KR101817168B1 - Method and Apparatus for Approximated Belief Propagation Decoding of Polar Code - Google Patents
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Abstract
Description
본 실시예가 속하는 기술 분야는 극 부호를 신뢰전파 복호화하는 방법 및 장치에 관한 것이다. The technical field to which this embodiment pertains is a method and an apparatus for reliably propagating and decoding polar codes.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The contents described in this section merely provide background information on the present embodiment and do not constitute the prior art.
채널 용량(Channel Capacity)은 오류 없는 상태로 유지할 수 있는 통신 속도의 이론적 한계, 즉, 신뢰성 있는 통신이 가능한 최고 전송률을 의미한다. 채널 부호화는 채널을 통하여 정보를 전송하는 과정에서 발생한 오류를 수신측에서 검출하고 정정하기 위하여, 송신측에서 신호를 변환하는 것이다.Channel Capacity means the theoretical limit of the communication speed that can be maintained in error-free state, that is, the maximum data rate at which reliable communication is possible. The channel coding is a process of converting a signal at a transmitting side in order to detect and correct an error generated in the process of transmitting information through a channel.
극 부호(Polar Code)는 낮은 부호화/복호화 복잡도로 이진 입력 이산 무기억 채널에서 부호 길이가 무한한 길이일 때 이론적 용량 한계에 근접하는 부호이다. 극 부호의 복호화 방식으로는 연속 제거(Successive Cancellation) 방식, 연속 제거 리스트(Successive Cancellation List) 방식, 신뢰 전파(Belief Propagation) 방식 등이 있다.Polar code is a code with a low coding / decoding complexity and close to the theoretical capacity limit when the code length is an infinite length in a binary input discrete storage channel. The decoding method of the polar sign includes a Successive Cancellation method, a Successive Cancellation List method, and a Belief Propagation method.
신뢰 전파 복호화 방식은 반복 횟수에 따라 성능이 개선되는 반면에, 복잡도는 선형적을 증가하는 문제점이 있다. 따라서, 반복 횟수당 연산 복잡도를 최소화할 필요가 있다. 이를 해결하기 위한 방식으로는, 최소 합(Min Sum) 방식, 정규화된 최소 합(Normalized Min Sum) 방식, 오프셋 최소 합(Offset Min Sum) 방식 등이 제안되고 있다. 그러나, 정규화된 최소 합 방식은 극 부호의 부호 파라미터(Code Parameter)와 통신 채널의 상태에 따라 정규화 인자를 최적화해야 하고, 오프셋 최소 합 방식은 극 부호의 부호 파라미터와 통신 채널의 상태에 따라 오프셋 인자를 최적화해야 하는 문제점이 있다.The reliability propagation decoding method improves the performance according to the number of repetition times, while the complexity increases linearity. Therefore, it is necessary to minimize the computational complexity per repetition frequency. To solve this problem, a Min Sum method, a Normalized Min Sum method, an Offset Min Sum method, and the like have been proposed. However, the normalized minimum sum method needs to optimize the normalization factor according to the code parameter of the polar code and the state of the communication channel, and the offset least sum method requires the offset parameter There is a problem in that it must be optimized.
본 발명의 발명자는 극 부호를 신뢰 전파 복호화하는 과정에서 반복 횟수당 연산 복잡도를 최소화하면서, 극 부호의 부호 파라미터에 독립적인 복호 로그 함수를 제안하고자 한다.The inventor of the present invention intends to propose a decryption log function independent of sign parameters of polar codes while minimizing the computational complexity per repetition count in the process of reliability propagation decoding of polar codes.
본 발명의 실시예들은 수신한 통신 신호에 기초하여 통신 채널의 상태를 추정하고, 수신한 통신 신호를 복조한 복조 신호를 신뢰 전파 복호 방식에 기반하여 복호화하며, 통신 채널의 상태의 레벨 및 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수 파라미터에 기초하여, 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수를 근사화시킨 제1 복호 근사화 함수, 제2 복호 근사화 함수, 및 제3 복호 근사화 함수 중 적어도 하나를 복호 로그 함수에 적용함으로써, 극 부호의 부호 파라미터에 독립적이고 반복 횟수당 연산 복잡도를 최소화하면서 극 부호 복호화 성능을 향상시키는 데 발명의 주된 목적이 있다.Embodiments of the present invention provide a communication system that estimates the state of a communication channel based on a received communication signal, decodes a demodulated signal obtained by demodulating the received communication signal based on a reliability propagation decoding method, By applying at least one of the first decryption approximation function, the second decryption approximation function, and the third decryption approximation function that approximates the decryption log function of the trust propagation decoding method to the decryption log function based on the decryption log function parameter of the decryption method , And the main object of the invention is to improve the pole-code decoding performance while minimizing the computational complexity per repetition number, independent of the sign parameters of the polar sign.
본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.Other and further objects, which are not to be described, may be further considered within the scope of the following detailed description and easily deduced from the effects thereof.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 극 부호(Polar Code) 복호화 장치에 의한 극 부호 복호화 방법에 있어서, 통신 채널을 통하여 상기 극 부호를 포함한 통신 신호를 수신하는 단계, 상기 수신한 통신 신호를 복조 신호로 복조하는 단계, 상기 수신한 통신 신호에 기초하여 상기 통신 채널의 상태를 추정하는 단계, 및 상기 복조 신호를 신뢰 전파(Belief Propagation) 복호 방식을 기반으로 복호화하여 복호 데이터 비트열을 출력하는 단계를 포함하며, 상기 복호 데이터 비트열을 출력하는 단계는, 상기 통신 채널의 상태의 레벨 및 상기 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수 파라미터 중 적어도 하나에 기초하여, 상기 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수를 근사화시킨 제1 복호 근사화 함수, 제2 복호 근사화 함수, 및 제3 복호 근사화 함수 중 적어도 하나를 상기 복호 로그 함수에 적용하는 것을 특징으로 하는 극 부호 복호화 방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a polar code decoding method using a polar code decoding apparatus, comprising: receiving a communication signal including the polar sign on a communication channel; Estimating a state of the communication channel based on the received communication signal, and decoding the demodulated signal based on a Belief Propagation decoding method to output a decoded data bit string And the step of outputting the decoded data bit stream comprises a step of outputting the decoded data bit stream by approximating a decryption log function of the reliability radio wave decoding system based on at least one of a level of the state of the communication channel and a decryption log function parameter of the reliability radio wave decoding system Wherein at least one of the first decoded approximation function, the second decoded approximation function, And applying it to a call log function.
본 실시예의 다른 측면에 의하면, 통신 채널을 통하여 극 부호를 포함한 통신 신호를 수신하는 수신부, 상기 수신한 통신 신호를 복조 신호로 복조하는 복조부, 상기 수신한 통신 신호에 기초하여 상기 통신 채널의 상태를 추정하는 채널추정부, 및 상기 복조 신호를 신뢰 전파(Belief Propagation) 복호 방식을 기반으로 복호화하여 복호 데이터 비트열을 출력하는 복호화부를 포함하며, 상기 복호화부는, 상기 통신 채널의 상태의 레벨 및 상기 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수 파라미터 중 적어도 하나에 기초하여, 상기 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수를 근사화시킨 제1 복호 근사화 함수, 제2 복호 근사화 함수, 및 제3 복호 근사화 함수 중 적어도 하나를 상기 복호 로그 함수에 적용하는 것을 특징으로 하는 극 부호 복호화 장치를 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a communication system including a receiver for receiving a communication signal including a polar sign through a communication channel, a demodulator for demodulating the received communication signal into a demodulation signal, And a decoding unit decoding the demodulated signal based on a Belief Propagation decoding method and outputting a decoded data bit stream, wherein the decoding unit decodes the level of the state of the communication channel, At least one of a first decryption approximation function, a second decryption approximation function, and a third decryption approximation function that approximates a decryption log function of the trust propagation decoding method based on at least one of decryption log function parameters of a reliability propagation decoding method Wherein the decryption log function is applied to the decryption log function.
