KR20010050451A - 채널 디코더 및 채널 디코딩 방법 - Google Patents

채널 디코더 및 채널 디코딩 방법 Download PDF

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Abstract

직렬로 연결된 외부 및 내부 코드에 의해 인코딩된 데이터에 대한 채널 디코더를 제공하는데, 상기 외부 코드는 하나의 데이터 비트(bn)를 두 개의 동일한 코딩된 비트(bcoded,n0,bcoded,n1)로 인코드하도록 동작하는 비율 1:2 반복 코드이고, 상기 코딩된 비트들이 인터리브되며, 상기 디코더는, 입력 정보 및 출력 정보가 로그 가능성 비율(log likelihood ratios)인 소프트 입력 소프트 출력(SISO) 내부 디코더로서, 입력 정보는 인코딩된 데이터와 외부 익스트린직 정보의 로그 가능성 비율인 SISO 내부 디코더 내부 익스트린직 정보를 생성하기 위해 내부 디코더 출력 정보로부터 피드백 외부 익스트린직 정보를 감산하는 수단, 상기 피드백 익스트린직 정보를 생성하기 위해, 하나의 정보 비트(bn)에 대응하는, 내부 익스트린직 정보에서, 로그 가능성 비율(Ln0, Ln1)을 스와핑(swapping) 하는 수단으로서, 상기 코더가 이전의 반복에 의해 생성되는 외부 익스트린직 정보로 반복적으로 동작하는 스와핑하는 수단 상기 내부 익스트린직 정보의 로그 가능성 비율(Ln0, Ln1)의 하나의 데이터 비트(bn)에 대응하는, 한 쌍을 합산하는 수단, 상기 합산된 로그 가능성 비율을 기초로 하드 디시젼(hard decision)을 하는 수단을 구비하는 채널 디코더를 제공한다. 특히 디인터리빙 및 인터리빙의 분리된 단계 없이 스왑이 수행되는 스와핑 수단이 인식 될 때, 배열은 종래 기술에서 제안된 다른 디코더와 비교하여 특히 간단하다.

Description

채널 디코더 및 채널 디코딩 방법{Channel decoder and method of channel decoding }
본 발명은 채널 디코더 및 채널 디코딩 방법에 관한 것이다.
채널 코딩은 잡음에 더욱 강한 송신된 디지털 정보 신호를 생성하는데 이용되었다. 이 경우에는, 정보 비트 시퀀스는 송신기에서 채널 인코더에 의해 인코드 되고, 송신기에서 채널 디코더에 의해 디코딩된다. 인코더에서, 에러 정정을 수행하는 디코더를 촉진시키기 위해서, 여분의 정보는 정보 비트 시퀀스에 가산된다. 예를 들면, 규칙적인 채널 인코딩 설계에서, 여분의 정보는 부가적으로 첨가된 ,'코딩된' 비트로서, 정보 비트 시퀀스로 가산된다. 그러므로, 인코딩된 신호는 정보 신호와 코딩된 비트로 구성된다. 비-규칙적인 채널 인코딩 설계에서, 출력 비트(outgoing bit)는 모두 코딩된 비트이고, 더 이상 '그대로의(naked)' 정보는 없다. 인코더로의 입력 비트(incomeing bit)의 수(정보 비트)는 출력 비트의 수(정보 비트와 삽입된 코딩된 비트의 합 또는 모든 코딩된 비트)보다 작다. 입력/출력 비트의 비율은 '코드 비율R'(typ.R=1:2)로 불린다. 예를 들면, 주요 채널 코드는 블록 코드 및 회선 코드(convolutional code)이다. 마지막의 하나는 귀납적이거나 비 귀납적이다.
