KR20080012434A - 입력 메시지의 특성을 고려한 복호 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 입력 메시지의 특성을 고려한 복호 장치 및 방법에 관한 것으로, 수신데이터가 고정정보인지 확인하는 고정정보 확인부와, 상기 수신데이터를 수신하면, 상기 고정정보 확인부를 통해 상기 수신데이터가 고정정보인지 확인하고 고정정보이면 고정정보를 고려한 발생 가능한 경로에 대해 근사도 각각을 지로평가량(branch metric)로 출력하는 지로평가량 계산부를 포함하여 오차 정정 성능을 향상하였다.
비터비 복호기(Viterbi decoder), 고정정보, 프레임 제어 헤더(FCH : Frame Control Header)

Description

입력 메시지의 특성을 고려한 복호 장치 및 방법{DECODING APPARATUS AND METHOD FOR CONSIDERING INPUT MESSAGE CHARACTERISTICS}
도 1은 종래의 기술에 따른 일반적인 비터비 복호기의 구성을 도시한 도면,
도 2는 종래 기술에 따른 비터비 복호기에서 발생 가능한 경우에 따른 경로를 트리형태로 도시한 도면,
도 3은 종래 기술에 따른 직교주파수 분할 다중 접속 방식에서의 프레임 구조롤 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 복호 장치의 구성을 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 복호 장치에서 발생 가능한 경우에 따른 경로를 트리형태로 도시한 도면,
도 6은 802.16e 규격에 따른 직교주파수 분할 다중 접속 방식의 프레임 제어 헤더를 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 복호 장치에서의 복호 과정을 도시한 흐름도 및,
도 8은 종래의 복호기와 본 발명의 복호기의 성능을 그래프로 도시한 도면이 다.
본 발명은 입력 메시지의 특성을 고려한 복호 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 부호화 장치에 입력되는 입력 메시지의 고정된 정보를 이용하여 복호 장치에서 부호화 메시지를 복호화할 때 오차를 줄이는 복호 장치 및 방법에 관한 것이다.
이동통신 채널에서의 잡음으로 인한 오류를 정정하기 위해 일반적으로 비터비 복호기(Viterbi decoder)가 사용된다. 비터비복호기는 길쌈부호(convolutional code)로 부호화된 데이터를 최우(maximun likelihood)복호기법을 채용한 비터비 알고리즘으로 복호화하는 장치이다. 이 비터비 복호기는 미리 결정된 부호기의 부호순서와 수신된 데이터의 부호순서를 비교하여 가장 근접한 부호순서의 경로를 선택하고, 이 선택된 경로들로부터 송신된 부호를 복호해 낸다.
도 1은 종래의 기술에 따른 일반적인 비터비 복호기의 구성을 도시한 도면이다. 상기 도 1을 참조하면 종래의 비터비 복호기는 지로평가량 계산부(BMC : Branch Metric Calculation unit)(100), 가산비교 선택부(ACS : Add - Compare - Select unit)(104), 상태평가량메모리(SMM : State Metric Memory)(106), 경로메모리(PM : Path Memory)(108) 및 역추적부(TB : TraceBack unit)(110)를 포함하여 구 성한다.
수신데이터가 지로평가량 계산부(100)에 인가되면, 지로평가량 계산부(100)는 인가된 수신데이터와 부호기(encoder)로부터 출력 가능한 미리 설정된 부호순서 간의 근사도를 계산하여 지로평가량(branch metric)을 출력한다. 가산비교선택부(104)는 지로평가량계산부(100)에 의해서 계산된 지로평가량과 상태평가량 메모리(106)에 저장되어 있던 이전상태의 평가량을 입력으로 가산 및 비교를 수행하여 송신된 부호순서와 가장 근접한 상태의 생존경로를 선택하고, 선택한 생존경로의 상태평가량을 계산한다. 상기 선택된 생존경로 정보는 경로메모리(108)에 저장되고, 상기 계산된 상태평가량은 상태평가량 메모리(106)에 저장된다.
그려면 역추적부(110)는 경로메모리(108)에 저장된 생존경로 정보를 이용해서 수신데이터와 가장 근접한 경로를 찾아내어 복호화된 데이터를 출력한다.
