KR20050114162A - 리드-솔로몬 부호를 사용하는 이동통신 시스템에서 내부및 외부 부호 복호 방법 및 그 장치 - Google Patents

리드-솔로몬 부호를 사용하는 이동통신 시스템에서 내부및 외부 부호 복호 방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 외부 부호로 리드-솔로몬 부호를 사용하는 부호분할 다중접속 방식의 이동통신 시스템에서 내부 부호 및 외부 부호의 복호 과정을 저전력 및 고속으로 수행하고, 수신단의 구조를 단순화할 수 있도록 된 리드-솔로몬 부호를 사용하는 이동통신 시스템에서 내부 및 외부 부호 복호 방법 및 그 장치에 대한 것으로서, 이는 채널 상태를 예측하거나 주기적 덧붙임 검사(CRC) 등의 방법을 통해 수신 오류가 확인된 소거 심볼의 위치를 알아 낼 수 있는 수신단에서 소거 심볼만을 고려하여 RS 복호를 하여도 원하는 시스템 성능을 얻을 수 있도록 리드-솔로몬 복호 과정을 단순화하고, RS 부호와 연접된 내부 부호의 불필요한 복호 과정을 생략하여 수신 심볼의 내부 및 외부 복호를 수행함을 특징으로 한다. 따라서 본 발명에 의하면, 이동통신 시스템을 통해 제공되는 방송 서비스에서 RS 부호를 저전력 및 고속으로 복호하여 통신 시스템의 효율을 개선할 수 있게 된다.

Description

리드-솔로몬 부호를 사용하는 이동통신 시스템에서 내부 및 외부 부호 복호 방법 및 그 장치{METHOD AND APPARATUS FOR DECODING INNER CODE AND OUTER CODE IN A MOBILE COMMUNICATION SYSTEM USING REED-SOLOMON CODE}
본 발명은 이동통신 시스템에서 내부 및 외부 부호의 복호 방법 및 그 장치에 대한 것으로서, 특히 외부 부호로 리드-솔로몬(Reed-Solomon : 이하, RS) 부호를 사용하는 부호분할 다중접속(Code Division Mulitle Access : CDMA) 방식의 이동통신 시스템에서 내부 부호 및 외부 부호의 복호 과정을 저전력 및 고속으로 수행하고, 수신단의 구조를 단순화할 수 있도록 된 리드-솔로몬 부호를 사용하는 이동통신 시스템에서 내부 및 외부 부호 복호 방법 및 그 장치에 대한 것이다.
일반적으로 이동통신 시스템은 음성 서비스를 제공하는 형태에서 데이터 통신을 제공할 수 있는 형태로 발전하였다. 이러한 이동통신 시스템은 각종 데이터 서비스와 함께 방송 서비스를 제공할 수 있는 형태로 발전하고 있다. 이러한 방송 서비스를 제공하는 형태는 CDMA 방식을 사용하는 3GPP2 진영에서 각각 다양한 표준화 작업을 통해 이루어지고 있다. 3GPP2 진영에서 방송 서비스를 위해 제안된 표준화 작업 중 CDMA2000 1x Rev. D 규약에서는 방송 서비스를 BCMCS(Broadcast Multicast Service)라 칭하고 있다. 상기 CDMA2000 1x Rev. D 규약의 표준안 이외에도 또 다른 동기방식 CDMA 시스템인 HRPD Rev. A 규약의 BCMCS에서도 방송 서비스를 제공하기 위한 표준안들이 제정되어 있다.
이하 설명에서 CDMA2000 1x Rev. D 규약과 HRPD Rev. A 규약을 포함한 CDMA 방식의 BCMCS 서비스를 "방송 서비스"라 칭하여 설명하기로 한다.
상기 방송 서비스에서는 프레임(frame) 단위의 방송 데이터를 시분할 다중화(Time Domain Muliplex : TDM) 방식으로 전송하도록 구성되어 있다. 이러한 방송 서비스는 채널 부호화를 위한 컨벌루션 부호 또는 터보 부호 등의 내부 부호와 별도로 외부 부호로 잘 알려진 오류 정정 부호인 리드-솔로몬(RS) 부호를 사용할 수 있다. 즉 방송 데이터를 전송함에 있어서, 상기 TDM 방식을 사용하게 되면, 수신단에서 최소의 프레임들만을 선별하여 수신하여 수신 효율을 개선할 수 있는 이점이 있으나, 연이어 발생되는 방송 데이터의 전송 오류를 방지하기 위해 상기 RS 부호를 사용하며, 이는 현재 CDMA2000 1x Rev. D 규격에 표준으로 제안되어 있다.
즉 CDMA2000 1x Rev. D 규격서를 살펴보면, 도 1에 도시된 것처럼 방송 서비스는 서브 버퍼(Sub-buffer)를 사용하여 예컨대, RS 부호화를 수행하게 된다. 상기 RS 부호화는 예컨대, 부호화율 11/16, 12/16, 13/16, 14/16 중에서 하나를 선택할 수 있다. 이 RS 부호는 예컨대, RC5/115.2kbps/20ms 모드에서 사용될 수 있으며, 이때의 내부 부호의 구조는 도면 2와 같이 CDMA2000 1x Rev. D 규격서에 정의되어 있다.
이하 상기 RS 부호의 일반적인 부호화 및 복호화 과정을 간략히 설명하기로 한다.
먼저 도 1은 일반적인 RS 부호기의 내부 구성을 나타낸 블록 구성도로서, 도 1을 참조하여 일반적인 RS 부호화 과정을 간략히 설명하기로 한다.
도 1에서 입력되는 채널 비트들은 소정 RS 부호화 율에 따라서 일정 시간 동안 역다중화기(110)로 입력된다. 그리고 역다중화기(110)는 입력된 채널 비트들을 역다중화하여 외부 부호기(120)로 전달하고, 외부 부호기(120)는 도시되지 않은 다수의 서브 버퍼에서 채널 비트들을 RS 부호로 부호화한다. 그리고 각 서브 버퍼에 저장된 RS 부호화된 심볼들은 다시 다중화기(130)를 통해 다중화되어 채널 부호기 등 도시되지 않은 내부 부호기로 출력된다.
