KR20010054809A - 이동통신 시스템의 부호화 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차세대 이동통신 시스템(IMT-2000)에 적용될 병렬 연접 컨벌루션 부호기의 부호화 기술에 있어서, 컨벌루션 부호기의 입력 시퀀스를 시퀀스 스플리터를 이용하여 생성함으로써 SNR의 변동에 관계없이 안정된 성능이 보장되는 부호화 기술에 관한 것이다.

이러한 본 발명의 목적은, 입력 데이터(D)를 부호화 처리하여 데이터와 패리티로 이루어진 코드 워드(C₁)로 출력하는 엔코더(1A₁)와; 상기 엔코더(1A₁)에서 출력되는 코드 워드(C₁)를 스플리팅하여 가중치가 변화된 형태의 다수의 시퀀스를 발생하고, 그 중에서 하나를 전송 시퀀스(S_d1)로 그대로 전송함과 아울러, 또 다른 시퀀스를 다른 채널 부호기의 입력 시퀀스로 공급하는 시퀀스 스플리터(2A₁)와; 상기 시퀀스 스플리터(2A₁)로부터 입력되는 시퀀스(S_p1)를 랜덤한 형태로 재배치하는 인터리버(3A₁)와; 이와 같은 구성의 부호화기가 필요한 만큼 종속 접속된 부호화기에 의해 달성된다.

Description

이동통신 시스템의 부호화 장치{ENCODING APPARATUS FOR IMT-2000}

본 발명은 차세대 이동통신 시스템(IMT-2000)에 적용될 병렬 연접 컨벌루션 부호기의 부호화 기술에 관한 것으로, 특히 컨벌루션 부호기의 입력 시퀀스를 시퀀스 스플리터를 이용하여 생성하는데 적당하도록한 이동통신 시스템의 부호화 장치에 관한 것이다.

차세대 이동통신 시스템(예: IMT-2000)에서는 낮은 SNR(Signal to Noise Ratio)에서도 높은 성능을 발휘하는 터보 부호(Turbo code)가 사용되는데, 이러한 터보 부호에는 병렬 또는 직렬의 연접 컨벌루션 부호( Concatenated Convolutional Code)가 있다.

일반적으로, 병렬 연접 컨벌루션 부호기는 두 개의 RSC(Recursive Systematic Convolutional) 부호기와 인터리버로 구성되는데, 종래기술에 의한 부호화 기술에 있어서는 첫 번째 컨벌루션 부호기의 입력 시퀀스가 인터리버를 통해 재배치된 후 두 번째 컨벌루션 부호기의 입력 시퀀스로 사용된다.

이러한 경우, 첫 번째 컨벌루션 부호기와 두 번째 컨벌루션 부호기의 입력 시퀀스는 동일한 가중치를 갖게 되며, 특히 가중치가 2인 경우 RSC의 특징에 따라 특정 시퀀스 패턴에 대하여 낮은 가중치를 갖는 부호를 생성하게 된다.

또한, 종래 기술에 의한 병렬 연접 컨벌루션 부호기의 경우 반복 복호(Iterative Decoding)시 각각의 모듈이 주고 받는 외인성(Extrinsic) 정보는 패리티 시퀀스에 대한 정보가 배제된 채 입력 시퀀스에 대한 정보만을 다루게 되어 있었다.

따라서, 종래기술에 의한 이동통신 시스템의 부호화 장치에 있어서는 첫 번째 컨벌루션 부호기의 출력 데이터만을 두 번째 컨벌루션 부호기의 입력으로 제공하게 되어 있으므로, SNR이 커지는 구간에서 급격한 성능저하 현상이 나타나고, 이로 인하여 시스템의 신뢰성이 저하되는 결함이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 고성능의 채널 부호화가 요구되는 차세대 이동통신 시스템에 적용될 병렬 연접 컨벌루션 부호기를 구현함에 있어서, 첫 번째 컨벌루션 부호기의 출력데이터와 패리티 비트를 적절한 비율로 재 배치하여 다음단 컨벌루션 부호기의 입력으로 제공하는 이동통신 시스템의 부호화 장치를 제공함에 있다.

도 1은 본 발명에 의한 이동통신 시스템의 부호화 장치의 블록도.

