KR20090061853A - 케이블 모뎀에 적용 가능한 비터비 복호기 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 케이블 모뎀에 적용 가능한 비터비 복호기 장치 및 방법에 관한 것으로, 입력신호를 바탕으로 기준 좌표 결정값들 각각과의 절대 거리를 계산하고 절대 거리가 가장 작은 최소 가지 메트릭을 선택하는 가지메트릭 연산부; 상기 최소 가지 메트릭을 바탕으로 누적된 경로 메트릭을 구하고 상기 누적된 경로 메트릭 중에서 최소 경로 메트릭을 구하여 최단 경로를 구하고 최단 경로의 상태정보를 확인하는 경로 선택부; 및, 상기 최단 경로의 상기 상태정보를 역추적하여 복호하고 출력하는 역추적부를 포함한다.

비터비 복호기, 가지 메트릭, 절대 거리, 유클리드 거리

Description

케이블 모뎀에 적용 가능한 비터비 복호기 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FO VITERBI DECODER USING CABLE MODEM}

본 발명은 케이블 모뎀에 적용 가능한 비터비 복호기 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 비터비 복호기 장치의 가지메트릭 연산부에서 유클리드 거리를 계산하는 방법의 복잡도를 줄여서 비터비 복호기의 처리성능을 높인 케이블 모뎀에 적용 가능한 비터비 복호기 장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT성장동력기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2006-S-019-02, 과제명: 하향 1Gbps 디지털 케이블 송수신 시스템 개발].

다양한 정보통신 서비스의 발달과 이에 따른 사용자들의 요구 데이터율의 증가로 인해 더욱 고속의 데이터를 처리할 수 있는 많은 시스템이 개발되고 있다. 이와 관련하여 케이블통신에 대한 표준을 정하는 CableLabs에서는 DOCSIS2.0이라는 표준을 통해 6MHz 대역폭에서 최대 약 40Mbps까지 데이터 전송이 가능하도록 규정 하고 있으며, 새로운 표준인 DOCSIS3.0에서는 훨씬 더 높은 전송률을 규정하고 있다. 그러나 이러한 신호 전송과정에서 노이즈나 지터의 영향으로 신호가 왜곡되어 전송될 가능성이 있다. 이러한 왜곡 가능성을 줄이기 위해 송신 측에서는 전송할 데이터를 부호화하여 전송하고, 수신 측에서는 이를 다시 복호하는 방식으로 통신하는 것이 일반적이다.

이러한 부호화 방식은 블록 부호화 방식과 컨벌루션 부호화 방식 등 여러 방식이 사용될 수 있다. 블록 부호화 방식은 입력 데이터에 대해 부가 데이터를 추가하여 부호화하는 방식이고, 컨벌루션 부호화 방식은 메모리를 이용해 이전 데이터를 저장함으로써, 현재 입력되는 값과 이전에 입력된 값 사이의 연관성을 바탕으로 부호화하는 방식이다. 일반적으로 컨벌루션 부호화 방식이 블록 부호화 방식에 비해 오류정정효율이 우수하여 많이 사용되고 있다.

컨벌루션 부호 방식으로 부호화된 데이터를 복호하기 위해 비터비 복호기가 사용되는데, 기본적으로 가지메트릭 연산부(BMC : branch metric calculation), 가산 비교 선택부(ACS : add-compare-select), 경로메트릭 메모리(PM : path metric memory), 역추적 메모리(TBM : Trace Back Memory), 출력부(LIFO : last input first output)로 구성된다.