그리고 상기 내부 부호기의 전단에는 오류 체크를 위한 프레임 품질 지시기(Frame Quality Indicator)가 구비되어 RS 부호화된 심볼들에 주기적 덧붙임 검사(Cyclic Redundancy Checking : CRC) 정보 비트를 삽입하게 되고, 후술할 RS 복호기는 상기 CRC 정보 비트를 이용하여 수신된 각 프레임의 오류 여부를 판별하고, 오류가 발생된 프레임의 심볼들을 소거 처리한다.
한편 RS 부호는 잘 알려진 갈로아 필드에서 정의되며, 상기 갈로아 필드를 예컨대, GF(28)라 하고, 하나의 부호어(Code Word)를 채우는 심볼 개수를 n, 상기 심볼 개수 n 개 중에 방송 데이터가 실리는 정보 심볼(Systematic Symbol)의 개수를 k라 하였을 때 상기 n과 k는 (n, k)∈{(16,11), (16,12), (16,13), (16,14)}과 같이 정의될 수 있다. 도 2는 상기 RS 부호화가 수행되는 서브 버퍼의 일예를 나타낸 것으로 도 2를 참조하여 RS 부호화가 수행되는 심볼과 프레임 구조를 설명하기로 한다.
도 2에서 각 행은 예컨대, 2280 비트로 구성된 프레임이며, 각 프레임은 내부 부호기를 통해 채널 부호화된다. 도 2에서 상위 k 개의 프레임은 도 1에서 입력된 채널 비트들 즉, 정보 심볼로 구성되며, 하위 n-k개의 프레임은 RS 부호화에 의해 발생되는 패리티 심볼들로 구성된다. RS 부호는 예컨대, 8bit 단위의 심볼로 구성되는데, RS 부호화에 의해 도 3의 열방향에서 음영으로 표시된 부분과 같이 k 개의 정보 심볼들로부터 n-k개의 패리티 심볼들이 생성된다.
여기서 상기 n-k개의 패리티 프레임을 모두 채우기 위해서는, 각 프레임이 2280 비트로 구성되어 있으므로, RS 부호화는 총 2280/8 = 285 회 수행된다. 이렇게 구성된 총 16개의 프레임들이 서브 버퍼를 구성하게 되면, 각각의 프레임은 도 2와 같이 CRC 정보 비트가 추가된 후에 내부 부호화될 수 있다.
한편 BCMCS에서 방송 데이터를 수신하는 수신단은 송신단에서 이루어진 외부 및 내부 부호화의 역과정을 거쳐서 채널 비트들을 복호한다. 여기서 채널 복호 등 내부 부호의 복호를 거친 수신 신호는 CRC 정보를 통해서 각 프레임의 오류 유무를 판별하고, 오류가 난 프레임의 심볼들은 소거 처리를 하게 된다. RS 복호기는 오류가 발생된 프레임의 소거 정보와 복호 된 프레임들로부터 원래의 신호들을 복원하게 된다.
일반적인 RS 부호의 복호 과정은 크게 프레임의 오류 위치를 찾는 과정, 오류의 값을 찾는 과정, 오류를 정정하는 과정의 3가지 단계로 구분되며, 수신단에서 RS 복호기는 하기 <수학식 1>과 같은 조건 하에 프레임의 모든 오류를 정정할 수 있다.
s+2e = n-k
상기 <수학식 1>에서 s는 CRC 체크 결과 오류가 발생되어 소거되는 소거 심볼 수, e는 상기 CRC 체크에서 누락된 오류 심볼 수, n은 도 2의 세로열에 빗금 친 영역으로 표시된 하나의 부호어(Code Word)를 채우는 심볼 개수 즉, RS 부호의 길이, k는 방송 데이터가 실리는 정보 심볼의 개수를 의미한다. 여기서 상기 오류 심볼은 CRC 체크 결과 오류가 없다고 판정되었으나, 즉, CRC가 "Good"으로 체크되었으나 실제로는 오류가 발생한 프레임의 심볼을 말한다. 상기 <수학식 1>에서 소거 심볼이 오류 심볼에 비해 2 배 더 정정됨을 알 수 있다.
도 3은 일반적인 RS 복호기의 내부 구성을 나타낸 블록 구성도로서, 도 3을 참조하여 RS 부호의 복호화 과정을 설명하기로 한다.
먼저 무선망을 통해 이동 단말로 수신된 방송 데이터는 복조 과정과 컨벌루션 디코딩이나 터보 디코딩 및 CRC 체크 등 내부 복호화 과정을 거친 후, 입력 심볼로서 도 3의 소거 심볼 검출기(310)에 전달된다. 상기 소거 심볼 검출기(310)는 상기 CRC 체크 결과를 근거로 입력 심볼에서 오류가 발생된 소거 심볼의 위치를 검출한 후, 상기 소거 심볼의 위치 정보를 소거 다항식 생성기(Erasure Polynomial Generator)(320)로 출력한다. 상기 소거 다항식 생성기(320)는 상기 소거 심볼의 위치 정보를 근거로 입력 심볼로부터 상기 소거 심볼의 위치를 지정하는 소정 소거 다항식을 생성하여 오류 다항식 생성기(Error Polynomial Generator)(330)로 출력한다.
상기 오류 다항식 생성기(330)는 입력 심볼로부터 상기 오류 심볼의 위치를 찾기 위한 소정 오류 다항식을 생성하여 오류 위치 탐색기(340)로 전달한다. 여기서 상기 오류 다항식은 상기 소거 다항식을 포함하는 형태로 생성된다. 상기 오류 위치 탐색기(340)는 상기 오류 다항식을 이용하여 CRC 체크 과정에서 누락된 오류 심볼의 위치를 찾고, 상기 소거 심볼과 오류 심볼의 위치 정보를 오류 정정기(360)로 전달한다. 여기서 상기 오류 위치 탐색기(340)은 상기 오류 심볼이 존재하지 않는 경우 소거 심볼의 위치 정보만을 오류 정정기(360)로 전달한다.