본 실시예의 또 다른 측면에 의하면, 프로세서에 의해 실행 가능한 컴퓨터 프로그램 명령어들을 포함하는 비일시적(Non-Transitory) 컴퓨터 판독 가능한 매체에 기록된 극 부호 복호화를 위한 컴퓨터 프로그램으로서, 상기 컴퓨터 프로그램 명령어들이 컴퓨팅 디바이스의 프로세서에 의해 실행되는 경우에, 통신 채널을 통하여 상기 극 부호를 포함한 통신 신호를 수신하는 단계, 상기 수신한 통신 신호를 복조 신호로 복조하는 단계, 상기 수신한 통신 신호에 기초하여 상기 통신 채널의 상태를 추정하는 단계, 및 상기 복조 신호를 신뢰 전파(Belief Propagation) 복호 방식을 기반으로 복호화하여 복호 데이터 비트열을 출력하는 단계를 포함한 동작들을 수행하며, 상기 복호 데이터 비트열을 출력하는 단계는, 상기 통신 채널의 상태의 레벨 및 상기 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수 파라미터 중 적어도 하나에 기초하여, 상기 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수를 근사화시킨 제1 복호 근사화 함수, 제2 복호 근사화 함수, 및 제3 복호 근사화 함수 중 적어도 하나를 상기 복호 로그 함수에 적용하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램을 제공한다.According to yet another aspect of this embodiment, there is provided a computer program for polar code decoding recorded in a non-transitory computer readable medium comprising computer program instructions executable by a processor, Demodulating the received communication signal into a demodulation signal when the communication signal is executed by a processor of the communication channel, receiving the communication signal including the polar sign on a communication channel, demodulating the communication signal into a demodulation signal, And decoding the demodulated signal based on a Belief Propagation decoding method to output a decoded data bit stream, and the step of outputting the decoded data bit stream comprises: The level of the state of the communication channel, A second decryption approximation function, and a third decryption approximation function obtained by approximating a decryption log function of the trust propagation decoding method to at least one of the decryption log function, To a function of a computer program.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 수신한 통신 신호에 기초하여 통신 채널의 상태를 추정하고, 수신한 통신 신호를 복조한 복조 신호를 신뢰 전파 복호 방식에 기반하여 복호화하며, 통신 채널의 상태의 레벨 및 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수 파라미터에 기초하여, 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수를 근사화시킨 제1 복호 근사화 함수, 제2 복호 근사화 함수, 및 제3 복호 근사화 함수 중 적어도 하나를 복호 로그 함수에 적용함으로써, 극 부호의 부호 파라미터에 독립적이고 반복 횟수당 연산 복잡도를 최소화하면서 극 부호 복호화 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the embodiments of the present invention, the state of the communication channel is estimated on the basis of the received communication signal, the demodulated signal demodulated in the received communication signal is decoded based on the reliability propagation decoding method, A second decryption approximation function, and a third decryption approximation function that approximate the decryption log function of the trust propagation decoding method based on the level of the state of the channel and the decryption log function parameter of the trust propagation decoding method By applying one to the decryption log function, it is possible to improve the performance of the polesignal decoding while minimizing the computational complexity per repetition count, independent of the sign parameter of the poles code.
여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.Even if the effects are not expressly mentioned here, the effects described in the following specification which are expected by the technical characteristics of the present invention and their potential effects are handled as described in the specification of the present invention.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 극 부호 부호화/복호화 시스템을 예시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 극 부호 복호화 장치를 예시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따라 적용된 신뢰 전파 복호 방식을 설명하기 위한 팩터 그래프를 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따라 적용된 신뢰 전파 복호 방식의 복호 처리부의 메시지 업데이트를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따라 n차 근사화한 매클로린 급수를 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따라 구분적 선형 함수 및 계단식 선형 함수를 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예들에 따른 극 부호 복호화 장치의 복호화부의 동작을 예시한 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 극 부호 복호화 방법을 예시한 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따라 수행된 모의실험 결과를 도시한 것이다.1 is a block diagram illustrating a polynomial encoding / decoding system in accordance with embodiments of the present invention.
2 is a diagram illustrating a polar code decoding apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a factor graph for explaining a reliable propagation decoding method applied in accordance with embodiments of the present invention.
FIG. 4 is a diagram for explaining a message update in a decryption processing unit of a reliable propagation decoding method according to embodiments of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing the n-order approximated meglorine series according to embodiments of the present invention.
FIG. 6 is a graph illustrating a piecewise linear function and a stepwise linear function according to embodiments of the present invention.
7 is a flowchart illustrating an operation of a decoding unit of a polesignal decoding apparatus according to an embodiment of the present invention.
8 is a flowchart illustrating a method of decoding a polar sign according to another embodiment of the present invention.
Figure 9 shows simulation results performed in accordance with embodiments of the present invention.
이하, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하고, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Will be described in detail with reference to exemplary drawings.
본 발명의 실시예들은 오류 정정을 위한 극 부호의 복호화 방법 및 장치에 관한 것으로서, 다수의 송신장치 및 수신장치로 연결된 네트워크 환경에서 구현된 통신 시스템에 적용된다. 예컨대, 3G, 4G, 5G 등의 이동통신, 디지털 위성방송, 무선랜, 고속 케이블 통신 등에 적용될 수 있다.Embodiments of the present invention relate to a method and apparatus for decoding a polar sign for error correction and are applied to a communication system implemented in a network environment connected to a plurality of transmitting apparatuses and receiving apparatuses. For example, it can be applied to mobile communication such as 3G, 4G, and 5G, digital satellite broadcasting, wireless LAN, and high-speed cable communication.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 극 부호 부호화/복호화 시스템을 예시한 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 극 부호 부호화/복호화 시스템은 극 부호 부호화 장치(100), 극 부호 복호화 장치(200), 및 채널(300)을 포함한다. 극 부호 부호화/복호화 시스템은 도 1에서 예시적으로 도시한 다양한 구성요소들 중에서 일부 구성요소를 생략하거나 다른 구성요소를 추가로 포함할 수 있다.1 is a block diagram illustrating a polynomial encoding / decoding system in accordance with embodiments of the present invention. As shown in FIG. 1, the pole encoding / decoding system includes a
극 부호 부호화 장치(100)는 부호화부(110), 변조부(120), 및 송신부(130)을 포함한다. 부호화부(110)는 데이터를 극 부호를 이용하여 부호화한다. 극 부호는 여러 개의 채널을 결합한 후 적절히 분리했을 때 발생하는 채널 양극화(Channel Polarization) 현상을 이용하여 채널 용량을 달성하는 부호이다. 변조부(120)는 반송파를 이용하여 부호화된 신호를 변조한다. 송신부(130)는 채널(300)을 통하여 변조된 신호를 수신부(210)로 전송한다.The
극 부호 복호화 장치(200)는 수신부(210), 복조부(220), 채널추정부(230), 및 복호화부(240)를 포함한다. 수신부(210)는 채널(300)을 통하여 송신부(130)로부터 신호를 수신한다. 복조부(220)는 수신된 신호를 복조한다. 채널추정부(230)은 수신된 신호에 기초하여 채널의 상태를 추정한다. 복호화부(240)는 복조된 신호를 신뢰 전파 방식에 기반하여, 복호화하여 부호화부(110)가 부호한 소스 데이터를 추정하여 출력한다.The polar code decoding apparatus 200 includes a
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 극 부호 복호화 장치를 예시한 도면이다. 수신부(210)는 통신 채널을 통하여 극 부호를 포함한 통신 신호를 수신한다. 통신 채널은 이진 입력 이산 무기억 채널(Binary Input Discrete Memoryless Channel)에 해당할 수 있다.2 is a diagram illustrating a polar code decoding apparatus according to an embodiment of the present invention. The
복조부(220)는 수신한 통신 신호를 복조 신호로 복조한다.The
채널추정부(230)는 수신한 통신 신호에 기초하여 통신 채널의 상태를 추정한다. 채널추정부(230)는 채널의 상태에 관한 참조 신호를 이용하거나, 채널 간의 간섭을 분석하거나, 잡음 신호의 크기를 측정하여 채널의 상태를 추정할 수 있다.The
복호화부(240)는 복조 신호를 신뢰 전파(Belief Propagation) 복호 방식을 기반으로 복호화한다. 복호화부(240)는 극 부호로 부호화된 신호를 복호화하여 복호 데이터 비트열을 출력한다. The
도 3은 본 발명의 실시예들에 따라 적용된 신뢰 전파 복호 방식을 설명하기 위한 팩터 그래프를 예시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예들에 따라 적용된 신뢰 전파 복호 방식의 복호 처리부의 메시지 업데이트를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 3 is a diagram illustrating a factor graph for explaining a reliable propagation decoding method applied in accordance with the embodiments of the present invention. FIG. 4 is a diagram illustrating a message flow in a decoding processing unit of a trusting propagation decoding method applied according to embodiments of the present invention. Fig.
