KR20120093536A - 통신 시스템에서 복호화를 위한 장치 및 방법 - Google Patents

통신 시스템에서 복호화를 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 통신 시스템에서 복호화에 관한 것으로, 복호화 방법은, 트렐리스에서 각 상태의 경로 매트릭들을 결정하는 과정과, 마지막 윈도우에서 트레이스 백의 시작 상태를 선택하는 과정과, 상기 마지막 윈도우 범위 내에서 트레이스 백을 적어도 2회 반복적으로 수행하는 과정과, 상기 트레이스 백의 반복이 완료되면, 마지막 트레이스 백의 생존 경로를 이용하여 복호화된 비트들을 결정하는 과정을 포함한다.

Description

통신 시스템에서 복호화를 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DECODING IN COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 통신 시스템에 관한 것으로, 특히, 통신 시스템에서 복호화를 수행하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
무선 디지털 통신 시스템에서 데이터의 송수신 시, 정보의 왜곡 및 간섭이 발생한다. 상기 왜곡 및 간섭을 높은 신뢰도로 복원하기 위하여, 오류 정정 부호화 기술이 필수적으로 요구된다. 상기 오류 정정 부호화 기술은 채널 부호의 생성 방법에 따라 크게 두 가지 유형, 즉, BCH(Bose-Chaudhuri-Hocquenghem) 부호, RS(Reed-Solomon) 부호 등과 같이 대수적 방법으로 생성한 부호 및 길쌈(convolutional) 부호, 터보(turbo) 부호, LDPC(low-density parity-check) 부호 등과 같이 이분 그래프(bipartite graph) 형태의 트리(tree) 구조를 갖는 부호로 구분된다.
상기 트리 구조의 부호는 비교적 단순한 구조와 반복 복호 알고리즘의 우수한 성능으로 인하여 고용량/고속 데이터의 실시간 복호에 매우 적합한 것으로 평가된다. 실제로, TBCC(tail-biting convolutional code)는 간단한 구조와 우수한 오류 정정 성능으로 많은 통신 시스템에서 표준으로 채택되어 사용되고 있다. 최근 IEEE(Institute of Electrical and Electronical Engineers) 802.16m 표준화 과정에서, 상기 TBCC는 제어 채널(control channel)에 대한 오류 정정 부호로 주목된 바 있다. 예를 들어, 상기 IEEE 802.16m 시스템의 상향링크 제어 채널 중 S-FBCH(secondary fast feedback channel) 및 BW-REQCH(bandwidth request channel)에 상기 TBCC가 적용된다. 상기 길쌈 부호는 많은 통신 시스템에서 오류 정정을 위하여 대표적으로 사용되고 있는 채널 부호 기법이다. 따라서, 이미 길쌈 부호의 구현을 위한 표준화된 모뎀 칩들이 다수 개발되었고, 현재 안정화되어 있는 실정이다. 그러므로, 기존 모뎀을 활용하여 TBCC 부호의 복호를 효율적으로 수행할 수 있는 알고리즘의 개발은 큰 기술적인 의의를 가진다.