또한 상기 오류 위치 탐색기(340)는 상기 오류 다항식을 오류 크기 탐색기(350)로 전달한다. 상기 오류 크기 탐색기(350)는 상기 오류 다항식을 이용하여 상기 소거 심볼과 오류 심볼의 오류 크기를 구한 후, 그 오류 크기 정보를 오류 정정기(360)로 출력한다. 여기서 상기 오류 크기는 입력 심볼과 원래 전송된 심볼 간의 차이를 추정한 오류 비트열을 의미하며, 이 오류 비트열은 RS 부호화시 덧붙여진 패리티 심볼을 이용하여 구하게 된다.
그리고 상기 오류 정정기(360)는 상기 소거 심볼과 오류 심볼의 위치 정보 및 오류 크기 정보를 근거로 입력 심벌의 모든 오류가 정정된 정보 심볼을 출력하고, RS 부호의 복호 과정을 완료하게 된다.
상기와 같이 종래 RS 복호 과정에서는 소거 심볼을 찾는 과정 외에 CRC 체크에서 누락된 오류 심볼을 찾는 과정이 RS 복호 과정에 포함된다. 상기 소거 심볼과 오류 심볼의 위치를 찾는 알고리즘으로는 Berlekemp-Massey 알고리즘, 수정된 유클리드 거리(Modified Euclidean Distance) 알고리즘 등이 있다. 그러나 상기 알고리즘들은 RS 복호기의 내부 구성을 복잡하게 하고, 오류 심볼에 대해 외부 복호는 물론 내부 복호를 모두 수행하여 수신기의 전력 소모량을 증대시키는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 외부 부호로 RS 부호를 사용하는 이동통신 시스템에서 내부 부호 및 외부 부호의 복호 과정을 저전력 및 고속으로 수행하고, 수신단의 구조를 단순화할 수 있도록 된 리드-솔로몬 부호를 사용하는 이동통신 시스템에서 내부 및 외부 부호 복호 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 RS 복호 시 CRC 체크 결과에서 발견되지 않은 오류 심볼에 대한 내부 및 외부 부호 복호 과정을 배제하여 수신단의 내부 및 외부 부호 복호 과정을 단순화할 수 있는 리드-솔로몬 부호를 사용하는 이동통신 시스템에서 내부 및 외부 부호 복호 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 리드-솔로몬 부호를 사용하는 이동통신 시스템에서 내부 및 외부 부호 복호 방법은 채널 복호를 수행하는 내부 복호기와 리드-솔로몬 복호를 수행하는 외부 복호기가 구비된 이동통신 시스템에서 내부 및 외부 부호 복호 방법에 있어서, 무선망을 통해 전송된 수신 심볼에 대해 주기적 덧붙임 검사(CRC)를 수행하는 과정과, 상기 수신 심볼 중 상기 CRC 결과가 정상인 유효 심볼의 개수를 계수하는 과정과, 상기 유효 심볼의 개수가 하나의 부호어의 정보 심볼 개수에 도달된 경우 상기 내부 복호기의 동작을 정지시키는 과정을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 리드-솔로몬 부호를 사용하는 이동통신 시스템에서 내부 및 외부 부호 복호 장치는 외부 부호로 리드-솔로몬 부호를 사용하는 이동통신 시스템에서 내부 및 외부 부호 복호 장치에 있어서, 무선망을 통해 전달된 수신 심볼에 대해 채널 복호를 수행하는 내부 복호기와, 상기 수신 심볼에 대해 리드-솔로몬 복호를 수행하는 외부 복호기와, 상기 수신 심볼의 주기적 덧붙임 검사(CRC) 결과를 확인하는 소거 심볼 확인기와, 상기 소거 심볼 확인기로부터 상기 CRC 결과를 수신하여 상기 수신 심볼 중 소거 심볼과 유효 심볼의 개수를 계수하고, 상기 유효 심볼의 개수가 하나의 부호어의 정보 심볼 개수에 도달된 경우 상기 내부 복호기의 동작을 정지시키는 제어기를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하에서는 본 실시예의 설명에 앞서 본 발명의 기본 개념을 간략히 설명하기로 한다.
먼저 전술한 바와 같이 RS 부호로 부호화된 심볼을 무선망을 통해 전송하는 경우 수신단에서 RS 복호는 CRC 체크 결과를 근거로 오류가 발생된 소거 심벌을 찾는 과정과 상기 CRC 체크 결과는 "Good"으로 확인되었으나 실제로는 오류가 발생된 오류 심볼을 찾는 2 단의 과정을 통해 RS 복호를 수행하여 RS 복호기의 오류 정정 능력을 보다 향상시킬 수 있다.
그러나 상기 CRC 체크 외에 오류 심볼을 찾는 과정을 배제하고 RS 복호를 수행하더라도 RS 복호의 성능 열화가 발생되지 않는다면, 이동통신 시스템의 수신단에서 RS 복호기의 구성을 보다 간소화시킬 수 있으며, 이 경우 불필요한 내부 및 외부 복호 과정을 생략함에 따라 RS 복호기의 오류 정정 능력은 유지하면서 복호 시 요구되는 전력 소비량은 대폭 절감할 수 있다.
