KR20030017886A - 비트 단위 복호를 위한 소프트 비트 값 산출 방법 및 이방법을 사용하는 통신 시스템 - Google Patents

비트 단위 복호를 위한 소프트 비트 값 산출 방법 및 이방법을 사용하는 통신 시스템 Download PDF

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KR20030017886A
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Abstract

본 발명은 비트 단위 복호를 위한 소프트 비트 값 산출 방법 및 이 방법을 사용하는 통신 시스템에 관한 것이다.
이러한 소프트 비트 값 산출 방법은 비트 단위로 부호화하고 그레이 코딩을 이용하여 M진 변조를 수행하는 통신 시스템에서 비트 단위 복호를 위한 것으로, 위상 왜곡이 보상된 수신 신호와, 0의 판별 영역과 1의 판별 영역을 구분하는 경계선과의 가장 가까운 거리에 기초하여 상기 수신 신호의 소프트 비트 값을 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 비트 단위로 부호화가 이루어지고 그레이 코딩을 이용한 M진 변조를 사용하는 통신 시스템에서 소프트 비트 값 산출 시 종래에 비해 그 연산량이 크게 감소하여 산출 시간이 줄어드는 동시에 하드웨어 구현 시 비용이 절감된다. 또한, 여러 개의 경계선이 있는 경우 대칭 이동 등을 통해 소프트 비트 값을 산출함으로써 복잡도가 크게 감소된다.

Description

비트 단위 복호를 위한 소프트 비트 값 산출 방법 및 이 방법을 사용하는 통신 시스템 {Method for calculating soft bit values for decoding per a bit unit and communication system using the same}
본 발명은 비트 단위로 부호화하고 그레이 코딩을 이용하여 M진 변조를 수행하는 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 비트 단위 복호를 위한 소프트 비트 값 산출 방법 및 이 방법을 사용하는 통신 시스템에 관한 것이다.
1982년에 운거벡(G. Ungerboeck)이 제시한 TCM(Trellis-Coded Modulation)은 부호화와 변조를 결합시켜 주파수 밴드의 증가 없이 채널 부호화를 이루는 방법으로, 운거벡은 AWGN(Additive White Gaussian Noise) 환경에서 최소 유클리디언 거리(minimum Euclidean distance)를 최대화하는 코드를 발명하였다(G. Ungerboeck, Channel coding with multilevel/phase signals,IEEE Trans. Infom. Theory, vol. IT-28, pp. 56-67,Jan. 1982. 참조).
한편, 1989년에 비터비 등(Viterbi et al.)은 TCM에서 비트 단위로 부호화 되는 길쌈부호를 이용하고 부호화된 비트를 묶어서 그레이 코딩을 통해 변조시켜 이미 구현된 비터비 디코더를 사용하는 실용적인 방식을 제안하였다. 이러한 방식은 부호화와 변조를 결합하는 운거벡의 방식에서 벗어나 부호화와 변조를 구분하는방식이다(A. J. Viterbi, J. K. Wolf, E. Zehavi, and R. Padovani, A Pragmatic approach to trellis-coded modulation,IEEE Commun. Mag., vol. 27, pp. 11-19, July 1989. 참조).
이러한 부호화와 변조를 분리하는 개념을 근거로 하여 이. 제하비(E. Zehavi)는 비트 단위로 인터리빙하는 것이 M진 심볼 단위로 인터리빙하는 것보다 다이버서티가 있어 페이딩 채널에서 더 우수한 성능을 가짐을 보였다(E. Zehavi, 8-PSK trellis codes on Rayleigh channel,IEEE MILCOM, vol. 2, pp 536-540, 1989 참조).
도 1은 종래 이. 제하비가 제시한 비트 단위로 인터리빙하는 통신 시스템을 도시한 도면이다.
도 1에 도시되어 있듯이, 비트 단위로 인터리빙하는 통신 시스템은 채널 부호화기(12), 비트 인터리버(14), 및 변조기(16)를 포함하는 송신부(10); 채널(20); 및 복조기(32), 비트 디인터리버(34), 및 채널 복호화기(36)를 포함하는 수신부 (30)를 포함한다.
송신부(10)에서 채널 부호화기(12)는 일반적인 채널 부호화기로 입력 데이터를 비트 단위로 부호화하여 일련의 코드워드를 출력하고, 비트 인터리버(14)는 채널 부호화기(12)에서 출력되는 코드워드들에 대해 신호의 버스트 에러 발생을 막기 위하여 여러 비트들을 섞으며, 변조기(16)는 비트 인터리버(14)를 통과한 코드워드에 대해 각각 M개의 비트를 묶어서 변조시킨다.
여기서 비트 인터리버(14)가 랜덤 인터리버이므로 M개의 비트를 M진 심볼로매핑(mapping)하는 것은 그레이 코딩이 사용된다.
변조기(16)에 의해 M진으로 변조된 심볼은 채널(20)을 거쳐 수신부(30)에 수신된다.
수신부(30)의 복조기(32)는 채널(20)을 통해 수신되는 신호를 비트 심볼로 복조하고, 비트 디인터리버(34)는 송신부(10)의 비트 인터리버(14)를 통해 섞인 비트를 본래의 순서대로 바꾼다.
채널 복호기(36)는 비트 디인터리버(34)로부터 출력되는 비트 심볼을 복호하여 출력한다.