도 2는 도 1에서 시퀀스 스플리터의 구현예를 보인 상세도.

도 3은 본 발명에 의한 이동통신 시스템의 부호화 장치의 상세 블록도.

도 4는 본 발명의 연접 부호기에 대한 반복 복호기의 블록도.

도 5a는 반복 복호에 의한 비트 에러 확률 곡선 그래프.

도 5b는 반복 복호에 의한 프레임 에러 확률 곡선 그래프.

***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***

1A₁-1A_L: 엔코더 2A₁-2A_L-1:시퀀스 스플리터와

3A₁-3A_L-1: 인터리버

본 발명의 제1특징에 따르면, 병렬 연접 부호기는 둘 이상의 채널 부호기와, 전단의 채널 부호기에서 출력되는 코드 워드를 나누는 시퀀스 스플리터, 시퀀스의 위치를 바꾸어주는 인터리버로 구성된다.

본 발명의 제2특징에 따르면, 제1특징에서 채널 부호의 시퀀스 스플리터는 첫 번째의 채널 부호기에서 발생하는 코드 워드를 스플리팅하여 다음 단의 채널 부호기에 사용될 입력 시퀀스를 생성해 낸다.

본 발명의 제3특징에 따르면, 상기 제2특징에 따라 스플리팅된 여러 개의 시퀀스 중 다음 단의 입력 시퀀스를 제외한 나머지 시퀀스는 그대로 전송하거나 다른채널 부호기의 입력 시퀀스로 사용할 수 있다.

본 발명의 제4특징에 따르면, 제1-3특징에 따라 생성된 부호의 복호를 위해 데이터의 외인성 정보와 함께 패리티의 외인성 정보를 이용한 반복 복호 알고리즘을 사용한다.

본 발명의 제5특징에 따르면, 제4특징에서의 복호기는 부호기의 스플리팅 패턴에 따라 각 모듈간에 전달되는 외인 정보가 데이터에 관한 것인지 패리티에 관한 것인지를 결정한다.

도 1은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 이동통신 시스템의 부호화 장치의 일실시 예시 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 입력 데이터(D)를 부호화 처리하여 데이터와 패리티로 이루어진 코드 워드(C₁)로 출력하는 엔코더(1A₁)와; 상기 엔코더(1A₁)에서 출력되는 코드 워드(C₁)를 스플리팅하여 가중치가 변화된 형태의 다수의 시퀀스를 발생하고, 그 중에서 하나를 전송 시퀀스(S_d1)로 그대로 전송함과 아울러, 또 다른 시퀀스를 다른 채널 부호기의 입력 시퀀스로 공급하는 시퀀스 스플리터(2A₁)와; 상기 시퀀스 스플리터(2A₁)로부터 입력되는 시퀀스(S_p1)를 랜덤한 형태로 재배치하는 인터리버(3A₁)와; 상기 인터리버(3A₁)의 출력단에 종속적으로 접속되어 상기 엔코더(1A₁), 시퀀스 스플리터(2A₁), 인터리버(3A₁)와 동일하게 작용하는 엔코더(1A₂-1A_L), 시퀀스 스플리터(2A₂-2A_L-1), 인터리버(3A₂-3A_L-1)로 구성한 것으로, 이와 같이 구성한 본 발명의 작용을 첨부한 도 2 내지 도 5를 참조하여 상세히 설명하면다음과 같다.

엔코더(1A₁)는 입력 데이터(D)를 부호화 처리하여 부호화된 코드 워드(C₁)를 출력하는데, 이 코드 워드(C₁)는 데이터와 패리티로 이루어져 있다. 시퀀스 스플리터(2A₁)는 상기 코드 워드(C₁)를 스플리팅하여 다수의 시퀀스를 발생하게 되는데, 그 중에서 하나의 시퀀스(S_p1)가 인터리버(3A₁)를 통해 재 배치된다. 상기 시퀀스 스플리터(2A₁)에서 출력되는 또 다른 시퀀스가 전송 시퀀스(S_d1)로 그대로 전송되거나, 필요에 따라 다른 채널 부호기의 입력 시퀀스로 사용된다.