상기 길쌈 부호의 복호 및 상기 TBCC 부호의 복호는 트렐리스(trellis) 상에서 브렌치 매트릭(branch metric)들을 계산함으로써 생존 경로(survived path)를 찾는 과정을 포함하며, 코어 연산은 기본적으로 동일하다. 차이점을 살펴보면, 상기 TBCC 부호의 복호 과정은 트렐리스 다이어그램(trellis diagram) 상에서 복호 과정 종료 후에, 시작 상태(state) 및 종료 상태의 일치 여부를 판단하는 과정을 더 포함한다. 하지만, 종래의 길쌈 부호의 복호는 최대 경로 매트릭(maximum path metric)으로부터 트레이스 백(trace back)을 시작하지 아니하고, 단순히 제로 상태(zero state)로부터 트레이스 백을 시작한다. 따라서, 상기 길쌈 부호의 복호를 위해 설계된 기존 모뎀의 구조 변경 없이는 상기 TBCC 부호가 지원될 수 없다. 결론적으로, 상기 TBCC 부호의 복호를 위한 새로운 트레이스 백 알고리즘을 고안하여 기존 길쌈 부호에 대한 복호화기의 메모리 복잡도를 줄이면서도, 복호화기의 코어 블록은 그대로 재활용할 수 있는 대안이 제시되어야 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 통신 시스템에서 복호화기의 메모리 복잡도를 감소시키기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다,
본 발명의 다른 목적은 통신 시스템에서 복호화의 신뢰도를 향상시키기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 통신 시스템에서 복호화 과정 중 하나인 트레이스 백(trace back)을 위한 정보의 저장량을 감소시키기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 통신 시스템에서 제한된 범위 내에서의 반복적인 트레이스 백을 통해 복호화를 수행하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1견지에 따르면, 통신 시스템에서 복호화 방법은, 트렐리스에서 각 상태의 경로 매트릭들을 결정하는 과정과, 마지막 윈도우에서 트레이스 백의 시작 상태를 선택하는 과정과, 상기 마지막 윈도우 범위 내에서 트레이스 백을 적어도 2회 반복적으로 수행하는 과정과, 상기 트레이스 백의 반복이 완료되면, 마지막 트레이스 백의 생존 경로를 이용하여 복호화된 비트들을 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2견지에 따르면, 통신 시스템에서 복호화 장치는, 트렐리스에서 각 상태의 경로 매트릭들을 결정하는 계산부와, 마지막 윈도우에서 트레이스 백의 시작 상태를 선택하고, 상기 마지막 윈도우 범위 내에서 트레이스 백을 적어도 2회 반복적으로 수행하는 추정부와, 상기 트레이스 백의 반복이 완료되면, 마지막 트레이스 백의 생존 경로를 이용하여 복호화된 비트들을 결정하는 결정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
통신 시스템에서 길쌈 부호 또는 TBCC 기반의 코드워드 복호 시, 마지막 윈도우에서 반복적으로 트레이스 백을 수행함으로써, 보다 적은 양의 메모리만으로 복호화를 수행할 수 있다. 더욱이, LLR 값들이 충분히 누적되므로 마지막 윈도우만을 이용하므로, 복호화 결과의 신뢰도를 높일 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 무선 통신 시스템에서 트레이스 백 과정을 도시하는 도면,
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 트레이스 백 과정을 도시하는 도면,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 수신단의 동작 절차를 도시하는 도면,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 수신단의 블록 구성을 도시하는 도면,
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 복호화 성능을 도시하는 도면.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우, 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명은 메모리 복잡도를 줄이면서도 높은 신뢰도를 가지는 복호화 기술에 대한 것이다. 다시 말해, 본 발명은 생존 매트릭(survived metric)을 이용한 트레이스 백(trace back) 과정에서 새로운 알고리즘을 적용하여 복호 과정에서 메모리 복잡도를 줄이고, 동시에 정보 복원의 신뢰도를 높이거나 혹은 기존 알고리즘과 유사한 신뢰도 수준에서 메모리 복잡도를 줄일 수 있는 트레이스 백 알고리즘을 제안한다.
TBCC 부호는 우수한 오류 정정 능력과 구현의 편의성으로 인하여 많은 통신 시스템에서 오류 정정 부호로 사용되고 있다. 길쌈 복호화기에 의한 복호 과정 중 하나인 트레이스 백 과정에서, 상기 TBCC 부호는 트렐리스 상의 시작 상태 및 종료 상태가 동일한 특성을 가진다. 상기 TBCC 부호는 트렐리스에서 LLR(log-likelihood ratio) 메시지(message)를 기반으로 SOVA(soft output Viterbi algorithm)을 통해 복호화될 수 있다.