연결 코드 설계는 (적어도)두개의 평행한 또는 연속적인 연속 인코더에 적용된다. 이것에 의해, 평행하거나 연속적인 방식으로, 동일한 정보 시퀀스는 두 차례 인코딩된다. 평행하거나 연속적인 연결 코딩 시스템을 위해 연속 디코딩 알고리즘이 있다.(Benedetto, S. Divsalsr, D., Montorsi, G., and Pollara, F.'serial concatenation of interleaved codes: performance analysis, design and iterative decoding' IEEE Trans.Inf.Theory, 1998,44(3),pp.909-926)
도 1은 순수한 연속적인 연결 코딩 설계를 도시한다. 송신은 블록 대 블록을 기초로 한다. 신호 시퀀스는 시리얼의 방법으로 송신기에서 두 차례 인코딩된다. 디지털 소스의 이진 신호(예를 들어, 마이크로폰에서의 아날로그 입력 신호의 아날로그 대 디지털 전환)는 외부 인코더에 의해 제 1 인코딩된다(코드 비율R0). 외부 인코더의 출력은 따라오는 동작 스테이지 보다 신호가 더 불규칙하게 보이도록 만들기 위해 신호 입력 비트 심볼의 배열을 바꾸는 비트 인터리버를 지난다. 인터리버 후에, 상기 신호는 '내부 인코더'(코드 비율 R1)에 의해 제 2 인코딩된다. 송신된 신호의 전체 코드 비는 R0, R1이다. 이에 대응하여, 수신기에서 신호는 내부 디코더에 의해 제 1 디코드 되고, 외부 디코더에 의해 디인터리브 되고 디코딩된다. 외부 디코더로부터, 소프트 값은 내부 디코더로 부가적인 '종래' 입력으로서 피드백 된다. 소프트 값은 디코딩된 신호의 질의 신뢰도의 값이다. 이러한 값의 피드백은 더욱이 반복 디코딩 단계의 외부 디코드의 출력에서 하드 디시전 값(0, 1)의 비트 에러 비를 감소하게 한다. 특정하게 송신된 시퀀스의 반복 디코딩은 임의의 터미널 규정에서 멈춰지고, 예를 들면, 정해진 수의 반복 후에 또는 정해진 비트 에러가 도달한 후와 같은 것이다. 내부 디코더로의 '종래의' 소프트 값 입력은 송신 비트 시퀀스(0th반복)의 제일 제 1 디코딩을 위해서 0으로 설정된다. 더욱이, 정보 비트의 하드 디시젼 각각의 시퀀스에 대하여 오직 한번만 계산되는 것이 필요하고, 자세히 말하면, 최후의 패스(마지막 반복)는 외부 디코더를 지난다.
일반적으로, 내부 및 외부 이진 코드는 어떠한 타입도 될 수 있으며 직렬 또는 직렬이 아니게, 블록 또는 연속적인 코드, 귀납적 또는 비귀납적이 될 수 있다.
수신기에서, 두 개의 디코더는 소프트-인/소프트-아웃 디코더(SISO-decoder)이다. 소프트 값은 비트 심볼(0 또는 1중 어느 것이 보내짐)의 비트 디시전에서의 신뢰도를 나타낸다. 소프트-인 디코더는 입력 비트 심볼을 위해 소프트 신뢰도 값을 받아들인다. 소프트-출력 디코더는 출력 비트 심볼에서 소프트 신뢰 출력 값을 갖는다. 송신기의 각각의 인코딩 단계와 첨가된 여분의 정보를 기초로 디코딩 단계 처리동안 향상 될 수 있기 때문에, 소프트-아웃 신뢰도 값은 일반적으로 소프트-인 신뢰도 값보다 더욱 정밀하다. SISO-디코더와 같은 최적의 성능은 뒤에오는 개연성 계산기(Posteriori probability calculator)(APP)(L.Bahl, j. Cocke, F.Jelinek, J.Raviv, "Optimal decoding of liner codes for minimizing symbol error rate", IEEE Trans.IT., vol,20,pp.284-287, March 1974)를 개개의 채널 코드에 맞춘다. 빠르지만, 그러나 서브-옵티말인 몇몇의 알고리즘은 존재하고, 예를 들면 SOVA(soft output Viterbi algorithm)(j.Hagenauer, P. Hoeher " A Viterbi algorithm with soft-decision outputs and its applications ",in Proc. IEEE Globecom 1989, Dallas, Texas, pp.47.1.1457.1.7, Nov1989)와 같은 것이다. 연속 디코딩 패스에서, '외부 익스트린직 정보'는 비트 인터리버를 지나고 내부 디코드로 종래의 기술로서 피드 백 된다. '외부 익스트린직' 정보는 외부 디코더에서의 소프트 입력/소프트 출력 값과는 다르고, 외부 디코딩 수행에 의해 획득된다. 이에 대응하여, 내부 디코더는 '내부 익스트린직' 정보 및 채널 정보를 제공한다(도 1)
이러한 배경에 대비되어, 본 발명은 특정한 코딩 배열에서 특별한 이점을 갖게되는 것을 인식한다.