극 부호는 부호 길이(Code Length, N, 상기 N은 자연수) 및 정보 비트(Information Bit)의 개수(K, K는 자연수)를 포함하는 부호 비트열(Code Bit Sequence, X)를 나타낸다. 극 부호로 부호화하는 과정은 데이터 비트열(U) 중에서 채널 양극화 현상에 따라 채널 용량에 해당하는 비율로 K 개를 선택하여 정보를 입력하고, 나머지 (N-K) 개의 프로즌 비트(Prozen Bit)에 고정된 값을 입력하여 부호화한다. 부호어(Codeword), 즉, 부호 비트열 X는 
극 부호 복호화 장치는 신뢰 전파 복호 방식을 기반으로 복호화한다. 극 부호 복호화 장치는 복수의 스테이지, 복수의 노드, 및 복수의 복호처리부를 갖는 팩터 그래프를 기반으로, 기 설정된 반복횟수만큼 복수의 메시지를 업데이트한다. 복수의 스테이지는 Log2N 개의 스테이지로 구성되고, 복수의 복호처리부는 N*n 개의 복호처리부로 구성된다. 도 3에서는 부호 길이 N=8이고, n=3인 팩터 그래프가 예시적으로 도시되어 있다.The polesignal decoding apparatus decodes based on a reliable propagation decoding method. A pole code decoding apparatus updates a plurality of messages by a preset repetition number based on a factor graph having a plurality of stages, a plurality of nodes, and a plurality of decoding processing sections. The plurality of stages are composed of Log 2 N stages, and the plurality of decoding processing sections are constituted by N * n decoding processing sections. In FIG. 3, a factor graph having a code length N = 8 and n = 3 is exemplarily shown.
복수의 메시지는 오른쪽 방향 메시지 및 왼쪽 방향 메시지로 구분된다. 복수의 메시지는 복수의 메시지와 연관된 노드의 송신 값의 특정 확률로 표현된 로그 우도 비율(Log Likelihood Ratio, LLR)을 사용한다. 복수의 노드의 각각의 노드는 오른쪽 방향 메시지 및 상기 왼쪽 방향 메시지와 연관되어 있다.The plurality of messages are divided into a rightward message and a leftward message. A plurality of messages use a log likelihood ratio (LLR) expressed as a specific probability of a transmission value of a node associated with a plurality of messages. Each node of the plurality of nodes is associated with a rightward message and the leftward message.
복수의 복호처리부는 각각의 복호처리부와 연관된 노드들의 메시지들 간에 가산 및 비교를 수행하고, 오른쪽 방향 메시지를 업데이트하고 왼쪽 방향 메시지를 업데이트한다. The plurality of decoding processing units perform addition and comparison between the messages of the nodes associated with the respective decoding processing units, update the right direction message, and update the left direction message.
팩터 그래프의 복호처리부에서 메시지들은 반복적으로 업데이트된다. 한번의 횟수만큼 복호화가 수행되면, 복수의 메시지는 제일 왼쪽의 노드들로부터 제일 오른쪽의 노드들로 전파되고, 방향을 전환하여 제일 오른쪽의 노드들로부터 제일 왼쪽의 노드들로 전파된다.Messages are repeatedly updated in the decoding processing section of the factor graph. When decoding is performed a number of times, a plurality of messages are propagated from the leftmost nodes to the rightmost nodes, and the direction is switched and propagated from the rightmost nodes to the leftmost nodes.
도 4를 참조하여 메시지들의 전달을 설명하기로 한다. 메시지들이 업데이트되는 과정은 수학식 1 내지 수학식 4와 같이 표현된다. The delivery of messages will be described with reference to FIG. The process of updating the messages is expressed by Equations (1) to (4).
스테이지 인덱스 i의 범위는 0≤i≤n-1이고, 노드 인덱스 j의 범위는 0≤j≤N-1이다.The range of the stage index i is 0? I? N-1, and the range of the node index j is 0? J? N-1.
수학식 1 내지 수학식 4에서 복호 업데이트 함수 f(x,y)는 수학식 5와 같이 표현된다.In Equations (1) to (4), the decryption update function f (x, y) is expressed by Equation (5).
수학식 5를 자코비안 방식(Jacobian Approach)에 의하여 다시 표현하면. 복호 업데이트 함수 f(x,y)는 수학식 6과 같이 표현된다.Expressing Equation (5) again by a Jacobian approach. The decryption update function f (x, y) is expressed as Equation (6).
수학식 6에서 복호 로그 함수 g(z)는 수학식 7과 같이 표현된다.In Equation (6), the decryption log function g (z) is expressed by Equation (7).
반복 횟수당 연산 복잡도를 낮추기 위하여, 복호 업데이트 함수 f(x,y)를 변경한 최소 합(Min Sum) 함수, 정규화된 최소 합(Normalized Min Sum) 함수, 오프셋 최소 합(Offset Min Sum) 함수가 수학식 8과 같이 표현된다. A Min Sum function, a Normalized Min Sum function, and an Offset Min Sum function, which change the decryption update function f (x, y), are used to reduce the computational complexity per repetition number (8).
정규화된 최소 합 함수는 극 부호의 부호 파라미터(Code Parameter)와 통신 채널의 상태에 따라 정규화 인자(α)를 최적화해야 하고, 오프셋 최소 합 함수는 극 부호의 부호 파라미터와 통신 채널의 상태에 따라 오프셋 인자(β)를 최적화해야 하는 문제점이 있다.The normalized minimum sum function has to optimize the normalization factor [alpha] according to the code parameter of the polar code and the state of the communication channel, and the offset minimum sum function has an offset There is a problem that the factor (?) Needs to be optimized.
복호화부(240)는 통신 채널의 상태의 레벨 및 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수 파라미터에 기초하여, 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수를 근사화시킨 제1 복호 근사화 함수, 제2 복호 근사화 함수, 및 제3 복호 근사화 함수 중 적어도 하나를 복호 로그 함수에 적용한다. 복호화부(240)는 근사화된 복호 로그 함수를 사용하여 복호 업데이트 함수를 정의하고, 복호 업데이트 함수를 사용하여 극 부호 복호화를 한다.The
도 5는 본 발명의 실시예들에 따라 n차 근사화한 매클로린 급수를 도시한 그래프이다. 복호화부(240)는 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수를 매클로린 급수 
제1 복호 근사화 함수는 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수를 매클로린 급수(Maclaurin's series)를 이용하여 근사화한 함수이고, 매클로린 급수의 4차항까지 산출한 관계식은 수학식 9와 같이 표현된다.The first decryption approximation function is a function obtained by approximating the decryption log function of the trustworthiness propagation decoding method by using the Maclaurin's series, and the relational expression calculated up to the fourth term of the class of the choline is expressed as Equation (9).
도 6은 본 발명의 실시예들에 따라 구분적 선형 함수 및 계단식 선형 함수를 도시한 그래프이다. 복호화부(240)는 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수를 구분적 선형 함수(Piecewise Linear Function)로 표현한다. 제2 복호 근사화 함수는 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수를 구분적 선형 함수로 근사화한 함수이고, 구분적 선형 함수는 수학식 10과 같이 표현된다.FIG. 6 is a graph illustrating a piecewise linear function and a stepwise linear function according to embodiments of the present invention. The
도 6을 참조하면, 구분적 선형 함수가 복호 로그 함수에 거의 매칭함을 쉽게 파악할 수 있다. Referring to FIG. 6, it can be easily understood that the piecewise linear function nearly matches the decryption log function.
