KR20030013275A - 다수의 상태들을 갖는 변조들에 적응된 전송기, 수신기,방법들, 프로그램 및 신호 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다수의 상태들을 갖는 변조의 경우에 디코딩 레벨에서 성능들을 개선하도록 변조/복조를 채널 인코딩/디코딩 동작과 연관시키는 인코딩/디코딩 방법에 관한 것이다. 반복적 디코딩 방법은 전송된 정보 심볼들에 대한 후험적 확률 정보 성분들을 출력에서 공급하도록 심볼들에 대한 확률 정보 성분들을 입력들에서 수신하는 한쌍의 SISO 디코더들을 포함한다.
응용: 디지털 원격통신

Description

다수의 상태들을 갖는 변조들에 적응된 전송기, 수신기, 방법들, 프로그램 및 신호{Transmitter, receiver, methods, program and signal adapted to modulations having a large number of states}
본 발명은 전송될 심볼들에 의해 표현되고 전송 채널에서 이진 데이터를 송신하도록 의도된 파동 신호들로 상기 이진 데이터 스트림을 변환하는 채널 인코딩 및 변조 수단을 포함하는 전송기에 관한 것으로, 상기 파동 신호들은 M개의 상태들을 갖는 성상도(constellation)에서 선택된다.
본 발명은 또한 M개의 상태들을 갖는 알파벳에서 선택된 정보 신호들을 수신된 신호들로부터 회복시키는 반복적 복조 및 채널 디코딩 수단을 포함하는 수신기에 관한 것이다.
본 발명은 또한 전송될 심볼들에 의해 표현되고 전송 채널에서 이진 데이터를 수송하도록 의도된 파동 신호들로 상기 이진 데이터 스트림을 변환시키는 채널 인코딩 및 변조의 방법에 관한 것이며, 상기 파동 신호들은 M개의 상태들을 갖는 성상도에서 선택된다.
본 발명은 또한 M개의 상태들을 갖는 알파벳에서 선택된 전송된 정보 심볼들을 수신된 신호들로부터 회복시키는 복조 및 채널 디코딩의 방법에 관한 것이다.
본 발명은 마지막으로 상기에 서술된 방법들을 실행하는 컴퓨터 프로그램들 및 상기 컴퓨터 프로그램들을 수송하는 신호에 관한 것이다.
본 발명은 특히 위성, 무선 네트워크 시스템들 및 모바일 무선 원격통신 시스템들에 의한 디지털 비디오 전송의 분야에서 수많은 응용들을 발견한다.
1994년도 통신에 대한 국제회의(International Conference on Communication , 1994)중 p.645-649에 발표된 "터보 코드들 및 높은 스펙트럼 효율 변조(Turbo- codes and high spectral efficiency modulation)"라 명명된 에스.르 고프(S.Le Goff), 에이.글라비욱스(A.Glavieux) 및, 씨.베로우(C.Berrou)에 의한 논문은 1993년도 통신에 대한 국제 회의 p. 1064-1070에 발표된 "새논 한계에 가까운 에러-교정 코딩 및 디코딩: 터보-코드들(Near Shannon limit error-correcting coding anddecoding: Turbo-codes)"이라 명명된 논문에서 씨.베로우(C.Berrou), 에이.글라비욱스(A.Glavieux) 및, 피.티티마즈쉬마(P.Thitimajshima)에 의해 서술된 터보-인코딩 원리를 이용하여 다수의 상태들을 갖는 변조들에 적용되는 채널 인코딩/디코딩 방법을 서술한다. 실용적 타입의 이러한 방법에 따라, 채널 디코딩은 수신된 각 심볼의 비트 각각에 대한 확률들을 계산하는 예비 단계를 포함하여, 채널 디코딩이 이진수의 경우와 유사하게 후속적으로 수행된다. 즉, 확률 표시들을 수신 및 공급하는 타입의 디코더들(SISO(소프트 입력 소프트 출력)이라 또한 불림)은 수신된 심볼들의 성분을 구성하는 이진 데이터에 대한 확률을 그들의 입력들에서 수신한다. 디코딩 레벨에서, 이 방법은 전송될 동일한 심볼에 속하는, SISO 디코더들의 입력들에서의 이진 데이터가 독립적이지 않으므로 최적이 아니며, 이것은 디코딩 성능을 상당한 정도로 감소시킨다.
본 발명의 목적은 채널 디코딩 레벨에서 성능들의 개선을 허용하고 많은 수의 상태들을 갖는 변조들에 적응된 채널 인코딩 및 디코딩 수단을 제공하는 것이다.
이 목적을 위해, 서두에 서술된 타입의 전송기가 제공되며, 이것은;
상기 채널 인코딩 및 변조 수단들이:
- 가능한 정보 심볼들의 수가 상기 성상도의 신호들의 수 M과 동일하게 되도록, 상기 이진 데이터 스트림을 입력 스트림이라 불리는 정보 심볼들의 스트림으로 변환하는, 업스트림 변환 수단(conversion means upstream)과,
- 상기 입력 스트림의 상기 정보 심볼들을 인터리빙(interleaving)하고, 인터리빙된 입력 스트림이라 불리는, 인터리빙된 정보 심볼들의 스트림을 발생시키는, 인터리빙 수단과,
- 출력 스트림들을 공급하기 위해, 상기 입력 스트림과 상기 인터리빙된 입력 스트림을 각각 수신하고, 병렬로 동작하는 적어도 하나의 제 1 및 제 2 코더로서, 상기 출력 스트림들은
I) 상기 제 1 코더에 의해 도입된 제 1 중복 정보 성분들(first redundancy information components)과 상기 정보 심볼들에 대한 표시들과,
II) 상기 제 2 코더에 의해 도입된 제 2 중복 정보 성분들을 포함하는, 상기 적어도 하나의 제 1 및 제 2 코더와,
- 상기 출력 스트림들로부터, 전송될 상기 파동 신호들을 결정하는 선택 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
전송기 단부에서, 전송될 이진 데이터 스트림은 변조를 위해 이용되는 성상도의 크기와 동일한 크기를 갖는 알파벳으로부터 선택된 심볼들로 변환된다. 따라서, 채널 코더는 그 입력에서 이진 데이터 대신에 정보 심볼들을 수신한다. 유리하게, 전송될 심볼들의 결정은 변조를 위해 이용되는 성상도와 동일한 집합수 (cardinal number)를 갖는 알파벳으로부터 선택된 입력 심볼들로부터 시작하여 즉시 일어난다.