본 발명에서는 CRC 체크 외에 오류 심볼을 찾는 과정을 배제하더라도 RS 복호의 성능 열화가 발생되지 않음을 가정하여 RS 부호를 사용하는 이동통신 시스템에서 내부 및 외부 복호 방법 및 장치를 제안한다. 그리고 상기 가정에 대한 증명은 후술하기로 한다. 이하 본 발명에서는 상기 가정을 기반으로 하여 보다 간소화된 구성을 갖는 RS 복호와, 내부 및 외부 복호 과정 및 그 장치를 상세하게 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 이동통신 시스템의 RS 복호기의 내부 구성을 나타낸 블록 구성도로서, 이는 도 3의 구성에서 CRC 체크 결과가 "Good"인 입력 심볼 중에서 누락된 오류 위치를 찾는 오류 다항식을 생성하는 오류 다항식 생성기(330)와 그 오류 다항식으로부터 오류 위치를 찾는 오류 위치 탐색기(340)를 배제하여 구성된 것이다.
따라서 도 4에서 이동 단말로 수신된 방송 데이터는 복조 과정과 컨벌루션 디코딩이나 터보 디코딩 및 CRC 체크 등 내부 복호화 과정을 거친 후, 입력 심볼로서 소거 심볼 검출기(410)에 전달된다. 상기 소거 심볼 검출기(410)는 내부 복호 시 CRC 체크 결과를 근거로 입력 심볼로부터 오류가 발생된 소거 심볼의 위치를 검출한 후, 상기 소거 심볼의 위치 정보를 후술할 오류 정정기(440)와 소거 다항식 생성기(Erasure Polynomial Generator)(420)로 출력한다.
상기 소거 다항식 생성기(420)는 입력 심볼로부터 상기 소거 심볼의 위치를 지정하는 소정 소거 다항식을 생성하여 오류 크기 탐색기(430)로 전달한다. 상기 오류 크기 탐색기(430)는 상기 소거 다항식을 이용하여 입력 심볼과 원래 전송된 심볼 간의 차이를 추정한 오류 비트열을 구하고, 그 오류 비트열을 오류 크기 정보로 하여 오류 정정기(440)로 출력한다.
상기 오류 정정기(440)는 상기 소거 심볼 검출기(410)로부터 전달된 소거 심볼의 위치 정보와 상기 오류 크기 탐색기(430)로부터 전달된 소거 심볼의 오류 크기 정보를 근거로 입력 심벌의 오류를 정정하여 복구된 정보 심볼을 출력하고, RS 부호의 복호 과정을 완료하게 된다. 여기서 상기 오류 정정기(360)는 상기 오류 크기 탐색기(350)로부터 전달된 비트열(즉, 오류 크기 정보)과 상기 입력 심볼을 상기 오류 위치 탐색기(340)로부터 전달된 소거 심볼의 위치 마다 가산하여 오류가 정정된 정보 심볼을 출력하게 된다.
도 5은 본 발명에 따른 RS 부호를 사용하는 이동통신 시스템에서 내부 및 외부 부호 복호 장치의 내부 구성을 나타낸 블록 구성도로서, 도 5에서 내부 복호기(510)에 사용되는 부호는 컨벌루션 부호, 터보 부호 등 일반적인 채널 부호를 의미하고, 외부 복호기(530)에 사용되는 부호는 RS 부호를 의미한다. 도 5에서 상기 외부 복호기(530)는 도 4에서 설명한 RS 복호기와 동일한 구성을 갖는다.
도 5에서 내부 복호기(510)는 무선망을 통해 전달된 수신 심볼에 대하여 컨벌루션 디코딩이나 터보 디코딩 등의 채널 복호화와 수신 심볼의 오류 체크를 위한 CRC 체크 등의 내부 복호화를 수행한 후, 내부 복호화된 심벌을 디코딩 버퍼(520)로 전달한다. 상기 디코딩 버퍼(520)는 내부 복호화된 심볼들이 RS 복호될 수 있도록 심볼들을 버퍼링한다. 그리고 도 5에서 외부 복호기(530)는 상기 디코딩 버퍼(520)에 저장된 패리티 심볼을 이용하여 RS 복호를 수행하고, 복호된 정보 심볼을 출력한다.
한편 도 5의 소거 심볼 확인기(540)는 내부 복호기(510)로부터 전달된 수신 심볼의 CRC 체크 결과를 확인하여 CRC 결과가 "Bad"인 소거 심볼에 대한 정보를 외부 복호기(530)로 전달하고, 외부 복호기(530)는 수신 심볼 중 소거 심볼에 대해 패리티 심볼을 이용하여 오류를 정정하는 RS 복호를 수행하여 오류 정정된 정보 심볼을 출력한다. 본 발명에서 제어기(550)는 수신 심볼의 개수와, CRC 결과가 "Good"인 유효 심볼과 CRC 결과가 "Bad"인 소거 심볼의 개수를 고려하여 상기 내부 복호기(510)와 외부 복호기(530)의 복호 동작이 선택적으로 실행/정지되도록 제어한다.
그리고 상기 소거 심볼 확인기(540)는 또한 수신 심볼에 대한 CRC 결과를 제어기(550)로 전달하며, 상기 제어기(550)의 소거 심볼 계수기(550b)는 수신 심볼 중 상기 소거 심볼의 개수를 계수하고, 수신 심볼의 개수를 계수하는 수신 심볼 계수기(550b)를 구비하여 구성되며, 상기 유효 심볼의 개수는 수신 심볼의 개수에서 소거 심볼 개수를 뺀 값으로 산출된다.
여기서 도 5의 장치는 RS 복호 시 CRC 결과 만을 참조하여 복호를 수행하며, CRC 결과가 "Good"인 오류 심볼을 찾는 도 3의 오류 다항식 생성기(330)와 오류 위치 탐색기(340) 등의 종래 구성을 배제하여 불필요한 내부 및 외부 복호 과정을 생략하도록 된 것이다. 이를 위해 본 발명에서는 CRC 결과만을 이용하여 RS 복호를 수행한 경우와 CRC 결과와 상기 오류 심볼을 모두 고려하여 RS 복호를 수행한 경우 성능 차이가 거의 없음을 전제하며, 이에 대한 증명은 후술하기로 한다.