복호화부(240)는 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수를 계단식 선형 함수(Stepwise Linear Function)로 표현한다. 제3 복호 근사화 함수는 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수를 계단식 선형 함수로 근사화한 함수이고, 계단식 선형 함수는 수학식 11과 같이 표현된다.The
근사화 정도에 따른 함수의 정확도는 제1 복호 근사화 함수, 제2 복호 근사화 함수, 및 제3 복호 근사화 함수 순으로 높게 나타난다. 제1 복호 근사화 함수, 제2 복호 근사화 함수, 및 제3 복호 근사화 함수 순으로, 반복 횟수당 연산 복잡도를 최소화할 수 있다. 제1 복호 근사화 함수, 제2 복호 근사화 함수, 및 제3 복호 근사화 함수는 극 부호의 부호 파라미터에 독립적이다.The accuracy of the function according to the degree of approximation is higher in the order of the first decoding approximation function, the second decoding approximation function, and the third decoding approximation function. The computational complexity per repetition number can be minimized in the order of the first decoding approximation function, the second decoding approximation function, and the third decoding approximation function. The first decoded approximation function, the second decoded approximation function, and the third decoded approximation function are independent of the sign parameter of the polar sign.
도 7은 본 발명의 일 실시예들에 따른 극 부호 복호화 장치의 복호화부의 동작을 예시한 흐름도이다. 도 7을 참조하여, 복호화부의 동작을 설명하기로 한다.7 is a flowchart illustrating an operation of a decoding unit of a polesignal decoding apparatus according to an embodiment of the present invention. The operation of the decoding unit will be described with reference to FIG.
단계 S710에서, 극 부호 복호화 장치의 복호화부는 부호 길이(N), 정보 비트의 개수(K), 추정된 채널 레벨(L), 레벨 임계치(T)를 입력받는다. 추정된 채널 레벨 값이 없으면 L=0으로 설정한다. 채널 상태가 좋을수록, L값을 큰 값으로 설정한다. 예컨대, 채널 상태가 좋은 것은 잡음의 크기가 작은 것을 의미할 수 있다.In step S710, the decoding unit of the polar code decoding apparatus receives the code length N, the number K of information bits, the estimated channel level L, and the level threshold T. If there is no estimated channel level value, L = 0 is set. As the channel condition is better, the L value is set to a larger value. For example, a good channel condition may mean that the noise is small.
단계 S720에서, 복호화부는 추정된 채널 레벨(L)을 기 설정된 레벨 임계치(T)와 비교한다. In step S720, the decoding unit compares the estimated channel level (L) with a predetermined level threshold (T).
단계 S730에서, 복호화부는 통신 채널의 상태의 레벨이 기 설정된 레벨 임계치와 동일하면 상기 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수 파라미터 값과 상관없이, 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수를 0으로 설정한다.In step S730, if the level of the state of the communication channel is equal to the predetermined level threshold, the decoding unit sets the decryption log function of the reliability propagation decoding method to 0, regardless of the decryption log function parameter value of the reliability propagation decoding method.
단계 S740에서, 복호화부는 통신 채널의 상태의 레벨에 따라 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수 파라미터 값의 범위를 구간별로 나눈다.In step S740, the decoding unit divides the range of the decoding log function parameter value of the reliability propagation decoding method by intervals according to the level of the state of the communication channel.
복호화부는 통신 채널의 상태의 레벨이 기 설정된 기준 레벨보다 낮거나 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수 파라미터 값이 기 설정된 기준 파라미터 값보다 작으면, 근사화 정도에 따른 함수의 정확도를 고려하여 제1 복호 근사화 함수, 제2 복호 근사화 함수, 및 제3 복호 근사화 함수 중 하나를 적용한다. 기 설정된 기준 레벨 및 기 설정된 기준 파라미터 값은 구현되는 설계에 따라 적절한 값으로 설정될 수 있다.If the level of the state of the communication channel is lower than a predetermined reference level or the decoding log function parameter value of the reliability propagation decoding method is smaller than the predetermined reference parameter value, the decoding unit may perform a first decoding approximation Function, a second decoded approximation function, and a third decoded approximation function. The predetermined reference level and predetermined reference parameter values can be set to appropriate values according to the design being implemented.
복호화부는 통신 채널의 상태의 레벨이 낮을수록, 제2 복호 근사화 함수보다는 제1 복호 근사화 함수를 적용하고, 제3 복호 근사화 함수보다는 제2 복호 근사화 함수를 적용한다.The decoding unit applies the first decoding approximation function rather than the second decoding approximation function and the second decoding approximation function rather than the third decoding approximation function as the level of the state of the communication channel is lower.
복호화부는 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수 파라미터 값이 작을수록, 제2 복호 근사화 함수보다는 제1 복호 근사화 함수를 적용하고, 제3 복호 근사화 함수보다는 제2 복호 근사화 함수를 적용한다.The decoder applies a first decoding approximation function rather than a second decoding approximation function and a second decoding approximation function rather than a third decoding approximation function as the decoding log function parameter value of the reliability propagation decoding method is smaller.
예컨대, 채널 레벨을 0 내지 4로 나눈 경우를 가정한다. L=0이면, 0≤z＜1.5에서 제1 복호 근사화 함수를 사용하고, 1.5≤z＜2.6에서 제2 복호 근사화 함수를 사용하고, z≥2.6에서 제3 복호 근사화 함수를 사용할 수 있다. L=1이면, 0≤z＜1.5에서 제1 복호 근사화 함수를 사용하고, z≥1.5에서 제2 복호 근사화 함수를 사용할 수 있다. L=2이면, 0≤z＜1.5에서 제2 복호 근사화 함수를 사용하고, z≥1.5에서 제3 복호 근사화 함수를 사용할 수 있다. L=3이면, 모든 z에서 제3 복호 근사화 함수를 사용할 수 있다. L=4=T이면, z 값과 상관없이 g(z)=0으로 설정할 수 있다. 기 설정된 기준 레벨 및 기 설정된 기준 파라미터 값은 예시일 뿐이며 이에 한정되는 것은 아니고 구현되는 설계에 따라 제1 복호 근사화 함수 내지 제3 복호 근사화 함수가 사용될 수 있음은 물론이다.For example, assume that the channel level is divided by 0 to 4. If L = 0, a first decoded approximation function is used at 0? Z <1.5, a second decoded approximation function at 1.5? Z <2.6, and a third decoded approximation function at z? 2.6. If L = 1, a first decoded approximation function is used at 0? Z <1.5 and a second decoded approximation function at z? 1.5. If L = 2, a second decoded approximation function is used at 0? Z <1.5 and a third decoded approximation function at z? 1.5. If L = 3, a third decoded approximation function can be used in all z. If L = 4 = T, g (z) = 0 can be set regardless of z value. It is a matter of course that the predetermined reference level and the predetermined reference parameter value are only examples and the first decoded approximation function to the third decoded approximation function can be used according to the design to be implemented.
단계 S750에서, 복호화부는 설정된 g(z) 근사화 함수를 사용하여 f(z) 함수를 정의한다. 단계 S760에서, 복호화부는 정의된 f(z) 함수를 사용하여 극 부호 복호화한다.In step S750, the decoding unit defines the f (z) function using the set g (z) approximation function. In step S760, the decoding unit performs polar decoding using the defined f (z) function.
본 실시예들에 따르면, 통신 채널의 상태의 레벨 및 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수 파라미터에 기초하여, 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수를 근사화시킨 제1 복호 근사화 함수, 제2 복호 근사화 함수, 및 제3 복호 근사화 함수 중 적어도 하나를 복호 로그 함수에 적용함으로써, 극 부호의 부호 파라미터에 독립적이고 반복 횟수당 연산 복잡도를 최소화하면서 극 부호 복호화 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.According to the embodiments, the first decryption approximation function approximating the decryption log function of the trust propagation decoding method, the second decryption approximation function, and the second decryption approximation function, which are based on the level of the state of the communication channel and the decryption log function parameters of the trust propagation decoding method, And the third decoded approximation function to the decoding log function, it is possible to improve the performance of the polesignal decoding while minimizing the computational complexity per repetition count, independent of the sign parameter of the poles.