서두에 서술된 타입의 수신기가 또한 제공되며, 이것은 상기 반복적 복조 및 채널 디코딩 수단이:
- 상기 신호들을 수신하고, 상기 신호들을 수신된 심볼들이라 불리는 데이터 심볼들로 변환하는 수신 수단과,
- 각각의 수신된 심볼에 대해서, 상기 정보 심볼들에 대한 확률 표시들과, 상기 정보 심볼들로부터 전송 단부에서의 코더에 의해 공급된 중복 표시들에 대한 확률 표시들을 포함하는 확률 벡터들을 공급하는 확률 계산 수단과,
- SISO 디코더들이라 불리는 디코더들의 시퀀스로서, 연속적인 쌍들로 동작하고, 입력에서 적어도:
i) 상기 확률 벡터들과,
ii) 선험적 정보 성분들(a priori information components)이라 불리는, 정보 심볼들에 대한 상기 수신된 심볼들의 독립된 표시들을 수신하고,
출력에서 적어도:
iii) 외부 정보 성분들(extrinsic information components)이라 불리는, 상기 정보 심볼들에 대한 결과들과,
iv) 후험적 정보 성분들(a posteriori information components)이라 불리는, 정보 심볼들에 대한 후험적 확률 표시들을 공급하는, 상기 디코더들의 시퀀스와,
- 상기 후험적 정보 성분들로부터 상기 정보 심볼들을 선택하는 적어도 하나의 결정 블록을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이런 방식으로, SISO 디코더들의 입력들에서의 심볼들은 상호 독립적이며, 이것은 디코딩 효율을 개선시킨다.
본 발명의 이들 및 다른 측면들은 이후에 서술되는 실시예(들)을 참조하는 비제한적 예에 의해 분명하며 명료해질 것이다.
도 1은 종래의 전송 시스템의 예를 예시하는 블록도.
도 2는 본 발명에 따라 전송기의 예를 예시하는 블록도.
도 3은 본 발명에 따라 수신기의 예를 예시하는 블록도.
도 4는 본 발명에 따라 SISO 디코더의 실시예를 예시하는 블록도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
SCE : 소스 CS : 소스 코더
CC : 채널 코더 CH : 전송 채널
DC : 채널 디코더 DS : 소스 디코더
도 1은 종래의 전송 시스템의 예를 예시하는 블록도이다. 이것은 전송 체인 (transmission chain)을 구현하는 전송기, 수신 체인을 구현하는 수신기 및 전송 채널을 포함한다. 전송기 및 수신기는 전송 채널을 통해 통신하며, 한편 전송 체인은:
- 오디오 또는 비디오와 같은 아날로그 신호, 또는 디지털 신호, 또는, 팩스 장치의 출력일 수 있지만, 어떻게든 디지털 전송 시스템들에서 이진 데이터의 시퀀스로 변환되어야 하는, 소스 신호(source signal)를 공급하는 소스(SCE)와,
- 채널을 통해 전송될 이진 데이터의 양을 감소시키고 채널 코더를 위해 의도된 이진 정보 성분들의 시퀀스를 공급하는 소스 코더(CS)와,
- 전송 에러들로부터 이진 정보 성분들을 보호하기 위해, 채널을 통해 전송될 이진 정보 성분들의 시퀀스에 중복(redundancy)을 도입하는 채널 코더(CC)로서, k/n으로 표기되는(k < n) 효율을 특징으로 하며, k는 코더의 입력에서의 병렬 이진 데이터의 수를 나타내고, n은, 코드 워드라 또한 불리는 n비트들의 시퀀스를 형성하는, 상기 코더의 출력에서의 병렬 이진 데이터의 수를 나타내는, 상기 채널 코더와,
- 채널 코더에 의해 공급되는 코드 워드 또는 이진 시퀀스를 채널을 통해 전송될 단일 전기 파동 신호로 변환함으로써 상기 전송 채널과 상기 전송기 사이의인터페이스를 구현하는 변조기(MOD)를 포함한다.
본 발명의 유리한 실시예에서, 변조기는 M=2m인 M개의 별개의 상태들을 갖는 M차(M-ary)라 불리는 성상도에 의해 m개의 정보 비트들을 동시에 전송하도록 제공된다.
전송 채널(CH)은 전송기로부터 수신기로 파동 신호들을 전송하기 위해 이용되는 물리적 매체이다. 이것은 몇몇 방식들로 실체화될 수 있는데, 무선(wireless) 통신의 경우에는 공기, 무선(Radio) 또는 위성에 의하고, 케이블 네트워크의 경우에는 케이블 또는, 광섬유들에 의하는 것 등이 있다.
수신 체인은:
- 수신된 파동 신호들을 처리하고, 상기 수신된 파동 신호들을 전송된 M차 성상도의 심볼의 추정들을 나타내는 숫자들의 시퀀스들로 변환하는 디지털 복조기 (DEMOD)와,
- 전송기 단부에서 채널 코더에 의해 이용되는 인코딩 방법을 인식하면서, 회복된 심볼로부터 원래의 정보 성분들의 시퀀스를 재구성하는 채널 디코더(DC)와,
- 전송기 단부에서 소스 코더에 의해 이용되는 인코딩 방법을 인식하면서, 원래의 이진 신호를 재구성하는 소스 디코더(DS)를 포함한다.
본 발명은 특히 채널 인코딩/디코딩 및 변조/복조 부분들에 관한 것이다. 종래의 전송 체인은, 채널 인코딩 및 변조가 채널 인코딩 및 변조 수단에 의해 함께 구현되는 전송기 단부와, 채널 디코딩 및 복조가 서로다른 연속적인 처리 동작들을최적화하는 채널 디코딩 및 복조 수단에 의해 또한 함께 구현되는 수신기 단부를 제외하면, 보존된다. 따라서, 도 2 및 도 3은 종래의 체인과 다른 부분들만이 도시된 본 발명에 따른 전송기와 수신기를 각각 예시한다.