이와 같이, 비트 단위로 코딩이 되고 인터리빙이 되는 M진 변조 방식은 M진 변조를 사용하여 많은 데이터를 보낼 수 있으며, 채널 부호화기(12)가 기존의 부호화기를 사용하고 페이딩에서 다이버서티가 있어서 현재 WCDMA 표준화 기구인 3GPP(3rdGeneration Partnership Project)의 고속 패킷 접속(High Speed Downlink Packet Access)의 규격으로 들어가 있다. 3GPP HSDPA의 코딩 방식은 터보 코드를 사용한다.
한편, 비트 단위로 코딩과 인터리빙이 되고 M진 변조를 사용하는 통신 시스템에서 비트 단위 인터리빙과 복호를 위해 M진 수신 신호를개의 비트 심볼로 복조를 해야 하며, 복조 시 강판정 값을 주게 되면 성능의 열화가 있게 되어서 연판정 값을 주어야 하고, 이러한 연판정 값을 주기 위한 종래 제안된 방법에는 실제 LLR(Log Likelihood Ratio) 값을 계산하는 방법과 LLR을 근사화하는 방법이 있다.
이러한 방법은 이. 제하비의 논문에서 제시한 소프트 비트 메트릭(soft bit metric) 방법을 이용하는 것으로 여러 논문에서도 찾아 볼 수 있다(A. Stefanov and T. Duman, Turbo coded modulation for wireless communications with antenna diversity, IEEE VTC, vol. 3, pp 1565-1569, 1999 참조).
송신부(10)에서 송신하는 M진 신호를 x, 이 x의개의 비트 중 i번째 비트를 bi(bi∈ {0,1}), 수신된 신호를 r이라고 하면 i번째 비트의 LLR은 다음 [수식 1]과 같다.
[수식 1]
여기서는 신호 구성도(constellation) 상에서 bi=1인 심볼들의 집합이고,0는 신호 구성도 상에서 bi=0인 심볼들의 집합이며, Pr은 확률을 의미한다.
각 M진 신호를 보낼 확률이 동일하다고 가정하면 상기 [수식 1]은 다음과 같은 [수식 2]가 된다.
[수식 2]
상기한 실제 LLR을 구하는 방법에 따르면 하나의 소프트 비트 값을 산출하는데 0 또는 1이 될 수 있는 점들의 확률을 구하여 더한 뒤, 결과값의 로그 값을 구해야 하므로 계산량이 크게 증가한다. 확률 분포는 대개 가우시안 분포로 가정하는데 이러한 확률 분포는 지수함수를 포함하고 있으며 확률값을 더한 값의 로그 값을 계산하기 위해서는 로그함수를 계산해야 하고, 실제 구현 시에는 지수함수와 로그함수의 테이블을 만든 뒤 이것을 이용하는데 버퍼면에서나 처리의 양 측면에서 그 구현이 매우 어렵다.
이와 같이 실제 LLR을 구하는 방법은 확률 값의 합의 로그값을 구해야 하기 때문에 그 복잡도가 매우 크다.
따라서 이러한 복잡도를 감소시키기 위해을 이용하여 LLR을 근사화하는 방식이 있다.
이러한 근사 방식은 터보 코드의 복호에 많이 쓰이는 방식이며, 위의 근사화 방식을 사용하면 LLR은 다음 [수식 4]와 같이 근사화될 수 있다.
[수식 4]
이러한 근사화 방법은 현재 3GPP의 고속 패킷 접속(HSDPA)에 관한 기술 문서 TR 25.848에 기술된 바와 같은 방식이다. 즉, 소프트 비트 값을 수신된 신호에서 해당 비트에서 1을 보낸 신호 점 중에서 가장 가까운 점과 해당 비트에서 0을 보낸 신호 점 중에서 가장 가까운 점의 LLR로 만들어 주는 방식이다(3GPP TR 25.848 V4.0.0 pp. 56-57 참조).
이러한 LLR을 근사화하는 방식은 실제 LLR을 구하는 방법에서와 같이 지수함수나 로그함수의 계산이 필요하지 않아 LLR 산출의 복잡도를 줄일 수 있다. 즉 확률분포가 가우시안이라고 가정하면 확률분포의 지수함수와 로그함수가 상쇄되어서 유클리디언 거리만 남게 된다.
그러나, 상기한 LLR의 근사화 방식은 모든 M점들과의 유클리디언 거리를 구하고 이 거리 중에서 0에 속한 점 중에서 최소의 거리와 1에 속한 점 중에서 최소의 거리를 구해야 하는데, 한 점과의 유클리디언 거리를 구하기 위해서는 2번의 뺄셈과 2번의 곱셈 그리고 1번의 덧셈이 필요하다. 또한 0 또는 1이 속한 점 중에서 최소 거리를 찾기 위해서는 0 또는 1이 속한 점들의 수가 M/2이므로 이 개수에 대해서 비교 판정이 필요하다.
따라서 상기한 근사화 방식 또한 여러 신호 점들 중에서 가장 확률이 큰 신호 점을 찾아 그 확률을 구하는 것이기 때문에 여전히 그 복잡도가 높다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 비트 단위로 부호화가 이루어지고 그레이 코딩을 이용한 M진 변조를 사용하는 통신 시스템에서 비트 단위 복호를 위한 연판정 값, 즉 소프트 비트 값을 산출하는 방법 및 이 방법을 사용하는 통신 시스템을 제공하는 것이다.