극 부호 복호화 장치(200)에 포함된 구성요소들은 장치 내부의 소프트웨어적인 모듈 또는 하드웨어적인 모듈을 연결하는 통신 경로에 연결되어 상호 간에 유기적으로 동작한다. 이러한 구성요소들은 하나 이상의 통신 버스 또는 신호선을 이용하여 통신한다.The components included in the code decoding apparatus 200 are connected to a communication path connecting a software module or a hardware module in the apparatus and operate organically with each other. These components communicate using one or more communication buses or signal lines.
극 부호 복호화 장치(200)는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합에 의해 로직회로 내에서 구현될 수 있고, 범용 또는 특정 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수도 있다. 장치는 고정배선형(Hardwired) 기기, 필드 프로그램 가능한 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array, FPGA), 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC) 등을 이용하여 구현될 수 있다. 또한, 장치는 하나 이상의 프로세서 및 컨트롤러를 포함한 시스템온칩(System on Chip, SoC)으로 구현될 수 있다.The polar sign decoding apparatus 200 may be implemented in a logic circuit by hardware, firmware, software, or a combination thereof, and may be implemented using a general purpose or special purpose computer. The device may be implemented using a hardwired device, a field programmable gate array (FPGA), an application specific integrated circuit (ASIC), or the like. Further, the device may be implemented as a System on Chip (SoC) including one or more processors and controllers.
극 부호 복호화 장치(200)는 하드웨어적 요소가 마련된 컴퓨팅 디바이스 또는 서버에 소프트웨어, 하드웨어, 또는 이들의 조합하는 형태로 탑재될 수 있다. 컴퓨팅 디바이스 또는 서버는 각종 기기 또는 유무선 통신망과 통신을 수행하기 위한 통신 모뎀 등의 통신장치, 프로그램을 실행하기 위한 데이터를 저장하는 메모리, 프로그램을 실행하여 연산 및 명령하기 위한 마이크로프로세서 등을 전부 또는 일부 포함한 다양한 장치를 의미할 수 있다.The code-sign decoding apparatus 200 may be mounted in a form of software, hardware, or a combination thereof to a computing device or a server having a hardware element. The computing device or server may be a communication device such as a communication modem for performing communication with various devices or wired / wireless communication networks, a memory for storing data for executing a program, a microprocessor for executing and calculating a program, May refer to a variety of devices including.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 극 부호 복호화 방법을 예시한 흐름도이다. 극 부호 복호화 방법은 극 부호 복호화 장치에 의하여 수행될 수 있다.8 is a flowchart illustrating a method of decoding a polar sign according to another embodiment of the present invention. The polar code decoding method can be performed by a polar code decoding apparatus.
과정 S810에서, 극 부호 복호화 장치는 통신 채널을 통하여 극 부호를 포함한 통신 신호를 수신한다. 과정 S820에서, 극 부호 복호화 장치는 수신한 통신 신호를 복조 신호로 복조한다. 과정 S830에서, 극 부호 복호화 장치는 수신한 통신 신호에 기초하여 통신 채널의 상태를 추정한다. 통신 채널은 이진 입력 이산 무기억 채널에 해당할 수 있다. 통신 채널의 상태를 추정하는 단계(S830)는 채널의 상태에 관한 참조 신호를 이용하거나, 채널 간의 간섭을 분석하거나, 잡음 신호의 크기를 측정하여 추정할 수 있다.In step S810, the polar code decoding apparatus receives the communication signal including the polar sign on the communication channel. In step S820, the polar code decoding apparatus demodulates the received communication signal into a demodulation signal. In step S830, the polar code decoding apparatus estimates the state of the communication channel based on the received communication signal. The communication channel may correspond to a binary input discrete storage channel. The step of estimating the state of the communication channel (S830) may be performed by using a reference signal relating to the state of the channel, analyzing interference between channels, or measuring the size of a noise signal.
과정 S840에서, 극 부호 복호화 장치는 복조 신호를 신뢰 전파(Belief Propagation) 복호 방식을 기반으로 극 부호를 복호화하여 복호 데이터 비트열을 출력한다.In step S840, the polesignal decoding apparatus decodes the demodulated signal based on a belief propagation decoding method to output a decoded data bit string.
극 부호는 부호 길이(Code Length, N, 상기 N은 자연수) 및 정보 비트(Information Bit)의 개수(K, K는 자연수)를 포함하는 부호 비트열(Code Bit Sequence, X)를 나타낸다. 극 부호로 부호화하는 과정은 데이터 비트열(U) 중에서 채널 양극화 현상에 따라 채널 용량에 해당하는 비율로 K 개를 선택하여 정보를 입력하고, 나머지 (N-K) 개의 프로즌 비트(Prozen Bit)에 고정된 값을 입력하여 부호화한다. A polarity sign indicates a code bit sequence (X) including a code length (N, N is a natural number) and a number of information bits (K and K are natural numbers). In the process of coding with the polarity code, K pieces of information are selected by a ratio corresponding to the channel capacity according to the channel polarization phenomenon among the data bitstreams U, and the information is input to the remaining (NK) Value is input and encoded.
극 부호 복호화 장치는 신뢰 전파 복호 방식을 기반으로 복호화한다. 극 부호 복호화 장치는 복수의 스테이지, 복수의 노드, 및 복수의 복호처리부를 갖는 팩터 그래프를 기반으로, 기 설정된 반복횟수만큼 복수의 메시지를 업데이트한다.The polesignal decoding apparatus decodes based on a reliable propagation decoding method. A pole code decoding apparatus updates a plurality of messages by a preset repetition number based on a factor graph having a plurality of stages, a plurality of nodes, and a plurality of decoding processing sections.
복수의 메시지는 오른쪽 방향 메시지 및 왼쪽 방향 메시지로 구분된다. 복수의 메시지는 복수의 메시지와 연관된 노드의 송신 값의 특정 확률로 표현된 로그 우도 비율(Log Likelihood Ratio, LLR)을 사용한다. 복수의 스테이지는 Log2N 개의 스테이지이다. 복수의 노드의 각각의 노드는 오른쪽 방향 메시지 및 왼쪽 방향 메시지와 연관된다. The plurality of messages are divided into a rightward message and a leftward message. A plurality of messages use a log likelihood ratio (LLR) expressed as a specific probability of a transmission value of a node associated with a plurality of messages. The plurality of stages are Log 2 N stages. Each node of the plurality of nodes is associated with a rightward message and a leftward message.
복수의 복호처리부는 각각의 복호처리부와 연관된 노드들의 메시지들 간에 가산 및 비교를 수행하고, 오른쪽 방향 메시지를 업데이트하고 왼쪽 방향 메시지를 업데이트한다.The plurality of decoding processing units perform addition and comparison between the messages of the nodes associated with the respective decoding processing units, update the right direction message, and update the left direction message.
한번의 횟수만큼 복호화가 수행되면, 복수의 메시지는 제일 왼쪽의 노드들로부터 제일 오른쪽의 노드들로 전파되고, 방향을 전환하여 제일 오른쪽의 노드들로부터 제일 왼쪽의 노드들로 전파된다.When decoding is performed a number of times, a plurality of messages are propagated from the leftmost nodes to the rightmost nodes, and the direction is switched and propagated from the rightmost nodes to the leftmost nodes.
복호 데이터 비트열을 출력하는 단계(S840)는, 통신 채널의 상태의 레벨 및 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수 파라미터 중 적어도 하나에 기초하여, 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수를 근사화시킨 제1 복호 근사화 함수, 제2 복호 근사화 함수, 및 제3 복호 근사화 함수 중 적어도 하나를 복호 로그 함수에 적용한다. The step of outputting the decoded data bit stream (S840) includes a step of outputting a decoded data bit string to the first decoding unit (S840) which approximates the decryption log function of the reliability propagation decoding method based on at least one of the level of the state of the communication channel and the decryption log function parameter of the reliability- At least one of an approximation function, a second decoding approximation function, and a third decoding approximation function is applied to a decoding log function.