이하 본 발명에서 내부 부호기(510))와 외부 부호기(530)의 선택적인 실행/정지 동작을 제어하는 원리를 간략히 정리하면, 하기와 같다.
도 2의 세로열에 빗금 친 영역과 같이 n 개의 심볼로 이루어진 부호어(Code Word)에 대해 RS 복호를 수행함에 있어서, 부호어 내 정보 심볼 수를 k, 패리티 심볼 수를 n-k라 했을 때 제어기(550)는 하기와 같이 외부 복호기(530)와 내부 복호기(510))의 동작을 제어한다. 한편 CRC 결과가 "Bad"인 소거 심볼의 개수가 패리티 심볼의 개수를 초과하는 경우 RS 복호가 불가능하므로 소거 심볼의 개수를 s라 했을 때 본 발명에서 RS 복호가 가능한 "오류 정정 범위"는 s= n-k와 같이 정의된다.
<외부 복호기 제어>
1. 정보 심볼에 해당되는 수신 심볼 중 소거 심볼이 하나도 없는 경우 외부 복호기(530) 즉, RS 복호기의 동작을 정지시킨다.
2. CRC 결과가 "Good"인 수신 심볼의 개수가 정보 심볼의 개수 k와 같아진 경우 외부 복호기(530)는 이후 심볼을 입력받지 않고, n 개의 심볼 수가 채워질 때까지 소거 심볼로 처리되는 임의 심볼을 입력한다.
3. 소거 심볼의 개수가 패리티 심볼 개수 n-k 보다 큰 경우 외부 복호기(530)의 동작을 정지시킨다.
<내부 복호기 제어>
상기 외부 복호기 제어에서 항목 1.2. 및 3. 중 하나에 해당되면, 해당 부호어의 남은 패리티 심볼에만 연관되어 있는 내부 복호 과정은 정지된다.
상기한 구성에 의하면, 도 5의 내부 및 외부 복호 장치는 CRC 결과만을 이용하여 수신 심볼을 유효 심볼과 소거 심볼로 구분하고, 유효 심볼 중 오류 심볼이 존재할 가능성은 배제하여 RS 복호를 수행하게 된다. 따라서 도 2와 같은 n 개의 심볼열에서 k 개의 유효 심볼이 수신된 경우 뒤이어 수신될 심볼들(패리티 심볼)에 대한 내부 복호 과정을 생략하게 된다. 특히, 순차로 k 개의 유효 심볼이 수신된 경우 오류 정정을 위한 RS 복호 또한 수행할 필요가 없다.
또한 소거 심볼의 개수가 패리티 심볼의 최대 개수 n-k 보다 큰 경우 RS 복호를 수행하여도 전체 정보 심볼을 복원할 수 없게 된다. 따라서 이 경우에도 RS 복호 및 이후 심볼에 대한 내부 복호 과정은 생략된다. 그리고 수신된 유효 심볼들 중 정보 심볼은 그대로 호스트(Host)로 전달된다.
한편 상기한 설명에서는 소거 심볼의 개수가 오류 정정 범위 n-k를 초과하거나 유효 심볼의 개수가 정보 심볼의 개수 k에 도달된 경우 내부 복호기의 동작을 정지시켜 수신기의 전력을 절감하도록 하였으나, 내부 복호기의 동작을 정지시킬 때 수신기의 안테나단에서 내부 복호기 사이에 연결된 레이크(Lake) 수신기 등 심볼 수신과 관련된 다른 구성 요소들의 동작도 함께 정지시키면, 전력 절감 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
이하 도 6a, 도 6b를 참조하여 도 5의 구성에 적용되는 본 발명의 방법을 설명하기로 한다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 RS 부호를 사용하는 이동통신 시스템에서 내부 및 외부 부호 복호 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다.
먼저 도 6a의 701 과정에서 무선망을 통해 전송되는 심볼의 수신에 앞서 도 5의 제어기(550)는 수신 심볼 중 CRC 결과가 "Good"인 유효 심볼과 "Bad"인 소거 심볼의 개수 그리고 상기 수신 심볼의 개수를 초기 설정하게 된다. 즉 무선망을 통해 전송되는 심볼을 수신하는 경우 수신단에서는 항상 첫 번째 심볼부터 수신하는 것이 아니므로 첫 번째 심볼 전송 이후 임의 시점 부터 수신된 심볼과 이중 소거 심볼의 개수에 대해서는 심볼의 전송 개시 시간(또는 서비스 개시 시간)과 현재 시간과의 차이와 1 심볼 전송에 요구되는 시간을 이용하여 직전 수신된 심볼의 개수를 추정할 수 있다. 이때 추정된 개수를 수신 심볼과 소거 심볼의 개수로 동일하게 설정하고, 유효 심볼의 개수는 0으로 설정한다. 여기서 수신 심볼과 소거 심볼의 개수를 동일하게 설정하는 이유는 이미 무선망으로 전송된 심볼들은 수신단에서 수신하지 못하였기 때문이다.
이후 703 과정에서 실제 심볼을 수신한 경우 제어기(550)는 내부 복호기(510)로 유입되는 수신 심볼을 감지하고, 705 과정에서 그 수신 심벌이 예컨대, 도 2에서 설명한 n 개의 심볼열 중 첫 번째 심볼에 해당되는 지 확인하게 된다. 이 경우 또한 심볼의 전송 개시 시간(또는 서비스 개시 시간)과 현재 시간과의 차이와, 1 심볼 전송에 요구되는 시간을 이용하여 현재 수신 심볼이 n 개의 심볼열 중 몇 번째 심볼에 해당되는 지 확인할 수 있다. 아울러 이외에도 심볼 개수의 추정은 이동통신 시스템에 알려진 다양한 방법을 이용하여 수행될 수 있다.