도 1은 종래 이. 제하비가 제시한 비트 단위로 인터리빙하는 통신 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 일반적인 그레이 코딩을 적용한 8 PSK 변조의 신호 구성도이다.
도 3은 일반적인 그레이 코딩을 적용한 16 QAM의 신호 구성도이다.
도 4는 일반적인 그레이 코딩을 적용한 64 QAM의 신호 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 소프트 비트 값 산출 방법에 따라 16 QAM에서 소프트 비트 값을 산출하는 과정을 나타내는 도면으로, 도 5a는 첫 번째 소프트 비트 값을 산출하는 과정, 도 5b는 두 번째 소프트 비트 값을 산출하는 과정, 도 5c는 세 번째 소프트 비트 값을 산출하는 과정, 및 도 5d는 네 번째 소프트 비트 값을 산출하는 과정을 각각 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 소프트 비트 값 산출 방법에 따라 8 PSK에서 소프트 비트 값을 산출하는 과정을 나타내는 도면으로, 도 6a는 첫 번째 소프트 비트 값을 산출하는 과정, 도 6b는 두 번째 소프트 비트 값을 산출하는 과정, 및 도 6c는 세 번째 소프트 비트 값을 산출하는 과정을 각각 나타내는 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 송신부 12 : 채널 부호화기 14 : 비트 인터리버
16 : 변조기 20 : 채널 30 : 수신부
32 : 복조기 34 : 비트 디인터리버 36 : 채널 복호기
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 비트 단위 복호를 위한소프트 비트 값 산출 방법은,
비트 단위로 부호화하고 그레이 코딩을 이용하여 M진 변조를 수행하는 통신 시스템에서 비트 단위 복호를 위해 소프트 비트 값을 산출하는 방법에 있어서,
위상 왜곡이 보상된 수신 신호와, 0의 판별 영역과 1의 판별 영역을 구분하는 경계선과의 가장 가까운 거리에 기초하여 상기 수신 신호의 소프트 비트 값을 산출하는 것을 특징으로 한다.
여기서 상기 0의 판별 영역과 1의 판별 영역을 구분하는 경계선이 복수 개인 경우, 상기 복수의 경계선과 상기 0 및 1의 판별 영역이 하나의 경계선과 각각 하나의 0 및 1의 판별 영역에 일치하도록 상기 수신 신호를 특정 축을 기준으로 대칭 이동시키고, 상기 일치된 경계선과 상기 수신 신호와 가장 가까운 거리에 기초하여 상기 소프트 비트 값을 산출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 특징에 따른 통신 시스템은,
입력 데이터를 비트 단위로 부호화하여 일련의 코드워드를 출력하는 채널 부호화기; 상기 채널 부호화기에서 출력되는 코드워드들에 대해 신호버스트 에러 발생을 막기 위하여 여러 비트들을 섞는 비트 인터리버; 및 상기 비트 인터리버에서 출력되는 코드워드들에 대해 그레이 코딩을 사용하여 각각 M개의 비트를 묶어서 M진 심볼로 매칭하여 변조시키는 변조기를 포함하는 송신부; 상기 송신부에서 출력되는 M진 심볼을 전송하는 채널; 및 상기 채널을 통해 수신되는 M진 심볼을 비트 심볼로 복조하며, 위상 왜곡이 보상된 수신 M진 심볼과, 0의 판별 영역과 1의 판별 영역을 구분하는 경계선과의 가장 가까운 거리에 기초하여 상기 수신 M진 심볼의소프트 비트 값을 산출하는 복조기; 상기 복조기에서 출력되는 비트 심볼을 본래의 순서대로 바꾸는 비트 디인터리버; 및 상기 비트 디인터리버로부터 출력되는 비트 심볼을 복호하는 채널 복호기를 포함하는 수신부를 포함한다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 일반적인 그레이 코딩을 적용한 8 PSK(Phase Shift Keying) 변조의 신호 구성도이고, 도 3은 일반적인 그레이 코딩을 적용한 16 QAM(Quadrature Amplitude Modulation)의 신호 구성도이며, 도 4는 일반적인 그레이 코딩을 적용한 64 QAM의 신호 구성도이다.
그레이 코딩의 가장 큰 특징은 이웃한 M진 심볼과는 M비트에서 한 비트씩 다르다는 것으로 도 2, 도 3 및 도 4에서 확인할 수 있다.
또한, 0과 1이 신호 구성도 상에서 규칙적인 배열을 하고 있으며, 예를 들어 도 2의 8 PSK에서 첫 번째 비트는 0이 실수축(I-Channel)의 상측(1, 2 사분면)에 1이 실수축의 하측(3, 4사분면)에 있고, 두 번째 비트는 허수축(Q-Channel)의 좌측(2, 3사분면)에 1이 우측(1, 4 사분면)에 0이 있으며, 세 번째 비트는 0이 실수축의 가까운 곳에 1이 허수축의 가까운 곳에 배열된다.
