KR19980087402A

KR19980087402A - 통신 시스템에서 코딩된 신호를 디코딩하는 방법 및 장치

Info

Publication number: KR19980087402A
Application number: KR1019980019190A
Authority: KR
Inventors: 후아 쉬; 후윈 링
Original assignee: 조나단 피. 메이어; 모토롤라, 인크.
Priority date: 1997-05-27
Filing date: 1998-05-27
Publication date: 1998-12-05
Also published as: US5995550A; KR100304519B1

Abstract

본 발명은 통신 시스템(400)에서 코드화된 신호(408)를 디코딩하기 위한 방법 및 장치를 개시하는 것이다. 코드화 신호(408)는 디지털 신호 처리(412)를 통해 처리되어 코드화 신호(408)를 나타내는 판정 메트릭(409)(decision metrics)을 생성하며, 판정 메트릭(409)은 코드화 신호(408)를 디코딩하기 위해 디코더(410)에 수신되기에 앞서 소프트-리미팅 함수(401)(soft-limiting function)에 의해 기준화(scale)된다. 소프트-리미팅 함수(401)는 구분적 선형 함수, 구분적 비선형 함수, 또는 구분적 선형과 비선형 함수의 조합이다. 선택적으로, 소프트 리미팅 함수(401)는 판정 메트릭(404)과 평행 경로에서 코드화 신호(408)에 실행된 가중치 함수(405)(weighting function)의 결과에 실행된다. 그 후에, 소프트-리미팅의 결과(402)는 디코더(410)에 앞서 판정 메트릭(403)의 결과에 곱해진다. 디코더(410)는 비터비 디코더 일 수 있고, 동시에 통신 시스템은 CDMA(Code Division Multiple Access) 통신 시스템일 수 있다.

Description

통신 시스템에서 코딩된 신호를 디코딩하는 방법 및 장치

본 발명은 통신 시스템에서의 통신 신호 디코딩에 관한 것으로, 더 상세하게는 통신 신호 디코딩에 있어서의 소프트 리미팅 방법에 관한 것이다.

통신 시스템에서 정보의 디지털 신호 처리 (DSP;Digital Signal Processing)는 고정 소수점 연산에 의해 실행된다. DSP 응용은 부동 소수점 연산에 의해 실행되는 것이 바람직하지만, 통신 시스템에서 부동 소수점 연산을 실행하는 것은 광범위한 연산 실행에 대한 요구로 인해 비용 효과적이지도 못 하고, 실현 가능하지도 않다. 고정 소수점식 DSP 실행은 결과들에 오차를 초래하며 때때로 오차들은 DSP 결과의 질에 상당한 악영향을 미친다.

고정 소수점식 DSP 연산에서, 메모리 레지스터들의 크기는 표현될 수 있는 값의 범위를 결정한다. 계산된 결과의 크기가 레지스터의 범위보다 크면, 결과의 크기도 그 레지스터의 범위에 따라서 제한된다. 이 연산은 도 1의 하드 리미팅(Hard Limiting)으로 표시된 블록(101)에 수학적으로 그리고 도식적으로 표시되어 입력 신호(102)와 출력 신호(103)의 크기는 각각 x와 f(x)로 표현된다. K가 DSP 레지스터에 의해 표현될 수 있는 최대값일 때, 출력 신호(103)는 K보다 큰 값을 갖는 모든 입력 신호에 대해 K와 동일한 값을 가질 것이 명백하다.

코드 분할 다중 접속(CDMA) 통신 시스템에서, 도 1에 도시된 CDMA 수신기(100)는 코드화된 정보를 지닌 신호(106)를 수신한다. 코드는 일련의 기호들이다. 수신기(100)는 신호(106)를 디코딩하기 위해 일련의 기호를 판정하며, 디코딩된 정보 신호(110)를 생성한다. 첫 번째로, 신호(106)가 복조기(107)에 의해 복조된다. 그 다음, 각각의 기호에 포함된 에너지가 판정 메트릭(105)으로 표시된 블록(105)에 의해 판정된다. 블록(105)에서, 판정된 에너지에 대응하는 메트릭이 각각의 기호에 지정된다. 이러한 수신기 내에 있는 비터비 디코더(104)와 같은 디코더는 코드를 형성한 일련의 기호를 판정하기 위해 최소한 두 개의 기호들에 대하여 지정된 메트릭들을 비교한다. 일단 일련의 기호들이 판정되면, 비터비 디코더(104)는 신호를 디코딩하여, 디코딩된 정보 신호(110)를 생성한다.

