KR20010001873A

KR20010001873A - 터보 펑쳐링의 성능 개선 방법

Info

Publication number: KR20010001873A
Application number: KR1019990021359A
Authority: KR
Inventors: 홍성권
Original assignee: 서평원; 엘지정보통신 주식회사
Priority date: 1999-06-09
Filing date: 1999-06-09
Publication date: 2001-01-05

Abstract

본 발명은 차세대 이동 통신에 있어서, 특히 터보 코드를 사용하는 차세대 이동 통신 시스템에서 전송 멀티플렉싱(transport multiplexing)을 위한 레이트 매칭 알고리즘에 있어 선택적 터보 펑쳐링의 성능을 개선하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에서는 주어진 데이터열에 대해 이를 부호화하지 않은 제1 채널 코드 비트열과 상기 데이터열을 길쌈 부호화하여 생성된 제2 채널 코드 비트열 및 상기 데이터열을 인터리빙한 후 길쌈 부호화한 제3 채널 비트열을 포함하여 구성된 채널 코드 비트열에 대하여, 상기 제2 채널 코드 비트열과 상기 제3 채널 비트열을 심볼 단위로 펑쳐링함에 있어서, 정보 비트 블록의 크기에 따라 최초 펑쳐링하는 채널 비트열이 달라지게 된다.

Description

터보 펑쳐링의 성능 개선 방법{Method for improving a performance of the turbo puncturing}

본 발명은 차세대 이동 통신에 관한 것으로, 특히 터보 코드를 사용하는 차세대 이동 통신 시스템에서 전송 멀티플렉싱(transport multiplexing)을 위한 레이트 매칭 알고리즘에 있어 선택적 터보 펑쳐링의 성능을 개선하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 터보 코드(turbo code)는 순환 계통적 중첩 코드(RSC code : Recursive Systematic Convolutional code)의 구조를 갖는 코드로써, 이러한 계열의 코드는 긴 블록 크기를 위한 채널 용량에 근접하는 성능을 지닌 것으로 보여지고 있으며, 비교적 간단한 성분별 부호(component code)와 큰 인터리버(interleaver)를 가지고 섀넌 제한(Shannon limit), 즉 1/2 터보 코드에 대해 약 0.7㏈에서 비트 에러율(BER)이 10^-5에 근접하는 오류 정정 능력을 가지는 것으로 알려져 있다.

이러한 터보 코드를 무선 채널 환경 하에서 성공적으로 사용하기 위해서는 먼저 신호 전송시 인터리버에 의해 야기되는 최대의 지연 문제를 해결해야 한다.

따라서 터보 코드는 무선 채널 환경 하에서 인터리버에 의해 나타나는 지연에 대해 민감하기 때문에, 이러한 지연 문제가 발생하지 않도록 하기 위해서는 터보 코드의 적절한 설계가 필요하다.

또한 터보 코드를 사용하려는 시스템에서 발생되는 지연은 프레임의 크기에 직접적으로 비례하기 때문에, 시스템의 성능과 지연간의 균형은 매우 밀접한 관계를 갖는다.

그리고 터보 코드를 사용하는 시스템에서는 가변 자원에 따른 코드 레이트(code rate) 변화, 반복 복호의 횟수, 구속장 길이 변화 등에 의한 복호화 절차의 복잡성과 시스템 성능간의 균형을 맞추는 것이 매우 중요하다.

지금까지 설명된 터보 코드를 사용하고자 하는 차세대 이동 통신 시스템에서는 전송 멀티플렉싱(transport multiplexing)을 위한 레이트 매칭 알고리즘(rate matching algorithm)의 규격화 작업이 진행되고 있다.

레이트 매칭 알고리즘(rate matching algorithm)은 채널 부호기의 코드 레이트(code rate)를 임의의 값에 맞추기 위해, 채널 부호기 출력을 펑쳐링(puncturing) 하거나 반복(repetition)하는 알고리즘으로, 현재 IMT-2000에 관련 진화된 차세대 이동 통신 시스템에 대한 기술적인 명세를 제시하고 있는 3세대 공동 프로젝트(3GPP : Third Generation Partnership Project)에서 연구 진행되고 있다.