도 3의 16 QAM과 도 4의 64 QAM도 마찬가지로 규칙적인 배열을 하고 있는데 도 3의 16 QAM에서 첫번째 비트는 허수축의 좌측(2, 3사분면)에 1이 우측(1, 4 사분면)에 0이 있고, 두 번째 비트는 실수축의 하측(3, 4사분면)에 1이 상측(1, 2사분면)에 0이 있으며, 세 번째 비트는 실수축의 바깥쪽에 1이 안쪽에 0이 위치하고 있고, 네 번째 비트는 허수축의 바깥쪽에 1이 안쪽에 0이 위치하고 있다. 도 4의64 QAM은 상기한 도 3의 16 QAM과 유사하므로 여기에서는 생략한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 소프트 비트 값 산출 방법에 따라 16 QAM에서 소프트 비트 값을 산출하는 과정을 나타내는 도면으로, 도 5a는 첫 번째 소프트 비트 값을 산출하는 과정, 도 5b는 두 번째 소프트 비트 값을 산출하는 과정, 도 5c는 세 번째 소프트 비트 값을 산출하는 과정, 및 도 5d는 네 번째 소프트 비트 값을 산출하는 과정을 각각 나타내는 도면이다.
전송 신호는 채널을 거치면서 위상 왜곡과 진폭왜곡이 생기는데 M진 신호를 코히런트(Coherent) 변조를 하기 위해서는 채널의 왜곡을 알아야 한다. 여기서는 채널 추정을 통해 채널 반응을 추정한다고 가정하며 도 5는 위상 왜곡을 보상한 신호의 구성도에 기초하며, 각 신호 점은 원래 신호에 추정된 채널 진폭이 곱해진 점이다.
채널 위상 왜곡이 보상된 신호(R)는 각 잡음 신호와 간섭 신호 그리고 채널 추정치의 오류 등 여러 가지에 의해 예상 신호 점과 일치하지 않게 된다.
도 5a에 도시되어 있듯이, 첫번째 비트에서 좌측에서 우측으로 '1100'의 판별 영역이 되므로, 허수축(Q-Channel)을 기준으로 좌측(2, 3사분면)이 1판별 영역이고 우측(1, 4사분면)이 0판별 영역이므로, 1판별 영역과 0판별 영역의 경계선 (BL1)은 허수축(Q-Channel)이 된다.
여기서 중요한 것은 위상 왜곡이 보상된 신호(R1)와 경계선(BL1)과의 가장 가까운 거리(L1)이므로 첫번째 비트는 위상이 보상된 수신 신호(R1)와 허수축(Q-Channel)과의 가장 가까운 거리(L1)로 수신 신호의 실수의 절대값이 된다. 이 절대값에 비트 0이 양의 값을 갖느냐 음의 값을 갖느냐에 따라 부호를 결정하여 준다.
다음, 두 번째 비트는 도 5b에 도시되어 있는 바와 같이, 실수축(I-Channel)을 기준으로 하측(3, 4사분면)이 1판별 영역이고 상측(1, 2사분면)이 0판별 영역이므로, 1판별 영역과 0판별 영역의 경계선(BL2)은 실수축(I-Channel)이 된다.
따라서, 위상 왜곡이 보상된 수신 신호(R2)와 실수축(I-Channel)과의 가장 가까운 거리(L2)가 가장 중요하며, 이 거리(L2)는 수신 신호(R2)의 허수 값의 절대값이 된다.
두 번째 비트도 첫 번째 비트와 마찬가지로 비트 0이 양의 값을 갖느냐 음의 값을 갖느냐에 따라 그 부호 값이 결정된다.
세 번째 비트와 네 번째 비트는 첫 번째 비트와 두 번째 비트와 달리 1판별 영역과 0판별 영역의 경계선이 2개가 되므로, 상기 2개의 경계선 중 가장 가까운 경계선을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 2개의 경계선 중 가까운 경계선을 사용하는 이유는 가까운 경계선 근처의 신호 점에서 전송되었을 확률이 크기 때문이다.
도 5c에 도시되어 있듯이, 세 번째 비트는 허수 축(Q-Channel)에 평행하며 각각 좌측 및 우측의 중간에 위치하는 경계선1(BL3) 및 경계선2(BL4)를 기준으로 바깥쪽이 1판별 영역이고 안쪽이 0판별 영역이므로, 1판별 영역과 0판별 영역의 경계선(BL3, BL4)은 2개가 된다.
따라서, 위상 왜곡을 보상한 수신 신호(R3)의 실수 값이 양이라고 가정하면 위상 왜곡이 보상된 수신 신호(R3)와 우측 경계선인 경계선2(BL4)와의 가장 가까운거리(L3)가 소프트 비트 값이 된다. 만일 위상 왜곡을 보상한 수신 신호(R3)의 실수 값이 음이라면 경계선1(BL3)을 기준으로 소프트 비트 값이 결정된다.
또한, 도 5d에 도시되어 있듯이, 네 번째 비트는 실수 축(I-Channel)에 평행한 경계선3(BL5) 및 경계선4(BL6)를 기준으로 바깥쪽이 1판별 영역이고 안쪽이 0판별 영역이므로, 1판별 영역과 0판별 영역의 경계선(BL5, BL6)은 2개가 된다.
따라서, 세 번째 비트와 유사하게 수신 신호(R4)의 허수 값이 양이라고 가정하면 경계선은 경계선1(BL5)이 되며 수신 신호(R4)와 이 경계선(BL5)과의 거리(L4)가 소프트 비트 값이 된다.
한편, 16 QAM에서는 세 번째 비트와 네 번째 비트에 대해 각각 두 개의 경계선이 존재하는데 이들 경계선은 대칭 이동을 통해 일치시킬 수 있다.
세 번째 비트는 도 5c에서 볼 수 있듯이 허수 축(Q-Channel)에 대해서 대칭성을 가지고 있다. 즉, 허수 축(Q-Channel)을 중심으로 대칭이동시키면 신호 점들이 일치하고 0판별 영역과 1의 판별 영역이 겹치며 경계선(BL3, BL4)도 또한 일치함을 알 수 있다.
