KR20140109646A - 터보 복호기의 잉여 정보 전달 방법 및 이를 이용한 장치 - Google Patents

터보 복호기의 잉여 정보 전달 방법 및 이를 이용한 장치 Download PDF

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Abstract

터보 복호기의 잉여 정보 전달 방법 및 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 터보 복호기의 잉여 정보 전달 방법은 터보 복호기의 입력 비트들에 대한 로그 라이클리후드 비율(Log likelihood Ratio; LLR) 값들을 산출하는 단계; 및 상기 로그 라이클리후드 비율 값들을 잉여 정보(extrinsic information) 값으로 전달하는 단계를 포함한다.

Description

터보 복호기의 잉여 정보 전달 방법 및 이를 이용한 장치 {METHOD OF TRANSFERRING EXTRINSIC INFORMATION OF TURBO DECODER AND APPARATUS USING THE SAME}
본 발명은 터보 복호기에 관한 것으로, 특히 최소한의 메모리 공간으로 터보 복호기의 잉여 정보(extrinsic information)를 전달할 수 있는 기술에 관한 것이다.
3GPP LTE 시스템 등 많은 이동 통신 시스템의 물리 계층은 채널 상에서 발생하는 오류를 정정하기 위해 터보 부호를 사용하며, 수신기는 수신된 신호를 복호하기 위하여 터보 복호기를 사용한다.
고속 이동 통신 시스템에서 보다 빠른 속도로 통신하는 것을 방해하는 걸림돌 중 하나가 연산량이 많은 터보 복호기이다.
일반적으로, 고속의 터보 복호기는 높은 래딕스(Radix)를 사용하여 구현된다. 그러나, 터보 복호기를 높은 래딕스로 구현하는 경우 잉여 정보(extrinsic information) 값의 개수가 증가하게 되어 잉여 정보를 저장하기 위한 메모리 공간을 증가시키는 문제가 있다.
Ju Won Jung 등이 2005년 발표한 논문 "Design and Architecture of Low-Latency High-Speed Turbo Decoders"에는 LL00, LL01, LL10 및 LL11의 4개의 LL(Log-Likelihood) 값들을 이용하여 Radix-4 터보 복호기의 잉여정보를 전달하는 구조가 개시되어 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 터보 복호기의 블록도이다.
도 1에 도시된 심볼 인터리버와 심볼 디인터리버는 유사한 구조를 갖는데, 그 중 심볼 인터리버의 구조는 도 2와 같이 구성된다. 도 1에 도시된 Lc(Xj 00), Lc(Xj 01), Lc(Xj 10) 및 Lc(Xj 11)과 Le(dk 00), Le(dk 01), Le(dk 10) 및 Le(dk 11)은 도 2에 도시된 LL'00, LL'01, LL'10 및 LL'11에 대응된다.
LL00 하나에 필요한 메모리의 크기는 정보 길이 N의 반이다. LL00, LL01, LL10 및 LL11을 위해 정보 길이 N의 반에 해당하는 메모리가 4개 필요하므로, 4개의 LL(Log Likelihood) 값들을 이용하여 잉여 정보를 전달하기 위해서는 일반적인 Radix-2 구조에서 잉여 정보 전달에 필요한 메모리 크기인 N보다 2배의 메모리(2N)가 필요하다는 문제가 있다.
따라서, Radix-4와 같이 높은 Radix를 가지는 터보 복호기에서 적은 메모리 공간만으로도 잉여 정보를 전달할 수 있는 새로운 기술의 필요성이 절실하게 대두된다.
본 발명의 목적은 높은 래딕스(Radix)를 갖는 터보 복호기에서 잉여 정보 값의 개수 증가에 따른 메모리의 증가를 최소화하는 것이다.
예를 들어, Radix-4 터보 복호기의 잉여 정보 값은 일반적으로 Radix-2의 경우에 비하여 2배 많은 메모리를 필요로 하나, 본 발명은 Radix-2의 경우와 동일한 메모리 공간만으로도 Radix-4 터보 복호기에서 잉여 정보를 전달하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 목적은 높은 래딕스를 갖는 터보 복호기에서도 메모리 공간의 증가를 최소화하여 터보 복호기의 SoC(System on Chip) 구현시 비용 증가를 최소화하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 터보 복호기의 잉여 정보 전달 방법은 터보 복호기의 입력 비트들에 대한 로그 라이클리후드 비율(Log likelihood Ratio; LLR) 값들을 산출하는 단계; 및 상기 로그 라이클리후드 비율 값들을 잉여 정보(extrinsic information) 값으로 전달하는 단계를 포함한다.