도 1은 종래 기술의 직렬 연결 코더 및 반복적인 디코딩을 하는 디코더의 블록 다이어그램.
도 2는 본 발명을 구현한 직렬 연결 코더 및 디코더의 블록 다이어그램.
도 3은 도 2의 디코더를 간략화 된 배열을 도시하는 블록 다이어그램.
도 4는 도 3의 디코더를 더 간략화 한 블록 다이어그램.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
6; 인터리버 8; 내부 인코더
20; 디인터리버 16; 외부 디코더
본 발명에 따라, 직렬로 연결된 외부 및 내부 코드에 의해 인코딩된 데이터에 대한 채널 디코더를 제공하는데, 상기 외부 코드는 하나의 데이터 비트(bn)를 두 개의 동일한 코딩된 비트(bcoded,n0,bcoded,n1)로 인코드하도록 동작하는 비율 1:2 반복 코드이고, 상기 코딩된 비트들이 인터리브되고, 상기 디코더는, 입력 정보 및 출력 정보가 로그 가능성 비율(log likelihood ratios)인 소프트 입력 소프트 출력(SISO) 내부 디코더로서, 입력 정보는 인코딩된 데이터와 외부 익스트린직 정보의 로그 가능성 비율인 SISO 내부 디코더 내부 익스트린직 정보를 생성하기 위해 내부 디코더 출력 정보로부터 피드백 외부 익스트린직 정보를 감산하는 수단, 상기 피드백 익스트린직 정보를 생성하기 위해, 하나의 정보 비트(bn)에 대응하는, 내부 익스트린직 정보에서, 로그 가능성 비율(Ln0, Ln1)을 스와핑(swapping) 하는 수단으로서, 상기 코더가 이전의 반복에 의해 생성되는 외부 익스트린직 정보로 반복적으로 동작하는 스와핑하는 수단 상기 내부 익스트린직 정보의 로그 가능성 비율(Ln0, Ln1)의 하나의 데이터 비트(bn)에 대응하는, 한 쌍을 합산하는 수단, 상기 합산된 로그 가능성 비율을 기초로 하드 디시젼(hard decision)을 하는 수단을 구비하는 채널 디코더를 제공한다. 특히 디인터리빙 및 인터리빙의 분리된 단계 없이 스왑이 수행되는 스와핑 수단이 인식 될 때, 배열은 종래 기술에서 제안된 다른 디코더와 비교하여 특히 간단하다.
이것은 일반적으로 제 1 반복의 경우에 0에서의 피드백 외부 익스트린직 정보를 설정시키기 위해 배열된다.
또한, 본 발명은 직렬로 연결된 외부 및 내부 코드에 의해 인코딩된 데이터를 포함하는 채널 정보를 디코딩하는 채널 정보 디코딩 방법을 제공하는데, 상기 외부 코드는 하나의 데이터 비트(bn)를 두 개의 동일한 코딩된 비트(bcoded,n0,bcoded,n1)로 인코드 하도록 동작하는 비율 1:2 반복 코드이고, 상기 코딩된 비트들이 인터리브 되며, 상기 디코딩 방법은, 내부 디코딩된 로그 가능성 비율 정보를 생성하기 위해 외부 익스트린직 정보를 이용하여, 수신된 인코딩된 데이터의 로그 가능성 비율인 채널 정보를 디코딩 하는 단계 내부 익스트린직 정보를 생성하기 위해 상기 내부 디코딩된 로그 가능성 비율 정보로부터 피드백 외부 익스트린직 정보를 감산하는 단계 상기 피드백 익스트린직 정보를 생성하기 위해 하나의 정보 비트(bn)에 대응하는, 상기 내부 익스트린직 정보에서 로그 가능성 비율(Ln0, Ln1)을 스와핑 하는 단계로서, 이전의 반복에 의해 생성되는 외부 익스트린직 정보로 상기 디코딩을 반복적으로 수행하는 단계 상기 내부 익스트린직 정보의 로그 가능성 비율(Ln0, Ln1)의 하나의 데이터 비트(bn)에 대응하는, 한 쌍을 합산하는 단계 상기 합산된 로그 가능성 비율을 기초로 하드 디시젼을 하는 단계를 포함하는 채널 정보 디코딩 방법을 제공한다.