따라서 위상 왜곡이 보상된 수신 신호(R3)를 대칭이동시키고 경계선을 하나로 함으로써 세 번째 소프트 비트 값 산출이 더욱 간편하게 구현될 수 있다.
네 번째 비트도 세 번째 비트에서와 유사하게 실수 축(I-Channel)에 대하여 대칭성을 가지고 있으므로 실수 축(I-Channel)에의 대칭 이동을 통해 하나의 경계선을 가지고 네 번째 소프트 비트 값을 보다 간단하게 구할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 소프트 비트 값 산출 방법에 따라 8 PSK에서 소프트 비트 값을 산출하는 과정을 나타내는 도면으로, 도 6a는 첫 번째 소프트 비트 값을 산출하는 과정, 도 6b는 두 번째 소프트 비트 값을 산출하는 과정, 및 도 6c는 세 번째 소프트 비트 값을 산출하는 과정을 각각 나타내는 도면이다.
도 6a에 도시되어 있듯이, 첫 번째 비트는 실수 축(I-Channel)을 기준으로 상측(1, 2사분면)이 0의 판별 영역이고 하측(3, 4사분면)이 1의 판별 영역이므로 실수 축(I-Channel)이 경계선(BL11)이 된다. 이 경계선(BL11)과 위상 왜곡이 보상된 수신 신호(R11)와의 가장 가까운 거리(L11)가 첫 번째 비트의 소프트 비트 값이 된다.
또한, 도 6b에 도시되어 있듯이, 두 번째 비트는 허수 축(Q-Channel)이 0의 판별 영역과 1의 판별 영역의 경계선(BL12)이 되고, 이 경계선(BL12)과 위상 왜곡이 보상된 수신 신호(R12)와의 가장 가까운 거리(L12)가 두 번째 비트의 소프트 값이 된다.
또한, 도 6c에 도시되어 있듯이, 세 번째 비트는 실수 축(I-Channel)을 기준으로 양의 45도 방향의 직선(BL13)과 음의 45도 방향의 직선(BL14)이 0의 판별 영역과 1의 판별 영역의 경계선이 된다.
이 경우 도 5를 참조하여 설명한 16 QAM에서와 마찬가지로 위상왜곡이 보상 된 수신 신호(R13)와 가장 가까운 경계선(BL13)을 선택하여 이 경계선(BL13)과 수신 신호(R13)와의 가장 가까운 거리(L13)를 세 번째 비트의 소프트 값으로 결정하며, 선택된 경계선과 0 및 1의 판별 영역은 16 QAM에서와 마찬가지로 대칭 이동을 통해 일치시킬 수 있다.
세 번째 비트에 대해서는 허수 축(Q-Channel)에 대해 대칭 이동, 실수 축(I-Channel)에 대해 대칭 이동, 또는 원점(O)에 대한 대칭 이동을 통해 경계선과 0및 1의 판별 영역을 일치시킬 수 있다.
한편, 상기 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한 바와 같이 그레이 코딩을 사용하는 다른 M진 변조에 대해서도 위와 같은 방식을 이용하여 각 소프트 비트를 구할 수 있다.
예를 들어, 도 4의 64 QAM에서의 경우 첫 번째 비트에서 네 번째 비트는 도 5의 16 QAM에서 첫 번째 비트에서 네 번째 비트의 소프트 비트 값을 산출하는 방법과 동일하다.
다섯 번째의 비트는 좌측으로부터 10011001의 판별 영역을 가지므로, 이를 일치시키기 위해서는 두 번의 대칭 이동이 필요하다. 첫 번째 대칭 이동의 경우 판별 영역 중 가운데인 '11'의 중간, 즉 허수 축을 기준으로 대칭 이동시키면 판별 영역이 '1001'로 포개지고, 이 판별 영역의 가운데인 '00'의 중간을 기준으로 대칭 이동시키면 '01'의 판별 영역으로 합쳐져서 하나의 경계선으로 그 소프트 비트 값을 결정할 수 있다.
여섯 번째의 비트는 다섯 번째의 비트와 마찬가지로, 상측으로부터 하측으로 '10011001'의 판별 영역을 가지므로, 첫 번째 대칭 이동의 경우 판별 영역 중 가운데인 '11'의 중간, 즉 실수 축을 기준으로 대칭 이동시켜 판별 영역을 '1001'로 합치고, 두 번째 대칭 이동에서는 판별 영역 '1001' 중 가운데인 '00'의 중간을 기준으로 대칭 이동시켜 '01'의 판별 영역으로 합쳐서 하나의 경계선으로 그 소프트 비트 값을 결정한다.
상기한 바와 같이 본 발명의 실시예에서는 소프트 비트 값을 산출하기 위해 경계선과의 뺄셈만이 필요하므로 복잡도가 매우 줄어들게 된다. 경계선이 여러 개인 경우에는 비교 판정 또는 대칭 이동으로 인해 약간의 복잡도가 늘어나지만 이 경우에도 종래에 비해서는 상대적으로 그 복잡도가 매우 감소된다.