한편 상기 707 과정에서 첫 번째 수신 심볼로 판정된 경우 제어기(550)는 상기 701 과정에서 설정된 소거 심볼과 유효 심볼의 개수를 0으로 초기화한 후, 709 과정에서 제어기(550)는 수신 심볼 계수기(550b)로 통해 수신 심볼의 개수를 1 증가시킨다. 상기 수신 심볼의 개수는 하나의 부호어(Code Word)를 기준으로 하였을 때 도 2와 같이 k 개의 정보 심볼(Systematic Symbol)과 n-k 개의 패리티 심볼(Parity Symbol)을 합산하여 최대 n 개까지 계수되며, 이후는 모듈로(Modulo) 연산 등을 이용하여 순환되게 계수한다.
이후 711 과정에서 내부 부호기(510)는 수신 심볼에 대해 CRC 체크를 수행하고, 그 체크 결과를 소거 심볼 확인기(540)으로 전달한다. 여기서 소거 심볼 확인기(540)는 수신 심볼에 대한 CRC 결과를 제어기(550)로 전달하며, 713 과정에서 제어기(550)는 수신 심볼의 CRC가 "Good"인 유효 심볼로 판정된 경우 715 과정에서 유효 심볼의 개수를 1 증가시키고, 717 과정에서 수신 심볼의 CRC가 "Bad"인 소거 심볼로 판정된 경우 소거 심볼 계수기(550a)를 통해 소거 심볼의 개수를 1 증가시킨다. 여기서 유효 심볼의 개수는 현재 수신 심볼의 개수에서 현재 소거 심볼의 차를 구하여 산출된다.
이후 719 과정에서 제어기(550)는 수신 심볼과 소거 심볼의 개수를 조회하여 수신 심볼의 개수가 정보 심볼의 개수 k와 동일하고, 소거 심볼의 개수가 0인지 확인하고, 수신 심볼의 개수가 k, 소거 심볼의 개수가 0인 경우 721 과정에서 제어기(550)는 외부 복호기(530)의 동작을 정지시키고, 현재 까지 수신된 수신 심볼에 대해 RS 복호를 수행하지 않고, 정보 심볼로서 그대로 호스트(도시되지 않음)로 전송되도록 외부 복호기(530)를 제어한다. 이는 첫 번째 수신 심볼부터 k 번째 수신 심벌 까지 모두 유효 심볼로 수신되어 패리티 심볼을 이용한 RS 복호가 불필요하기 때문이다.
한편 도 6a에는 도시되지 않았으나, 상기 721 과정에서 외부 복호기(530)의 동작을 정지시킴과 아울러 불필요한 전력 소모 방지를 위해 내부 복호기(510)의 동작도 함께 정지시키는 것이 바람직 할 것이다.
그리고 723 과정에서 제어기(550)는 유효 심볼의 개수를 조회하여 수신 심볼 중 유효 심볼의 개수가 k 개로 확인된 경우 725 과정에서 내부 복호기(510)의 동작을 정지시킨다. 이는 n 개의 수신 심볼 중 유효 심볼이 k 개 이상인 경우 RS 복호의 수행이 가능하므로 유효 심볼의 개수가 k에 도달된 시점에서 이후 심볼을 수신하지 않고, 즉 내부 복호를 수행하지 않고, RS 복호를 수행하게 되면, 내부 복호를 수행하지 않은 심볼 개수 만큼 내부 복호기(510)의 전력 소모를 방지할 수 있기 때문이다. 여기서 수신되지 않은 나머지 심볼에 대해 제어기(550)는 소거 심볼로 처리되는 임의 심볼을 채워 충당한다.
이후 727 과정에서 제어기(550)는 소거 심볼의 개수가 n-k 개를 초과하는 지 확인하여 소거 심볼의 개수가 n-k 개를 초과하는 경우 또한 729 과정에 따라 외부 복호기(530)의 동작을 정지시킨다. 이 경우 도 6b에는 도시되지 않았으나 소거 심볼의 개수가 RS 복호가 가능한 패리티 심볼의 개수를 초과하였으므로 RS 복호를 수행하지 않고, 현재 까지 수신된 수신 심볼 중 유효 심볼이 그대로 호스트로 전달되도록 외부 복호기(530)를 제어한다.
그리고 731 과정에서 제어기(550)는 수신 심볼의 개수가 k 보다 크거나 같은지를 확인하여 수신 심볼의 개수가 k 보다 크거나 같은 경우 733 과정에서 제어기(550)는 내부 복호기(510)의 동작을 정지시킨다. 상기 731 과정은 소거 심볼의 개수가 n-k 개 이상인 조건에서 수행되므로 예컨대, 첫 번째 수신 심벌부터 n-k 번째 심벌 까지 소거 심벌로 수신된 경우 나머지 k 번째 심벌 까지는 유효 심벌로 수신된 경우 이후 심벌은 패리티 심벌로 수신되므로 수신할 필요가 없고, 제어기(550)는 내부 복호기(510)의 동작을 정지시켜 불필요한 전력 소모를 방지하게 된다.
이후 735 과정에서 제어기(550)는 수신 심볼의 개수가 마지막 n 개에 도달된 경우 외부 복호기(530)를 통해 수신 심볼을 RS 복호하게 된다. 이 경우 n 개의 수신 심볼 중 소거 심볼은 n-k 개를 넘지 않아야 하며, 소거 심볼의 개수가 n-k 개를 넘는 경우는 상기 729 과정 또는 733 과정의 동작을 수행한 후, 수신 심볼 중 유효 심볼 만을 그대로 호스트로 전달하게 된다. 그리고 상기한 703 과정 내지 739 과정의 복호 동작은 심볼 수신이 종료될 때까지 반복하여 수행된다.