다음의 서술에서, 본 발명을 이용한 실시예를 간결함의 이유로 하나만 서술한다. 이것은 M차 진폭 변조라 불리는 M과 동일한 다수의 별개의 상태들을 가진 특정 진폭 변조 타입에 관한 것이며, M은 2보다 큰 정수이고, 여기서 M은 일반적으로 2의 제곱이다. 이러한 진폭 변조 타입의 예들은 M-AM 및 M2-QAM 변조들이다. 그러나, 본 발명은 또한, 특히 PSK(위상 시프트 키잉(Phase Shift Keying))의 다른 변조들에 적용가능하다.
도 2는 이진 데이터를 전송 채널에서 상기 이진 데이터를 수송하도록 의도된 파동 신호들로 변환하는 본 발명에 따른 전송기의 실시예를 도시한다. 파동 신호들은, M개의 상태들의 성상도에서 선택된, 전송될 심볼들에 의해 나타내진다. 단지 채널 인코딩 및 변조 수단들이 도 2에 도시되며; 전송 체인의 다른 부분들은 도 1에 도시된 종래의 체인과 동일하다.
본 발명에 따른 채널 인코딩 및 변조 수단들은,
- 가능한 정보 심볼들의 수가 상기 성상도의 상태들의 수 M과 동일하도록, 상기 이진 데이터 스트림을, 입력 스트림이라 불리는, 정보 심볼들의 스트림으로 변환하는 업스트림 변환 수단과,
- 상기 입력 스트림의 상기 정보 심볼들을 인터리빙하고, 인터리빙된 입력스트림이라 불리는, 인터리빙된 정보 심볼들의 스트림을 발생시키는 인터리빙 수단과,
- 제 1 및 제 2 코더로서,
iii) 상기 제 1 코더에 의해 도입된 제 1 중복 정보 성분들과 정보 심볼들에 대한 표시들과,
iv) 상기 제 2 코더에 의해 도입된 제 2 중복 정보 성분들을 포함하는 출력 스트림들을 공급하기 위해, 상기 입력 스트림과 상기 인터리빙된 입력 스트림을 각각 수신하고 병렬로 동작하는, 상기 제 1 및 제 2 코더와,
- 상기 출력 스트림들로부터, 전송될 파동 신호들을 결정하는 선택 수단과,
- 출력 스트림들내의 억제 데이터로 구성되고, 코더의 출력에서 바라는 레이트로 채널 코더의 효율을 적응시키는, 선택적인 마킹(marking) 수단과,
- 채널을 통해 전송될 단일 출력 스트림에서 서로다른 출력 스트림들을 멀티플렉싱하는 출력 멀티플렉서를 포함한다.
본 발명의 양호한 실시예에 따라, 업스트림 변환 수단은 m=log2(M)인 이진 데이터 스트림내의 m 비트들의 시퀀스를 M개의 가능한 정보 심볼들로부터 선택된 정보 심볼로 변환하는 대응표를 포함한다. 4개의 상태들을 지닌 진폭 변조 또는, M=4 및 m=2인 4-AM 변조의 경우에, 심볼들은 세트 또는 성상도 {-3, -1, 1, 3}에서 값들을 가정한다. 대응표의 예는 성상도의 그레이 인코딩(Gray encoding)으로 구성되는 표 1이다. 다른 인코딩 타입들이 물론 또한 이용될 수 있다.
제 1 및 제 2 코더들은 병렬로 동작하는 연결된 코더들이다. 이것들은 체계적 코더들(systematic coders)이며, 즉, 입력 데이터를 재생하는 출력을 포함하는 타입이다. 2개의 코더들이 도 1에 도시되지만, 병렬로 동작하는 코더들의 수는 제한되지 않는다. 각각의 코더는 M-차 변조를 위한 체계적 트렐리스 코더(systematic trellis coder)이다. 그 입력은 Xt=(X0 t,...,Xk-1 t)로 표기된 M개의 상태들의 성상도로부터 선택된 k개의 정보 심볼들을 병렬로 수신하고, k개의 입력 심볼들 Xt=(X0 t,...,Xk-1 t)을 제 1 출력에서 공급하고, Yt=(Y0 t,...,Yn-k-1 t)로 표기된, 코더에 의해 도입된 n-k개의 중복 심볼들을 제 2 출력에서 공급한다. 도 1에 도시된 실시예에 따라, 코더들은 각각 k/n 및 k'/n으로 표기된 코딩 효율을 가져서(여기서, k 및 k'은 코더의 입력에서 병렬로 처리되는 정보 심볼들의 수를 나타냄), k=k'이 되며, 여기서 n 및 n'은 코더의 출력에서 병렬로 공급된 인코딩된 심볼 수들을 나타내는 정수들이다. 코더는, M차 알파벳[0,...,M-1]과 연관된, k개의 정보 심볼들을 입력에서 병렬로 수신하는 종래의 상태 기계(state machine)로 구성될 수 있다. 상태 기계의 현재 상태 및 이러한 입력에 기초하여, 대응표는 다음의 상태 및 n-k개의 M차 중복 심볼들을 선택한다. 코더의 선택은 특정 시프트 레지스터의 형태로 블록도에 도시된 코더들에 한정되지 않는다. 코더들은 바람직하게는 순환형(tail-biting)의 성질을 갖는 타입이다. 코더의 선택은 또한 채널을 통해 전송될 파동 신호들에 대한 변조 및 선택 파라미터들에 의존한다.
도 2는 2개의 연결된 체계적 코더들을 도시한다. 이진 입력 스트림은 M=2m인 K개의 M-차 심볼들의 프레임들로 포맷팅되며, 즉 각각의 심볼은 m 비트들에 의해 프레임에서 표현된다. K개의 프레임 심볼들의 순열(permutation)은 그후에 인터리빙 수단에 의해 구현된다. 원래의 정보 심볼들의 프레임은 제 1 코더의 입력에서 공급되고, 한편 인터리빙된 프레임은 제 2 코더의 입력에서 공급된다. 각각의 코더에 대해, 인코딩 방법은 인코딩 및 변조 수단의 입력에서 정보 심볼들의 프레임 당 K/k 단계들을 포함한다. 각 단계에서, n-k 중복 심볼들은 각각의 코더에 의해 발생되며, 이것은 인코딩 단계의 시작에서 발생된 총 2n-k개의 심볼들을 생기게 하는데,
- 입력 심볼들과 동일한 k개의 정보 심볼들과,
- 제 1 코더에 의해 도입된 n-k개의 중복 심볼들과,
- 제 2 코더에 의해 도입된 n-k개의 중복 심볼들이 그것이다.