16 QAM의 경우를 예로 들면, 종래 LLR을 근사화하는 방법에 따르면 유클리디언 거리를 구하는데 있어서 1*(2 곱셈 + 2 뺄셈 + 1 덧셈)이 필요하고, 0과 1이 각각 한 번씩 2번이고 16 QAM은 4비트가 있으므로 8개의 값에 대해 최소 값을 구하는 것이 2*4번 있어야 한다. 또한 각 비트에 대해서 0과 1이 유클리디언 거리 차이가 필요하므로 4번의 뺄셈이 더 있어야 한다.
반면에 도 5를 참조하여 설명한 본 발명의 실시예에 따르면 4번의 뺄셈과 여러 개의 경계선이 있는 비트에 대해 대칭이동(여기서는 단순한 부호 바꿈) 또는 두 경계선과의 거리 중 최소 거리를 찾는 것이므로 2개 중에서 최소 값을 찾는 것만이 필요하므로, 종래 LLR 근사화 방식에 비해 그 복잡도가 매우 감소된다.
비록, 본 발명이 가장 실제적이며 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 상기 개시된 실시예에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위 내에 속하는 다양한 변형 및 등가물들도 포함한다.
본 발명에 따르면, 비트 단위로 부호화가 이루어지고 그레이 코딩을 이용한 M진 변조를 사용하는 통신 시스템에서 소프트 비트 값 산출 시 종래에 비해 그 연산량이 크게 감소하여 산출 시간이 줄어드는 동시에 하드웨어 구현 시 비용이 절감된다. 또한, 여러 개의 경계선이 있는 경우 대칭 이동 등을 통해 소프트 비트 값을 산출함으로써 복잡도가 크게 감소된다.

Claims (16)

  1. 비트 단위로 부호화하고 그레이 코딩을 이용하여 M진 변조를 수행하는 통신 시스템에서 비트 단위 복호를 위해 소프트 비트 값을 산출하는 방법에 있어서,
    위상 왜곡이 보상된 수신 신호와, 0의 판별 영역과 1의 판별 영역을 구분하는 경계선과의 가장 가까운 거리에 기초하여 상기 수신 신호의 소프트 비트 값을 산출하는
    비트 단위 복호를 위한 소프트 비트 값 산출 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 0의 판별 영역과 1의 판별 영역을 구분하는 경계선이 복수 개인 경우, 상기 복수의 경계선과 상기 0 및 1의 판별 영역이 하나의 경계선과 각각 하나의 0 및 1의 판별 영역에 일치하도록 상기 수신 신호를 특정 축을 기준으로 대칭 이동시키고, 상기 일치된 경계선과 상기 수신 신호와의 가장 가까운 거리에 기초하여 상기 소프트 비트 값을 산출하는 것을 특징으로 하는 비트 단위 복호를 위한 소프트 비트 값 산출 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 M진 변조가 8 PSK 변조인 경우,
    첫 번째 소프트 비트에 대해 상기 경계선은 실수 축이며, 상기 실수 축과 상기 수신 신호와의 가장 가까운 거리에 기초하여 상기 첫 번째 소프트 비트 값을 산출하는 제1 단계;
    두 번째 소프트 비트에 대해 상기 경계선은 허수 축이며, 상기 허수 축과 상기 수신 신호와의 가장 가까운 거리에 기초하여 상기 두 번째 소프트 비트 값을 산출하는 제2 단계; 및
    세 번째 소프트 비트에 대해 상기 경계선은 실수 축을 기준으로 양의 45°방향의 직선과 음의 45°방향의 직선 2개이며, 상기 직선 2개와 상기 수신 신호와의 가장 가까운 거리에 기초하여 상기 세 번째 소프트 비트 값을 산출하는 제3 단계
    를 포함하는 비트 단위 복호를 위한 소프트 비트 값 산출 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제3 단계에서,
    상기 수신 신호를 허수 축에 대해 대칭 이동시켜 상기 경계선인 2개의 직선과 0 및 1의 판별 영역을 각각 일치시키고, 상기 일치된 하나의 경계선과 상기 수신 신호와의 가장 가까운 거리에 기초하여 상기 세 번째 소프트 비트 값을 산출하는 것을 특징으로 하는 비트 단위 복호를 위한 소프트 비트 값 산출 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 M진 변조가 16 QAM인 경우,
    첫 번째 소프트 비트에 대해 상기 경계선은 허수 축이며, 상기 허수 축과 상기 수신 신호와의 가장 가까운 거리에 기초하여 상기 첫 번째 소프트 비트 값을 산출하는 제1 단계;
    두 번째 소프트 비트에 대해 상기 경계선은 실수 축이며, 상기 실수 축과 상기 수신 신호와의 가장 가까운 거리에 기초하여 상기 두 번째 소프트 비트 값을 산출하는 제2 단계;
    세 번째 소프트 비트에 대해 상기 경계선은 허수 축에 평행하고 각각 상기 허수 축의 좌측 및 우측의 중간에 위치하는 직선 2개이며, 상기 직선 2개와 상기 수신 신호와의 가장 가까운 거리에 기초하여 상기 세 번째 소프트 비트 값을 산출하는 제3 단계; 및
    네 번째 소프트 비트에 대해 상기 경계선은 실수 축에 평행하고 각각 상기 실수 축의 좌측 및 우측의 중간에 위치하는 직선 2개이며, 상기 직선 2개와 상기 수신 신호와의 가장 가까운 거리에 기초하여 상기 네 번째 소프트 비트 값을 산출하는 제4 단계