상기한 이동통신 시스템에서 내부 및 외부 부호 복호 장치 및 방법은 심볼 단위의 데이터 전송을 예로 든 것이나, 예컨대, CDMA 2000 1x 시스템에서 제공되는 방송 서비스와 같이 프레임(Frame) 단위의 데이터를 전송하는 경우에도 적용될 수 있다. 이 경우 도 5, 도 6a 및 도 6b에서 수신 심볼, 소거 심볼 및 유효 심볼 등은 수신 프레임, 소거 프레임 및 유효 프레임으로 대체될 수 있으며, 내부 부호 과정에서 수행되는 CRC 체크는 프레임 단위로 수행된다.
이하 본 발명의 실시예를 갈로아 필드 GF(28)에서 정의된 (n,k) = (16,13) 인 RS 부호를 예로 들어 설명하기로 한다.
상기 RS(16,13)의 오류 정정 능력은 상기 <수학식 1>에 의해 s+2e≤3과 같이 표현되며, 여기서 s는 소거 심볼 수, e는 CRC 체크에서 누락된 오류 심볼 수, n은 RS 부호의 길이, k는 정보 심볼의 개수를 의미한다. 이 경우 일반적인 RS 복호기가 오류를 정정할 수 있는 경우는 하기 <수학식 2>와 같다.
(s, e)∈{(0,1), (1,0), (1,1), (2,0), (3,0)}
그리고 본 발명에 따라 상기 <수학식 2>에서 상기 오류 심볼을 배제하고, 소거 심볼 위치만을 고려하여 수신 심볼의 오류를 정정할 수 있는 범위는 하기 <수학식 3>과 같다.
(s, e)∈{(1,1), (2,0), (3,0)}
따라서 종래 RS 복호기에 의한 RS 복호 방법과 본 발명에 따른 RS 복호 방법의 성능 차이는 하기 <수학식 4>의 범위에서 발생됨을 알 수 있다.
(s, e)∈{(0,1), (1,1)}
그리고 상기 <수학식 4>에서 (s, e)=(0,1), (s, e)=(1,1)이 시스템의 복호 성능에 미치는 영향을 각각 확률로 구해보면, 하기 <수학식 5>와 <수학식 6>과 같다.
상기 <수학식 5>와 <수학식 6>에서 ser(symbol error rate)은 내부 복호 시 하나의 심볼에서 오류가 발생될 확률을 의미하고, P는 CRC 결과가 틀릴 확률을 의미한다. 본 출원인의 실험에 의하면, 상기 P의 근사값은 대략 1/216≒1.5×10-5으로 결정된다.
도 7은 본 발명과 종래 외부 부호 복호 방법의 성능 비교 실험 결과를 나타낸 것으로, 여기서 외부 복호는 RS 복호를 이용하였다. 도 7에서 가로축은 상기 <수학식 5>, <수학식 6>의 합산된 결과를 ser의 함수 Prs,e(0,1)+Prs,e(1,1)로 나타낸 것이고, 세로축은 (s, e)=(0,1), (s, e)=(1,1)의 경우 RS 복호 후 하나의 프레임에서 오류가 발생될 확률 FER(Frame Error Rate)을 나타낸 것이다.
도 7의 실험 결과를 보면, 내부 복호 신호의 ser이 10-1인 지점에서 RS 복호 후, 복호 성능 차이가 최대로 발생되지만 그 성능 차이는 10-7 단위의 상당히 작은 값을 가짐을 알 수 있다. 따라서 본 발명에 따라 소거 심볼만을 이용하는 복호 알고리즘을 BCMCS 등 방송 서비스에 적용하는 경우 종래 방법에 비해 내부 및 외부 복호 과정을 간소화하여 RS 복호를 수행할 수 있으며, 그 성능 차이 또한 거의 없음을 알 수 있다.
도 8는 본 발명과 종래 내부 및 외부 부호 복호 방법의 성능 비교 실험 결과를 나타낸 것으로, 여기서 내부 복호는 터보 부호, 외부 복호는 RS 부호를 이용하였다. 도 8에는 터보 부호만을 이용한 복호 시 프레임 오류 비율과, 종래 방법에 따라 터보 부호와 RS 부호를 이용한 복호 시 프레임 오류 비율(b)과, 본 발명에 따라 터보 부호와 RS 부호를 이용한 복호를 수행한 경우 프레임 오류 비율(c)이 도시되어 있다. 실험 결과 본 발명의 내부 및 외부 복호 방법에 따라 소거 심볼만을 고려하여 수신 심볼의 오류를 정정하여도 종래 복호 방법과 동일한 성능을 보이면서 불필요한 내부 및 외부 복호를 생략함에 따라 복호기의 전력 소모량을 절감할 수 있음을 알 수 있다.
또한 하기 <표 1>은 종래 방법에 의한 내부 및 외부 복호 동작을 100이라 하였을 때 각Ec/Ior 별로 본 발명에 따라 내부 및 외부 복호 동작의 생략된 비율의 시뮬레이션 결과를 백분율로 나타낸 것으로서, 하기 <표 1>에서 내부 복호는 터보(Turbo) 복호를 의미하고, 외부 복호는 RS 복호를 의미한다.
