KR20150004489A

KR20150004489A - Ｌｄｐｃ 부호화, 복호화 방법 및 그 방법을 이용하는 장치

Info

Publication number: KR20150004489A
Application number: KR1020130077296A
Authority: KR
Inventors: 신동준; 주형건
Original assignee: 한양대학교 산학협력단
Priority date: 2013-07-02
Filing date: 2013-07-02
Publication date: 2015-01-13
Also published as: KR102048515B1

Abstract

LDPC 부호화, 복호화 방법 및 그 방법을 이용하는 장치가 제공된다. 본 발명의 LDPC 부호화 방법은 (a) 부호화 대상인 데이터에 대하여 LDPC(Low Density Parity Check) 부호화를 수행하는 단계 및 (b) 상기 LDPC 부호화가 수행된 코드 워드의 특정 비트에 대해 추가적인(additional) 부호화를 수행하는 단계를 포함한다.

Description

ＬＤＰＣ 부호화, 복호화 방법 및 그 방법을 이용하는 장치{LDPC ENCODING, DECODING METHOD AND DEVICE USING THE METHOD}

본 발명은 LDPC(Low Density Parity Check) 부호화, 복호화 방법 및 그 방법을 이용하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 오류 마루(error floor) 개선을 위한 LDPC 부호화, 복호화 방법 및 그 방법을 이용하는 장치에 관한 것이다.

차세대 통신 시스템은 고속 대용량 데이터 송수신을 지원하는 형태로 나아가고 있으며, 고속 대용량 데이터 송수신을 지원하기 위해서 채널 용량에 근접하는 성능을 가지고 있는 터보 부호 및 LDPC(Low Density Parity Check) 부호가 사용되고 있다.

또한 저장 장치에서는 정보 저장의 집적도를 높이기 위하여 높은 부호율의 오류 정정 부호를 사용하는데, 최근 LDPC 부호를 저장 장치에 적용하는 사례가 늘고 있다.

이러한 LDPC 부호는 복호기의 입력 범위와 부호의 복호 알고리즘에 의해 오류 마루(error floor) 현상이 발생되는 문제점이 있다.

이를 극복하기 위해서, 오류 마루 현상의 원인이라고 알려진 유사 부호어 혹은, 트레핑 세트 분석을 통해 오류 마루 개선하기 위한 여러 가지 방법이 제안되었다.

그러나, 기존 방법들은 주로 오류 마루 현상의 원인인 트레핑 세트의 구조를 이론적으로 분석하는 연구가 주를 이루고 있으며, 이를 제거하는 구체적인 기법은 제안된 것이 많지 않다.

또한, 기존 방법들은 복호 알고리즘의 수정을 통한 오류 마루 개선에 집중하고 있어 추가적인 복호 복잡도를 야기할 뿐만 아니라 전송율(혹은 부호율) 손실이 발생하는 문제도 있어, 구현이 용이하면서 오류 마루를 개선할 수 있는 해결책을 여전히 제시하지 못하고 있는 실정이다.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, LDPC(Low Density Parity Check) 부호의 오류 마루를 개선하는 LDPC 부호화, 복호화 방법 및 그 방법을 이용하는 장치를 제공하고자 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 LDPC 부호화 방법은 a) 부호화 대상인 데이터에 대하여 LDPC(Low Density Parity Check) 부호화를 수행하는 단계 및 (b) 상기 LDPC 부호화가 수행된 코드 워드의 특정 비트에 대해 추가적인(additional) 부호화를 수행하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 측면에서, 상기 (b) 단계는 repetition, BCH(Bose-Chadhuri-Hocquenghem) 및 RS(Reed-Solomon) 부호화 중 하나 이상을 포함하는 부호화 방법을 이용하여 상기 추가적인 부호화를 수행한다.

또한, 본 발명의 일 측면에서, 상기 LDPC 부호화 방법은 (c) 상기 코드 워드에 천공(puncturing)을 수행하는 단계를 더 포함한다.