이들 심볼들은 그후에, 이용된 변조 방법에 따라, 채널을 통해 전송될 파동 신호들에 의해 대체된다. 코더 성능, 특히 스펙트럼 효율을 개선하기 위해, 마킹 수단이 중복 심볼들의 스트림들내 데이터를 억제하도록 각각의 코더의 출력에서 이용될 수 있다. 마지막으로, 인코딩 및 변조 수단의 출력에서 3개의 심볼 스트림들을 멀티플렉싱하기 위해 멀티플렉싱 동작이 수행된다.
디코딩 동작은 도 3에 예시된다. 이것은 M개의 상태들을 가진 성상도에서 선택된 정보 심볼들을, 수신된 심볼들로부터, 회복시키는 반복적 복조 및 채널 디코딩 수단을 포함하는, 본 발명에 따른 수신기의 실시예를 도시한다. 반복적 복조 및 채널 디코딩 수단은;
- r0,..., rN-1로 표기된 각각의 수신된 심볼에 대해, 각각의 정보 심볼에 관련된 확률 표시들과, 코더들의 입력 심볼들 또는 정보 심볼들로부터 전송기 단부에서 서로다른 코더들에 의해 공급된 중복 심볼들에 관련된 확률 표시들을 포함하는, Λ0,...,ΛN'-1(여기서, N'은 프레임당 수신된 심볼들의 수를 나타냄)로 표기된 M개의 성분들을 가진 확률 벡터들을 공급하도록 확률을 계산하는 수단과,
- 확률 벡터들의 직렬 스트림을 3개의 병렬 스트림들로 변환하는 디멀티플렉서로서, 상기 3개의 병렬 스트림들은,
i) 전송기 단부에서 인코딩 수단의 입력 스트림의 k개의 정보 심볼들에 관련된 확률 표시들을 포함하는 k개의 확률 벡터들을 포함하는, L0 t,...,Lk-1 t로 표기되는, 제 1 스트림과,
ii) 전송기 단부에서 제 1 코더에 의해 발생된 n-k개의 중복 심볼들에 관련된 확률 표시들을 포함하는 n-k개의 확률 벡터들을 포함하는, Lk t,...,LN-1 t로 표기되는, 제 2 스트림과,
iii) 전송기 단부에서 제 2 코더에 의해 발생된 n-k개의 중복 심볼들에 관련된 확률 표시들을 포함하는 확률 벡터들을 포함하는, Ln t,...,L2n-k-1 t로 표기되는, 제 3 스트림인 상기 디멀티플렉서와,
- SISO 디코더들이라 불리는 디코더들의 시퀀스로서, 연속적인 쌍들로 동작하고, 입력에서 적어도:
i) 확률 벡터들의 부분과,
ii) A1iter,i t및 A2iter,i t로 각각 표기되고(iter는 반복 지수이고 i는 0과 k-1사이에 있음), 선험적 정보 성분들이라 불리는, 정보 심볼들에 관련된 수신된 심볼들에 독립한 표시들을 수신하여,
iii) E1iter,i t및 E2iter,i t로 각각 표기되는, 외부 정보 성분들이라 불리는, 정보 심볼들에 관련된 결과들과,
iv) APP1iter,i t및 APP2iter,i t로 각각 표기되고, 후험적 정보 성분들(a posteriori information components)이라 불리는, 정보 심볼들에 대한 후험적 확률 표시들을 출력에서 공급하는, 상기 디코더들의 시퀀스와,
- 관련된 디코더에 의해 공급된 후험적 정보 성분들로부터 탐색된 정보 심볼들을 선택하는, 적어도 하나의 SISO 디코더의 출력에 위치된, 적어도 하나의 결정블록을 포함한다.
본 발명의 양호한 실시예에 따라, (SISO1,i, SISO2,i)로 표기된, 반복 횟수 i동안 이용된 SISO 디코더들의 쌍은 다음이 방식으로 동작한다.
- SISO1,i로 표기된 제 1 SISO 디코더들은,
i) A1iter,0,...,A2iter,k-1로 표기되는, 선험적 확률 벡터들(a priori probability vectors)과,
ii) L0 t,...,Lk-1 t로 표기된, 정보 심볼들에 대응하는 수신된 심볼들에 대한 확률 표시들을 포함하는 확률 벡터들과,
iii) Lk t,...,Ln-1 t로 표기되는, 상기 정보 심볼들로부터 전송기 단부에서의 제 1 코더에 의해 공급된 제 1 중복 표시들에 대응하는 수신된 심볼들에 대한 확률 벡터들을 입력에서 수신하고,
iv) E1iter,0 t및 E1iter,k-1 t로 표기되는 제 1 외부 정보 성분들과,
v) APP1iter,0 t,...,APP1iter,k-1 t로 표기되는 제 1 후험적 정보 성분들을 출력에서 공급하고,
- 인터리빙 수단은,
vi) 제 1 인터리빙된 외부 정보 성분들과,
vii) 인터리빙된 심볼들에 대한 확률 표시들을 공급하도록,
제 1 외부 정보 성분들(iv)와, 정보 심볼들에 대응하는 수신된 심볼들에 대한 확률 표시들(ii)을 인터리빙하고,
- SISO1,i로 표기되는 제 2 SISO 디코더는:
viii) 후험적 정보 성분들로서의 제 1 인터리빙된 외부 정보 성분들(vi)과,
ix) 상기 인터리빙된 확률 표시들(vii)과,
x) Ln t,...,L2n-k-1 t로 표기된, 전송기 단부에서의 제 2 코더에 의해 공급된 제 2 중복 표시들에 대응하는 수신된 심볼들에 대한 확률 표시들을 입력에서 수신하고,
xi) E2iter,0 t,...,E2iter,k-1 t로 표기된, 제 2 외부 정보 성분들과,
xii) APP1iter,i t,...,APP1iter,k-1 t로 표기되는 제 2 후험적 정보 성분들을 출력에서 공급하고,
- 역 인터리빙 수단은 제 2 외부 정보 성분들(xi)과 제 2 후험적 정보 성분들(xii)을 디-인터리빙하고, SISO1,i+1로 표기되는, 다음 쌍의 제 1 SISO 디코더의 입력에서 선험적 정보 성분들로서 제 2 외부 정보 성분들(xi)을 공급하는 방식으로 동작한다.