도 2는 종래 기술에 따른 비터비 복호기에서 발생 가능한 경우에 따른 경로를 트리형태로 도시한 도면이다. 상기 도 2의 트리는 트렐리스 트리(trellis tree) 라 칭하며 상기 지로평가량 계산부(100)에서 계산하는 수신데이터와 부호기(encoder)로부터 출력 가능한 미리 설정된 부호순서에 따른 경로를 나타낸다.
한편, 복호화의 일 예로 802.16e 규격에서 정의하는 직교주파수 분할 다중 접속(OFDMA : Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 방식에서의 복호화을 아래에서 도면을 참조하여 살펴보고자 한다.
도 3은 종래 기술에 따른 직교주파수 분할 다중 접속 방식에서의 프레임 구조롤 도시한 도면이다. 상기 도 3을 참조하면, OFDMA의 프레임은 각 셀과 세그먼트 를 구별하기 위한 PN 코드가 인가된 프리엠블(Preamble)와, 프레임 제어 헤더(FCH : Frame Control Header) 정보와 사용자에 대한 할당정보를 나타내는 상기 하향링크 맵(DLMAP) 정보와 데이터 버스트(DATA BURST)로 구성한다.
여기서, 프레임 제어 헤더(FCH : Frame Control Header)와 하향링크 맵(DLMAP) 정보는 데이터 버스트(DATA BURST)보다 상대적으로 중요하다. 이는 데이터 버스트(DATA BURST)는 수신 실패시 ARQ 등의 방법으로 재전송 및 복구가 가능하지만, FCH 와 DLMAP 정보는 수신 실패시 통신이 단절될 수 있기 때문이다.
802.16e 규격에서 OFDMA 시스템의 송신단은 FCH를 길쌈부호(convolutional code)로 1/2로 부호화하고, 4회 반복해서 수신단으로 전송한다. FCH정보를 수신한 수신단은 비터비 복호기를 이용하여 복호한다.
수신단에서 수신하는 FCH 정보중에는 복호화를 거지지 않고도 미리 알 수 있는 정보와 이미 미리 정해져서 고정된 정보들이 있다. 하지만 종래의 수신단은 이러한 정보를 을 고래하지 않고 복호화하고 있다. 상기 미리 알 수 있는 정보와 고정된 정보들에 대해서는 이후 도 6의 설명에서 상세히 후술한다.
따라서, 복호 하기 전에 알 수 있는 정보를 고려하여 복호하는 방법이 요구된다.
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 입력 메시지의 특성을 고려한 복호 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 부호화 장치에 입력되는 입력 메시지의 고정된 정보를 이용하여 복호 장치에서 부호화 메시지를 복호화할 때 오차를 줄이는 복호 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 프레임 제어 헤더(FCH : Frame Control Header) 정보 중에서 복호화를 거지지 않고도 미리 알 수 있는 정보와 이미 미리 정해져서 고정된 정보를 이용하여 복호화할 때 오차를 줄이는 복호 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 입력 메시지의 특성을 고려한 복호 장치는, 수신데이터가 고정정보인지 확인하는 고정정보 확인부와, 상기 수신데이터를 수신하면, 상기 고정정보 확인부를 통해 상기 수신데이터가 고정정보인지 확인하고 고정정보이면 고정정보를 고려한 발생 가능한 경로에 대해 근사도 각각을 지로평가량(branch metric)로 출력하는 지로평가량 계산부를 포함함을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 입력 메시지의 특성을 고려한 복호 방법은, 복호화할 수신데이터를 수신하는 과정과, 상기 수신데이터가 고정정보인지 검사하는 과정과, 상기 검사결과 상기 수신데이터가 상기 고정정보이면, 상기 고정정보를 고려한 발생 가능한 경로에 대해 근사도 각각을 지로평가량(branch metric)로 계산하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면의 참조하여 상세히 설명하면 하기와 같다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
부호화 장치에 입력되는 입력 메시지의 고정된 정보를 이용하여 복호 장치에서 부호화 메시지를 복호화할 때 오차를 줄이는 입력 메시지의 특성을 고려한 복호 장치 및 방법에 관한 것이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 복호 장치의 구성을 도시한 도면이다. 상기 도 4를 참조하면 본 발명의 복호 장치는 지로평가량 계산부(BMC : Branch Metric Calculation unit)(400), 고정정보 확인부(402), 가산비교 선택부(ACS : Add - Compare - Select unit)(404), 상태평가량메모리(SMM : State Metric Memory)(406), 경로메모리(PM : Path Memory)(408) 및 역추적부(TB : TraceBack unit)(410)를 포함하여 구성한다.