제1 복호 근사화 함수는 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수를 매클로린 급수로 표현하고, 매클로린 급수를 근사화할 수 있다. 매클로린 급수의 4차항까지 산출한 관계식은 다음의 수학식과 같이 표현될 수 있다. The first decryption approximation function can express the decryption log function of the reliability propagation decoding method by a series of chlorines and approximate the class of the chlorines. The relational expression calculated up to the fourth order term of the mechlorine series can be expressed as the following equation.
제2 복호 근사화 함수는 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수를 근사화한 구분적 선형 함수(Piecewise Linear Function)일 수 있다. 구분적 선형 함수는 다음의 수학식과 같이 표현될 수 있다.The second decryption approximation function may be a piecewise linear function approximating the decryption log function of the trust propagation decoding method. The piecewise linear function can be expressed as the following equation.
제3 복호 근사화 함수는 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수를 근사화한 계단식 선형 함수(Stepwise Linear Function)일 수 있다. 계단식 선형 함수는 다음의 수학식과 같이 표현될 수 있다.The third decryption approximation function may be a stepwise linear function approximating the decryption log function of the trust propagation decoding method. The stepped linear function can be expressed as the following equation.
근사화 정도에 따른 함수의 정확도는 제1 복호 근사화 함수, 제2 복호 근사화 함수, 및 제3 복호 근사화 함수 순으로 높게 나타난다.The accuracy of the function according to the degree of approximation is higher in the order of the first decoding approximation function, the second decoding approximation function, and the third decoding approximation function.
복호화부는 통신 채널의 상태의 레벨이 기 설정된 기준 레벨보다 낮거나 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수 파라미터 값이 기 설정된 기준 파라미터 값보다 작으면, 근사화 정도에 따른 함수의 정확도를 고려하여 제1 복호 근사화 함수, 제2 복호 근사화 함수, 및 제3 복호 근사화 함수 중 하나를 적용한다. 기 설정된 기준 레벨 및 기 설정된 기준 파라미터 값은 구현되는 설계에 따라 적절한 값으로 설정될 수 있다.If the level of the state of the communication channel is lower than a predetermined reference level or the decoding log function parameter value of the reliability propagation decoding method is smaller than the predetermined reference parameter value, the decoding unit may perform a first decoding approximation Function, a second decoded approximation function, and a third decoded approximation function. The predetermined reference level and predetermined reference parameter values can be set to appropriate values according to the design being implemented.
복호 데이터 비트열을 출력하는 단계(S840)는 통신 채널의 상태의 레벨이 기 설정된 레벨 임계치와 동일하면 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수 파라미터 값에 상관없이, 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수를 0으로 설정한다.If the level of the state of the communication channel is equal to the predetermined level threshold (S840), the decoding log function of the reliability propagation decoding method is set to 0 .
복호 데이터 비트열을 출력하는 단계(S840)는, 통신 채널의 상태의 레벨에 따라 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수 파라미터 값의 범위를 구간별로 나눈다.The step of outputting the decoded data bit stream (S840) divides the range of the decoding log function parameter value of the reliability propagation decoding method by intervals according to the level of the state of the communication channel.
복호 데이터 비트열을 출력하는 단계(S840)는, 통신 채널의 상태의 레벨이 낮을수록, 제2 복호 근사화 함수보다는 제1 복호 근사화 함수를 적용하고, 제3 복호 근사화 함수보다는 제2 복호 근사화 함수를 적용한다. 복호 데이터 비트열을 출력하는 단계(S840)는, 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수 파라미터 값이 작을수록, 제2 복호 근사화 함수보다는 제1 복호 근사화 함수를 적용하고, 제3 복호 근사화 함수보다는 상기 제2 복호 근사화 함수를 적용한다.The step of outputting the decoded data bit stream (S840) may include applying a first decoding approximation function rather than a second decoding approximation function as the level of the state of the communication channel is lower, and applying a second decoding approximation function To be applied. The step S840 of outputting the decoded data bit stream applies the first decoded approximation function rather than the second decoded approximation function as the decoding log function parameter value of the reliable propagation decoding method becomes smaller, 2 decode approximation function.
본 실시예들에 따르면, 통신 채널의 상태의 레벨 및 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수 파라미터에 기초하여, 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수를 근사화시킨 제1 복호 근사화 함수, 제2 복호 근사화 함수, 및 제3 복호 근사화 함수 중 적어도 하나를 복호 로그 함수에 적용함으로써, 극 부호의 부호 파라미터에 독립적이고 반복 횟수당 연산 복잡도를 최소화하면서 극 부호 복호화 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.According to the embodiments, the first decryption approximation function approximating the decryption log function of the trust propagation decoding method, the second decryption approximation function, and the second decryption approximation function, which are based on the level of the state of the communication channel and the decryption log function parameters of the trust propagation decoding method, And the third decoded approximation function to the decoding log function, it is possible to improve the performance of the polesignal decoding while minimizing the computational complexity per repetition count, independent of the sign parameter of the poles.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따라 수행된 모의실험 결과를 도시한 것이다. 도 9에서는 부호 길이는 1024, 부호율은 0.5인 극 부호에 대하여 최대 반복횟수는 200로 설정하고, SP, MS, nMS, mMS, pMS, 및 sMS 간의 프레임 오류율 성능이 도시되어 있다. SP는 근사화하지 않은 복호화 방식이고, MS는 최소 합 복호화 방식이고, nMS은 정규화한 최소 합 복호화 방식이다. nMS의 정규화 인자는 극 부호의 부호 파라미터를 고려하여 1.07로 최적화하였다. mMS는 제1 복호 근사화 함수가 적용된 복호화 방식이고, pMS는 제2 복호 근사화 함수가 적용된 복호화 방식이고, sMS는 제3 복호 근사화 함수가 적용된 복호화 방식이다. Figure 9 shows simulation results performed in accordance with embodiments of the present invention. In FIG. 9, the frame error rate performance between SP, MS, nMS, mMS, pMS, and sMS is shown by setting the maximum repetition number to 200 for a code having a code length of 1024 and a code rate of 0.5. SP is a non-approximated decoding method, MS is a least sum decoding method, and nMS is a normalized minimum sum decoding method. The normalization factor of the nMS is optimized to 1.07 considering the sign parameter of the polar sign. mMS is a decoding method to which a first decoding approximation function is applied, pMS is a decoding method to which a second decoding approximation function is applied, and sMS is a decoding method to which a third decoding approximation function is applied.
도 9에 도시된 바와 같이, 제1 복호 근사화 함수, 제2 복호 근사화 함수, 제3 복호 근사화 함수가 적용된 복호화 방식은 최소 합 복호화 방식 및 정규화한 최소 합 복호화 방식보다 성능이 우수함을 쉽게 파악할 수 있다.As shown in FIG. 9, it can be easily understood that the decoding method to which the first decoding approximation function, the second decoding approximation function, and the third decoding approximation function are applied has better performance than the minimum sum decoding method and the normalized minimum sum decoding method .
도 8에서는 각각의 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나 이는 예시적으로 설명한 것에 불과하고, 이 분야의 기술자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 8에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 또는 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하거나 다른 과정을 추가하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이다.8, it is described that each process is sequentially executed. However, those skilled in the art will appreciate that those skilled in the art can change and execute the procedure described in FIG. 8 without departing from the essential characteristics of the embodiments of the present invention Or may be variously modified and modified by executing one or more processes in parallel or by adding other processes.
본 실시예들에 따른 동작은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 매체는 실행을 위해 프로세서에 명령어를 제공하는 데 참여한 임의의 매체를 나타낸다. 컴퓨터 판독 가능한 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, 자기 매체, 광기록 매체, 메모리 등이 있을 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수도 있다. 본 실시예를 구현하기 위한 기능적인(Functional) 프로그램, 코드, 및 코드 세그먼트들은 본 실시예가 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다.The operations according to the present embodiments may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. A computer-readable medium represents any medium that participates in providing instructions to a processor for execution. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, or a combination thereof. For example, there may be a magnetic medium, an optical recording medium, a memory, and the like. The computer program may be distributed and distributed on a networked computer system so that computer readable code may be stored and executed in a distributed manner. Functional programs, codes, and code segments for implementing the present embodiment may be easily deduced by programmers of the technical field to which the present embodiment belongs.