두 개의 기호가 고정 소수점 레지스터가 표현할 수 있는 것을 넘어서는 메트릭을 생성할 때, 이 기호에 할당된 메트릭들은 디코더(104)에 동일한 값으로 제공된다. 이 효과는 하드 리미팅으로 도시되며, 판정 메트릭(105)과 비터비 디코더(104) 사이의 블록(101)에 의해 표현된다. 하드 리미팅 상황은 K보다 큰 모든 입력 신호(102) 값에 대해 출력 신호(103)의 값이 K와 동일할 때이다. 도 1에서 도시된 바와 같이 입력 신호(102)는 x에 의해 표현되고, 출력 신호(103)는 f(x)에 의해 표현된다. 하드 리미팅이 발생할 때, 비터비 디코더(104)는 하드 리미팅 상황이 아니라면 두 개의 다른 에너지 메트릭을 가지고 있었을 두 개의 다른 기호들에 대한 동일한 에너지 메트릭을 비교한다. 이것은 디코딩 연산의 전반적인 실패 원인이 될 수도 있는 잘못된 결과를 생성한다.

하드 리미팅 상황을 방지하여 결과적으로 디코딩 연산도 용이하게 만들 수 있는 분명하고 매력 없는 해결 방법은 고정 소수점식 레지스터의 크기를 증가시켜 더 큰 동작 범위를 갖게 하는 것이다. 그러나, 이 해결 방법은 비용과 시스템의 복잡성을 증가시킨다.

CDMA 통신 시스템에서 코딩된 통신 신호를 디코딩하기 위해, 고정 소수점식 DSP 연산에서 유효 동작 범위의 제한으로 인해 발생하는 하드 리미팅 상황의 영향을 감소시킬 필요가 있다.

도 1은 하드 리미팅 상황을 갖는 선행 기술의 수신기를 나타내는 도면.

도 2는 본 발명에 따른 소프트 리미팅 함수를 갖는 수신기를 나타내는 도면.

도 3은 소프트 리미팅 함수의 두 예를 나타내는 도면.

도 4는 본 발명에 따른 판정 메트릭 함수와 병렬 경로에 있는 소프트 리미팅 함수를 갖는 수신기의 또 다른 실시예를 나타내는 도면.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

101 : 하드 리미팅 함수

102, 202 : 입력 신호

103 : 출력 신호

104, 204, 410 : 비터비 디코더

105, 205, 404 : 판정 메트릭 함수

106, 206 : 코딩된 정보를 지닌 신호

107, 207, 407 : 복조기

108 : 복조된 신호

110, 210 : 디코딩된 정보 신호

201 : 소프트 리미팅 함수

203 : 소프트 리미팅 메트릭

401 : 소프트 리미팅 함수

402 : 소프트 리미팅의 결과

403 : 판정 메트릭에 의해 생성된 메트릭

405 : 가중치 함수(weighting function)

408 : 코딩된 신호

409 : 최종 결과를 지닌 신호

412 : 디지털 신호 처리

본 발명은 통신 시스템에서 코딩된 신호를 디코딩하는 방법 및 장치이다. 코딩된 신호는 디지털 신호 처리를 통해 처리되어 코딩된 신호를 표현하는 판정 메트릭을 생성하며, 판정 메트릭은 코드화된 신호를 디코딩하기 위한 디코더에 수신되기 전에 소프트-리미팅 함수에 의해 기준화(scale)된다. 소프트-리미팅 함수는 구분적 선형 함수, 구분적 비선형 함수 또는 구분적 선형과 비선형 함수들의 조합이다. 선택적으로, 소프트 리미팅은 판정 메트릭과 평행 경로에서, 코딩된 신호에 실행된 가중치 함수의 결과에 실행된다. 그 후에 소프트-리미팅의 결과는 디코더에 앞서 판정 메트릭의 결과에 곱해진다. 디코더는 비터비 디코더 일 수 있고, 동시에 통신 시스템은 코드 분할 다중 접속(CDMA; Code Division Multiple Access) 통신 시스템일 수 있다.

도 2를 참고하면, 도 1에 도시된 블록(101)의 하드 리미팅 함수는 블록(201)으로 도시된 본 발명에 의해 대체된다. 본 발명은 유효 동작 범위의 소프트 리미팅 방법이다. 각 기호의 에너지 함유량은 판정 메트릭 블록(205)에 의해 평가된다. 판정 메트릭(205)은 낮은 값에서부터 높은 값까지 분포하는 메트릭 값들을 생성한다. 비터비 디코더(204)는 기호 메트릭들을 비교하고, 그 비교 결과에 근거하여 어떤 일련의 기호가 코드에 사용되었는지를 판정한다. 그 판정 결과에 따라서, 블록(204)은 디코딩 연산을 실행하며, 그리고 나면, 디코딩된 정보 신호(210)가 출력된다.