도 2에 도면을 참조하여, 이진 데이터(2)의 소스는 데이터를 외부의 비율 1:2 반복 인코더(4)에 공급한다. 인코더(4)에 대한 각각의 데이터 비트 입력(bn)에 대해 두 개의 동일한 코딩된 비트(bcoded.n0, bcoded.n1)출력을 갖는다. 데이터 블록의 코딩된 비트는 미리 결정된 패턴에 따른 인터리버(6)에 의해 인터리브 되고, 그러므로 상기 블록은 스테이지를 따르기 위해 더욱 랜덤 해 진다. 인터리브된 비트는 그러므로 다른 인코더(8)에 의해 인코딩된다.
내부 인코더(8)에서 코딩된 정보 출력은 부가되는 노이즈에 의해 열화되게 되는 매체를 통해 송신된다.
매체를 통해 수신하는 저하된 코딩된 정보는, 외부의 익스트린직 정보와 소프트-인 소프트-아웃(SISO)내부 디코더(10)로 입력되며, 이 둘은 로그 가능성 비율의 형태를 갖는다. 최초의 익스트린직 정보는 0으로 설정되고, 0 또는 1인 비트와 동일 가능성(equal likelihood)를 나타낸다.
피드백 외부 익스트린직 정보(로그 가능성 비율의 형태에서)는 디인터리버(14)의 입력에 내부 익스트린직 값을 제공하기 위해 내부 디코더 입력 정보(또한 로그 가능성 비율의 형태인)로부터 가산기(12)에 의해 감산된다. 디인터리버의 출력은 채널 정보와 내부 디코더로 부터의 내부 인트린직 정보를 나타낸다. 이것은 비율 1:2 반복 디코더(16)의 입력이다.
외부 디코더(16)의 출력은 로그 가능성 비율의 형태인 코딩된 비트에서 소프트 값을 제공한다. 내부 익스트린직 정보는 외부 익스트린직 값을 제공하는 합산기(18)에 의해서 그것들로부터 감산된다. 그것들은 외부의 익스트린직 정보를 공급하기 위해서 인터리버(20)에 의해 인터리브 된다.
디코더는 반복적으로 동작되어서, 제 2 반복에 대해서는, 제 1 반복에서의 외부의 익스트린직 정보가 사용되는 방식으로 계속된다. 미리 결정된 기준과 부합된 후에, 반복은 종료되고 정보 비트의 소프트 값은(로그 가능성 비율의 형태인) 각각의 비트의 하드 디시젼을 만들기 위해 판별 회로로 출력된다. 상기 기준은, 예를 들면 4와 같은 미리 결정된 반복의 횟수일 수 있고, 또는 한 반복과 그 다음 사이의 값들의 변화가 임계치 보다 작은 경우 일 수 도 있다.
L 값 표시법으로는, L0coded= L1coded= Lcoded= L0+ L1
L 값 표시법은 (J.Hagenauer, "The Turbo Principle: Tutorial Introduction and state of the "Art",Symposium on Turbo Codes, Brest, France, September 1997)에 설명되어 있다.
L0및 L1은 디코더로의 2 입력 L- 값이다.(코드 비가 1:2 이므로, 각각의 "반복 코드"- 코드 워드에 대하여 2개의 값이 있다.)
비율 1:2 반복 코드에 대하여, Linfo=Lcoded이다.
원하는 비트 정보를 복원하기 위하여, 디코더의 출력에서 Linfo값에 대한 하드 디시젼(사인)을 취할 필요가 있다.
