KR20040031323A

KR20040031323A - 비터비 복호기의 경로 메트릭 저장 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20040031323A
Application number: KR1020020060720A
Authority: KR
Inventors: 구지영
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2002-10-04
Filing date: 2002-10-04
Publication date: 2004-04-13

Abstract

본 발명은 비터비 복호기에서 가산비교선택 연산을 수행하기 위한 액세스 시간을 줄이고, 경로 메트릭 저장용 메모리의 어드레싱을 위한 연산 로직의 복잡도 및 메모리 사이즈를 줄이는 기술에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 비터비 복호기에서 가산비교선택 연산의 병렬처리를 위해 하나의 메모리 뱅크가 두 개의 메모리 뱅크로 분할된 경로 메트릭 저장용 메모리(1A),(1B)와; 상기 경로 메트릭 저장용 메모리(1A),(1B)로부터 경로 메트릭을 읽어내고 저장하는 동작을 동시에 수행하고, 서로가 읽기,쓰기용으로 교번되게 사용되도록 읽기,쓰기 어드레스를 발생하는 어드레스 카운터(2)에 의해 달성된다.

Description

비터비 복호기의 경로 메트릭 저장 장치 및 방법{RECORDING APPARATUS AND METHOD FOR PATH METRICS OF VITERVI DECODER}

본 발명은 비터비 복호기에서 경로 메트릭 저장 메모리의 구조 및 그 메모리의 제어기술에 관한 것으로, 특히 가산비교선택(ACS) 연산을 수행하기 위한 액세스 시간을 줄이고, 경로 메트릭 저장용 메모리의 어드레싱을 위한 연산 로직의 복잡도 및 메모리 사이즈를 줄일 수 있도록 한 비터비 복호기의 경로 메트릭 저장 장치 및 방법에 관한 것이다.

디지털 통신에서 데이터 전송 시 오류가 발생하는데, 이 오류를 수정해 주기 위해 오류 정정 부호화(error correcting)를 사용한다. 상기 오류 정정 부호화에는 크게 블록 부호(block code)와 콘볼루션 부호(convolutional code)가 사용된다. 블록 부호화는 테이타를 블록 단위로 부호화와 복호화를 수행하고, 콘볼루션 부호화는 일정 길이의 메모리를 이용하여 이전 테이타와 현재 테이타를 비교해 부호화를 수행한다. 콘볼루션 부호화의 가장 대표적인 방법이 비터비(Viterbi) 알고리즘이다.

비터비 알고리즘은 입력 메시지가 주어진 트렐리스(trellis)를 통해 최단 경로를 찾아내고, 각 노드는 주어진 이산시간의 상태(state)에 대응한다. 트렐리스 노드에 접속하는 라인을 브랜치(branch)라 하는데, 이는 하나의 상태에서 또 다른 상태로의 천이(transition)에 대응한다.

비터비 디코더에 대한 트렐리스의 일부를 도 1에 나타내었다. 여기서, 현재의 단(state)과 다음 단의 관계가 나비(butterfly) 모양과 같은 구조적 특징을 가지고 있으며, 이는 한 쌍의 가산비교선택 연산에 기본이 된다. 왼쪽(상태 i,j)과 오른쪽(상태 ii,jj)의 두 개의 노드는 각각 시간(t)과 시간(t+1)에서의 두 가지 상태를 나타내며, 시간(t+1)에서 상태 ii(0)로 가는 두 가지 경로는 시간(t)에서 상태 i(0)에 접속하는 경로와 상태 j(1)에서 접속하는 경로이다. 이와 마찬가지로, 시간(t+1)에서 상태 jj(1)로 가는 경로도 두 가지이며, 이런 두 가지 경로 모두는 그와 관련된 메트릭 예를 들어 각각 BM2 및 BM3을 갖는다. 가산비교선택 연산은 각 경로에서 계산된 브랜치 메트릭과 이전 단의 누적된 경로 메트릭(PATH METRICS) 값을 각 천이마다 가산한 후 각 상태별로 비교하여 최적의 경로 메트릭 값을 갖는 생존 메트릭 값과 생존 경로를 선택하여 다음 경로 메트릭의 값으로 저장하게 된다. 이때, 이전 단의 경로 메트릭을 메모리로부터 읽는 과정과 가산선택비교 연산을 통해 결정된 경로 메트릭을 메모리에 저장하는 과정이 필요하게 된다.

일반적으로 비터비 복호기에서 가산비교선택을 수행하기 위해서는 읽기 및 쓰기 경로 메트릭 저장용 메모리를 필요로 하며, 이들은 구속장(constraint length)을 k로 했을 때개의 번지를 가진다.