동작을 간단히 살펴보면, 두 개의 입력데이터로부터 코드워드간의 거리를 상기 BMC에서 구한 후 이를 상기 가산 비교 선택부에서 이전에 입력된 거리를 상기 PM으로부터 읽어와서 더한 다음 가장 작은 누적치를 갖는 생존 경로를 상기 역추적 메모리에 제공한다. 또한 누적치를 상태 메트릭으로 저장한다. 이때, 데이터가 모 두 저장되면 최소 상태 메트릭을 찾아 생존 경로의 시작점으로 한다. 저장된 생존경로는 일정 규칙에 의해 역추적 제어부에서 역추적하여 최종 복호하게 되고 이를 제대로 된 순서로 출력하기 위해 LIFO 메모리가 사용된다. 비터비 복호기는 길쌈부호기의 가장 일반적인 복호기로 사용되고 있으나, 가지메트릭 연산부에서 코드워드와의 거리를

유클리드 알고리즘을 통해 구한다 일반적인 유클리드 알고리즘의 경우 2번의 제곱연산과 3번의 덧셈 및 1번의 제곱근 연산을 포함하기 때문에 연산량이 많고 복잡하다. 따라서 상태수에 따라 메모리 개수도 증가하며 이에 따른 복호 지연도 함께 증가하게 된다. 또한 역추적 과정에 대한 시간적인 오버헤드도 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 케이블 모뎀에 적용 가능한 비터비 복호기 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 비터비 복호기 장치의 가지메트릭 연산부에서 유클리드 거리를 계산하는 방법의 복잡도를 줄인 케이블 모뎀에 적용 가능한 비터비 복호기 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 비터비 복호기 장치의 가지메트릭 연산부에서 계산하는 유클리드 거리 대신에 기설정된 기준축의 코드워드(codeword)와의 절대 거리를 구하여 코드워드와의 거리를 계산하는 케이블 모뎀에 적용 가능한 비터비 복호기 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 비터비 복호기는 입력신호를 바탕으로 기준 좌표 결정값들 각각과의 절대 거리를 계산하고 절대 거리가 가장 작은 최소 가지 메트릭을 선택하는 가지메트릭 연산부; 상기 최 소 가지 메트릭을 바탕으로 누적된 경로 메트릭을 구하고 상기 누적된 경로 메트릭 중에서 최소 경로 메트릭을 구하여 최단 경로를 구하고 최단 경로의 상태정보를 확인하는 경로 선택부; 및, 상기 최단 경로의 상기 상태정보를 역추적하여 복호하고 출력하는 역추적부를 포함한다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 비터비 복호 방법은, 입력신호를 바탕으로 기준 좌표 결정값들 각각과의 절대 거리를 계산하고, 절대 거리가 가장 작은 최소 가지 메트릭을 선택하는 단계; 상기 최소 가지 메트릭을 바탕으로 누적된 경로 메트릭을 구하는 단계; 상기 누적된 경로 메트릭 중에서 최소 경로 메트릭을 구하여 최단 경로를 구하는 단계; 및, 상기 최단 경로의 상태정보를 역추적하여 복호하여 출력하는 단계를 포함한다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 입력신호를 바탕으로 기준 좌표 결정값들 각각과의 절대 거리를 계산하고 절대 거리가 가장 작은 최소 가지 메트릭을 선택하는 가지메트릭 연산부; 상기 최소 가지 메트릭을 바탕으로 누적된 경로 메트릭을 구하고 상기 누적된 경로 메트릭 중에서 최소 경로 메트릭을 구하여 최단 경로를 구하고 최단 경로의 상태정보를 확인하는 경로 선택부; 및, 상기 최단 경로의 상기 상태정보를 역추적하여 복호하고 출력하는 역추적부를 포함하는 케이블 모뎀에 적용 가능한 비터비 복호기 장치 및 방법에 관한 것으로, 코드워드와의 거리 계산을 계산량이 상대적으로 적은 절대거리를 계산하는 방법을 이용함으로써 계산량을 줄이고 그에 따라 성능을 향상 시키는 효과가 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명의 또 다른 목적은 비터비 복호기 장치의 가지메트릭 연산부에서 계산하는 유클리드 거리 대신에 기설정된 기준축의 코드워드(codeword)와의 절대 거리를 구하여 코드워드와의 거리를 계산하는 케이블 모뎀에 적용 가능한 비터비 복호기 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 비터비 복호기의 구조를 도 시한 도면이다. 상기 도 1을 참조하면 본 발명의 비터비 복호기는 가지메트릭 연산부(BMC : branch metric calculation)(110), 경로 선택부(PS : Path Select)(120) 및, 역추적부(TB : Trace Back)(130)를 포함하여 구성한다.