이 때, 상기 로그 라이클리후드 비율(Log Likelihood Ratio; LLR) 값들을 산출하는 단계는 상기 터보 복호기의 입력 비트들에 대한 로그 라이클리후드(Log Likelihood; LL) 값들을 계산하는 단계; 및 상기 로그 라이클리후드 값들을 이용하여 상기 로그 라이클리후드 비율(Log Likelihood Ratio; LLR) 값들을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 로그 라이클리후드 비율 값들의 개수는 상기 로그 라이클리후드 값들의 개수보다 작을 수 있다.
이 때, 상기 로그 라이클리후드 값들을 이용하여 상기 로그 라이클리후드 비율 값들을 산출하는 단계는 상기 로그 라이클리후드 값들 중 둘을 비교하여 더 큰 값을 출력하는 단계; 및 상기 출력된 값을 중 둘의 차를 구하여 상기 로그 라이클리후드 비율 값들을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
이 때, 터보 복호기는 래딕스 4 터보 복호기이고, 상기 로그 라이클리후드 값들의 수는 4이고, 상기 로그 라이클리후드 비율 값들의 수는 2일 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 터보 복호기의 잉여 정보 전달 장치는 터보 복호기의 입력 비트들에 대한 로그 라이클리후드 비율(Log Likelihood Ratio; LLR) 값들을 산출하는 LLR 산출부; 및 상기 로그 라이클리후드 비율 값들을 잉여 정보(extrinsic information) 값으로 전달하는 잉여 정보 전달부를 포함한다.
이 때, LLR 산출부는 상기 터보 복호기의 입력 비트들에 대한 로그 라이클리후드(Log Likelihood; LL) 값들을 계산하는 LL 산출기; 및 상기 로그 라이클리후드 값들을 이용하여 상기 로그 라이클리후드 비율 값들을 산출하는 LLR 산출기를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 로그 라이클리후드 비율 값들의 개수는 상기 로그 라이클리후드 값들의 개수보다 작을 수 있다.
이 때, 상기 LLR 산출기는 상기 로그 라이클리후드 값들 중 둘을 비교하여 더 큰 값을 출력하는 최대값 산출부; 및 상기 최대값 산출부가 출력한 값들 중 둘의 차를 구하여 상기 로그 라이클리후드 비율 값들을 산출하는 뺄샘부를 포함할 수 있다.
이 때, 터보 복호기는 래딕스 4 터보 복호기이고, 상기 로그 라이클리후드 값들의 수는 4이고, 상기 로그 라이클리후드 비율 값들의 수는 2일 수 있다.
본 발명에 따르면, 높은 래딕스(Radix)를 갖는 터보 복호기에서 잉여 정보 값의 개수 증가에 따른 메모리의 증가를 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명은 높은 래딕스를 갖는 터보 복호기에서도 메모리 공간의 증가를 최소화하여 터보 복호기의 SoC(System on Chip) 구현시 비용 증가를 최소화할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 터보 복호기의 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 심볼 인터리버의 구조를 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 터보 복호기의 잉여 정보 전달 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 터보 복호기의 잉여 정보 전달 장치를 나타낸 블록도이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
본 발명은 Radix-4 뿐만 아니라 Radix-8 등 일반적인 Radix-R(R=2i, i=2,3 ...)에 대하여 적용가능하나, 설명의 편의를 위하여 이하에서는 Radix-4를 중심으로 발명 내용을 설명한다.
Radix-2에 대한 Max-log-MAP 알고리즘에 대한 수식은 하기 수학식 1 내지 4와 같다.
[수학식 1]
Figure pat00001
[수학식 2]
Figure pat00002
[수학식 3]
Figure pat00003
[수학식 4]
Figure pat00004
상기 수학식 1 내지 4에 관한 설명은 Pietrobon 등에 의해 1994년 발표된 "A simplification of the modified Bahl decoding algorithm for systematic convolutional codes"에 상세히 개시되어 있으므로 여기서는 설명을 생략한다.