상기 지로평가량 계산부(400)는 수신데이터가 인가되면, 상기 고정정보 확인부(402)를 통해 수신데이터가 고정정보인지 확인하여 고정정보이면 고정정보를 고려한 부호기(encoder)로부터 출력 가능한 경로에 대해 근사도를 계산하여 지로평가량(branch metric)을 출력하고, 수신데이터가 고정정보가 아니면 부호기(encoder)로부터 출력 가능한 모든 경로에 대해 근사도를 계산하여 지로평가량을 출력한다.
상기 고정정보 확인부(402)는 상기 지로평가량 계산부(400)의 요청에 따라 수신데이터가 복호화를 거지지 않고도 추정할 수 있는 정보이거나 규격에 의해 미 리 정해진 데이터인 고정정보인지 확인하여 고정정보이면, 상기 고정정보를 상기 지로평가량 계산부(400)로 출력한다.
상기 가산비교선택부(404)는 상기 지로평가량계산부(400)에 의해서 계산된 지로평가량과 상기 상태평가량 메모리(406)에 저장되어 있던 이전상태의 평가량을 입력으로 가산 및 비교를 수행하여 송신된 부호순서와 가장 근접한 상태의 생존경로를 선택하고, 선택한 생존경로의 상태평가량을 계산한다. 상기 선택된 생존경로 정보는 상기 경로메모리(408)에 저장되고, 상기 계산된 상태평가량은 상기 상태평가량 메모리(406)에 저장된다.
상기 역추적부(410)는 상기 경로메모리(408)에 저장된 생존경로 정보를 이용해서 수신데이터와 가장 근접한 경로를 찾아내어 복호화된 데이터를 출력한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 복호 장치에서 발생 가능한 경우에 따른 경로를 트리형태로 도시한 도면이다. 상기 도 5를 참조하면, 본 발명 복호 장치에 의해 생성되는 트렐리스 트리(trellis tree)는 고정정보를 이용하여 발생 가능하지 않은 경로(점선으로 표시)는 처리하지 않는다.
그러면, 상기 고정정보 확인부(402)에서 확인하는 상기 고정정보의 예를 아래에서 도면을 참조하여 설명한다. 도 6은 802.16e 규격에 따른 직교주파수 분할 다중 접속 방식의 프레임 제어 헤더를 도시한 도면이다.
상기 도 6을 참조하면, 24비트의 상기 프레임 제어 헤더(FCH : Frame Control Header)는 PUSC 영역에서 어떤 부채널 집합이 할당되었는지를 알려주기 위한 비트맵인 Used subchannel bitmap 6비트, 현재 프레임에서 레인징(Periodic ranging/BW request)을 위한 할당이 변경되었는지를 알려주는 플래그인 Ranging_Change_Indication 1비트, DL-MAP 전송에 이용되는 반복횟수를 나타내는 Repetition_Coding_Indication 2비트, DL-MAP(DL-MAP은 QPSK 1/2 코드율로 전송된다.) 전송에 이용되는 인코딩 방법을 나타내는 Coding_Indication 3비트, DL_Frame_Prefix에 바로 뒤이어 나타나는 DL-MAP 메시지의 길이를 나타내는 DL-Map_Length 8비트 및, Reserved 4비트로 구성한다. 상기 프레임 제어 헤더의 상세한 설명은 802.16e 규격을 참조한다.
그러면 상기 프레임 제어 헤더의 고정정보를 살펴보면, 상기 Used subchannel bitmap 6비트는 수신기와 통신중인 기지국에서 사용하고 있는 부채널 집합 정보를 나타내며, 이때 각 세그먼트에 단말기에서 FCH 복호화전에 알 수 있는 최소한 2개의 부채널 집합이 할당된다. 또한 실제 적용에 있어서, 사업자와 네트워크 및 단말기기 제조업자 간에 협의를 통하여 고정된 부채널 집합들을 세그먼트에 할당하는 경우가 빈번히 발생한다. 따라서, 6 비트의 Used subchannel bitmap은 단말기에서 세그먼트(segement) ID를 검출하면 FCH의 복호 없이 획득할 수 있는 고정정보이다.