각각의 기호에 대해 에너지의 값이 정확히 판정되어 있으면, 블록(204)은 좀 더 효율적으로 디코딩 연산을 실행한다. 예를 들어, 한 기호에 대해 판정된 에너지의 값이 다른 기호의 에너지 판정 값에 관해 부정확하게 판정되면, 블록(204)에 의한 비교 또는 미분 연산도 그 부정확한 판정에 따라서 방해를 받는다. 그러나 신호 대 잡음 비가 높은 기호의 에너지에 대한 부정확한 판정은 디코더(204)의 실행을 방해하게 되는데, 신호 대 잡음 비가 높아서, 기호들에 대해 판정된 에너지에는 잡음에 대한 것보다 신호에 대한 것이 더 많을 것이기 때문이다. 그러므로, 신호 수준이 낮은 각각의 기호들에 대한 에너지의 정확한 판정이 높은 신호 수준에서의 그러한 판정보다 더 중요하다. 본 발명에 따라 소프트 리미팅 블록(201)에 의해 생성된 소프트 리미팅 메트릭(203)은 그러한 정확한 판정을 제공한다.

보통, 신호 대 잡음 비가 낮으면 메트릭의 값은 낮고, 반대로 신호 대 잡음 비가 높으면 메트릭의 값은 높다. 부정확한 판정은 신호(206)가 신호 대 잡음 비가 낮은 수준에 있을 때 매우 자주 발생한다. 도 2에 도시된 판정 메트릭(205)에 의해 출력될 때, 고정 소수점식 연산으로 인해, 판정된 에너지 메트릭들은 높은 값보다는 낮은 값에서 버림 또는 반올림 오차에 대해 더 민감하다. 그러므로, 디코더(204)에 제공될 때, 낮은 신호 수준에서의 메트릭은 높은 신호 수준에서 보다 더 양호한 에너지 판정치의 미분을 제공해야만 한다.

본 발명은 낮은 에너지 메트릭과 높은 에너지 메트릭 사이에 유효한 동적 범위를 최적으로 할당하는 역할을 한다. 디코더(204)에 의한 미분 용량은 높은 메트릭 값에서보다 낮은 메트릭 값에서 더 많은 중요성을 지니게 된다. 그에 따라서, 본 발명은 동적 범위 용량 내의 높은 메트릭 값보다 낮은 메트릭 값에서의 판정 메트릭(205) 결과에 더 많은 미분을 할당한다. 이것이 도 2의 블록(201)에 수학적으로 그리고 도시적으로 보여진 판정 메트릭(205)의 결과에 적용된 소프트 리미팅 함수의 결과이다. x로 표현되는 신호(202)는 소프트 리미팅 함수(201)에의 입력이다. M 이하의 모든 x값에 대하여, 출력 함수 f(x)의 값은 x와 동일하다. M보다 큰 모든 값들에 대하여, 출력 함수 f(x)는 임의의 함수에 의해 기준화된다; 이 경우에서, 임의의 함수는 선형 함수이다. 디코더(204)에 제공되기 전에 판정 메트릭(205)의 결과를 기준화하는 것은 본 발명에 따른 소프트 리미팅 함수 f(x)에 의한 결과의 미분을 제공한다.

소프트 리미팅 함수는 구분적 선형 함수에만 한정되는 것은 아니다. 비선형 함수 등의 다른 함수들도 동등하게 적용 가능하다. 도시되지 않은 소프트 리미팅 함수의 한 변형은 M보다 작은 x 값들에 대한 기울기가 한 개 이외의 값과 같을 때의 소프트 리미팅 함수이다.

도 3을 참고하면, 소프트 리미팅 함수의 두 가지의 변형례가 도시되어 있다. 변형례(301)에서 M보다 낮은 값에서부터 M과 동일한 값까지의 x 값들에 대한 함수 f(x)의 기울기는 1.0이다. M보다 큰 x 값들에 대하여, 기울기는 파라미터 α에 의해 제어된다. M과 α의 값은 메트릭 값들에서의 실험을 통해 메트릭 값들에서 바람직한 성능을 갖도록 확정된다. 예를 들어, 설계자는 M 값과 관련된 희망 프레임 오류율(FER; Frame Error Rate)에서 코드화 신호의 신호 대 잡음 비를 판정한다. 그리고 나서, 그 결과와 바람직한 성능에 근거하여, M 값이 선택된다. 유사하게, 파라미터 α는 가능한 α 값들에 관련된 FER을 판정함으로써 선택된다. 그러나, M과 α의 값을 선택하는 방법은 주어진 예에만 국한되는 것은 아니다.