상기 실시예에 따라, 디코딩 프로세스의 각각의 반복은 한쌍의 SISO 디코더들에 의한 처리 동작으로 구성된다. 제 1 디코더 SISO1,1는 정보 심볼들에 대응하는 확률 표시들 L0 t,...,Lk-1 t과 도 1의 제 1 코더에 의해 도입된 중복 정보 성분들에 대응하는 확률 표시들인 Lk t,...,Ln-1 t뿐 아니라 미리 정해진 선험적 정보 성분들 A11,1 t내지 A11,k t를 수신한다. 이것은 선험적 정보 성분들로서 SISO2,1쌍의 제 2 디코더의 입력에서 공급되도록 인터리빙되는 제 1 외부 정보 성분들 E11,1 t를 공급한다. 제 2 디코더는, 디-인터리빙 동작이후에, 다음 쌍의 제 1 디코더 SISO1,2에 의해 선험적 정보 성분들로서 다음 반복동안 이용되는 제 2 외부 정보 성분들 E21,1 t를 발생시키도록, 정보 심볼들에 대응하는 확률 표시들 L'0 t,...,L'k-1 t과 도 1의 제 2 코더에 의해 도입된 중복 정보 성분들에 대응하는 확률 표시들 Ln t,...,L2n-k-1 t의 인터레이스된(interlaced) 버젼을 가진 이들 정보 성분들을 이용한다.
디-마킹 수단(De-marking means)은 전송기 단부에서의 코딩동안 수행되는 마킹 동작에서 억제되는 데이터를 대체하기 위해 이용될 수 있다. 이들 수단들은 데이터 Lk t,...,Ln-1 t및 Ln t,...,L2n-k-1 t를 포함하는 입력 스트림들상에서 SISO 디코더들의 입력에 삽입되어야 한다. 전송기 단부에서의 코더의 효율이 전송기 단부에서 코더들에 의해 발생된 중복 정보 성분들에 대해 수행된 마킹 동작에 의해 적응된다면, 중복 정보 성분들에 대응하는 확률 표시들은 미리 정해진 등확률값들 (equiprobable values)로 고정된다.
각각의 정보 심볼에 대한 결정은, 바람직하게는 마지막 반복의 시작부분에서이지만 일반적 방식에서는 디코딩 프로세스동안 임의의 순간에, 즉 임의의 지수 it를 갖는 디코더의 출력에서, 관련되는 디코더의 출력에서 M개의 성분들 APPit,를 갖는 후험적 확률 벡터의 이 심볼에 대응하는 지수의 성분값에 따른 최대 후험적 확률을 갖는 상기 M-차 성상도의 심볼에 대응하는 채널을 통해 전송될 파동 신호를 선택함으로써 이루어진다.
도 4는 도 3에 도시된 실시예에 이용된 SISO 디코더의 실시예를 도시한다. 이것은, 확률 벡터들(L0 t,...,Lk-1 t및 Lk t,...,Ln-1 t)과 선험적 성분들(A0 t,...,Ak-1 t)로부터 후험적 확률 표시들(APP0 t,...,APPk-1 t)을 공급하는 제 1 계산 수단(APP)과, 정보 심볼들(L0 t,...,Lk-1 t)에 관련된 확률 표시들을 포함하는 확률 벡터들과 선험적 정보 성분들(A0 t,...,Ak-1 t)의 후험적 확률 표시들(APP0 t,...,APPk-1 t)로부터 외부 정보 성분들(Ext0 t,...,Extk-1 t)을 공급하는 제 2 계산수단(EXT)를 포함한다.
제 1 계산수단(APP)은, 수신된 심볼들(L0 t내지 Ln-1 t)과 선험적 정보 성분들(A0 t내지 Ak-1 t)의 관찰들로부터,로 표기된, 중간 확률들을 계산하는, BMC로 표기된, 브랜치 계산 블록(branch computing block)과, 알파 회귀(alpha recursion) 또는 순방향 회귀라 불리는, 제 1 회귀를 수행하는, FA로 표기되는, 계산 블록과, 베타 회귀(beta recursion) 또는 역방향 회귀라 불리는, 제 2 회귀를 수행하는, BA로 표기되는, 계산 블록과, 3개의 선행 블록들에 의해 공급된 결과들로부터 후험적 정보 성분들을 공급하는, AP로 불리는, 계산 블록을 포함한다.
상기 실시예에 따라 이용된 디코딩 알고리즘은, 대개 이진 코드에 적용되는, IEEE Trans. On Information Theory, vol, pp.284-287, March 1974에 발표된 "심볼 에러 레이트를 최소화하기 위한 선형 코드들의 최적의 디코딩(Optimal decoding of linear codes for minimizing symbol error rate)"이라 명명된 L.R.Bahl, J.Cocke, F.Jelinek 및, J.Raviv에 의한 논문에서 서술된 순방향-역방향 알고리즘의 일반화인 것으로 고려될 수 있다. MAP, log-MAP이라 불리는 수행 또는, European Trans. On Telecommunications, vol.8, no.2, pp.119-125, March-April 1997에 발표된 "터보 디코딩에 적합한 최적 및 서브-최적의 후험적 알고리즘들(Optimal and Sub-Optimal a Posteriori Algorithms Suitable for Turbo Decoding) "이라 명명된 P.Robertson, P.Hoeher 및, E.Villebrun에 의한 논문에서 특히 서술된 이들 알고리즘들의 임의의 다른 서브-최적의 수행의 서로 다른 변형들이 있을 수 있다.
수정들은 이진 회선 코드(binary convolute code)의 디코딩에 적용되는 순방향-역방향 알고리즘의 종래의 도입에서 실행되어야 한다. 수정들은, 수신된 심볼들의 확률들의 계산과, 수신된 심볼들의 확률들로부터의 상태와 정보 심볼들의 선험적 확률들로부터의 상태 사이의 전이 메트릭들(transition metrics)의 계산에서, 업스트림으로 수행된다. 순방향-역방향 알고리즘(forward-backward algorithm) 또는 서브-최적 로그 변형들(sub-optimal logarithmic variants)중 하나는 그후에 종래의 방식으로 적용된다.