먼저, 가지메트릭 연산부(110)는 입력신호를 바탕으로 기준 좌표 결정값들 각각과의 절대 거리를 계산하고, 부호비트 값에 따라 구분하는 최소 가지메트릭 선택부(111, 112)를 통해 절대 거리가 가장 작은 최소 가지 메트릭을 선택하여 경로 선택부(120)로 출력한다. 상기 가지메트릭 연산부(110)에 대한 상세한 설명은 이후 도 2를 참조하여 후술한다.

이후, 경로 선택부(120)는 포함하는 포함하는 가산 비교 선택부(ACS : add-compare-select)(202)를 이용하여 경로 선택부에서 입력받는 최소 가지 메트릭을 바탕으로 누적된 경로 메트릭을 구하고, 누적된 경로 메트릭 중에서 최소 경로 메트릭을 구하여 최단 경로를 구하고 최단 경로의 상태정보를 역추적부(130)로 출력한다.

역추적부(130)는 다수의 역추적 메모리(131, 132, 133)에 수신하는 최단 경로의 상태정보를 순서대로 저장하고 역추적하여 복호하고 후입선출 출력부(LIFO : Last Input First Output))(134)를 통해 출력한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 비터비 복호기에서 가지메트릭 연산부의 구조를 도시한 도면이다. 상기 도 2를 참조하면 본 발명의 가지메트릭 연산부는 기준 좌표 테이블(210), 절대 거리 계산부(220), 최소 가지 메트릭 선택 부(230, 240) 및, 가지 메트릭 출력부(250)를 포함하여 구성한다.

기준 좌표 테이블(210)는 성상점을 결정하기 위한 각각의 기준 좌표 결정값들을 저장하는 테이블로서 각각의 좌표 결정값들을 절대 거리 계산부(220)의 감산기로 제공한다.

절대 거리 계산부(220)는 기준 좌표 결정값의 수만큼의 다수의 감산기를 포함하고 감산기를 이용하여 입력신호와 기준 좌표 결정값 각각과의 거리인 각각의 절대 거리를 계산하여 최소 가지 메트릭 선택부(230, 240)로 출력한다. 이때 출력은 절대 거리를 계산한 각각의 가지 메트릭을 '0'과 '1'의 값을 가지는 부호비트 값을 구분하고 해당하는 값에 상응하는 최소 가지 메트릭 선택부(230, 240)로 출력한다.

최소 가지 메트릭 선택부(230, 240)는 동일한 부호비트 값으로 구분된 가지 메트릭을 수신하여 다수의 비교 선택기를 이용하여 가장 작은 절대 거리를 가지는 최소 가지 메트릭을 선택하여 출력한다. 또한, 최소 가지 메트릭 선택부(230, 240)는 각각의 가지 메트릭들에 대하여 기설정된 비부호화 비트(uncoded bit)를 가진 비부호화 테이블(231, 241)에서 각각 선택한 최소 가지 메트릭에 상응하는 비부호화 비트를 검색하여 출력한다.