간략히 설명하면, 본 발명의 실시 예에 따른 복호화는, 최대 경로 매트릭(maximum path metric)을 선택하는 과정, 트렐리스 상의 길이가 L인 마지막 윈도우(window) 상에서 최대 경로 매트릭을 갖는 상태로부터 생존 경로(survival path)를 따라 길이 L의 트레이스 백을 윈도우 개수만큼 반복적으로 수행하는 과정, 복호화된 비트들(decoded bits)을 검출(detection)하는 과정, 신뢰도(reliability)를 증가시키기 위하여 시작 상태 및 종료 상태의 일치 여부를 판단하는 과정을 포함한다. 이때, 마지막 신뢰도 검사(test) 결과 충족되지 못한 경우, 복호화기는 수신된 메시지(message)를 무시하거나, 없는 것으로 판단한다. 이에 따라, 오류율이 높아지는 것이 방지되며, 결과적으로 데이터를 복원의 신뢰도가 향상된다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 복호화는, 복호화 과정을 통하여 최대 경로 매트릭을 선택하는 과정, 트렐리스 상의 길이가 L인 마지막 윈도우 상에서 최대 경로 매트릭을 갖는 상태로부터 생존 경로를 따라 길이 L 만큼 트레이스 백을 윈도우 개수만큼 반복적으로 수행하는 과정, 복호화된 비트들을 검출하는 과정, 시작 상태 및 종료 상태의 일치 여부를 판단하는 과정을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 트레이스 백 알고리즘을 설명하기에 앞서, 이해를 돕기 위하여 길쌈 부호의 복호 과정인 비터비(Viterbi) 복호 과정을 살펴보면 다음과 같다.
비터비 복호는 1)브렌치 매트릭 계산(BMC : Branch metric calculate) 과정, 2)경로 매트릭 계산(Path metric calculate) 과정, 3)합산-비교-선택(ACS : Add-compare-select) 과정, 4)생존 경로 저장(Storage of survived path) 과정, 5)경로 매트릭 검색(Search of path metric) 과정, 6)트레이스 백(Traceback) 과정의 순서로 진행된다. 상술한 과정들을 통해, 트렐리스 상의 복호 과정에서 최대 경로 매트릭을 갖는 경로, 즉, 코드워드가 송신단에서 전송된 데이터로 판정된다. 따라서, 최대 경로 매트릭은 생존 경로 매트릭(survived path metric)이라 지칭되기도 한다. TBCC 복호 과정에서, 본 발명은 상기 최대 경로 매트릭을 트레이스 백 알고리즘의 시작 상태로 이용한다.
본 발명의 실시 예에 따른 복호화는 다음과 같이 수행된다.
1) 최대 경로 매트릭 선택 과정
송신단에서 전송된 데이터들은 채널을 통과하여 수신단에 수신된다. 상기 수신단은 소프트 출력(soft output) 형태의 수신 데이터를 생성한다. 상기 소프트 데이터를 바탕으로, 상기 수신단은 수신 LLR들을 계산할 수 있다. 상기 수신단의 TBCC 복호화기는 상기 수신 LLR들을 이용하여 SOVA 알고리즘을 통해 상기 송신단에서 송신된 데이터를 복원할 수 있다. 즉, 상기 SOVA 알고리즘은 수신된 데이터 및 송신 가능한 코드워드(codeword) 후보들 사이의 유사성을 판단하는 일종의 상관기(correlator) 기능을 효율적이고 체계적으로 구현한 것이라 할 수 있다. 정보 복원을 위한 트렐리스 상의 트레이스 백 과정에서 새로운 알고리즘을 적용하여 정보의 신뢰도 높은 복원 혹은 기존 모뎀 칩을 재활용할 수 있는 장점을 추가할 수 있다. 이는 모뎀 구조를 복잡하게 새로 변경하지 않고 기존 구조를 이용하여 구현할 수 있기 때문에 TBCC 복호화기 구현에 매우 유용하다.
2) 반복적인 트레이스 백 과정
본 발명의 실시 예에 따른 트레이스 백 알고리즘에 따르는 경우, 복호화기는 트렐리스 상의 길이가 L인 마지막 윈도우 내에서, 최대 경로 매트릭을 갖는 상태로부터 생존 경로를 따라 길이 L의 트레이스 백을 윈도우 개수만큼 반복적으로 수행한다. 마지막 윈도우 내에서만 반복적으로 생존 경로를 검색(searching)하기 때문에, 상기 마지막 윈도우가 아닌 나머지 윈도우들에서 생존 경로를 검색하기 위해 필요한 정보를 저장할 필요가 없다. 따라서, 필요한 메모리 양이 종래 기술 대비 윈도우 개수의 역수 배, 예를 들어, 1/4배 또는 1/6배가 된다.