상기 Coding indication 3비트의 경우, 사업자와 협의를 통하여 지원 가능한 코딩(Coding)을 결정하고, 이에 따라 단말기 칩(chip)의 간략화를 위하여 필요한 복호 장치만을 지원하도록 개발된다. 따라서, 예를 들어 현재 국내에 시험되는 Wibro service는 convolutional code (CC) '000' 와 convolutional turbo code (CTC) '010' 만을 지원하므로, 첫 번째와 세 번째 비트는 고정되고, Coding Type을 알기위 하여, 두 번째 비트만 복호 장치를 통하여 복호해서 획득하면 된다. 즉, 상기 Coding indication 3비트 중에서 2비트는 고정정보이다.
상기 reserved 4비트는 규격상으로 아직 정해지지 않고 0으로 고정되어 있으므로, 복호를 거치지 않고도 알 수 있는 고정정보이다.
즉, 802.16e 규격에 따른 직교주파수 분할 다중 접속 방식의 프레임 제어 헤더의 고정정보는 상기 Used subchannel bitmap 6비트 + 상기 Coding indication 3비트 중에서 2비트 + 상기 reserved 4비트로서 총 12비트이다.
이하, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 입력 메시지의 특성을 고려한 복호 방법을 아래에서 도면을 참조하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 복호 장치에서의 복호 과정을 도시한 흐름도이다. 상기 도 7을 참조하면, 본 발명의 복호 장치는 700단계에서 복호화할 수신데이터를 수신하면, 702단계로 진행하여 상기 수신데이터가 고정정보인지 검사한다. 상기 검사결과 상기 수신데이터가 고정정보이면, 상기 복호 장치는 704단계로 진행하여 고정정보를 고려한 발생 가능한 경로에 대해 근사도를 계산하여 지로평가량(branch metric)을 계산한다. 하지만 상기 702단계의 검사결과 상기 수신데이터가 고정정보가 아니면 상기 복호 장치는 706단계로 진행하여 발생 가능한 모든 경로에 대해 근사도를 계산하여 지로평가량을 계산한다.
이후, 상기 복호 장치는 708단계로 진행하여 각각의 상기 지로평가량에 저장된 이전의 상태평가량을 가산하고 그 결과들을 비교하여 수신데이터와 가장 근접한 생존경로를 선택하여 저장하고, 710단계로 진행하여 상기 선택한 생존경로의 상태평가량을 계산하여 저장하고, 712단계로 진행하여 저장된 상기 선택한 생존경로 정보를 이용하여 복호 데이터를 출력한다.
그러면, 종래의 복호기와 본 발명의 복호기 성능을 아래에서 도 8을 통해 비교한다. 도 8은 종래의 복호기와 본 발명의 복호기의 성능을 그래프로 도시한 도면이다. 상기 도 8의 그래프는 길쌈부호를 802.16e의 FCH의 규격과 동일하게 하고 부호기 계수를 8진수(171, 133)으로 하고 메모리 수를 6개, Rate를 1/2, 변조(Modulation)를 BPSK로 하고, 채널 환경을 AWGN로 했을 때 고정정보를 제외한 검출하고자 하는 수신데이터에 오차가 발생할 시를 프레임 에러로 정의하고, 총 10000번의 반복시행 중에서 FER(Frame Error Rate)을 측정하였다.
상기 도 8을 참조하면, 파랜색으로 표현한 종래의 복호기의 성능과 검은선으로 표현한 본 발명의 복호기 성능을 비교하면, 본 발명의 복호기는 종래기 복호기에 비하여 FER=0.001을 기준으로 1.5dB 이상의 성능 이득이 있음을 확인할 수 있다.
분명히, 청구항들의 범위내에 있으면서 이러한 실시예들을 변형할 수 있는 많은 방식들이 있다. 다시 말하면, 이하 청구항들의 범위를 벗어남 없이 본 발명을 실시할 수 있는 많은 다른 방식들이 있을 수 있는 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명은 부호화 장치에 입력되는 입력 메시지의 고정된 정보를 이용하여 복호화하는 복호 장치 및 방법에 관한 것으로, 종래 기술대비 오차 정정 성능이 향상되는 효과를 가진다.