가중 중요한 것은, 익스트린직 출력 값(반복적인 디코딩 수행동안 내부 디코더로 피드 백하는)이 다음과 같이 계산되는 것이다.
L0extr= L0.coded-L0= L1
L1extr= L0.coded-L1= L0
그러므로, 익스트린직 디코더 출력 값은 "반복 코드"-코드 워드 당, 두 개의 입력 값(L0및 L1)을 단순히 교환(스와핑)함에 의해 얻어질 수 있다.
도 3은 상기가 어떻게 외부 디코더를 간략화 하는데 이용되는지를 도시한다. 외부 반복 디코더(16) 및 합산기(18)는 가산기(24) 및 버퍼(26)로 대체된다. 상기 버퍼(26)는, 하나의 데이터 비트(bn)에 대응되는 값(Ln0, Ln1)과, 내부 익스트린직 정보로부터의 연속되는 두 값을 저장한다. 판별 회로(22)로의 정보 비트 입력 에서의 소프트 값을 제공하기 위해서, 이 값들은 가산기(22)에서 가산된다. 상기 값은 또한 버퍼(28)로의 입력인데, 상기 버퍼로부터 상기 값은 역순으로(swapped) 판독되어 디인터리버(20)에 외부 익스트린직 값 입력 스트림을 제공한다.
도 4는 다른 계략도를 도시한다. 도 3의 버퍼(28), 디인터리버(14), 교환기(28) 및 인터리버(20)는 단일 유닛(인터리버(30))으로 결합되고, 상기 단일 유닛은 가산기(12)로부터의 내부 익스트린직 값 출력으로부터 하나의 데이터 비트(bn)에 대응하는 이 값들(Ln0, Ln1)을 먼저 디인터리빙 하지 않고, 직접적으로 스왑한다.
비율 1 내부 코드를 획득하기 위하여 펑처 된(punctured) 비율 1:2 반복 체계 코드(recursive systematic code)를 사용하는 것이 특히 유리하다.(내부 인코딩된 비트의 절반은 감산된다.) 외부 비율 1:2 반복 코드와 함께, 상기 1:2의 전체 코드 비율로 결과된다. 어떤 여분도 내부 인코더에 가산되지 않음을 주의하라. 들어오는 비트의 개수는 내부 인코더에서 나가는 비트의 개수와 동일하다.
내부 인코더에서의 출력에서의 인코딩된 비트의 절반을 감산하는 펑처링 패턴(puncturing pattern)은 임의의 수가 될 수 있지만, 그러나 수신기에는 반드시 알려져 있어야 한다. 게다가, 2개의 제약이 있는데 첫째는 어느 때고 상수(K)는 Ik를 제외한 정보를 감산하거나 결합된 페리티 비트를 감산하지만 둘 다를 감산 할 수 는 없고, 둘째는, 인코딩된 시퀀스에는 항상 어떤 페리티 비트가 남아있고, 그렇지 않으면 인터리브 디코딩은 가능하지 않다.
비율 1:2 마더 코드에서 비율 1 코드를 획득하기 위한 펑춰링 패턴의 예는,
1. 단독 페리티 비트의 인코딩된 비트 시퀀스 상수와 같은 모든 정보 비트를 제거.
p0,p1,p2,p3,...
2. 절반의 정보 비트 및 절반의 페러티 비트를 제거.
Io, p1, i2, p3....
3. 2/3의 정보 비트 및 1/3 페러티 비트를 제거.
Io, p1, p2, i3, p4,p5,....
다른 펑쳐링 패턴 1., 2., 3. 및 4.는 결과적으로 만약 인터리브 하게 디코드 되었다면 연결 코드의 비트 에러 비(BER) 동작과는 다르다 .
더 적은 정보 비트가 관여되고, 더 후의 터보 클리프(turbo cliff)(in term of signal-to-noise-ratio)일수록 , 더 낮은 에러 비율 수준을 갖는다.
디인터리빙 및 인터리빙의 분리된 단계 없이 스왑이 수행되는 스와핑 수단이 인식 될 때, 배열은 종래 기술에서 제안된 다른 디코더와 비교하여 특히 간단하다.