종래의 비터비 복호기에 있어서는 두 쌍의 가산비교선택 연산을 수행하기 위하여 읽기 경로 메트릭 저장용 메모리에서 경로 메트릭 값을 두 번 연속적으로 읽어내었다. 따라서, 두 개의 값이 모두 읽혀지기까지 연산을 수행할 수 없기 때문에 실제로 가산비교선택 연산을 수행하는 시간에, 가산비교선택 연산을 수행하기 위해 필요한 두 개의 데이터 값을 읽을때까지 기다려야하는 추가시간이 요구되었다.

이와 더블어, 가산비교선택 연산은 비터비 복호기에서 연산시간을 결정하는 가장 중요한 요소이므로 병렬처리가 요구된다.

이와 같이 비터비 복호기에서 가산비교선택 연산을 수행하기 위해 병렬처리가 요구되는데, 종래의 기술에 있어서는 병렬처리를 위해 연속적으로 많은 경로 메트릭 값을 메모리로부터 읽고 쓰는 과정이 존재하여 연산시간이 많이 소요되는 문제점이 있었다. 또한, 두 쌍의 가산비교 선택 연산을 수행하기 위해 필요한 메모리의 읽기 및 쓰기 주소가 서로 다르기 때문에 어드레싱을 위한 카운터가 읽기 및 쓰기 전용으로 각각 두 개 필요하고, 구속장이 k인 복호기에서 (k-1) 비트의 카운터가 필요하여 어드레스 제어가 복잡해지는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 읽기 및 쓰기 경로 메트릭 저장용 메모리를 두 개로 나누어 하나의 어드레스 카운터로 읽기 쓰기 동작을 동시에 수행하는 비터비 복호기의 경로 메트릭 저장 장치 및 방법을 제공함에 있다.

도 1은 종래의 비터비 복호기에서 하나의 트렐리스 단계를 나타낸 설명도.

도 2는 본 발명에 의한 비터비 복호기의 경로 메트릭 저장 장치의 블록도.

도 3은 본 발명에 의한 경로 메트릭의 상태 저장 방식을 나타낸 표.

도 4는 64개의 상태를 가지는 경우, 읽기용 경로 메트릭 저장용 메모리의 어드레스 카운터와 상태의 관계를 나타낸 표.

도 5는 64개의 상태를 가지는 경우, 쓰기용 경로 메트릭 저장용 메모리의 어드레스 카운터와 상태의 관계를 나타낸 표.

도 6은 64개의 상태를 가지는 경우, 첫 번째 가산비교선택 연산의 버터플라이 구조에서 입출력 상태의 관계를 나타낸 설명도.

***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***

1,1A,1B : 경로 메트릭 저장용 메모리2 : 어드레스 카운터

도 2는 본 발명에 의한 비터비 복호기의 경로 메트릭 저장 장치의 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 비터비 복호기에서 가산비교선택 연산의 병렬 처리를 위해 두 개로 분할된 경로 메트릭 저장용 메모리(1A),(1B)와; 상기 경로 메트릭 저장용 메모리(1A),(1B)로부터 경로 메트릭을 읽어내고 저장하는 동작을 동시에 수행하고, 서로가 읽기용과 쓰기용으로 교번되게 사용되도록 읽기,쓰기 어드레스를 발생하는 어드레스 카운터(2)로 구성한 것으로, 이와 같이 구성한 본 발명의 작용을 첨부한 도 3 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

일반적으로 비터비 복호기에서 가산비교선택을 수행하기 위해서는 읽기 및 쓰기 경로 메트릭 저장용 메모리를 필요로 하며, 이들은 구속장을 k로 했을 때개의 번지를 가진다.

비터비 복호기 연산에서 연산 시간에 가장 중요한 요소인 가산비교선택 연산을 병렬로 처리하기 위해서는 경로 메트릭을 저장하는 메모리에 대한 새로운 저장 방식이 요구된다.

경로 메트릭을 저장하는 메모리는 읽기와 쓰기 동작간의 경쟁 상황을 해결하기 위하여 학문적으로 "핑퐁(ping-pong)" 실행으로 알려진 메모리의 배열을 따른다. 이때, 상기 메모리는 두 개의 메모리 뱅크로 분할되는데, 이 중에서 하나는 읽기 동작용으로 제공되고, 나머지 하나는 쓰기 동작용으로 제공된다.

즉, 도 2에서와 같이, 처음 단에서 경로 메트릭 저장용 메모리(1A)가 읽기용으로 사용되고 경로 메트릭 저장용 메모리(1B)가 쓰기용으로 사용되면, 다음 단에서는 경로 메트릭 저장용 메모리(1A)가 쓰기용으로 사용되고 경로 메트릭 저장용 메모리(1B)가 읽기용으로 사용된다.