순방향-역방향 알고리즘의 종래의 도입에 대한 다른 주목할만한 차이들은, 정보 심볼들의 후험적 확률들의 계산과, 정보 심볼들의 외부 정보 성분들의 계산에서, 다운스트림으로 일어난다.
이들 차이들은 L.R.Bahl, J.Cocke, F.Jelinek 및, J.Raviv에 의한 논문에서의 표기들을 이용하여 하기에 설명된다. 수신된 심볼들의 확률들의 계산은 소프트 복조기(soft demodulator)라 불리는 복조기에 의해 수행되며, 이것은 반복적 터보 디코딩 동작의 시작과 채널의 출력사이의 인터페이스를 구현한다. 소프트 복조기는 확률 계산 수단에 의해 도 3에 예시된다. 소프트 복조기는 심볼들의 확률 표시들을 계산한다. 수신된 심볼 Yi t에 대해서, 이러한 확률 표시는 M개의 성분들을 갖는 벡터이며, 여기서, Xm, m∈{1,...,M}은 성상도에서 각각의 심볼에 대응한다.
순방향-역방향 알고리즘 또는 이용된 그 변형들중 하나에 따라, 복조기는 확률들을 서로다른 방식으로 계산한다.
비-로그적 경우(non-logarithmic case)에서, 확률들은 다음식에 의해 정의된다.
이러한 양은 채널에 대해 알려진 것으로 가정된 특성들에만 의존한다. 부가적 백색 가우시안 또는 AWGN 잡음을 가진 채널의 경우에, 이것은 다음식에 의해 표현되고, 여기서, σ2은 잡음 변형들을 나타내며, dim은 변조 디멘젼,은 심볼 Xm에 대응하는 전송된 신호, ∥ ·∥은 노름(norm)을 나타낸다.
계산중에, 정규화 동작(normalization operation)이 부가되며, 이것은 상수 계수로부터 자유롭게 되는 것을 허용한다.
순방향-역방향 알고리즘(logMAP, MAXlogMAP 또는, 교정(Corrective) MaxlogMAP)의 로그 버전의 경우에, 확률들은 다음과 같이 정의된다.
AWGN 채널에 대해서, 알고리즘당 확률들로 이루어지는 이용을 고려함으로써(브랜치 메트릭의 계산에서), 상기 표현을 다음과 같이 줄이는 것이 가능하며, 여기서, < ·> 는 스칼라 곱을 나타낸다.
일정한 에너지 변조의 경우에, 확률들은 다음식에 의해 계산될 수 있다.
정보 심볼들의 선험적 확률들과 수신된 심볼들의 확률들로부터의 상태이의 전이 메트릭들의 계산은 또한 M-차 심볼들이 경우에 적응되어야 한다. 상태들 m과 m'사이의 순간 t에서의 전이 메트릭은 비-로그적 경우에서 서술되며, 여기서, Xi(m;m')은 상태 m과 상태 m'사이의 전이동안 코더에 의해 발생되는 i번째 심볼에 대응하고, Yi t는 순간 i에 대한 대응하는 관찰에 대응한다.
각각의 곱셈 항(product term)은 확률 벡터 Li t의 지수 i(m;m')을 갖는 성분이라는 것이 유의되어야 한다. 상태 St-1=m'에서 상태 St=m으로의 전이의 선험적 확률은 다음식에 의해 표현되며, 여기서, A(Xi t=Xi(m;m'))은 선험적 확률이며, 정보 심볼 Xi t는 m과 m'사이의 전이의 대응하는 심볼과 동일하다.
각각의 곱셈 항은 Xi t:Ai t의 선험적 확률 벡터의 지수 i(m;m')의 성분이라는 것이 유의되어야 한다.
알고리즘의 로그 버전을 이용할 때, 식들 (7) 및 (8)에서의 모든 곱들은 합들에 의해 대체될 것이다.
그다음에, 순방향-역방향 알고리즘 또는, 그 변형들중 하나는 종래의 방식으로 적용되며, 브랜치 메트릭들은 이진 데이터들이 식들 (7) 및 (8)에서 서술된 심볼들에 의해 대체되는 경우에 적응된다. 알고리즘은 L.R.Bahl, J.Cocke, F.Jelinek 및, J.Raviv에 의한 논문에서와 유사하게 3개의 단계들을 포함하며, 단계 "go"는 αt(m)=Pr{St=m;Y1 t}의 계산을 허용하고, 단계 "return"은 βt(m)=Pr{Yt+1 T/St=m}의 계산을 허용하고, 계산 단계는 α, β 및,로부터, 전이들의 후험적 확률들에 비례하는 값들인 σ를 다음 식으로 계산하고, 여기서Y는 채널의 출력에서의 임의의 관찰을 표시한다.
정보 심볼들의 후험적 확률 계산은 이들 양들에 기초하여 수행된다. 정보 심볼 Xi t의 후험적 확률 벡터는 다음과 같이 계산된다.
이들 항들 각각은 다음식에 의해 표현되며, 여기서, 합은 정보 심볼의 값 Xj가 위치 i에서 일어나는 순간 t에서 상태들 m의 상태들 m'으로의 모든 전이들에 대해 취해진다.
각각의 정보 심볼의 외부 정보 성분들의 계산은, 고려되는 정보 심볼의 확률과 선험적 확률에 대응하는 항들을, 식 (11)에서 고려되는 브랜치 메트릭들에서 무시함으로써 동일한 심볼에 대한 후험적 확률 계산과 병렬로 수행될 수 있다. 정보 심볼 Xi t의 외부 정보 벡터는 다음식과 같이 쓰여진다.
이들 항들 각각은 Xi t의 확률이나 선험적 확률을 포함하지 않은 브랜치 메트릭에 대응하는 항을 도입함으로써 유리하게 계산될 수 있다.
이 양에 의해서, 외부 정보 성분들은 다음식에 의해 계산될 수 있다.
식 (4)에 유사한 정규화 동작들은 후험적 확률 벡터들 및 외부 정보 벡터들상에서 수행된다.