그러나, 채널 부호기의 코드 레이트(code rate)를 임의의 값에 맞추기 위해 채널 부호기 출력을 펑쳐링(puncturing) 하거나 반복(repetition)하는 종래의 레이트 매칭 알고리즘(rate matching algorithm)이 터보 코드를 사용하는 차세대 이동 통신 시스템에 적용될 경우, 특히 현재 3세대 공동 프로젝트(3GPP)에서 논의되고 있는 터보 코드 방식에 적용될 경우에는 다음과 같은 문제점들이 있다.

첫 째, 터보 코드는 비트 에러율(BER)의 관점에서 볼 때, 터보 코드의 정보 비트 중 부호화 되지 않은 시스티메틱 비트(Systematic bit)가 부호화된 패리티 비트(Parity bit)보다 상대적으로 중요하다. 그런데 상기한 종래의 알고리즘은 이러한 중요도에 상관없이 전체 비트에 대해 펑쳐링(puncturing) 또는 반복(repetition)을 수행한다.

둘 째, 터보 코드에서는 다른 부호 비트들에 대해 터미네이션 비트(termination bit)들이 상대적으로 중요한 구실을 한다. 그런데 상기한 종래의 알고리즘은 이러한 점을 고려하지 않고 터이네이션 비트들에 대해서도 펑쳐링(puncturing)을 수행할 수 있다는 문제점이 있다.

세 째, 일반적으로 1/2 코드 레이트(code rate)의 터보 코드는 1/3 코드 레이트의 터보 코드를 펑쳐링(puncturing)해서 얻어진다. 그런데 종래의 알고리즘에서는 1/2 코드 레이트의 터보 코드를 반복(repetition)하는 경우 펑쳐링(puncturing)된 출력만을 반복하게 된다.

이러한 종래의 레이트 매칭 알고리즘(rate matching algorithm)이 터보 코드를 사용하는 차세대 이동 통신 시스템에 적용됨에 있어 발생되는 문제점을 해소하고자, 펑쳐링해야 될 비트를 심볼 단위로 펑쳐링하는 알고리즘이 현재 3세대 공동 프로젝트(3GPP)에서 논의되고 있다.

현재 3세대 공동 프로젝트(3GPP)에서 논의 되고 있는 레이트 매칭을 위한 터보 펑쳐링 알리고즘 중에는, 펑쳐링해야 될 비트를 심볼 단위로 두 개씩 펑쳐링 하는 동시 펑쳐링 알고리즘이 있으며, 펑쳐링해야 될 비트를 심볼 단위로 하나씩 교대로 펑쳐링 하는 선택적 펑쳐링 알고리즘(alternative puncturing algorithm)이 있다.

여기서, 선택적 펑쳐링 알고리즘은 두 번째 패리티 성분 비트에 대해 먼저 펑쳐링을 시작하여 다른 패리티 성분 비트에 대해 다음의 펑쳐링을 수행한다. 이렇게 심볼 단위로 패리티 성분 비트를 교대로 오가며 펑쳐링이 반복된다.

상기한 레이트 매칭을 위한 터보 펑쳐링 알고리즘들은 터미네이션 비트(termination bit)까지 펑쳐링한다. 이는 수신측에서의 레이트 디매칭(rate dematching) 과정을 고려할 때 어느 정도 제어의 복잡도를 줄이기 위한 것으로, 이러한 경우 1/3 코드 레이트인 터보 코드에서 선택적 펑쳐링 알고리즘에 의해 1/2 코드 레이트의 터보 코드가 생성되면, 터미네이션 비트 부분을 구성하는 순환 계통적 중첩 코드(RSC) 비트 중 시스티메틱(Systematic) 성분 비트가 모두 펑쳐링되어 코드 성능에 열화가 발생할 수 있다. 이러한 현상은 정보 비트 블록 크기가 짝수인 경우에 두드러지게 나타나며, 이 경우를 도 1에 나타내었다.

도 1 은 정보 비트 블록 크기가 4인 경우에 1/2 코드 레이트의 터보 코드를 생성하는 종래의 선택적 펑쳐링 패턴의 일 예를 나타낸 도면이다.