본 발명은 LLR 값들이 충분히 누적되므로 마지막 윈도우의 경로 매트릭의 신뢰도가 높다는 점에서 착안되었다. 즉, 초기 윈도우에서 생존 경로를 찾기보다, 어느 정도 신뢰도를 높인 상태에서 트레이스 백을 통한 상태를 검색하는 것이 보다 정보의 신뢰도 면에서 효율적이다. 단, 정보의 신뢰성있는(reliable) 복원을 위하여 통상적으로 구속장 길이(constraint length) K의 5배 정도의 트레이스 백 깊이(TBD : Trace Back Depth)가 사용되므로, 트레이스 백 윈도우 크기는 5K 이상인 것이 바람직하다. 따라서, 정보 길이(information length) L에 따라 4L 혹은 6L의 윈도우 크기가 요구된다.
보다 명확한 설명을 위해, 종래 기술에 따른 트레이스 백 및 본 발명의 실시 예에 따른 트레이스 백을 비교하면 다음과 같다.
도 1은 종래 기술에 따른 무선 통신 시스템에서 트레이스 백 과정을 도시하고 있다. 상기 도 1을 참고하면, a0 내지 am -1 등 m개의 상태(state)들이 존재하며, 윈도우의 크기는 L이다. 상태들을 연결하는 선은 생존 경로를 의미한다. 여기서, 상태의 개수는 송신단에서 부호화를 위해 사용한 쉬프트 레지스터(shift register) 개수에 의해 결정될 수 있다. 상기 도 1에 도시된 바와 같이, 트레이스 백은 마지막 윈도우에서 초기 윈도우 방향으로 진행된다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 트레이스 백 과정을 도시하고 있다. 상기 도 2a 및 상기 도 2b를 참고하면, a0 내지 am -1 등 m개의 상태들이 존재하며, 윈도우의 크기는 L이다. 상태들을 연결하는 선은 생존 경로를 의미한다. 상기 도 2a 및 상기 도 2b에 도시된 바와 같이, 트레이스 백은 마지막 윈도우에서 반복적으로 진행된다. 상기 도 2a를 참고하면, 트레이스 백의 a1로부터 시작된 첫 번째 트레이스 백은 a2에서 종료되고, 마지막 윈도우 내에서 a2로부터 다시 트레이스 백이 반복된다. 두 번째 트레이스 백은 am -2에서 종료되고, 마지막 윈도우 내에서 am -2로부터 다시 트레이스 백이 반복된다. 세 번째 트레이스 백은 am -1에서 종료되고, 마지막 윈도우 내에서 am -1로부터 다시 트레이스 백이 반복된다. 이에 따라, 최종 상태는 a1이 된다. 상기 도 2a의 경우, 상기 트레이스 백의 시작 상태는 최대 경로 매트릭을 갖는 상태이다. 반면, 상기 도 2b의 경우, 상기 트레이스 백의 시작 상태는 최대 경로 매트릭과 무관하게 a0이다.
3) 복호화된 비트 검출 과정
상술한 반복적 트레이스 백 과정 중, 마지막 트레이스 백 과정에서 복호화된 비트들이 결정된다. 즉, 마지막 길이 L의 트레이스 백에서 생존 경로로 선택되는 상태들 각각의 값에 따라 상기 복호화된 비트들이 결정된다. 다시 말해, 생존 경로에 포함되는 각 브렌치의 현재 상태 값 및 이전 상태 값의 조합에 따라 상기 복호화된 비트들이 결정된다.
4) 시작 상태 및 종료 상태의 일치 여부 판단 과정
생존 경로의 시작 상태 및 종료 상태가 일치한다는 TBCC 부호의 고유한 특징을 이용하여 부가적인 신뢰도 검사가 수행될 수 있다. 생존 경로의 시작 상태 및 종료 상태가 일치하지 아니하는 경우, 복호화기는 복호화의 실패를 선언하고 이를 보고(reporting)함으로써, 나머지 데이터의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
이하 본 발명은 상술한 바와 같이 복호화를 수행하는 수신단의 동작 및 구성을 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 수신단의 동작 절차를 도시하고 있다.