Claims (6)

  1. 직렬로 연결된 외부 및 내부 코드에 의해 인코딩된 데이터에 대한 채널 디코더로써,
    상기 외부 코드는 하나의 데이터 비트(bn)를 두 개의 동일한 코딩된 비트(bcoded,n0,bcoded,n1)로 인코드하도록 동작하는 비율 1:2 반복 코드이고,
    상기 코딩된 비트들이 인터리브되며, 상기 디코더는,
    입력 정보 및 출력 정보가 로그 가능성 비율(log likelihood ratios)인 소프트 입력 소프트 출력(SISO) 내부 디코더로서, 입력 정보는 인코딩된 데이터와 외부 익스트린직 정보의 로그 가능성 비율인 SISO 내부 디코더;
    내부 익스트린직 정보를 생성하기 위해 내부 디코더 출력 정보로부터 피드백 외부 익스트린직 정보를 감산하는 수단;
    상기 피드백 익스트린직 정보를 생성하기 위해, 하나의 정보 비트(bn)에 대응하는, 내부 익스트린직 정보에서, 로그 가능성 비율(Ln0, Ln1)을 스와핑(swapping) 하는 수단으로서, 상기 코더가 이전의 반복에 의해 생성되는 외부 익스트린직 정보로 반복적으로 동작하는 스와핑하는 수단;
    상기 내부 익스트린직 정보의 로그 가능성 비율(Ln0, Ln1)의 하나의 데이터 비트(bn)에 대응하는, 한 쌍을 합산하는 수단;
    상기 합산된 로그 가능성 비율을 기초로 하드 디시젼(hard decision)을 하는 수단을 구비하는 채널 디코더.
  2. 제 1항에 있어서,
    제 1 반복이 상기 피드백 외부 익스트린직 정보를 0으로 설정하도록 배열된 채널 디코더.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 스와핑 수단은 별도의 디인터리빙 단계 및 인터리빙 단계 없이 스왑(swap)을 수행하는 상기 스와핑 수단을 갖는 디코더.
  4. 직렬로 연결된 외부 및 내부 코드에 의해 인코딩된 데이터를 포함하는 채널 정보를 디코딩하는 채널 정보 디코딩 방법으로서,
    상기 외부 코드는 하나의 데이터 비트(bn)를 두 개의 동일한 코딩된 비트(bcoded,n0,bcoded,n1)로 인코드 하도록 동작하는 비율 1:2 반복 코드이고,
    상기 코딩된 비트들이 인터리브 되며, 상기 디코딩 방법은,
    내부 디코딩된 로그 가능성 비율 정보를 생성하기 위해 외부 익스트린직 정보를 이용하여, 수신된 인코딩된 데이터의 로그 가능성 비율인 채널 정보를 디코딩 하는 단계;
    내부 익스트린직 정보를 생성하기 위해 상기 내부 디코딩된 로그 가능성 비율 정보로부터 피드백 외부 익스트린직 정보를 감산하는 단계;
    상기 피드백 익스트린직 정보를 생성하기 위해 하나의 정보 비트(bn)에 대응하는, 상기 내부 익스트린직 정보에서 로그 가능성 비율(Ln0, Ln1)을 스와핑 하는 단계로서, 이전의 반복에 의해 생성되는 외부 익스트린직 정보로 상기 디코딩을 반복적으로 수행하는 단계;
    상기 내부 익스트린직 정보의 로그 가능성 비율(Ln0, Ln1)의 하나의 데이터 비트(bn)에 대응하는, 한 쌍을 합산하는 단계;
    상기 합산된 로그 가능성 비율을 기초로 하드 디시젼을 하는 단계를 포함하는 채널 정보 디코딩 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제 1 반복의 경우에 상기 피드백 외부 익스트린직 정보가 0으로 설정되는 채널 정보 디코딩 방법.
  6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 디인터리빙 단계, 스와핑 단계 및 인터리빙 단계가 분리된 디인터리빙 단계 및 인터리빙의 단계 없이 단일 단계로 수행되는 장치.
KR1020000054036A 1999-09-14 2000-09-14 채널 디코더 및 채널 디코딩 방법 KR100356324B1 (ko)

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EP99307246.1 1999-09-14

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