본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The present embodiments are for explaining the technical idea of the present embodiment, and the scope of the technical idea of the present embodiment is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present embodiment should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the scope of the present invention.
100: 극 부호 부호화 장치 110: 부호화부
120: 변조부 130: 송신부
200: 극 부호 복호화 장치 210: 수신부
220: 복조부 230: 채널추정부
240: 복호화부 245: 복호처리부
300: 채널100: Polar code encoding apparatus 110:
120: Modulation unit 130: Transmission unit
200: Polar code decoding apparatus 210: Receiving unit
220: demodulation unit 230: channel estimation unit
240: Decryption unit 245: Decryption unit
300: channel
Claims (17)
통신 채널을 통하여 상기 극 부호를 포함한 통신 신호를 수신하는 단계;
상기 수신한 통신 신호를 복조 신호로 복조하는 단계;
상기 수신한 통신 신호에 기초하여 상기 통신 채널의 상태를 추정하는 단계; 및
상기 복조 신호를 신뢰 전파(Belief Propagation) 복호 방식을 기반으로 복호화하여 복호 데이터 비트열을 출력하는 단계를 포함하며,
상기 복호 데이터 비트열을 출력하는 단계는,
(i) 상기 통신 채널의 상태의 레벨 및 (ii) 상기 신뢰 전파 복호 방식으로 메시지를 업데이트하는 복호 함수를 로그 함수로 표현한 복호 로그 함수의 입력 파라미터의 범위 중 적어도 하나에 기초하여, 상기 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수를 근사화시킨 제1 복호 근사화 함수, 제2 복호 근사화 함수, 및 제3 복호 근사화 함수 중 적어도 하나를 상기 복호 로그 함수에 적용하며, 상기 통신 채널의 상태의 레벨이 기 설정된 레벨 임계치와 동일하면 상기 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수 파라미터 값에 상관없이, 상기 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수를 0으로 설정하는 것을 특징으로 하는 극 부호 복호화 방법.A method for polar code decoding by a Polar Code decoding apparatus,
Receiving a communication signal including the polar sign through a communication channel;
Demodulating the received communication signal into a demodulation signal;
Estimating a state of the communication channel based on the received communication signal; And
And decoding the demodulated signal based on a belief propagation decoding method to output a decoded data bit stream,
Wherein the step of outputting the decoded data bit stream comprises:
based on at least one of (i) a level of the state of the communication channel, and (ii) a range of input parameters of a decryption log function that expresses a decoding function for updating a message by the reliable propagation decoding method as a log function, A second decryption approximation function, and a third decryption approximation function to the decryption log function, wherein the level of the state of the communication channel is a predetermined level threshold The decoding log function of the reliability propagation decoding method is set to 0 regardless of the decryption log function parameter value of the reliability propagation decoding method.
상기 극 부호는 부호 길이(Code Length, N, 상기 N은 자연수) 및 정보 비트(Information Bit)의 개수(K, K는 자연수)를 포함하며, 데이터 비트열(U) 중에서 채널 양극화 현상에 따라 채널 용량에 해당하는 비율로 K 개를 선택하여 정보를 입력하고, 나머지 (N-K) 개의 프로즌 비트(Prozen Bit)에 고정된 값을 입력하여 부호화한 부호 비트열(Code Bit Sequence, X)인 것을 특징으로 하는 극 부호 복호화 방법.The method according to claim 1,
The polarity code includes a code length (N, N is a natural number) and a number of information bits (K and K are natural numbers). In the data bit string (U) (Code Bit Sequence, X) obtained by coding information by inputting information by inputting a fixed value to the remaining (NK) Prozen Bits. / RTI >
상기 신뢰 전파 복호 방식을 기반으로 복호화하는 것은,
복수의 스테이지, 복수의 노드, 및 복수의 복호처리부를 갖는 팩터 그래프를 기반으로, 기 설정된 반복횟수만큼 복수의 메시지를 업데이트하는 것을 특징으로 하는 극 부호 복호화 방법.3. The method of claim 2,
The decoding based on the reliable propagation decoding method,
Wherein a plurality of messages are updated by a preset repetition number based on a factor graph having a plurality of stages, a plurality of nodes, and a plurality of decoding processing sections.
상기 복수의 메시지는 오른쪽 방향 메시지 및 왼쪽 방향 메시지로 구분되며, 상기 복수의 메시지는 상기 복수의 메시지와 연관된 노드의 송신 값의 특정 확률로 표현된 로그 우도 비율(Log Likelihood Ratio, LLR)을 사용하고,
상기 복수의 스테이지는 Log2N 개의 스테이지이고,
상기 복수의 노드의 각각의 노드는 상기 오른쪽 방향 메시지 및 상기 왼쪽 방향 메시지와 연관되어 있고,
상기 복수의 복호처리부는 각각의 복호처리부와 연관된 노드들의 메시지들 간에 가산 및 비교를 수행하고, 상기 오른쪽 방향 메시지를 업데이트하고 상기 왼쪽 방향 메시지를 업데이트하며,
한번의 횟수만큼 복호화가 수행되면, 상기 복수의 메시지는 제일 왼쪽의 노드들로부터 제일 오른쪽의 노드들로 전파되고, 방향을 전환하여 제일 오른쪽의 노드들로부터 제일 왼쪽의 노드들로 전파되는 것을 특징으로 하는 극 부호 복호화 방법.The method of claim 3,
The plurality of messages are divided into a right direction message and a left direction message, and the plurality of messages use a log likelihood ratio (LLR) expressed by a specific probability of a transmission value of a node associated with the plurality of messages ,
The plurality of stages being Log 2 N stages,
Wherein each node of the plurality of nodes is associated with the right direction message and the left direction message,
Wherein the plurality of decoding processing units perform addition and comparison between messages of nodes associated with each decoding processing unit, update the right direction message, update the left direction message,
When the decoding is performed a number of times, the plurality of messages are propagated from the leftmost nodes to the rightmost nodes, and are switched from the rightmost nodes to the leftmost nodes. / RTI >
근사화 정도에 따른 함수의 정확도는 상기 제1 복호 근사화 함수, 상기 제2 복호 근사화 함수, 및 상기 제3 복호 근사화 함수 순으로 높게 나타나고,
상기 복호 데이터 비트열을 출력하는 단계는,
상기 통신 채널의 상태의 레벨에 따라 상기 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수 파라미터 값의 범위를 구간별로 나누고,
상기 통신 채널의 상태의 레벨이 기 설정된 기준 레벨보다 낮거나 상기 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수 파라미터 값이 기 설정된 기준 파라미터 값보다 작으면, 상기 근사화 정도에 따른 함수의 정확도를 고려하여 상기 제1 복호 근사화 함수, 상기 제2 복호 근사화 함수, 및 상기 제3 복호 근사화 함수 중 하나를 적용하는 것을 특징으로 하는 극 부호 복호화 방법.The method according to claim 1,
The accuracy of the function depending on the degree of approximation is higher in the order of the first decoding approximation function, the second decoding approximation function, and the third decoding approximation function,
Wherein the step of outputting the decoded data bit stream comprises:
Dividing a range of a decryption log function parameter value of the trust propagation decoding method by intervals according to a level of the state of the communication channel,
When the level of the state of the communication channel is lower than a preset reference level or when the decoding log function parameter value of the reliable propagation decoding system is smaller than a preset reference parameter value, Wherein the decode approximation function, the second decode approximation function, and the third decode approximation function are applied.
상기 제1 복호 근사화 함수는,
상기 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수를 매클로린 급수로 표현하고, 상기 매클로린 급수(Maclaurin's series)의 4차항까지 산출한 관계식
으로 표현한 함수인 것을 특징으로 하는 극 부호 복호화 방법.The method according to claim 1,
Wherein the first decoding approximation function comprises:
A decryption log function of the trust propagation decryption method is represented by a class of a chlorine, and a relation of a class of the quadratic term of the Maclaurin's series
Wherein the second code is a function represented by the following equation.