상기 도 3을 참고하면, 상기 수신단은 301단계에서 수신 LLR 값들을 계산한다. 다시 말해, 상기 수신단은 수신 신호를 복조함으로써 수신 신호의 소프트 데이터를 생성하고, 채널 상태를 고려하여 상기 소프트 데이터로부터 비트 LLR 값들을 계산한다.
이어, 상기 수신단은 303단계로 진행하여 M개 윈도우들까지 각 상태의 경로 매트릭들을 계산한다. 즉, 상기 수신단은 상기 비트 LLR 값들을 이용하여 각 상태의 경로 매트릭을 계산한다. 상기 경로 매트릭은 트렐리스의 해당 열의 해당 상태에 도달하기까지의 브렌치 매트릭들의 누적 값일 수 있다. 또한, 상기 브렌치 매트릭은 해당 브렌치에 대응되는 코드워드 후보 및 수신된 코드워드의 비트 LLR 값들 간 유사성을 나타내는 값이다. 예를 들어, 상기 브렌치 매트릭은 상기 코드워드 후보 및 수신된 코드워드의 비트 LLR 값들 간 벡터 내적의 스칼라(scalar) 값일 수 있다. 이때, 상기 수신단은 트레이스 백을 통해 생존 경로를 검색하기 위해 필요한 정보를 저장한다. 상기 생존 경로를 검색하기 위해 필요한 정보는 각 상태 별로 저장된다. 단, 상기 수신단은 마지막 윈도우에 속한 상태들에 대한 정보만을 저장한다. 즉, 상기 수신단은 상기 마지막 윈도우 외 나머지 적어도 하나의 윈도우에 속한 상태들에 대한 정보를 폐기한다. 상기 정보의 폐기는 한정된 메모리 공간을 덮어 쓰기함으로써 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 생존 경로를 검색하기 위해 필요한 정보는 경로 매트릭, 트레이스 백 비트, 경로 매트릭의 품질 표시 비트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 경로 매트릭들을 계산한 후, 상기 수신단은 305단계로 진행하여 트렐리스의 마지막 열에서 경로 매트릭이 가장 큰 상태를 검색한다. 본 발명은 브렌치 매트릭의 값이 클수록 해당 브랜치의 코드워드 후보 및 수신된 코드워드의 비트 LLR 값들 간 유사함을 가정하므로, 상기 수신단은 최대 경로 매트릭을 가지는 상태를 검색한다. 하지만, 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 브렌치 매트릭의 값이 작을수록 해당 브랜치의 코드워드 후보 및 수신된 코드워드의 비트 LLR 값들 간 유사한 경우, 상기 수신단은 최소 경로 매트릭을 가지는 상태를 검색할 수 있다.
상기 최대 경로 매트릭을 갖는 경로를 검색한 후, 상기 수신단은 307단계로 진행하여 마지막 윈도우 내에서 최대 경로 매트릭을 갖는 상태로부터 트레이스 백을 수행한다. 다시 말해, 상기 수신단은 상기 마지막 열에서 최대 경로 매트릭을 갖는 상태를 시작으로 L개 열들에 대한 트레이스 백을 수행한다. 즉, 상기 수신단은 마지막 윈도우 내에서 최대 경로 매트릭을 갖는 상태를 시작 상태로 선택하고, 길이 L의 트레이스 백을 수행한다. 상기 트레이스 백은 각 상태를 위한 메모리에 저장된 정보를 이용하여 수행된다.
이어, 상기 수신단은 309단계로 진행하여 M회의 트레이스 백의 반복을 완료하였는지 판단한다. 다시 말해, 상기 수신단은 상기 303단계에서 경로 매트릭을 계산한 윈도우 개수만큼 상기 길이 L의 트레이스 백을 반복하였는지 판단한다. 다시 말해, 상기 수신단은 복호화된 비트들을 결정할 시점이 도래하였는지 판단한다.