Claims (14)

  1. 입력 메시지의 특성을 고려한 복호 장치에 있어서,
    수신데이터가 고정정보인지 확인하는 고정정보 확인부와,
    상기 수신데이터를 수신하면, 상기 고정정보 확인부를 통해 상기 수신데이터가 고정정보인지 확인하고 고정정보이면 고정정보를 고려한 발생 가능한 경로에 대해 근사도 각각을 지로평가량(branch metric)로 출력하는 지로평가량 계산부를 포함함을 특징으로 하는 복호 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 지로평가량 계산부는,
    상기 수신데이터가 상기 고정정보가 아니면 발생 가능한 모든 경로에 대해 근사도근사도 각각을 상기 지로평가량(branch metric)로 출력함을 특징으로 하는 복호 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상태평가량의 저장하는 상태평가량 메모리와,
    선택한 생존경로를 저장하는 경로메모리와,
    상기 지로평가량 계산부에서 출력하는 상기 지로평가량들에 상기 상태평가량 메모리에 저장된 이전의 상태평가량을 가산하고 그 결과들을 비교하여 상기 수신데이터와 가장 근접한 상태의 생존경로를 선택하여 상기 경로메모리에 저장하고, 상기 선택한 생존경로의 상태평가량을 계산하여 상기 상태평가량 메모리에 저장하는 가산비교 선택부와,
    상기 경로메모리에 저장된 상기 선택한 생존경로 정보를 이용하여 복호 데이터를 출력하는 역추적부를 더 포함함을 특징으로 하는 복호 장치.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 고정정보는,
    복호화를 거지지 않고도 추정할 수 있는 데이터이거나 규격에 의해 미리 정해진 데이터임을 특징으로 하는 복호 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 고정정보는,
    직교주파수 분할 다중 접속 방식의 프레임 제어 헤더에서 사용된 부채널 비트맵(Used subchannel bitmap) 6비트를 포함함을 특징으로 하는 복호 장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 고정정보는,
    직교주파수 분할 다중 접속 방식의 프레임 제어 헤더에서 코딩 표시(Coding indication) 3비트 중에서 고정된 첫번째 비트와 세번째 비트의 2비트를 포함함을 특징으로 하는 복호 장치.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 고정정보는,
    직교주파수 분할 다중 접속 방식의 프레임 제어 헤더에서 예약영역(reserved) 4비트를 포함함을 특징으로 하는 복호 장치.
  8. 입력 메시지의 특성을 고려한 복호 방법에 있어서,
    복호화할 수신데이터를 수신하는 과정과,
    상기 수신데이터가 고정정보인지 검사하는 과정과,
    상기 검사결과 상기 수신데이터가 상기 고정정보이면, 상기 고정정보를 고려한 발생 가능한 경로에 대해 근사도 각각을 지로평가량(branch metric)로 계산하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 복호 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 검사결과 상기 수신데이터가 상기 고정정보가 아니면, 발생 가능한 모든 경로에 대해 근사도 각각을 상기 지로평가량(branch metric)로 계산하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 복호 방법.
  10. 제 8항 또는 제 9항에 있어서,
    상기 지로평가량을 계산하는 과정 후에,
    각각의 상기 지로평가량에 저장된 이전의 상태평가량을 가산하고 그 결과들을 비교하여 수신데이터와 가장 근접한 생존경로를 선택하여 저장하는 과정과,
    상기 선택한 생존경로의 상태평가량을 계산하여 저장하는 과정과,
    저장된 상기 선택한 생존경로 정보를 이용하여 복호 데이터를 출력하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 복호 방법.
  11. 제 8항 또는 제 9항에 있어서,
    상기 고정정보는,
    복호화를 거지지 않고도 추정할 수 있는 데이터이거나 규격에 의해 미리 정 해진 데이터임을 특징으로 하는 복호 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 고정정보는,
    직교주파수 분할 다중 접속 방식의 프레임 제어 헤더에서 사용된 부채널 비트맵(Used subchannel bitmap) 6비트를 포함함을 특징으로 하는 복호 방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 고정정보는,
    직교주파수 분할 다중 접속 방식의 프레임 제어 헤더에서 코딩 표시(Coding indication) 3비트 중에서 고정된 첫번째 비트와 세번째 비트의 2비트를 포함함을 특징으로 하는 복호 방법.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 고정정보는,
    직교주파수 분할 다중 접속 방식의 프레임 제어 헤더에서 예약영역(reserved) 4비트를 포함함을 특징으로 하는 복호 방법.
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