심볼들을 위한 코드에 대한 이진 회선 코드의 소프트 입력 및 출력에서의 디코딩 동작의 일반화는 MAP 알고리즘 또는 그것의 서브-최적의 변형들의 어떤 수정도 포함하지 않는다는 것이 유의되어야 한다. 알고리즘들의 입력들 및 출력들은 심볼들의 모든 가능한 값들에 대응하는 벡터 데이터에 적응될 필요만 있다. 특히, 알고리즘의 "알파" 및 "베타" 양들을 초기화하는 종래의 기술들은, 트렐리스 (trellis)없이 코딩할 때, 최종 상태의 제로 세팅(zero setting) 또는 순환형이 관련되어 유효하다.
제 1 디코딩 반복동안, 제 1 SISO 디코더는 정보 심볼들의 선험적 확률들에 대한 정보를 가지지 않는다. 따라서, 벡터들 Ai t은 다음의 방식으로 초기화되는데, 비-로그적 도입의 경우에는 다음 식과 같고, 여기서 M은 심볼들의 알파벳에 대한 집합수(cardinal number)이며,
로그 도입의 경우에는 다음 식과 같다.
채널 디코딩 레벨에서 성능들을 개선하기 위해 다수의 상태들을 갖는 변조들에 모두 적응되는, 전송기, 수신기, 인코딩 방법과 디코딩 방법, 컴퓨터 프로그램 및 신호의 실시예들은 이전에 서술되었다. 다른 실시예들은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고서 서술된 실시예들로부터 용이하게 유도될 수 있다. 특히, 본 발명은 실시예들을 참조하여 서술된 변조들에 한정되지 않는다.
채널 디코딩 레벨에서 성능들의 개선을 허용하고 다수의 상태들을 갖는 변조들에 적응된 채널 인코딩 및 디코딩 수단을 제공한다.

Claims (11)

  1. 이진 데이터 스트림을, 전송될 심볼들에 의해 표현되고 전송 채널에서 상기 이진 데이터를 수송하도록 의도된 파동 신호들로 변환시키는 채널 인코딩 및 변조 수단들을 포함하는 전송기로서, 상기 파동 신호들은 M개의 상태들을 갖는 성상도(constellation)에서 선택되는 상기 전송기에 있어서,
    상기 채널 인코딩 및 변조 수단들은,
    - 가능한 정보 심볼들의 수가 상기 성상도의 상태들의 수 M과 동일하게 되도록, 상기 이진 데이터 스트림을 입력 스트림이라 불리는 정보 심볼들의 스트림으로 변환하는, 업스트림 변환 수단(conversion means upstream)과,
    - 상기 입력 스트림의 상기 정보 심볼들을 인터리빙하고, 인터리빙된 입력 스트림이라 불리는 인터리빙된 정보 심볼들의 스트림을 발생시키는 인터리빙 수단과,
    - 출력 스트림들을 공급하기 위해, 상기 입력 스트림과 상기 인터리빙된 입력 스트림을 각각 수신하고, 병렬로 동작하는 적어도 하나의 제 1 및 제 2 코더로서, 상기 출력 스트림들은
    i) 상기 제 1 코더에 의해 도입된 제 1 중복 정보 성분들(first redundancy information components)과 상기 정보 심볼들에 대한 표시들과,
    ii) 상기 제 2 코더에 의해 도입된 제 2 중복 정보 성분들을 포함하는, 상기 적어도 하나의 제 1 및 제 2 코더와,
    - 상기 출력 스트림들로부터, 전송될 상기 파동 신호들을 결정하는 선택 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전송기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 변환 수단은, m=log2(M)인 상기 이진 데이터 스트림내의 m 비트들의 시퀀스를 상기 M개의 가능한 정보 심볼들로부터 선택된 정보 심볼로 변환하는 대응표를 포함하는, 전송기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 코더들은 각각 k/n 및 k'/n'라 표기된 인코딩 효율을 갖고, k 및 k'은 상기 코더의 입력에서 병렬로 처리되는 정보 심볼들의 수를 나타내고, n 및 n'은 k=k'이 되도록 상기 코더의 출력에서 병렬로 공급되는 인코딩된 심볼들의 수들을 각각 나타내는 정수들인, 전송기.
  4. M개의 상태들을 갖는 알파벳에서 선택된 정보 심볼들을, 수신된 신호들로부터, 회복시키는 반복적 복조 및 채널 디코딩 수단을 포함하는 수신기에 있어서,
    상기 반복적 복조 및 채널 디코딩 수단은,
    - 상기 신호들을 수신하고, 상기 신호들을 수신된 심볼들이라 불리는 데이터 심볼들로 변환하는 수신 수단과,
    - 각각의 수신된 심볼에 대해서, 상기 정보 심볼들에 대한 확률 표시들과, 상기 정보 심볼들로부터 전송 단부에서의 코더에 의해 공급된 중복 표시들에 대한 확률 표시들을 포함하는 확률 벡터들을 공급하는 확률 계산 수단과,
    - SISO 디코더들이라 불리는, 디코더들의 시퀀스로서, 연속적인 쌍들로 동작하고, 입력에서 적어도,
    v) 상기 확률 벡터들과,
    vi) 선험적 정보 성분들(a priori information components)이라 불리는, 상기 정보 심볼들에 대한 상기 수신된 심볼들의 독립된 표시들을 수신하고,
    출력에서 적어도,
    vii) 외부 정보 성분들이라 불리는, 상기 정보 심볼들에 대한 결과들과,
    viii) 후험적 정보 성분들(a posteriori information components)이라 불리는, 정보 심볼들에 대한 후험적 확률 표시들을 공급하는, 상기 디코더들의 시퀀스와,
    - 상기 후험적 정보 성분들로부터 상기 정보 심볼들을 선택하는 적어도 하나의 결정 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 수신기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 SISO 디코더들은,
    - 상기 확률 벡터들과 상기 선험적 정보 성분들로부터 상기 후험적 확률 표시들을 공급하는 제 1 계산 수단과,