도 1에서 's'는 시스티메틱 성분 비트를 나타낸 것이고, 'y'는 패리티 성분 비트를 나타낸 것이다. 따라서 `s₁'은 첫 번째 순환 계통적 중첩 코드(RSC) 부호기의 시스티메틱 성분 비트를 의미하고, `s₂'은 두 번째 순환 계통적 중첩 코드(RSC) 부호기의 시스티메틱 성분 비트를 의미한다. 또한 `y₁'은 첫 번째 순환 계통적 중첩 코드(RSC) 부호기의 패리티 성분 비트를 의미하고, `y₂'은 두 번째 순환 계통적 중첩 코드(RSC) 부호기의 패리티 성분 비트를 의미한다.

그러나, 정보 비트 블록 크기가 홀수인 경우에 상기한 선택적 펑쳐링 알고리즘은, 정보 비트 블록 크기가 짝수인 경우와 달리 터미네이션 비트 부분에서 시스티메틱 성분 비트에 대한 펑쳐링이 발생하지 않도록 그 알고리즘 패턴을 구성한다.

이는 터보 펑쳐링 알고리즘 패턴을 구성할 때, 터미네이션 비트 부분에 대한 펑쳐링으로 인해 높은 신호 대 잡음비(SNR : Signal to Noise Ratio)가 유발되며, 이로 인한 성능 열화가 발생할 수 있다.

따라서 터미네이션 비트 부분에 대한 펑쳐링을 가능한 한 배제하는 것이 좋다. 그러나 현재로써는 시스템 구성상 복잡도를 고려해 볼 때 터미네이션 비트 부분에 대한 펑쳐링을 수행하는 것이 합리적이라 할 수 있다.

지금까지 설명한 점들을 종합해 볼 때, 시스템 구성을 고려하여 터미네이션 비트 부분을 터보 펑쳐링 알고리즘의 범위에 포함시킬 경우에 있어서 코드 성능 열화가 발생하지 않도록 하는 방안이 요구된다.

본 발명의 목적은 상기한 점을 감안하여 안출한 것으로, 터미네이션 비트 부분을 선택적 터보 펑쳐링 알고리즘의 범위에 포함시킬 경우에, 터미네이션 비트 부분에서 펑쳐링이 가능한 한 발생하지 않도록 한 선택적 터보 펑쳐링의 성능 개선 방법을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 선택적 터보 펑쳐링의 성능 개선 방법의 특징은, 주어진 데이터열에 대해 이를 부호화하지 않은 제1 채널 코드 비트열과 상기 데이터열을 길쌈 부호화하여 생성된 제2 채널 코드 비트열 및 상기 데이터열을 인터리빙한 후 길쌈 부호화한 제3 채널 비트열을 포함하여 구성된 채널 코드 비트열에 대하여, 상기 제2 채널 코드 비트열과 상기 제3 채널 비트열을 심볼 단위로 펑쳐링함에 있어서, 상기 누적 변수의 초기치를 `1'로 정하고, 상기 누적 변수 초기치를 일정 값씩 감분하여 상기 누적 변수가 `0' 이하가 될 때 상기 펑쳐링이 발생하도록 한다.

또한 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 주어진 데이터열에 대해 이를 부호화하지 않은 제1 채널 코드 비트열과 상기 데이터열을 길쌈 부호화하여 생성된 제2 채널 코드 비트열 및 상기 데이터열을 인터리빙한 후 길쌈 부호화한 제3 채널 비트열을 포함하여 구성된 채널 코드 비트열에 대하여, 상기 제2 채널 코드 비트열과 상기 제3 채널 비트열을 심볼 단위로 펑쳐링함에 있어서, 정보 비트 블록의 크기에 따라 최초 펑쳐링하는 채널 비트열이 달라지는 채널 코드의 펑쳐링이 수행된다.

여기서, 상기 정보 비트 블록의 크기가 짝수인 경우에는, 상기 제2 채널 코드 비트열을 펑쳐링 시작 위치로 결정하고, 상기 결정된 제2 채널 코드 비트열부터 상기 제3 코드 비트열과 일정 비트 간격의 심볼 단위로 펑쳐링하게 된다.