변형례(302)에서, 포인트 M1과 M2는 소프트 리미팅 함수 f(x)의 기울기가 변하는 곳을 지정한다. 따라서, 파라미터 α1과 α2는 소프트 리미팅 함수의 기울기를 정의한다. 설계자가 전체 동적 범위에 걸친 FER이 변형(302)에 도시된 것과 같이 다수의 기울기를 지니는 소프트 리미팅 함수에 더 적합하다고 판정한다면, 변형례(302)가 유용하다. M1, M2, α1 및 α2의 값은 실험에 근거하여 선택된다.

본 발명의 또 다른 실시에 따르면, 소프트 리미팅 함수는 최종 메트릭이 디코더에 제시되기 전에 평행 경로 내에서 실행될 수 있다. 도 4를 참고하면, 복조된 신호(406)가 판정 메트릭(404)과 가중치 함수(weighting function)(405)에 입력된다. 동시에 가중치 함수(405)는 신호(406) 내의 기호들을 판정하며, 본 기술 분야에 공지되어 있는 바와 같이 기호들에 특정 가중치를 할당한다. 본 출원의 양수인에게 양수되었으며, 본 발명의 참고로 포함된, 1995년 9월12일에 특허된 미국 특허 5450453을 보자. 가중치 함수(405)의 결과는 소프트 리미팅 된다. 판정 메트릭(404)에 의해 생성된 메트릭(403)과 곱해지면, 소프트 리미팅의 결과(402)는 신호(409)를 통해 소프트 리미팅 함수의 최종 결과를 운반한다. 소프트 리미팅 함수의 최종 결과를 수반하는 신호(409)는 본 발명에 따라 낮은 신호 수준에서 좀 더 정확한 디코딩을 허용한다. 신호(409)는 디코더(410)에 제공되어 디코딩된 신호를 제공한다.

본 발명이 특정한 실시예에 관해 상세하게 설명되고 묘사되는 동안, 당해 기술의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 취지와 범위를 벗어나지 않는 형태와 세부 사항의 다양한 변화가 이루어질 수 있음을 이해했을 것이다. 아래 청구항의 모든 수단 또는 단계의 관련 구조들, 물질, 활동 및 등가물과 거기에 더해 기능 요소들은 특히 청구된 것과 같은 다른 청구항들과 조합되어 기능을 수행하기 위한 모든 구조들, 물질, 또는 활동을 포함하도록 의도된 것이다.

Claims

통신 시스템에서 코딩된 신호를 디코딩하는 방법에 있어서, 소프트-리미팅 함수에 의해 상기 코딩된 신호의 디지털 신호 처리 연산 결과를 기준화(scaling)하는 단계; 및 상기 코딩된 신호를 디코딩하기 위해 상기 기준화된 결과가 디코더에 의해 수신되도록 출력하는 단계를 특징으로 하는 신호 디코딩 방법.
제1항에 있어서, 상기 소프트-리미팅 함수는 상기 디지털 신호 처리 연산으로부터 미리 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 소프트 리미팅 함수는 구분적(piecewise) 선형 함수 또는 구분적 비선형 함수 및 구분적 선형과 비선형 함수들의 조합인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 기준화 단계에서의 상기 디지털 신호 처리 연산의 결과는 상기 코딩된 신호에 실행된 판정 메트릭(metric) 함수들의 결과인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 기준화 단계에서의 상기 디지털 신호 처리 연산의 결과는 상기 코딩된 신호에 대해 실행된 가중치 함수의 결과인 것을 특징으로 하는 방법.
제5항에 있어서, 상기 가중치 함수는 판정 메트릭 함수와 병행하여 상기 코드화 신호에 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제6항에 있어서, 상기 출력 단계에 앞서, 상기 판정 메트릭 함수의 결과와 상기 기준화 단계의 결과를 곱하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 통신 시스템은 코드 분할 다중 접속(CDMA) 통신 시스템인 것을 특징으로 하는 방법.
통신 시스템에서 코딩된 신호를 디코딩하기 위한 장치에 있어서, 상기 코딩된 신호를 생성하기 위하여 반송파 신호를 복조하는 수단; 상기 코딩된 신호에 근거하고, 소프트-리미팅 함수에 의해 소프트-리미팅된 메트릭을 생성하는 수단; 및 상기 소프트-리미팅된 메트릭을 처리하여 상기 코딩된 신호를 디코딩하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 디코딩 장치.
제9항에 있어서, 상기 소프트-리미팅된 메트릭을 생성하기 위한 수단은 상기 코딩된 신호에 근거하여 판정 메트릭을 생성하기 위한 수단; 및 상기 소프트-리미팅된 메트릭을 생성하기 위해 상기 소프트-리미팅 함수에 따라 상기 판정 메트릭을 기준화(scaling)하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.