만일, M회의 트레이스 백의 반복을 완료하지 아니하였으면, 상기 수신단은 311단계로 진행하여 마지막 윈도우 내에서 이전 트레이스 백의 마지막 상태로부터 트레이스 백을 수행한다. 다시 말해, 상기 수신단은 상기 마지막 열에서 이전 트레이스 백의 마지막 상태를 시작으로 L개 열들에 대한 트레이스 백을 수행한다. 즉, 상기 수신단은 상기 마지막 윈도우 내에서 길이 L의 트레이스 백을 반복 수행한다. 상기 트레이스 백은 각 상태를 위한 메모리에 저장된 정보를 이용하여 수행된다.
반면, M회의 트레이스 백의 반복을 완료하였으면, 상기 수신단은 313단계로 진행하여 마지막 트레이스 백의 생존 경로에 포함된 상태들을 이용하여 복호화된 비트들을 결정한다. 다시 말해, 상기 수신단은 M번째 트레이스 백에서 생존 경로로 선택되는 상태들 각각의 값에 따라 상기 복호화된 비트들을 결정된다.
이후, 상기 수신단은 315단계로 진행하여 시작 상태 및 종료 상태가 일치하는지 판단한다. 다시 말해, 상기 수신단은 상기 305단계에서 검색한 최대 경로 매트릭을 갖는 상태와 M번째 트레이스 백의 종료 상태가 일치하는지 확인한다. 만일, 상기 시작 상태 및 상기 종료 상태가 일치하면, 상기 수신단은 복호화의 성공을 인지하고 본 절차를 종료한다.
반면, 상기 시작 상태 및 상기 종료 상태가 일치하지 아니하면, 상기 수신단은 317단계로 진행하여 복호화의 실패를 판단한다. 이에 따라, 상기 수신단은 해당 코드워드를 폐기하거나, 복호화의 실패를 선할 수 있다.
상기 도 3을 참고하여 설명한 실시 예에서, 상기 수신단은 상기 305단계에서 최대 경로 매트릭을 갖는 상태를 검색하고, 상기 307단계에서 상기 최대 경로 매트릭을 갖는 상태로부터 트레이스 백을 수행한다. 하지만, 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 언제나 '0' 상태를 시작 상태로 선택하도록 설계된 부호화기를 이용할 수 있다. 이 경우, 상기 305단계는 생략되며, 상기 307단계는 '0' 상태로부터 트레이스 백을 수행하는 과정으로 대체될 수 있다.
본 발명은 TBCC를 고려한 복호화 과정을 설명하였다. 하지만, 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 상기 도 3에 도시된 절차는 길쌈 부호의 복호화를 위해 적용될 수 있다. 이 경우, 상기 도 3에서 상기 315단계 및 상기 317단계는 생략될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 수신단의 블록 구성을 도시하고 있다.
상기 도 4를 참고하면, 상기 도 4는 수신부(410), LLR생성부(420), 복호화부(430)를 포함하여 구성된다.
상기 수신부(410)는 안테나를 통해 수신되는 신호로부터 수신 신호의 소프트 데이터를 생성한다. 즉, 상기 수신부(410)는 RF(Radio Frequency) 신호를 기저대역 신호로 하향변환하고, 상기 기저대역 신호를 복조함으로써 소프트 데이터를 생성한다.
상기 LLR생성부(420)는 상기 수신부(410)로부터 제공되는 신호의 소프트 데이터를 이용하여 수신 LLR 값들을 계산한다. 다시 말해, 상기 LLR생성부(420)는 채널 상태를 고려하여 상기 소프트 데이터로부터 비트 LLR 값들을 계산한다.
상기 복호화부(430)는 상기 LLR생성부(420)로부터 제공되는 비트 LLR 값들에 대한 복호화를 수행한다. 상기 복호화부(430)는 상기 비트 LLR 값들을 코드워드 단위로 구분하고, 각 코드워드에 대해 복호화를 수행한다. 예를 들어, 상기 복호화부(430)는 상기 도 3에 도시된 바와 같이 복호화를 수행한다. 구체적으로, 상기 복호화부(430)는 매트릭계산부(432), 매트릭저장부(434), 생존경로추적부(436), 비트결정부(438)를 포함한다.