도 2a는 정보 비트 블록 크기가 4인 경우, 본 발명에 따른 1/2 코드 레이트의 터보 코드에 대한 선택적 펑쳐링의 일 예를 나타낸 도면.

도 2b는 정보 비트 블록 크기가 5인 경우, 본 발명에 따른 1/2 코드 레이트의 터보 코드에 대한 선택적 펑쳐링의 일 예를 나타낸 도면.

이하, 본 발명에 따른 선택적 터보 펑쳐링의 성능 개선 방법에 대한 바람직한 일 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

본 발명에서는 터미네이션 비트 부분을 선택적 터보 펑쳐링 알고리즘의 범위에 포함시킬 경우에 대해 터미네이션 비트 부분에서 펑쳐링이 가능한 한 발생하지 않도록 펑쳐링 알고리즘의 초기치를 적절히 조절한다. 특히 본 발명에서 사용하는 선택적 펑쳐링 알고리즘에서는 초기치를 `1'로 두어 가능한 한 터미네이션 비트 부분에서의 펑쳐링을 배제한다.

또한 본 발명에서는 정보 비트 블록 크기가 짝수인 경우와 홀수인 경우로 나누어 첫 번째 펑쳐링이 시작하는 위치를 경우에 따라 결정하는 선택적 펑쳐링 알고리즘을 구성한다.

1/3 코드 레이트인 터보 코드에서 1/2 코드 레이트의 터보 코드가 생성되도록 할 때의 예를 들어 더욱 상세하게 설명하면, 정보 비트 블록 크기가 짝수인 경우에는, 첫 번째 펑쳐링 시작 위치를 두 번째 패리티 성분 비트부터 시작하지 않고 첫 번째 패리티 성분 비트부터 시작하도록 펑쳐링 알고리즘을 구성한다. 이렇게 하면 1/2 코드 레이트의 터보 코드에 대한 펑쳐링은 도 2a와 같이 발생된다.

도 2a는 정보 비트 블록 크기가 4인 경우, 본 발명에 따른 1/2 코드 레이트의 터보 코드에 대한 선택적 펑쳐링의 일 예를 나타낸 도면이다.

도 2a를 보면 알 수 있듯이, 정보 비트 블록 크기가 짝수(4)인 경우 펑쳐링의 시작 위치를 두 번째 패리티 성분 비트부터 시작함으로써, 터미네이션 비트 부분의 시스티메틱 성분 비트에 대한 펑쳐링이 배제된다.

도 2b는 정보 비트 블록 크기가 5인 경우, 본 발명에 따른 1/2 코드 레이트의 터보 코드에 대한 선택적 펑쳐링의 일 예를 나타낸 도면이다.

도 2b에서 알 수 있듯이, 정보 비트 블록 크기가 홀수(5)인 경우 펑쳐링의 시작 위치를 첫 번째 패리티 성분 비트부터 시작한다. 따라서 터미네이션 비트 부분의 시스티메틱 성분 비트에 대한 펑쳐링을 막을 수 있다.

도 2a 및 도 2b의 각 경우에 대하여 본 발명에 사용되는 선택적 터보 펑쳐링 알고리즘이 정보 비트 블록 크기가 짝수인 경우에는 첫 번째 패리티 성분 비트부터 펑쳐링을 시작하도록 하고, 정보 비트 블록 크기가 홀수인 경우에는 두 번째 패리티 성분 비트부터 펑쳐링을 시작하도록 하기 때문에, 카운트(count) 변수나 플래그(flag) 변수에 의해 구분되어 교대로 터보 펑쳐링이 이루어지는 기존 선택적 터보 펑쳐링 알고리즘에서 정보 비트 블록 크기가 짝수인지 홀수인지에 따라 알고리즘 초기치를 결정해 주면 본 발명의 선택적 터보 펑쳐링 알고리즘을 구성할 수 있다.