    를 포함하는 비트 단위 복호를 위한 소프트 비트 값 산출 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제3 단계에서,
    상기 수신 신호를 허수 축에 대해 대칭 이동시켜 상기 경계선인 2개의 직선과 0 및 1의 판별 영역을 각각 일치시키고, 상기 일치된 하나의 경계선과 상기 수신 신호와의 가장 가까운 거리에 기초하여 상기 세 번째 소프트 비트 값을 산출하는 것을 특징으로 하는 비트 단위 복호를 위한 소프트 비트 값 산출 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제4 단계에서,
    상기 수신 신호를 실수 축에 대해 대칭 이동시켜 상기 경계선인 2개의 직선과 0 및 1의 판별 영역을 각각 일치시키고, 상기 일치된 하나의 경계선과 상기 수신 신호와의 가장 가까운 거리에 기초하여 상기 네 번째 소프트 비트 값을 산출하는 것을 특징으로 하는 비트 단위 복호를 위한 소프트 비트 값 산출 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 M진 변조가 64 QAM인 경우,
    첫 번째 소프트 비트에 대해 상기 경계선은 허수 축이며, 상기 허수 축과 상기 수신 신호와의 가장 가까운 거리에 기초하여 상기 첫 번째 소프트 비트 값을 산출하는 제1 단계;
    두 번째 소프트 비트에 대해 상기 경계선은 실수 축이며, 상기 실수 축과 상기 수신 신호와의 가장 가까운 거리에 기초하여 상기 두 번째 소프트 비트 값을 산출하는 제2 단계;
    세 번째 소프트 비트에 대해 상기 경계선은 허수 축에 평행하고 각각 상기 허수 축의 좌측 및 우측의 중간에 위치하는 직선 2개이며, 상기 직선 2개와 상기 수신 신호와의 가장 가까운 거리에 기초하여 상기 세 번째 소프트 비트 값을 산출하는 제3 단계;
    네 번째 소프트 비트에 대해 상기 경계선은 실수 축에 평행하고 각각 상기 실수 축의 좌측 및 우측의 중간에 위치하는 직선 2개이며, 상기 직선 2개와 상기 수신 신호와의 가장 가까운 거리에 기초하여 상기 네 번째 소프트 비트 값을 산출하는 제4 단계;
    다섯 번째 소프트 비트에 대해 상기 수신 신호를 허수 축에 대해 1차 대칭 이동시킨 후, 상기 허수 축에 평행하며 상기 허수 축의 우측 중간에 위치하는 직선을 기준으로 2차 대칭시켜 경계선과 0 및 1의 판별 영역을 각각 일치시키고, 상기 일치된 하나의 경계선과 상기 수신 신호와의 가장 가까운 거리에 기초하여 상기 다섯 번째 소프트 비트 값을 산출하는 제5 단계; 및
    여섯 번째 소프트 비트에 대해 상기 수신 신호를 실수 축에 대해 1차 대칭 이동시킨 후, 상기 실수 축에 평행하며 상기 실수 축의 상측 중간에 위치하는 직선을 기준으로 2차 대칭시켜 경계선과 0 및 1의 판별 영역을 각각 일치시키고, 상기 일치된 하나의 경계선과 상기 수신 신호와의 가장 가까운 거리에 기초하여 상기 여섯 번째 소프트 비트 값을 산출하는 제6 단계
    를 포함하는 비트 단위 복호를 위한 소프트 비트 값 산출 방법.
  9. 입력 데이터를 비트 단위로 부호화하여 일련의 코드워드를 출력하는 채널 부호화기, 상기 채널 부호화기에서 출력되는 코드워드들에 대해 신호버스트 에러 발생을 막기 위하여 여러 비트들을 섞는 비트 인터리버, 및 상기 비트 인터리버에서출력되는 코드워드들에 대해 그레이 코딩을 사용하여 각각 M개의 비트를 묶어서 M진 심볼로 매칭하여 변조시키는 변조기를 포함하는 송신부;
    상기 송신부에서 출력되는 M진 심볼을 전송하는 채널; 및
    상기 채널을 통해 수신되는 M진 심볼을 비트 심볼로 복조하며, 위상 왜곡이 보상된 수신 M진 심볼과, 0의 판별 영역과 1의 판별 영역을 구분하는 경계선과의 가장 가까운 거리에 기초하여 상기 수신 M진 심볼의 소프트 비트 값을 산출하는 복조기, 상기 복조기에서 출력되는 비트 심볼을 본래의 순서대로 바꾸는 비트 디인터리버, 및 상기 비트 디인터리버로부터 출력되는 비트 심볼을 복호하는 채널 복호기를 포함하는 수신부
    를 포함하는 통신 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 0의 판별 영역과 1의 판별 영역을 구분하는 경계선이 복수 개인 경우, 상기 복수의 경계선과 상기 0 및 1의 판별 영역이 하나의 경계선과 각각 하나의 0 및 1의 판별 영역에 일치하도록 상기 수신 M진 심볼을 특정 축을 기준으로 대칭 이동시키고, 상기 일치된 경계선과 상기 수신 M진 심볼과의 가장 가까운 거리에 기초하여 상기 소프트 비트 값을 산출하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 M진 변조가 8 PSK 변조인 경우,
    첫 번째 소프트 비트에 대해 상기 경계선은 실수 축이며, 상기 실수 축과 상기 수신 M진 심볼과의 가장 가까운 거리에 기초하여 상기 첫 번째 소프트 비트 값을 산출하고,