결국, 상기 인터리버(3A₁)의 입력단에 종래와 같이 데이터 시퀀스만 공급하는 것이 아니라 시퀀스 스플리터(2A₁)를 이용하여 데이터와 패리티로 이루어진 시퀀스(S_p1)를 공급할 수 있게 된다. 이렇게 함으로써, 병렬 연접 컨벌루션 부호화기에서 두 번째 컨벌루션 부호의 입력 시퀀스의 가중치를 첫 번째 컨벌루션 부호의 가중치와 다르게 설정할 수 있게 된다.

엔코더(1A₂)는 상기 인터리버(3A₁)의 출력 시퀀스를 부호화 처리하고, 시퀀스 스플리터(2A₂)는 그 엔코더(1A₂)에서 출력되는 코드 워드(C₁)에 대해 상기 시퀀스 스플리터(2A₁)와 동일한 형식으로 처리하게 된다.

도 3은 도 1의 연접 부호기에 대한 일실시 구현예를 보인 상세 블록도로서, 입력 데이터(D) 시퀀스의 길이 N은 320이고, 사용된 구성코드의 구속장은 4이며, 부호율이 1/2인 구조를 갖는 RSC 부호기의 구현예를 나타낸 것이다.

시퀀스 스플리터(2A₁)는 첫 번째 엔코더(1A₁)에서 출력되는 코드 워드를 이용하여 새로운 두 개의 시퀀스(S_d,S_p)를 생성하게 되는데, 이를 위해 도 2에서와 같은 다수의 스위치(SW₁-SW_n) 중에서 임의의 두 개의 스위치를 사용하게 되며, 이때, 시퀀스 각각의 k번째 비트 S_d(k), S_p(k)는 다음의 조건을 만족한다.

상기의 식에서는 k번째 비트에 대하여 시퀀스 스플리터(2A₁)로 인가되는 제어신호로서 이는 각각의 구성 코드에 따라 최적의 제어 패턴을 설계할 수 있게 되며, 제1실시예의 경우 k가 짝수 일 때 0이고, 홀수일 때 1의 값을 갖는다.

소정 비트(예: 320bit)의 데이터 시퀀스를 상기와 같은 조건하에서 부호화 한 후 컨벌루션 부호의 최종 상태를 알려진 상태로 종료시키기 위해 각각의 컨벌루션 부호에 대하여 6비트씩 12비트의 종료비트가 최종 코드 시퀀스에 추가된다.

인터리버(3A₁)는 상기 시퀀스 스플리터(2A₁)에 의해 스플리팅된 시퀀스 S_p를 랜덤 형태로 재배치하는 역할을 수행한다.

상기 인터리버(3A₁)에 접속되는 엔코더(1A₂), 시퀀스 스플리터(2A₂) 및 인터리버(3A₂)도 상기 엔코더(1A₁), 시퀀스 스플리터(2A₁) 및 인터리버(3A₁)와 같이 작용하게 되며, 필요에 따라 이후에도 동일한 형식으로 계속 접속하게 된다.

상기와 같은 과정을 통해 처리된 채널 부호(S_d1,S_d2,…,C_L)가 변조된 후 통신 채널을 통해 복호기측으로 전송되어 복호 처리된다.

한편, 상기와 같은 과정을 통해 부호화 된 신호를 전송받아 복호 처리하는 과정을 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 4와 같은 복호기에는 비터비(viterbi) 알고리즘 형태의 최대 확률 복호 알고리즘을 사용하고, 연판정 출력(Soft decision output)을 이용하여 반복적인 복호를 수행하는 반복 복호 알고리즘을 사용하게 되므로 높은 복호화 성능을 발휘할 수 있게 된다.

상기 반복적인 복호를 위하여 사용 가능한 복호 알고리즘의 예로써, MAP, Log-MAP, Max-Log-MAP, SISO 등을 들 수 있다.

상기 비터비 알고리즘을 이용한 반복 복호 알고리즘은 복호 과정에서 부호화 되기 이전 입력 데이터 비트의 발생 확률비를 사용한다.

도 4는 상기의 부호화 과정에 의해 생성된 부호를 연판정 출력 값을 이용하여 반복 복호하기 위한 복호기의 구현예를 나타낸 것으로 이에 도시한 바와 같이, 두 개의 디코더(11A),(11B)와, 시퀀스 스플리터(13), 인터리버(14) 및 두 개의 디인터리버(12A),(12B)로 이루어져 있다.