상기 수학식 1은 Pirtrobon 등의 논문의 식 (39)와 동일한식이고, 수학식 2와 3은 논문의 식 (37)과 (38)에 해당하며, 수학식4는 논문의 식(34)에 해당한다. 다만, 논문에서는 E함수를 사용하는데 반에 본 명세서에서는 설명의 간소화를 위하여 max를 사용한다.
Radix-4는 입력되는 2개의 정보 비트들을 하나의 단위로 처리하는 방식으로, 두 종류의 가지메트릭(branch metric)이 미리 계산되어 입력된다면 Radix-4의 경우 로그 라이클리후드(Log Likelihood; LL) 값에 관한 수식은 아래와 같이 표현될 수 있다.
[수학식 5]
Figure pat00005
[수학식 6]
Figure pat00006
[수학식 7]
Figure pat00007
상기 수학식 5 내지 7에서 K는 2단계가 하나로 묶여진 단계(stage)를 나타내고, I와 J는 radix-4 이므로 2비트 입력값들(00, 01, 10, 11)을 이용하므로 이 입력값들을 정수들(0, 1, 2, 3)로 표현한 것이다. 기타 다른 변수들은 수학식 1 내지 4에서 사용된 것과 동일하다.
이미 설명한 바와 같이, 로그 라이클리후드 값을 터보 복호기의 잉여 정보로 전달하게 되면 Radix-4 구조의 경우 정보 길이 N의 2배에 해당하는 메모리가 필요하다.
따라서, 본 발명에서는 로그 라이클리후드 비율(Log Likelihood Ratio; LLR) 값을 이용하여 잉여 정보의 전달을 수행함으로써 Radix-4 구조의 경우에도 정보 길이 N만큼의 메모리만으로도 잉여 정보의 전달이 가능하므로 LL 방식의 1/2의 메모리만으로 구현이 가능하다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
잉여정보 전달을 위한 메모리 증가를 줄이기 위하여 로그 라이클리후드(Log Likelihood; LL) 수식을 아래와 같이 새롭게 전개하고, 그것에 기반하여 LLR을 산출하여 저장하면 단(stage) 당 하나의 메모리를 사용하여 잉여 정보를 전달할 수 있다.
Radix-4에서 로그 라이클리후드 값을 계산하지 않고 로그 라이클리후드 비율 값을 계산하는 것은 매우 복잡하다. 따라서, 본 발명에서는 로그 라이클리후드 값에서 각 단계(stage)에 대한 로그 라이클리후드 값을 구하고 구해진 로그 라이클리후드 값들의 비를 계산하여 로그 라이클리후드 비율 값들을 구한다.
Radix-4 터보 복호기의 입력 비트들 00, 01, 10 및 11 각각에 대한 LL(0), LL(1), LL(2) 및 LL(3)의 값은 아래 수학식 8, 9, 10 및 11과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 8]
Figure pat00008
[수학식 9]
Figure pat00009
[수학식 10]
Figure pat00010
[수학식 11]
Figure pat00011
상기 수학식 8 내지 11을 통해 산출된 4개의 LL 값들은 도 2에 도시된 LL00, LL01, LL10 및 LL11에 대응된다.
이하, Radix-4 터보 복호기의 로그 라이클리후드 값을 사용하여 각 비트에 대한 로그 라이클리후드 비율 값을 구하는 과정을 설명한다.
상기 수학식 8, 9, 10 및 11을 이용하여 각각의 입력 비트에 대한 로그 라이클리후드 값을 구하면, 아래 수학식 12, 13, 14 및 15와 같이 LL(0x), LL(1x), LL(x0) 및 LL(x1)을 얻는다. 이 때, x는 돈캐어(don't care)를 의미한다.
[수학식 12]
Figure pat00012
[수학식 13]
Figure pat00013
[수학식 14]
Figure pat00014
[수학식 15]
Figure pat00015
수학식 12 내지 수학식 15를 통해 각 비트에 대해 산출된 LL 값을 가지고 두 개의 입력 비트들 각각에 대한 LLR 값을 계산하면 하기 수학식 16 및 17을 얻는다.
[수학식 16]
Figure pat00016
[수학식 17]
Figure pat00017
상기 수학식 16 및 17에서 x는 돈캐어(don't care)를 나타내고, i 및 j는 각각 첫 번째 입력 비트와 두 번째 입력 비트를 나타낸다.