본 발명에서 성능 개선을 위한 선택적 터보 펑쳐링 알고리즘은, 일정한 누적 변수의 초기치를 두고 이를 일정 감분값으로 계속 감산하다가 특정 조건(예로써, 누적 변수 값이 `0'보다 작을 때)이 만족되면 펑쳐링하는 방식으로 구성된다.

이는 터보 펑쳐링 알고리즘의 누적 변수값의 초기치가 작으면 작을수록 발생하는 펑쳐링 위치가 터미네이션 비트 부분에서 멀어지기 때문이다. 이러한 점을 고려할 때 누적 변수의 초기치를 본 발명에서는 `1'로 둔다.

다음의 터보 펑쳐링 알고리즘은 정보 비트 블록 크기를 고려한 것이다.

우선 본 발명에 따른 성능 개선을 위한 선택적 터보 펑쳐링 알고리즘에서는 다음과 같은 가정이 필요하다.

첫 째,= 블록에서 허용된 수의 순서화된 집합, 여기서 N_i〈 N_i+1이다.

둘 째,= 레이크 매칭되어야 할 블록 크기(블록당 비트수).

세 째,=정보 비트 집합

네 째,, 정보 비트 블록 크기

이러한 가정 하에서 선택적 펑쳐링 알고리즘은 다음과 같다.

먼저를 만족하는를 찾는다.

"

if

else

do while

ifthen

puncture bit,from set

end if

ifthen

if

puncture bitfrom set

endif

if

puncture bitfrom set

endif

end do "

상기한 본 발명에 따른 선택적 터보 펑쳐링 알고리즘은 코드 심볼을 기준으로 수행된다.

또한 상기 알고리즘은 보다 간단한 구성을 위해 플래그(flag) 변수를 이용하였다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 선택적 터보 펑쳐링의 성능 개선 방법에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

터미네이션 비트 부분 중 시스티메틱 성분 비트의 펑쳐링을 배제함으로써, 코드 성능의 열화를 방지한다는 것이다. 특히 펑쳐링 알고리즘의 초기치를 적절히 조절하여 터미네이션 비트 부분의 펑쳐링을 배제함으로써, 코드 성능의 열화를 방지한다는 것이다.

또한, 본 발명에서 사용되는 선택적 터보 펑쳐링 알고리즘을 사용함에 따른 수신측에서의 복호화의 추가적인 복잡도 증가가 없다.

Claims

주어진 데이터열에 대해 이를 부호화하지 않은 제1 채널 코드 비트열과 상기 데이터열을 길쌈 부호화하여 생성된 제2 채널 코드 비트열 및 상기 데이터열을 인터리빙한 후 길쌈 부호화한 제3 채널 비트열을 포함하여 구성된 채널 코드 비트열에 대하여,

상기 제2 채널 코드 비트열과 상기 제3 채널 비트열을 심볼 단위로 펑쳐링함에 있어서, 정보 비트 블록의 크기에 따라 최초 펑쳐링하는 채널 비트열이 달라지는 채널 코드의 펑쳐링 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 정보 비트 블록의 크기가 짝수인 경우에는, 상기 제2 채널 코드 비트열을 펑쳐링 시작 위치로 결정하고, 상기 결정된 제2 채널 코드 비트열부터 상기 제3 코드 비트열과 일정 비트 간격의 심볼 단위로 펑쳐링하는 것을 특징으로 하는 채널 코드의 펑쳐링 방법.
주어진 데이터열에 대해 이를 부호화하지 않은 제1 채널 코드 비트열과 상기 데이터열을 길쌈 부호화하여 생성된 제2 채널 코드 비트열 및 상기 데이터열을 인터리빙한 후 길쌈 부호화한 제3 채널 비트열을 포함하여 구성된 채널 코드 비트열에 대하여,

상기 제2 채널 코드 비트열과 상기 제3 채널 비트열을 심볼 단위로 펑쳐링함에 있어서, 상기 누적 변수의 초기치를 `1'로 정하고, 상기 누적 변수 초기치를 일정 값씩 감분하여 상기 누적 변수가 `0' 이하가 될 때 상기 펑쳐링이 발생하도록 하는 것을 특징으로 하는 터보 펑쳐링의 성능 개선 방법.