상기 경로 메트릭의 저장과 관련된 문제점은 메모리 상에 경로 메트릭을 맵핑하는데, 예를 들어 서로 다른 메모리 어드레스에 개별적인 경로 메트릭을 할당하는데 있다.

이를 해결하기 위한 방법으로써, 하나의 어드레스에 여러 개의 경로 메트릭을 패킹하여 저장한다. 즉, 가산비교선택 연산에서 병렬로 처리하고자 하는 경로 메트릭 수(예: 두 쌍의 가산비교선택 연산을 수행할 때 2개)를 p라고 하면 하나의 어드레스에는개의 경로 메트릭이 패킹되어 저장된다. 이와 더블어 경로 메트릭 저장용 메모리는 기존의개의 번지가 아니라개의 번지만 필요하게 된다.

각 경로 메트릭 저장용 메모리에 저장되는 경로 메트릭의 상태는 구속장 길이 K, 병렬로 처리되는 경로 메트릭의 수 p 및 어드레스 A에 따라 달라지며, 그 상태 값은 하나의 어드레스에 다음의 [수학식1]과 같이 패킹되어 저장된다.

각 경로 메트릭 저장용 메모리에 저장되는 경로 메트릭의 상태는 읽기용 및 쓰기용 메모리가 모두 같은 경로 메트릭의 배치 상태를 가진다.

가산비교선택 연산은 경로 메트릭 저장용 메모리가 듀얼 포트 구조를 가진다고 할 때, 읽기용 메모리의 두 개의 포트로부터 두 어드레스가 p/4 만큼의 간격을 가지고 다음의 [수학식2]와 같이 두 개의 어드레스를 읽어온다.

가산비교선택 연산의 경로 메트릭 결과를 저장하는 쓰기용 메모리는 읽기용 메모리의 어드레스 연산과 다르게 p/2 개의 경로 메트릭을 패킹하여 다음의 [수학식3]과 같이 연속된 두 개의 어드레스에 저장한다.

예를 들어, 도 3의 표와 같이 구속장 길이 K=7, 병렬로 처리되는 경로 메트릭의 수 p=8, 이라고 하면 64개의 상태를 가지며 4개의 경로 메트릭이 하나의 어드레스에 패킹되고, 경로 메트릭 저장용 메모리는 16개의 번지가 필요하다. 여기서, "D"는 하나의 경로 메트릭의 비트수이다. 도 3의 표에서와 같이 경로 메트릭의 상태는 첫 번째 어드레스에 0,16,32,48, 두 번째 어드레스에 1,17,33,49가 저장된다.

도 5에서와 같이, 첫 번째 가산비교선택 연산은 경로 메트릭 저장용 메모리로부터 어드레스 0과 8에 해당되는 모두 8개의 경로 메트릭을 읽어와서 각각 4개의 경로 메트릭을 하나의 어드레스에 패킹하여 어드레스 0과 1에 쓰게 된다.

본 방법의 가장 큰 이점은 예를 들어, 상기 설명과 같이 두 개의 메모리를 이용하여 기존 방법의 경우 4 쌍의 가산비교선택 연산을 할 경우, 4번에 걸쳐 메모리의 데이터를 읽어와야 하지만, 본 방법의 경우 한 번에 8개의 경로 메트릭 데이터를 읽어오고 쓸 수 있다는 장점을 가진다.

본 방법은 예를 들어 설명한 상태가 64개인 경우가 아니더라도 가산비교선택 연산에서 한 번에 처리하는 경로 메트릭의 수 p 및 구속장 K에 따라 정해지는 상태의 수에 따라 일반화하여 적용할 수 있으며, 여러 개의 경로 메트릭을 병렬로 처리할 때 큰 장점을 갖는다.

도 4의 표에서와 같이 읽기용 메모리 어드레스(pm_rd_addr)는 MSB만 0과 1의 차이가 있을 뿐 나머지 하위 비트는 모두 같은 특징을 갖는다.

마찬가지로, 도 5의 표에서와 같이 쓰기용 메모리 어드레스(pm_wr_addr)는 LSB만 0과 1로 차이가 있을 뿐 나머지 상위 비트는 모두 같은 특징을 가진다. 따라서, 읽기용 및 쓰기용 메모리는 하나의 어드레스 카운터만으로 어드레스의 생성이 가능하다. 즉, 0부터까지 증가하는 카운터 만으로 어드레싱 카운터를 구현할 수 있다.

