성 판단 장치.