Ec/Ior 생략된 내부 복호 비율 생략된 외부 복호 비율
-14 43% 10%
-13 36.36% 11.86%
-12 54.86% 14.80%
한편 도 8에서 FER 1%를 목표치로 하면, 대략 -12.8dB의 Ec/Ior이 요구되므로, 본 발명의 방법을 수행하는 경우 종래 복호 방법에 비해 외부 복호 과정을 36.4% 이상 생략하고, 내부 복호 과정을 11.9% 이상 생략하여 내부 및 외부 복호를 수행할 수 있음을 상기 <표 1>의 결과를 통해 확인할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 리드-솔로몬 부호를 사용하는 이동통신 시스템에서 RS 복호 과정을 단순화하여 내부 및 외부 부호의 복호 과정을 저전력으로 수행하고, 수신단의 구조를 간단화할 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, RS 복호 과정에서 CRC 결과를 신뢰하여 불필요한 내부 및 외부 복호 과정을 생략함으로써 내부 및 외부 복호 과정을 고속으로 수행할 수 있는 내부 및 외부 복호 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 일반적인 RS 부호기의 내부 구성을 나타낸 블록 구성도
도 2는 일반적인 RS 부호화가 수행되는 심볼과 프레임 구조를 설명하기 위한 도면
도 3은 일반적인 RS 복호기의 내부 구성을 나타낸 블록 구성도
도 4는 본 발명에 따른 이동통신 시스템의 RS 복호기의 내부 구성을 나타낸 블록 구성도
도 5는 본 발명에 따른 RS 부호를 사용하는 이동통신 시스템에서 내부 및 외부 부호 복호 장치의 내부 구성을 나타낸 블록 구성도
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 RS 부호를 사용하는 이동통신 시스템에서 내부 및 외부 부호 복호 방법을 설명하기 위한 플로우챠트
도 7은 본 발명과 종래 외부 부호 복호 방법의 성능 비교 실험 결과를 나타낸 도면
도 8는 본 발명과 종래 내부 및 외부 부호 복호 방법의 성능 비교 실험 결과를 나타낸 도면

Claims (12)

  1. 채널 복호를 수행하는 내부 복호기와 리드-솔로몬 복호를 수행하는 외부 복호기가 구비된 이동통신 시스템에서 내부 및 외부 부호 복호 방법에 있어서,
    무선망을 통해 전송된 수신 심볼에 대해 주기적 덧붙임 검사(CRC)를 수행하는 과정과,
    상기 수신 심볼 중 상기 CRC 결과가 정상인 유효 심볼의 개수를 계수하는 과정과,
    상기 유효 심볼의 개수가 하나의 부호어의 정보 심볼 개수에 도달된 경우 상기 내부 복호기의 동작을 정지시키는 과정을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 상기 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 정보 심볼 중 상기 CRC 결과 수신 오류가 발생된 소거 심볼의 개수가 0인 경우 상기 외부 복호기의 동작을 정지시키는 과정을 추가로 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 상기 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 유효 심볼의 개수가 상기 정보 심볼의 개수에 도달되고 상기 소거 심볼의 개수가 0 보다 크고 상기 리드-솔로몬 복호가 수행되는 오류 정정 범위 내인 경우 상기 외부 복호를 수행하는 과정을 추가로 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 수신 심볼의 전송 개시 시간과 현재 수신 시간과의 차이와 1 심볼 전송에 요구되는 시간을 이용하여 상기 수신 심볼의 전송 순번을 확인하는 과정과,
    상기 확인된 전송 순번 이후부터 상기 수신 심볼의 개수를 계수하는 과정을 추가로 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 상기 방법.
  5. 채널 복호를 수행하는 내부 복호기와 리드-솔로몬 복호를 수행하는 외부 복호기가 구비된 이동통신 시스템에서 내부 및 외부 부호 복호 방법에 있어서,
    무선망을 통해 전송된 수신 심볼에 대해 주기적 덧붙임 검사(CRC)를 수행하는 과정과,
    상기 수신 심볼 중 상기 CRC 결과 수신 오류가 발생된 소거 심볼의 개수를 계수하는 과정과,
    상기 소거 심볼의 개수가 하나의 부호어의 오류 정정 범위를 초과한 경우 상기 내부 및 외부 복호기의 동작을 정지시키는 과정을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 상기 방법.
  6. 외부 부호로 리드-솔로몬 부호를 사용하는 이동통신 시스템에서 내부 및 외부 부호 복호 장치에 있어서,
    무선망을 통해 전달된 수신 심볼에 대해 채널 복호를 수행하는 내부 복호기와,
    상기 수신 심볼에 대해 리드-솔로몬 복호를 수행하는 외부 복호기와,
    상기 수신 심볼의 주기적 덧붙임 검사(CRC) 결과를 확인하는 소거 심볼 확인기와,
    상기 소거 심볼 확인기로부터 상기 CRC 결과를 수신하여 상기 수신 심볼 중 소거 심볼과 유효 심볼의 개수를 계수하고, 상기 유효 심볼의 개수가 하나의 부호어의 정보 심볼 개수에 도달된 경우 상기 내부 복호기의 동작을 정지시키는 제어기를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 상기 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 소거 심볼의 개수가 하나의 부호어의 오류 정정 범위를 초과하는 경우 상기 내부 복호기의 동작이 정지되도록 제어함을 추가로 포함함을 특징으로 하는 상기 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 정보 심볼 중 상기 CRC 결과 수신 오류가 발생된 소거 심볼의 개수가 0인 경우 상기 외부 복호기의 동작이 정지되도록 제어함을 추가로 포함함을 특징으로 하는 상기 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 유효 심볼의 개수가 상기 정보 심볼의 개수에 도달되고 상기 소거 심볼의 개수가 0 보다 크고 상기 리드-솔로몬 복호가 수행되는 오류 정정 범위 내인 경우 상기 외부 복호기를 제어하여 상기 수신 심볼을 복호시킴을 추가로 포함함을 특징으로 하는 상기 장치.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 수신 심볼의 전송 개시 시간과 현재 수신 시간과의 차이와 1 심볼 전송에 요구되는 시간을 이용하여 상기 수신 심볼의 전송 순번을 확인하고, 상기 확인된 전송 순번 이후부터 상기 수신 심볼의 개수를 계수하도록 제어함을 추가로 포함함을 특징으로 하는 상기 장치.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 유효 심볼의 개수가 상기 정보 심볼의 개수에 도달된 경우 나머지 심볼에 대해서는 상기 소거 심볼로 처리되는 임의 심볼을 채우도록 제어함을 추가로 포함함을 특징으로 하는 상기 장치.
  12. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 내부 복호기의 동작을 정지시키는 경우 수신기의 안테나단과 상기 내부 복호기 사이에서 심볼 수신과 관련된 다른 구성 요소들의 동작도 함께 정지시킴을 추가로 포함함을 특징으로 하는 상기 장치.
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