상기 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 비터비 복호기에서 경로 메트릭 메모리의 제어 방법은 읽기 및 쓰기 상태 메모리의 두 어드레스를 동시에 저장하고, 이때 사용된 어드레스 카운터를 쓰기 위한 어드레싱에 사용하는 것을 특징으로 한다.

결국, 본 발명은 두 쌍 이상의 가산비교선택 연산을 수행하기 위해 경로 메트릭 저장용 메모리의 값을 동시에 읽고 저장함으로써, 연산을 수행하는 시간을 단축시킬 수 있고, 어드레싱 카운터의 크기 및 개수를 줄이기 위하여 추가로 복잡한 제어회로를 사용하지 않고도 어드레싱을 위한 카운터의 크기를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 하나의 카운터를 이용하여 읽기 및 쓰기 경로 메트릭 저장용 메모리의 어드레싱을 동시에 수행할 수 있는 비터비 복호기를 제공할 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 두 쌍 이상의 가산비교선택 연산을 수행하기 위해 경로 메트릭 저장용 메모리의 값을 동시에 읽고 저장함으로써, 연산을 수행하는 시간을 단축시킬 수 있고 추가로 복잡한 제어회로를 사용하지 않고도 어드레싱 카운터의 크기 및 개수를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 하나의 카운터를 이용하여 읽기 및 쓰기 경로 메트릭 저장용 메모리의 어드레싱을 동시에 수행할 수 있는 효과가 있다.

또한, 가산비교선택 연산에서 한 번에 처리하는 경로 메트릭의 수 및 구속장 K에 따라 정해지는 상태의 수에 따라 일반화하여 적용할 수 있으며, 여러 개의 경로 메트릭을 병렬로 처리할 수 있는 이점이 있다.

Claims

비터비 복호기에서 가산비교선택 연산의 병렬처리를 위해 하나의 메모리 뱅크가 두 개의 메모리 뱅크로 분할된 경로 메트릭 저장용 메모리(1A),(1B)와; 상기 경로 메트릭 저장용 메모리(1A),(1B)로부터 경로 메트릭을 읽어내고 저장하는 동작을 동시에 수행하고, 서로가 읽기,쓰기용으로 교번되게 사용되도록 읽기,쓰기 어드레스를 발생하는 어드레스 카운터(2)로 구성한 것을 특징으로 하는 비터비 복호기의 경로 메트릭 저장 장치.
비터비 복호기에서 가산비교선택 연산의 병렬처리를 위해 하나의 메모리 뱅크를 두 개의 메모리 뱅크로 분할하는 제1과정과; 상기 분할된 제1,2메모리 뱅크로부터 경로 메트릭을 읽어내고 저장하는 동작을 동시에 수행하고, 서로가 읽기,쓰기용으로 교번되게 사용되도록 읽기,쓰기 어드레스를 발생하는 제2과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 비터비 복호기의 경로 메트릭 저장 방법.
제2항에 있어서, 상기 제1,2메모리 뱅크에 대한 하나의 어드레스에 여러 개의 경로 메트릭을 패킹하여 저장하고, 저장되는 경로 메트릭의 상태는 구속장 길이 K, 병렬로 처리되는 경로 메트릭의 수 p 및 어드레스 A에 따라 달라지고, 그 상태 값은 하나의 어드레스에 다음의 [수학식1]과 같이 패킹되어 저장되는 것을 특징으로 하는 비터비 복호기의 경로 메트릭 저장 방법.

[수학식1]
제3항에 있어서, 제1,2메모리 뱅크에 저장되는 경로 메트릭의 배치 상태는 읽기용 및 쓰기용 메모리 뱅크에서 모두 동일한 것임을 특징으로 하는 비터비 복호기의 경로 메트릭 저장 방법.
제2항에 있어서, 제1,2메모리 뱅크를 대상으로 가산비교선택 연산을 수행하는 경우, 경로 메트릭 저장용 메모리 뱅크가 듀얼 포트 구조를 가진다고 할 때, 읽기용 메모리 뱅크의 두 개의 포트로부터 두 어드레스가 p/4 만큼의 간격을 가지고 다음의 [수학식2]와 같이 두 개의 어드레스를 읽어오는 것을 특징으로 하는 비터비 복호기의 경로 메트릭 저장 방법.

[수학식2]
제2항에 있어서, 제1,2메모리 뱅크 중 가산비교선택 연산의 경로 메트릭 결과를 저장하는 쓰기용 메모리 뱅크는 읽기용 메모리 뱅크의 어드레스 연산과 달리 p/2 개의 경로 메트릭을 패킹하여 다음의 [수학식3]과 같이 연속된 두 개의 어드레스에 저장하는 것을 특징으로 하는 비터비 복호기의 경로 메트릭 저장 방법.

[수학식3]