가지 메트릭 출력부(250)는 최소 가지 메트릭 선택부(230, 240) 각각에서 선택한 최소 가지 메트릭에 이전 가지 메트릭 값과 덧셈 연산을 통해 현재 상태로 진행하는 각 상태에 대한 가지 메트릭을 출력한다. 여기서, 가지 메트릭 출력부(250)가 출력하는 결과는 부호비트에 따른 최소 가지 메트릭의 값은 2개이고 이 전 상태에서 현재 상태로 진행하는 모든 상태를 표현하면 총 4개의 결과가 발생한다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 케이블 모뎀에 적용 가능한 유클리드 거리 계산의 복잡도가 낮은 비터비 복호기 방법을 아래에서 도면을 참조하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 비터비 복호기에서 복호하는 과정을 도시한 흐름도이다. 상기 도 3을 참조하면 본 발명의 비터비 복호기는 300단계에서 입력신호의 수신을 감지하면, 302단계로 진행하여 입력신호를 바탕으로 기준 좌표 결정값들 각각과의 절대 거리를 계산하고, 부호비트 값에 따른 각각의 절대 거리가 가장 작은 최소 가지 메트릭을 선택한다.

이후, 상기 비터비 복호기는 304단계로 진행하여 최소 가지 메트릭을 바탕으로 누적된 경로 메트릭을 구하고, 누적된 경로 메트릭 중에서 최소 경로 메트릭을 구하여 최단 경로를 구하고 최단 경로의 상태정보를 확인한다.

이후, 상기 비터비 복호기는 306단계로 진행하여 최단 경로의 상태정보를 역추적하여 복호하고 출력한다.

그러면 절대 거리 계산을 이용하여 유클리드 거리를 계산하는 방법의 복잡도를 줄이는 상기 도 3의 302단계를 아래에서 도 4를 참조하여 상세히 후술하고자 한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 비터비 복호기의 가지메트릭 연산부에서 절대 거리를 측정하여 최소 가지 메트릭을 구하는 과정을 도시한 흐름도이다. 상기 도 4를 참조하면 본 발명의 가지메트릭 연산부(110)는 400단계에서 입력신호의 수신을 감지하면, 402단계로 진행하여 기준 좌표 테이블(210)에 기설정하여 저장된 성상점을 결정하기 위한 각각의 기준 좌표 결정값들을 확인하고, 404단계로 진행하여 입력신호를 바탕으로 기준 좌표 결정값들 각각과의 절대 거리 계산한다.

이후, 상기 가지메트릭 연산부(110)는 406단계로 진행하여 절대 거리를 계산한 가지 메트릭들을 부호신호 값을 기준으로 두개의 그룹으로 구분하고, 408단계로 진행하여 각 그룹에서의 절대거리가 가장 작은 최소 가지 메트릭을 선택한다.

이후, 상기 가지메트릭 연산부(110)는 410단계로 진행하여 기설정된 비부호화 비트(uncoded bit)를 가진 비부호화 테이블(231, 241)에서 각 그룹에서의 선택한 최소 가지 메트릭에 대한 기설정된 비부호화 비트를 검색하여 출력한다.

이후, 상기 가지메트릭 연산부(110)는 412단계로 진행하여 각 그룹에서의 선택한 최소 가지 메트릭에 이전 가지 메트릭 값과 덧셈 연산을 통해 현재 상태로 진행하는 각 상태에 대한 가지 메트릭을 출력한다.

지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술 하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 비터비 복호기의 구조를 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 비터비 복호기에서 가지메트릭 연산부의 구조를 도시한 도면이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 비터비 복호기에서 복호하는 과정을 도시한 흐름도이다.

도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 비터비 복호기의 가지메트릭 연산부에서 절대 거리를 측정하여 최소 가지 메트릭을 구하는 과정을 도시한 흐름도이다.