상기 매트릭계산부(432)는 트렐리스 상의 각 상태의 경로 매트릭들을 계산한다. 특히, 상기 매트릭계산부(432)는 코드워드의 비트 LLR 값들을 이용하여 M개 윈도우들까지의 경로 매트릭들을 계산한다. 상기 경로 매트릭은 트렐리스의 해당 열의 해당 상태에 도달하기까지의 브렌치 매트릭의 누적 값일 수 있다. 또한, 상기 브렌치 매트릭은 해당 브렌치에 대응되는 코드워드 후보 및 수신된 코드워드의 비트 LLR 값들 간 유사성을 나타내는 값이다.
상기 매트릭저장부(434)는 상기 매트릭계산부(432)에 의해 생성된 트레이스 백을 통해 생존 경로를 검색하기 위해 필요한 정보를 저장한다. 상기 생존 경로를 검색하기 위해 필요한 정보는 각 상태 별로 저장된다. 단, 상기 수신단은 마지막 윈도우에 속한 상태들에 대한 정보만을 저장한다. 즉, 상기 매트릭저장부(434)는 마지막 윈도우에 속한 상태들에 대한 정보만을 저장할 수 있는 양의 메모리만으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 생존 경로를 검색하기 위해 필요한 정보는 경로 매트릭, 트레이스 백 비트, 경로 매트릭의 품질 표시 비트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 생존경로추적부(436)는 상기 매트릭저장부에 저장된 마지막 윈도우에 속한 상태들에 대한 정보를 이용하여 트레이스 백을 수행한다. 특히, 본 발명의 실시 예에 따라, 상기 생존경로추적부(436)는 마지막 윈도우 내에서 M회의 트레이스 백을 반복 수행한다. 상세히 설명하면, 상기 생존경로추적부(436)는 트렐리스의 마지막 열에서 최대 경로 매트릭을 갖는 경로를 검색한 후, 마지막 윈도우 내에서 상기 최대 경로 매트릭을 갖는 상태로부터 L개의 열들에 대해 트레이스 백을 수행한다. 그리고, 상기 생존경로추척부(436)는 이전 트레이스 백의 마지막 상태로부터 다시 트레이스 백을 수행한다. 상기 생존경로추척부(436)는 상술한 과정을 M회 반복 수행한다.
상기 비트결정부(438)는 상기 생존경로추적부(436)의 트레이스 백이 완료된 후 마지막 트레이스 백의 생존 경로에 포함된 상태들을 이용하여 복호화된 비트들을 결정한다. 다시 말해, 상기 비트결정부(438)는 M번째 트레이스 백에서 생존 경로로 선택되는 상태들 각각의 값에 따라 상기 복호화된 비트들을 결정된다. 이때, 트레이스 백의 시작 상태 및 종료 상태가 일치하지 아니하면, 상기 비트결정부(438)는 복호화의 실패를 판단한다. 이에 따라, 상기 비트결정부(438)는 해당 코드워드를 폐기하거나, 복호화의 실패를 선할 수 있다.
상술한 실시 예에서, 상기 생존경로추적부(436)는 최대 경로 매트릭을 갖는 상태를 검색하고, 상기 최대 경로 매트릭을 갖는 상태로부터 트레이스 백을 수행한다. 하지만, 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 언제나 '0' 상태를 시작 상태로 선택하도록 설계된 부호화기를 이용할 수 있다. 이 경우, 상기 최대 경로 매트릭을 갖는 상태를 검색하는 동작은 생략되며, 상기 생존경로추적부(436)는 '0' 상태로부터 트레이스 백을 수행할 수 있다.
본 발명은 TBCC를 고려한 복호화 과정을 설명하였다. 하지만, 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 상기 도 4에 도시된 구성은 길쌈 부호의 복호화를 위해 적용될 수 있다. 이 경우, 상술한 복화화부(430)의 동작 중 시작 상태 및 종료 상태의 일치 여부를 판단하는 동작은 생략될 수 있다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 복호화 성능을 도시하고 있다.