상기 제2 복호 근사화 함수는,
상기 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수를 관계식
으로 표현한 구분적 선형 함수(Piecewise Linear Function)인 것을 특징으로 하는 극 부호 복호화 방법.The method according to claim 1,
Wherein the second decoded approximation function comprises:
The decryption log function of the trust propagation decoding method is expressed by the relational expression
Wherein the linear interpolation function is a piecewise linear function expressed as a linear function.
상기 제3 복호 근사화 함수는,
상기 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수를 관계식
으로 표현한 계단식 선형 함수(Stepwise Linear Function)인 것을 특징으로 하는 극 부호 복호화 방법.The method according to claim 1,
Wherein the third decoded approximation function comprises:
The decryption log function of the trust propagation decoding method is expressed by the relational expression
Wherein the stepwise linear function is a stepwise linear function.
상기 통신 채널은 이진 입력 이산 무기억 채널에 해당하며,
상기 통신 채널의 상태를 추정하는 단계는 상기 채널의 상태에 관한 참조 신호를 이용하거나, 상기 채널 간의 간섭을 분석하거나, 잡음 신호의 크기를 측정하여 추정하는 것을 특징으로 하는 극 부호 복호화 방법.The method according to claim 1,
The communication channel corresponds to a binary input discrete storage channel,
Wherein the estimating of the state of the communication channel is performed by using a reference signal related to the state of the channel, analyzing interference between the channels, or measuring a size of a noise signal.
상기 수신한 통신 신호를 복조 신호로 복조하는 복조부;
상기 수신한 통신 신호에 기초하여 상기 통신 채널의 상태를 추정하는 채널추정부; 및
상기 복조 신호를 신뢰 전파(Belief Propagation) 복호 방식을 기반으로 복호화하여 복호 데이터 비트열을 출력하는 복호화부를 포함하며,
상기 복호화부는, (i) 상기 통신 채널의 상태의 레벨 및 (ii) 상기 신뢰 전파 복호 방식으로 메시지를 업데이트하는 복호 함수를 로그 함수로 표현한 복호 로그 함수의 입력 파라미터의 범위 중 적어도 하나에 기초하여, 상기 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수를 근사화시킨 제1 복호 근사화 함수, 제2 복호 근사화 함수, 및 제3 복호 근사화 함수 중 적어도 하나를 상기 복호 로그 함수에 적용하며, 상기 통신 채널의 상태의 레벨이 기 설정된 레벨 임계치와 동일하면 상기 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수 파라미터 값에 상관없이, 상기 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수를 0으로 설정하는 것을 특징으로 하는 극 부호 복호화 장치.A receiver for receiving a communication signal including a polar sign through a communication channel;
A demodulator for demodulating the received communication signal into a demodulated signal;
A channel estimator for estimating a state of the communication channel based on the received communication signal; And
And a decoding unit decoding the demodulated signal based on a Belief Propagation decoding scheme and outputting a decoded data bit stream,
Wherein the decoding unit is configured to perform a decoding process on the basis of at least one of a level of the state of the communication channel and a range of input parameters of a decoding log function that expresses a decoding function for updating a message in the reliable propagation decoding method, Applies a decryption log function of at least one of a first decryption approximation function, a second decryption approximation function, and a third decryption approximation function approximating a decryption log function of the trust propagation decoding method to the decryption log function, And sets the decryption log function of the trust propagation decoding method to 0 regardless of the decryption log function parameter value of the trust propagation decoding method when the same is equal to the predetermined level threshold.
근사화 정도에 따른 함수의 정확도는 상기 제1 복호 근사화 함수, 상기 제2 복호 근사화 함수, 및 상기 제3 복호 근사화 함수 순으로 높게 나타나고,
상기 복호화부는,
상기 통신 채널의 상태의 레벨에 따라 상기 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수 파라미터 값의 범위를 구간별로 나누고,
상기 통신 채널의 상태의 레벨이 기 설정된 기준 레벨보다 낮거나 상기 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수 파라미터 값이 기 설정된 기준 파라미터 값보다 작으면, 상기 근사화 정도에 따른 함수의 정확도를 고려하여 상기 제1 복호 근사화 함수, 상기 제2 복호 근사화 함수, 및 상기 제3 복호 근사화 함수 중 하나를 적용하는 것을 특징으로 하는 극 부호 복호화 장치.12. The method of claim 11,
The accuracy of the function depending on the degree of approximation is higher in the order of the first decoding approximation function, the second decoding approximation function, and the third decoding approximation function,
Wherein the decoding unit comprises:
Dividing a range of a decryption log function parameter value of the trust propagation decoding method by intervals according to a level of the state of the communication channel,
When the level of the state of the communication channel is lower than a preset reference level or when the decoding log function parameter value of the reliable propagation decoding system is smaller than a preset reference parameter value, A decode approximation function, a second decode approximation function, and a third decode approximation function.
상기 제1 복호 근사화 함수는,
상기 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수를 매클로린 급수로 표현하고, 상기 매클로린 급수(Maclaurin's series)의 4차항까지 산출한 관계식
으로 표현한 함수인 것을 특징으로 하는 극 부호 복호화 장치.12. The method of claim 11,
Wherein the first decoding approximation function comprises:
A decryption log function of the trust propagation decryption method is represented by a class of a chlorine, and a relation of a class of the quadratic term of the Maclaurin's series
Is a function expressed by the following equation: < EMI ID = 1.0 >
상기 제2 복호 근사화 함수는,
상기 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수를 관계식
으로 표현한 구분적 선형 함수(Piecewise Linear Function)인 것을 특징으로 하는 극 부호 복호화 장치.12. The method of claim 11,
Wherein the second decoded approximation function comprises:
The decryption log function of the trust propagation decoding method is expressed by the relational expression
Wherein the linear interpolation function is a piecewise linear function expressed as a linear interpolation function.
상기 제3 복호 근사화 함수는,
으로 표현한 계단식 선형 함수(Stepwise Linear Function)인 것을 특징으로 하는 극 부호 복호화 장치.12. The method of claim 11,
Wherein the third decoded approximation function comprises:
Wherein the stepwise linear function is expressed by the following equation.
통신 채널을 통하여 상기 극 부호를 포함한 통신 신호를 수신하는 단계;
상기 수신한 통신 신호를 복조 신호로 복조하는 단계;
상기 수신한 통신 신호에 기초하여 상기 통신 채널의 상태를 추정하는 단계; 및
상기 복조 신호를 신뢰 전파(Belief Propagation) 복호 방식을 기반으로 복호화하여 복호 데이터 비트열을 출력하는 단계를 포함한 동작들을 수행하며,
상기 복호 데이터 비트열을 출력하는 단계는,
(i) 상기 통신 채널의 상태의 레벨 및 (ii) 상기 신뢰 전파 복호 방식으로 메시지를 업데이트하는 복호 함수를 로그 함수로 표현한 복호 로그 함수의 입력 파라미터의 범위 중 적어도 하나에 기초하여, 상기 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수를 근사화시킨 제1 복호 근사화 함수, 제2 복호 근사화 함수, 및 제3 복호 근사화 함수 중 적어도 하나를 상기 복호 로그 함수에 적용하며, 상기 통신 채널의 상태의 레벨이 기 설정된 레벨 임계치와 동일하면 상기 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수 파라미터 값에 상관없이, 상기 신뢰 전파 복호 방식의 복호 로그 함수를 0으로 설정하는 것을 특징으로 하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 저장매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.A computer program for polynomial decoding recorded in a non-transitory computer readable storage medium including computer program instructions executable by a processor, the computer program instructions being executable by a processor of a computing device ,
Receiving a communication signal including the polar sign through a communication channel;
Demodulating the received communication signal into a demodulation signal;
Estimating a state of the communication channel based on the received communication signal; And
And decoding the demodulated signal based on a belief propagation decoding method to output a decoded data bit string,
Wherein the step of outputting the decoded data bit stream comprises:
based on at least one of (i) a level of the state of the communication channel, and (ii) a range of input parameters of a decryption log function that expresses a decoding function for updating a message by the reliable propagation decoding method as a log function, A second decryption approximation function, and a third decryption approximation function to the decryption log function, wherein the level of the state of the communication channel is a predetermined level threshold The decryption log function of the trust propagation decoding method is set to 0 regardless of the decryption log function parameter value of the trust propagation decoding method.
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