    - 상기 후험적 확률 표시들로부터 상기 외부 정보 성분들을 공급하는 제 2 계산 수단으로서, 상기 선험적 정보 성분들과 상기 확률 벡터들은 상기 정보 심볼들에 대한 확률 표시들을 포함하는, 상기 제 2 계산 수단을 포함하는, 수신기.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    SISO 디코더들의 쌍은,
    - 제 1 SISO 디코더로서:
    i) 상기 선험적 정보 성분들과,
    ii) 상기 정보 심볼들에 대응하는 수신된 심볼들에 대한 확률 표시들과,
    iii) 상기 정보 심볼들로부터 상기 전송기 단부에서의 제 1 코더에 의해 공급된 제 1 중복 표시들에 대응하는 수신된 심볼들에 대한 확률 표시들을 입력에서 수신하고,
    제 1 외부 정보 성분들과 제 1 후험적 정보 성분들을 출력에서 공급하는, 상기 제 1 SISO 디코더와,
    - 제 1 인터리빙된 외부 정보 성분들과 인터리빙된 확률 표시들을 공급하도록 상기 정보 심볼들에 대응하는 상기 수신된 심볼들에 대한 상기 확률 표시들과 상기 제 1 외부 정보 성분들을 인터리빙하는 인터리빙 수단과,
    - 제 2 SISO 디코더로서,
    i) 선험적 정보 성분들로서의 상기 제 1 인터리빙된 외부 정보 성분들과,
    ii) 상기 인터리빙된 확률 표시들과,
    iii) 제 2 코더에 의해 공급된 제 2 중복 표시들에 대응하는 수신된 심볼들에 대한 확률 표시들을 입력에서 수신하고,
    제 2 외부 정보 성분들과 제 2 후험적 정보 성분들을 출력에서 공급하는, 상기 제 2 SISO 디코더와,
    - 상기 제 2 외부 정보 성분들과 상기 제 2 후험적 정보 성분들을 디-인터리빙하고, 후속되는 쌍의 상기 제 1 SISO 디코더의 입력에 선험적 정보 성분들로서 상기 제 2 외부 정보 성분들을 공급하는, 역 인터리빙 수단(inverse interleaving means)을 포함하는, 수신기.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 청구된 전송기와, 제 4 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 청구된 수신기를 포함하는, 전송 시스템.
  8. 이진 데이터 스트림을, 전송될 심볼들에 의해 표현되고 전송 채널에서 상기 이진 데이터를 수송하도록 의도된 파동 신호들로 변환하는 채널 인코딩 및 변조 방법으로서, 상기 파동 신호들은 M개의 상태들을 갖는 성상도에서 선택되는 상기 채널 인코딩 및 변조 방법에 있어서,
    - 가능한 입력 심볼들의 수가 상기 성상도의 상태들의 수 M과 동일하게 되도록, 상기 이진 데이터 스트림을 입력 스트림이라 불리는 정보 심볼들의 스트림으로 업스트림 변환하는 단계와,
    - 상기 입력 스트림을 인터리빙하고 그로부터 인터리빙된 입력 스트림을 유도하는 단계와,
    - 상기 입력 스트림과 상기 인터리빙된 입력 스트림을 각각 수신하고, 상기 정보 심볼들에 대한 표시들과 상기 제 1 코더에 의해 도입된 제 1 중복 정보 성분들과 상기 제 2 코더에 의해 도입된 제 2 중복 정보 성분들을 포함하는 출력 스트림들을 공급하기 위해, 병렬로 동작하는 적어도 하나의 제 1 및 제 2 코더의 도움으로 인코딩하는 단계와,
    - 전송될 심볼들을 상기 출력 스트림들로부터 결정하기 위해 선택하는 단계를 포함하는, 채널 인코딩 및 변조 방법.
  9. 수신된 신호들로부터 M개의 상태들을 갖는 알파벳에서 선택된 전송된 정보 심볼들을 회복시키기 위한 복조 및 채널 디코딩의 반복적 방법에 있어서,
    - 상기 신호들을 수신하고, 상기 신호들을 수신된 심볼들이라 불리는 데이터 심볼들로 변환하는 단계와,
    - 상기 정보 심볼들에 대한 확률 표시들과, 상기 정보 심볼들로부터 전송기 단부에서의 코더에 의해 공급되는 중복 표시들에 대한 확률 표시들을 포함하는 확률 벡터들을 각각의 수신된 심볼에 대해 공급하는 확률 계산 단계와,
    - 반복적 디코딩 단계로서, 각각의 반복은,
    i) (a) 제 1 외부 정보 성분들이라 불리는 상기 정보 심볼들에 대한 결과들과,
    (b) 제 1 후험적 정보 성분들이라 불리는 상기 정보 심볼들에 대한 후험적 확률 표시들을,
    (c) 상기 확률 벡터들과,
    (d) 선험적 정보 성분들이라 불리는, 상기 정보 심볼들에 대한, 상기 수신된 심볼들의 독립된 표시들로부터, 공급하기 위한 디코딩의 제 1 서브-단계와,
    ii) 제 1 인터리빙된 외부 정보 성분들과 인터리빙된 확률 표시들을 공급하도록, 상기 정보 심볼들에 대응하는 상기 수신된 심볼들에 대한 확률 표시들을 포함하는 상기 확률 벡터들과 상기 제 1 외부 정보 성분들을 인터리빙하는 단계와,
    iii) 제 2 후험적 정보 성분들이라 불리는, 상기 수신된 심볼들에 대한 후험적 확률 표시들과 제 2 외부 정보 성분들을, 선험적 정보 성분들로서 이용되는 상기 제 1 인터리빙된 외부 정보 성분들과 상기 인터리빙된 확률 표시들로부터 공급하는 제 2 디코딩 서브-단계와,
    iv) 상기 제 2 외부 정보 성분들과 상기 제 2 후험적 정보 성분들을 디-인터리빙하고, 상기 후속하는 반복의 제 1 디코딩 서브-단계의 입력에서 선험적 정보 성분들로서 상기 제 2 외부 정보 성분들을 공급하는 역 인터리빙 단계를 포함하는, 상기 반복적 디코딩 단계와,
    - 상기 후험적 정보 성분들로부터 정보 심볼들을 선택하는 결정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복조 및 채널 디코딩의 반복적 방법.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 청구된 방법을 수행하기 위한 프로그램 코드 명령들을 포함하는 컴퓨터 프로그램.
  11. 제 10 항에 청구된 컴퓨터 프로그램을 수송하는 신호.
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