상기 도 5a 내지 상기 도 5d는 다양한 정보 길이(information length) L에 대한 모의 실험에 따른 SNR(Signal to Noise Ratio) 대비 PER(Packet Error Rate)을 나타내는 그래프들이다. 상기 도 5a 내지 상기 도 5d에서, 기존 알고리즘은 상기 도 1과 같은 트레이스 백을 적용한 경우, 알고리즘 I은 상기 도 2a와 같은 트레이스 백을 적용한 경우, 알고리즘 II는 상기 도 2b와 같은 트레이스 백을 적용한 경우이다. 상기 도 5a는 L이 7인 경우, 상기 도 5b는 L이 12인 경우, 상기 도 5c는 L이 18인 경우, 상기 도 5d는 L이 24인 경우이다.
상기 도 5a 내지 상기 도 5d를 참고하면, 정보 길이(information length)가 커짐에 따라 본 발명의 실시 예에 따른 트레이스 백 알고리즘이 기존 알고리즘 대비 성능 이득이 있음이 확인된다. 다시 말해, 본 발명의 실시 예에 따른 트레이스 백 알고리즘에 대한 모의 실험을 실시한 결과, TBCC 복호화기의 구현 과정에서 성능 개선이 있고, 기존 모뎀 구조의 변경 없이 간단하게 TBCC 복호화기의 구현이 가능함이 확인된다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (16)

  1. 통신 시스템에서 복호화 방법에 있어서,
    트렐리스에서 각 상태의 경로 매트릭들을 결정하는 과정과,
    마지막 윈도우에서 트레이스 백의 시작 상태를 선택하는 과정과,
    상기 마지막 윈도우 범위 내에서 트레이스 백을 적어도 2회 반복적으로 수행하는 과정과,
    상기 트레이스 백의 반복이 완료되면, 마지막 트레이스 백의 생존 경로를 이용하여 복호화된 비트들을 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시작 상태는, 최대 경로 매트릭을 갖는 상태인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 시작 상태는, '0' 상태인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 마지막 윈도우 외 나머지 적어도 하나의 윈도우에 속한 상태들에 대한 트레이스 백을 위한 정보를 폐기하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    나머지 적어도 하나의 윈도우에 속한 상태들에 대한 트레이스 백을 위한 정보를 폐기하는 과정은,
    상기 마지막 윈도우에 속한 상태들에 대한 트레이스 백을 위한 정보를 덮어 쓰기하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 경로 매트릭들은, 다수의 윈도우들을 포함하는 범위까지 결정되며,
    상기 트레이스 백은, 상기 다수의 윈도우들의 개수 만큼 반복 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 시작 상태로부터 하나의 윈도우 범위 내에서 트레이스 백을 적어도 2회 반복적으로 수행하는 과정은,
    트렐리스의 마지막 열에서 이전 트레이스 백의 마지막 상태로부터 트레이스 백을 수행하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 트레이스 백의 반복이 완료되면, 상기 트레이스 백의 초기 상태 및 종료 상태의 일치 여부에 따라 복호화의 성공 여부를 판단하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 통신 시스템에서 복호화 장치에 있어서,
    트렐리스에서 각 상태의 경로 매트릭들을 결정하는 계산부와,
    마지막 윈도우에서 트레이스 백의 시작 상태를 선택하고, 상기 마지막 윈도우 범위 내에서 트레이스 백을 적어도 2회 반복적으로 수행하는 추정부와,
    상기 트레이스 백의 반복이 완료되면, 마지막 트레이스 백의 생존 경로를 이용하여 복호화된 비트들을 결정하는 결정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 시작 상태는, 최대 경로 매트릭을 갖는 상태인 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 시작 상태는, '0' 상태인 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 마지막 윈도우 외 나머지 적어도 하나의 윈도우에 속한 상태들에 대한 트레이스 백을 위한 정보를 폐기하는 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 저장부는, 상기 마지막 윈도우에 속한 상태들에 대한 트레이스 백을 위한 정보를 덮어 쓰기하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 경로 매트릭들은, 다수의 윈도우들을 포함하는 범위까지 결정되며,
    상기 트레이스 백은, 상기 다수의 윈도우들의 개수 만큼 반복 수행되는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 추적부는, 트렐리스의 마지막 열에서 이전 트레이스 백의 마지막 상태로부터 트레이스 백을 수행하는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 결정부는, 상기 트레이스 백의 반복이 완료되면, 상기 트레이스 백의 초기 상태 및 종료 상태의 일치 여부에 따라 복호화의 성공 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 장치.
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