즉, 상기 수학식 16에서 LLR(dK = ix)는 첫 번째 입력 비트가 1인 경우와 0인 경우의 확률의 차이에 상응하는 것으로, 첫 번째 입력 비트에 대한 로그 라이클리후드 비율 값에 해당한다. 또한, 상기 수학식 17에서 LLR(dK = xj)는 두 번째 입력 비트가 1인 경우와 0인 경우의 확률의 차이에 상응하는 것으로, 두 번째 입력 비트에 대한 로그 라이클리후드 비율 값에 해당한다.
상기 수학식 16 및 17을 A와 B를 이용하여 표현하면 하기 수학식 18 및 19를 얻는다.
[수학식 18]
Figure pat00018
[수학식 19]
Figure pat00019
이와 같이 로그 라이클리후드 비율 값을 기반으로 잉여 정보를 전달하면 로그 라이클리후드 값을 기반으로 잉여 정보를 전달하는 경우에 비하여 인터리버 메모리를 반으로 줄일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 터보 복호기의 잉여 정보 전달 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 터보 복호기의 잉여 정보 전달 방법은 터보 복호기의 입력 비트들에 대한 로그 라이클리후드(Log Likelihood; LL) 값들을 계산한다(S310).
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 터보 복호기의 잉여 정보 전달 방법은 상기 로그 라이클리후드 값들을 이용하여 로그 라이클리후드 비율(Log Likelihood Ratio; LLR) 값들을 산출한다(S320).
이 때, 로그 라이클리후드 비율 값들의 개수는 상기 로그 라이클리후드 값들의 개수보다 작을 수 있다. 예를 들어, 로그 라이클리후드 비율 값들의 개수는 4이고, 로그 라이클리후드 값들의 개수는 2일 수 있다.
이 때, 단계(S320)는 상기 로그 라이클리후드 값들 중 둘을 비교하여 더 큰 값을 출력하는 단계; 및 상기 출력된 값들 중 둘의 차를 구하여 상기 로그 라이클리후드 비율 값들을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 터보 복호기의 잉여 정보 전달 방법은 상기 로그 라이클리후드 비율 값들을 잉여 정보(extrinsic information) 값으로 전달한다(S330).
이 때, 터보 복호기는 래딕스 4 터보 복호기일 수 있으나, 본 발명의 기술사상의 래딕스 4의 경우에 한정되지 아니한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 터보 복호기의 잉여 정보 전달 장치를 나타낸 블록도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 터보 복호기의 잉여 정보 전달 장치는 LL 산출기(410), LLR 산출기(420) 및 잉여 정보 전달부(430)를 포함한다.
이 때, LL 산출기(410) 및 LLR 산출기(420)는 청구항에 기재된 LLR 산출부에 대응된다.
LL 산출기(410)는 터보 복호기의 입력 비트들에 대한 로그 라이클리후드(Log Likelihood; LL) 값들을 계산한다.
LL 산출기(410)는 도 2에 도시된 것과 그 기능이 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
LLR 산출기(420)는 상기 로그 라이클리후드 값들을 이용하여 상기 로그 라이클리후드 비율(Log Likelihood Ratio; LLR) 값들을 산출한다.
LLR 산출기(420)는 최대값 산출부(421) 및 뺄샘부(425)를 포함할 수 있다.
최대값 산출부(421)는 상기 로그 라이클리후드 값들 중 둘을 비교하여 더 큰 값을 출력한다. 즉, 최대값 산출부(421)는 상기 수학식 12 내지 15에 해당하는 기능을 수행한다.
뺄샘부(425)는 최대값 산출부(421)가 출력한 값들 중 둘의 차를 구하여 상기 로그 라이클리후드 비율 값들(LLRk, LLRk +1)을 산출한다. 도 4의 LLRk 및 LLRk +1은 각각 상기 수학식 18 및 19의 로그 라이클리후드 비율 값들에 해당한다.
잉여 정보 전달부(430)는 상기 로그 라이클리후드 비율 값들을 잉여 정보(extrinsic information) 값으로 전달한다.
특히, 도 4에는 잉여 정보 전달부(430)가 인터리버(interleaver)인 경우의 예가 도시되어 있지만, 본 발명의 기술사상은 잉여 정보 전달부(430)가 인터리버인 경우에 한정되지 않는다.