Claims (10)

1. 입력신호를 바탕으로 기준 좌표 결정값들 각각과의 절대 거리를 계산하고 절대 거리가 가장 작은 최소 가지 메트릭을 선택하는 가지메트릭 연산부;

   상기 최소 가지 메트릭을 바탕으로 누적된 경로 메트릭을 구하고 상기 누적된 경로 메트릭 중에서 최소 경로 메트릭을 구하여 최단 경로를 구하고 최단 경로의 상태정보를 확인하는 경로 선택부; 및

   상기 최단 경로의 상기 상태정보를 역추적하여 복호하고 출력하는 역추적부를 포함하는 비터비 복호기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 가지메트릭 연산부는,

   성상점을 결정하기 위한 각각의 기준 좌표 결정값들을 저장하는 기준 좌표 테이블;

   입력신호와 상기 기준 좌표 결정값 각각과의 거리인 각각의 절대 거리를 계산하는 절대거리 계산부; 및

   동일한 부호비트 값으로 구분된 가지 메트릭을 수신하여 가장 작은 절대 거리를 가지는 최소 가지 메트릭을 선택하는 최소 가지 메트릭 선택부를 포함함을 특징으로 하는 비터비 복호기.
3. 제 2항에 있어서, 상기 가지메트릭 연산부는,

   상기 최소 가지 메트릭 선택부에서 선택한 상기 최소 가지 메트릭에 이전에 출력한 가지 메트릭 값과 덧셈 연산을 통해 현재 상태로 진행하는 각 상태에 대한 가지 메트릭을 출력하는 가지 메트릭 출력부를 더 포함함을 특징으로 하는 비터비 복호기.
4. 제 2항에 있어서, 상기 절대거리 계산부는,

   상기 기준 좌표 결정값의 수만큼의 다수의 감산기를 포함하여 상기 절대거리를 계산함을 특징으로 하는 비터비 복호기.
5. 제 2항에 있어서, 상기 가지메트릭 연산부는,

   부호비트 값에 따라 구분하여 처리하는 상기 최소 가지 메트릭 선택부를 두개 포함함을 특징으로 하는 비터비 복호기.
6. 제 2항에 있어서, 상기 최소 가지 메트릭 선택부는,

   각각의 가지 메트릭들에 대하여 기설정된 비부호화 비트(uncoded bit)를 가 진 비부호화 테이블을 더 포함하고,

   상기 비부호화 테이블에서 상기 선택한 최소 가지 메트릭에 상응하는 비부호화 비트를 검색하여 출력함을 특징으로 하는 비터비 복호기.
7. 입력신호를 바탕으로 기준 좌표 결정값들 각각과의 절대 거리를 계산하고, 절대 거리가 가장 작은 최소 가지 메트릭을 선택하는 단계;

   상기 최소 가지 메트릭을 바탕으로 누적된 경로 메트릭을 구하는 단계;

   상기 누적된 경로 메트릭 중에서 최소 경로 메트릭을 구하여 최단 경로를 구하는 단계; 및

   상기 최단 경로의 상태정보를 역추적하여 복호하여 출력하는 단계를 포함하는 비터비 복호 방법.
8. 제 7항에 있어서, 상기 최소 가지 메트릭을 선택하는 단계는,

   입력신호와 기준 좌표 테이블에 저장된 기준 좌표 결정값 각각과의 거리인 각각의 절대 거리를 계산하는 단계;

   상기 절대 거리를 계산한 가지 메트릭들을 부호신호 값을 기준으로 그룹으로 구분하는 단계; 및

   동일한 부호비트 값으로 구분된 상기 그룹별로 가지 메트릭들 중에서 가장 작은 절대 거리를 가지는 최소 가지 메트릭을 선택하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 비터비 복호 방법.
9. 제 8항에 있어서, 상기 누적된 경로 메트릭을 구하는 단계 이전에,

   상기 최소 가지 메트릭에 이전에 출력한 가지 메트릭 값과 덧셈 연산을 통해 현재 상태로 진행하는 각 상태에 대한 가지 메트릭을 출력하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 비터비 복호 방법.
10. 제 8항에 있어서, 상기 기준 좌표 테이블은,

    성상점을 결정하기 위한 각각의 기준 좌표 결정값들을 저장함을 특징으로 하는 비터비 복호 방법.

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