디코더(11A)는 외인 정보가 데이터에 관한 것인지 패리티에 관한 것인지를 판단하여 복호화를 수행하고, 이의 출력 데이터를 디인터리버(12A)를 통해 다음 단의 디코더(11B)에 넘겨줄 때, 소정 비트의 발생확률 비는 상기의 복호 알고리즘들을 이용하여 계산할 수 있게 된다. 여기서, 소정 비트란 도 3에서 스플리팅된 시퀀스 S_p에 대한 것으로 k번째 비트 S_p(k)에 대하여 다음의 (식1) 혹은 로그값인 (식2)의 형태로 표현할 수 있다.

------------- (식1)

----------(식2)

또한, 상기 (식1),(식2)와 같이 표현되는 소정 비트의 발생 확률비혹은는 디코더(11B)에서 다음의 (식3),(식4)와 같이 변환하여 사용할 수 있다.

--------(식3)

---(식4)

상기는 부호화 되지 않은 입력 시퀀스의 k번째 비트 d_k에 대한 발생 확률 비이고,는 첫 번째 구성 코드에서 생성되는 k번째 패리티 비트에 대한 발생 확률 비이다. 또한,,는 각각,에 대한 각각의 로그 값이다.

상기 디코더(11B)에서는 상기 SISO 알고리즘을 이용하여 부호화 되지 않은 입력 시퀀스의 k번째 비트와 이에 대한 k번째 패리티 비트에 대한 발생 확률 비를 계산할 수 있으며, 상기 (식3),(식4)와 같은 관계에 의하여 스플리팅된시퀀스에 대한 발생 확률 비를 만들 수 있고, 이는 인터리버(14)를 통해 인터리빙된 후 상기 디코더(11A)로 피드백된다.

한편, 도 5는 본 발명에 의한 모의 실험 결과를 나타낸 것으로, 도 5a는 반복 복호에 의한 비트 에러 확률 곡선 그래프이고, 도 5b는 반복 복호에 의한 프레임 에러 확률 곡선 그래프이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은, 병렬 연접 컨벌루션 부호화기에서 두 번째 컨벌루션 부호의 입력 시퀀스의 가중치를 첫 번째 컨벌루션 부호의 가중치와 다르게 설정함으로써 SNR의 변동에 관계없이 안정된 성능을 발휘할 수 있게 되고, 이에 따라 시스템의 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 입력 데이터를 부호화 처리하여 코드 워드 형태로 출력하는 엔코더(1A₁)와; 상기 엔코더(1A₁)에서 출력되는 코드 워드를 스플리팅하여 가중치가 변화된 형태의 다수의 시퀀스를 출력하는 시퀀스 스플리터(2A₁)와; 상기 시퀀스 스플리터(2A₁)의 출력 시퀀스 중 그대로 전송되는 시퀀스와 다른 가중치를 갖는 시퀀스를 입력받아 랜덤한 형태로 재배치하는 인터리버(3A₁)와; 상기 엔코더(1A₁), 시퀀스 스플리터(2A₁), 인터리버(3A₁)와 동일하게 작용하는 엔코더, 시퀀스 스플리터 및 인터리버를 상기 인터리버(3A₁)의 출력단에 필요한 만큼 종속 접속하여 구성한 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템의 부호화 장치.
2. 제1항에 있어서, 시퀀스 스플리터(2A₁)는 스플리팅한 여러개의 시퀀스 중 다음 단의 입력 시퀀스로 제공하는 시퀀스를 제외한 나머지의 시퀀스는 그대로 전송채널에 전송하거나 다른 채널 부호기의 입력 시퀀스로 공급되도록 구성한 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템의 부호화 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 부호화 장치에서 전송된 부호의 복호를 위해 데이터의 외인성 정보와 함께 패리티의 외인성 정보를 이용한 반복 복호 알고리즘을 이용하는 복호기를 더 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템의 부호화 장치.
4. 제3항에 있어서, 부호기의 스플리팅된 패턴에 따라 각 모듈간에 전달되는 외인 정보가 데이터에 관한 것인지 패리티에 관한 것인지를 결정하는 디코더를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템의 부호화 장치.