LLR 기반 인터리버에 해당하는 잉여 정보 전달부(430)는 인터리버 주소생성기(431) 및 두 개의 메모리들(432, 433)을 포함한다.
이 때, 메모리들(432, 433) 각각의 크기는 정보 길이 N을 2로 나눈 값일 수 있다.
메모리들(432, 433)은 인터리버 주소생성기(431)에 의해 생성된 주소에 따라 출력 값을 생성하여 인터리빙이 수행되도록 한다.
이 때, 로그 라이클리후드 비율 값들의 개수는 상기 로그 라이클리후드 값들의 개수보다 작을 수 있다. 예를 들어, 래딕스 4의 경우에 로그 라이클리후드 비율 값들의 개수는 2이고, 로그 라이클리후드 값들의 개수는 4일 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 터보 복호기의 잉여 정보 전달 방법 및 장치는 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
S310: LL값 산출 단계
S320: LLR값 산출 단계
S330: 잉여 정보 전달 단계

Claims (10)

  1. 터보 복호기의 입력 비트들에 대한 로그 라이클리후드 비율(Log likelihood Ratio; LLR) 값들을 산출하는 단계; 및
    상기 로그 라이클리후드 비율 값들을 잉여 정보(extrinsic information) 값으로 전달하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 터보 복호기의 잉여 정보 전달 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 로그 라이클리후드 비율(Log likelihood Ratio; LLR) 값들을 산출하는 단계는
    상기 터보 복호기의 입력 비트들에 대한 로그 라이클리후드(Log Likelihood; LL) 값들을 계산하는 단계; 및
    상기 로그 라이클리후드 값들을 이용하여 상기 로그 라이클리후드 비율(Log Likelihood Ratio; LLR) 값들을 산출하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 터보 복호기의 잉여 정보 전달 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 로그 라이클리후드 비율 값들의 개수는 상기 로그 라이클리후드 값들의 개수보다 작은 것을 특징으로 하는 터보 복호기의 잉여 정보 전달 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 로그 라이클리후드 값들을 이용하여 상기 로그 라이클리후드 비율 값들을 산출하는 단계는
    상기 로그 라이클리후드 값들 중 둘을 비교하여 더 큰 값을 출력하는 단계; 및
    상기 출력된 값들 중 둘의 차를 구하여 상기 로그 라이클리후드 비율 값들을 산출하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 터보 복호기의 잉여 정보 전달 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 터보 복호기는 래딕스 4 터보 복호기이고,
    상기 로그 라이클리후드 값들의 수는 4이고, 상기 로그 라이클리후드 비율 값들의 수는 2인 것을 특징으로 하는 터보 복호기의 잉여 정보 전달 방법.
  6. 터보 복호기의 입력 비트들에 대한 로그 라이클리후드 비율(Log Likelihood Ratio; LLR) 값들을 산출하는 LLR 산출부; 및
    상기 로그 라이클리후드 비율 값들을 잉여 정보(extrinsic information) 값으로 전달하는 잉여 정보 전달부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 터보 복호기의 잉여 정보 전달 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 LLR 산출부는
    상기 터보 복호기의 입력 비트들에 대한 로그 라이클리후드(Log Likelihood; LL) 값들을 계산하는 LL 산출기; 및
    상기 로그 라이클리후드 값들을 이용하여 상기 로그 라이클리후드 비율 값들을 산출하는 LLR 산출기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 터보 복호기의 잉여 정보 전달 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 로그 라이클리후드 비율 값들의 개수는 상기 로그 라이클리후드 값들의 개수보다 작은 것을 특징으로 하는 터보 복호기의 잉여 정보 전달 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 LLR 산출기는
    상기 로그 라이클리후드 값들 중 둘을 비교하여 더 큰 값을 출력하는 최대값 산출부; 및
    상기 최대값 산출부가 출력한 값들 중 둘의 차를 구하여 상기 로그 라이클리후드 비율 값들을 산출하는 뺄샘부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 터보 복호기의 잉여 정보 전달 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 터보 복호기는 래딕스 4 터보 복호기이고,
    상기 로그 라이클리후드 값들의 수는 4이고, 상기 로그 라이클리후드 비율 값들의 수는 2인 것을 특징으로 하는 터보 복호기의 잉여 정보 전달 장치.
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