    두 번째 소프트 비트에 대해 상기 경계선은 허수 축이며, 상기 허수 축과 상기 수신 M진 심볼과의 가장 가까운 거리에 기초하여 상기 두 번째 소프트 비트 값을 산출하며,
    세 번째 소프트 비트에 대해 상기 경계선은 실수 축을 기준으로 양의 45°방향의 직선과 음의 45°방향의 직선 2개이며, 상기 직선 2개와 상기 수신 M진 심볼과의 가장 가까운 거리에 기초하여 상기 세 번째 소프트 비트 값을 산출하는
    것을 특징으로 하는 통신 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 세 번째 소프트 비트 값을 산출함에 있어서,
    상기 수신 M진 심볼을 허수 축에 대해 대칭 이동시켜 상기 경계선인 2개의 직선과 0 및 1의 판별 영역을 각각 일치시키고, 상기 일치된 하나의 경계선과 상기 수신 M진 심볼과의 가장 가까운 거리에 기초하여 상기 세 번째 소프트 비트 값을 산출하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 M진 변조가 16 QAM인 경우,
    첫 번째 소프트 비트에 대해 상기 경계선은 허수 축이며, 상기 허수 축과 상기 수신 M진 심볼과의 가장 가까운 거리에 기초하여 상기 첫 번째 소프트 비트 값을 산출하고,
    두 번째 소프트 비트에 대해 상기 경계선은 실수 축이며, 상기 실수 축과 상기 수신 M진 심볼과의 가장 가까운 거리에 기초하여 상기 두 번째 소프트 비트 값을 산출하며,
    세 번째 소프트 비트에 대해 상기 경계선은 허수 축에 평행하고 각각 상기 허수 축의 좌측 및 우측의 중간에 위치하는 직선 2개이며, 상기 직선 2개와 상기 수신 M진 심볼과의 가장 가까운 거리에 기초하여 상기 세 번째 소프트 비트 값을 산출하고,
    네 번째 소프트 비트에 대해 상기 경계선은 실수 축에 평행하고 각각 상기 실수 축의 좌측 및 우측의 중간에 위치하는 직선 2개이며, 상기 직선 2개와 상기 수신 M진 심볼과의 가장 가까운 거리에 기초하여 상기 네 번째 소프트 비트 값을 산출하는
    것을 특징으로 하는 통신 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 세 번째 소프트 비트 값을 산출함에 있어서,
    상기 수신 M진 심볼을 허수 축에 대해 대칭 이동시켜 상기 경계선인 2개의 직선과 0 및 1의 판별 영역을 각각 일치시키고, 상기 일치된 하나의 경계선과 상기수신 M진 심볼과의 가장 가까운 거리에 기초하여 상기 세 번째 소프트 비트 값을 산출하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 네 번째 소프트 비트 값을 산출함에 있어서,
    상기 수신 M진 심볼을 실수 축에 대해 대칭 이동시켜 상기 경계선인 2개의 직선과 0 및 1의 판별 영역을 각각 일치시키고, 상기 일치된 하나의 경계선과 상기 수신 M진 심볼과의 가장 가까운 거리에 기초하여 상기 네 번째 소프트 비트 값을 산출하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 M진 변조가 64 QAM인 경우,
    첫 번째 소프트 비트에 대해 상기 경계선은 허수 축이며, 상기 허수 축과 상기 수신 M진 심볼과의 가장 가까운 거리에 기초하여 상기 첫 번째 소프트 비트 값을 산출하고,
    두 번째 소프트 비트에 대해 상기 경계선은 실수 축이며, 상기 실수 축과 상기 수신 M진 심볼과의 가장 가까운 거리에 기초하여 상기 두 번째 소프트 비트 값을 산출하며,
    세 번째 소프트 비트에 대해 상기 경계선은 허수 축에 평행하고 각각 상기 허수 축의 좌측 및 우측의 중간에 위치하는 직선 2개이며, 상기 직선 2개와 상기수신 M진 심볼과의 가장 가까운 거리에 기초하여 상기 세 번째 소프트 비트 값을 산출하고,
    네 번째 소프트 비트에 대해 상기 경계선은 실수 축에 평행하고 각각 상기 실수 축의 좌측 및 우측의 중간에 위치하는 직선 2개이며, 상기 직선 2개와 상기 수신 M진 심볼과의 가장 가까운 거리에 기초하여 상기 네 번째 소프트 비트 값을 산출하며,
    다섯 번째 소프트 비트에 대해 상기 수신 신호를 허수 축에 대해 1차 대칭 이동시킨 후, 상기 허수 축에 평행하며 상기 허수 축의 우측 중간에 위치하는 직선을 기준으로 2차 대칭시켜 경계선과 0 및 1의 판별 영역을 각각 일치시키고, 상기 일치된 하나의 경계선과 상기 수신 M진 심볼과의 가장 가까운 거리에 기초하여 상기 다섯 번째 소프트 비트 값을 산출하고,
    여섯 번째 소프트 비트에 대해 상기 수신 M진 심볼을 실수 축에 대해 1차 대칭 이동시킨 후, 상기 실수 축에 평행하며 상기 실수 축의 상측 중간에 위치하는 직선을 기준으로 2차 대칭시켜 경계선과 0 및 1의 판별 영역을 각각 일치시키고, 상기 일치된 하나의 경계선과 상기 수신 M진 심볼과의 가장 가까운 거리에 기초하여 상기 여섯 번째 소프트 비트 값을 산출하는
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