또한, 본 발명의 일 측면에서, 상기 (c) 단계는 상기 (b) 단계의 추가적인 부호화에 의해 부가되는 패러티 비트의 수에 대응하여 상기 천공을 수행할 비트의 수를 결정하는 단계를 포함한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 LDPC 복호화 방법은 (a) 복호화 대상인 코드 워드(code word)에서, 미리 선택되어 추가적으로 부호화된 특정 비트에 대한 복호화를 수행하는 단계 및 (b) 상기 (a) 단계에서 복호화된 특정 비트에 대한 값을 이용하여 LDPC(Low Density Parity Check) 복호화를 수행하는 단계를 포함한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 다른 실시예에 따른 LDPC 복호화 방법은 (a) 복호화 대상인 코드 워드(code word)에 대한 LDPC(Low Density Parity Check) 복호화를 수행하는 단계, (b) 상기 (a) 단계의 복호화가 실패하면, 상기 코드 워드에서, 미리 선택되어 추가적으로 부호화된 특정 비트에 대한 복호화를 수행하는 단계 및 (c) 상기 (b) 단계에서 복호화된 특정 비트에 대한 값을 이용하여 LDPC 복호화를 수행하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 측면 또는 다른 측면에서, 상기 LDPC 복호화 방법은 상기 코드 워드에 천공(puncturing)된 비트가 존재하는 경우, 상기 천공된 비트를 LLR(Log Likelihood Ratio) 값이 0인 중립값으로 대체하여 복호화하는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 일 측면에서, 상기 LDPC 복호화 방법은 (c) 상기 (b) 단계의 복호화가 실패하면, 상기 (a) 단계와 (b) 단계를 반복 수행하는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 일 측면 또는 다른 측면에서, 상기 LDPC 복호화 방법은 상기 추가적으로 부호화된 특정 비트에 대한 복호화 및 상기 LDPC 복호화에 대한 각 결과에 서로 다른 가중치를 반영한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 LDPC 부호화 장치는, 부호화 대상인 데이터에 대하여 LDPC(Low Density Parity Check) 부호화를 수행하는 LDPC 부호화부 및 상기 LDPC 부호화가 수행된 코드 워드의 특정 비트에 대해 추가적인(additional) 부호화를 수행하는 추가 부호화부를 포함한다.

본 발명의 일 측면에서, 상기 추가 부호화부는 repetition, BCH(Bose-Chadhuri-Hocquenghem) 및 RS(Reed-Solomon) 부호화 중 하나 이상을 포함하는 부호화 방법을 이용하여 상기 추가적인 부호화를 수행한다.

본 발명의 일 측면에서, 상기 LDPC 부호화 장치는 상기 코드 워드에 천공(puncturing)을 수행하는 천공부를 더 포함한다.

본 발명의 일 측면에서, 상기 천공부는 상기 추가적인 부호화에 의해 부가되는 패러티 비트의 수에 대응하여 상기 천공을 수행할 비트의 수를 결정한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 LDPC 복호화 장치는, 복호화 대상인 코드 워드(code word)에서, 미리 선택되어 추가적으로 부호화된 특정 비트에 대한 복호화를 수행하는 추가 복호화부 및 상기 추가 복호화부에서 복호화된 특정 비트에 대한 값을 이용하여 LDPC(Low Density Parity Check) 복호화를 수행하는 LDPC 복호화부를 포함한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 다른 실시예에 따른 LDPC 복호화 장치는, 복호화 대상인 코드 워드(code word)에 대한 LDPC(Low Density Parity Check) 복호화를 수행하는 LDPC 복호화부 및 상기 LDPC 복호화부의 복호화가 실패하면, 상기 코드 워드에서, 미리 선택되어 추가적으로 부호화된 특정 비트에 대한 복호화를 수행하는 추가 복호화부를 포함하되, 상기 LDPC 복호화부는 상기 추가 복호화부에서 복호화된 특정 비트에 대한 값을 이용하여 LDPC 복호화를 수행한다.

본 발명의 일 측면 또는 다른 측면에서 상기 추가 복호화부는 코드 워드에 천공(puncturing)된 비트가 존재하는 경우, 상기 천공된 비트를 LLR(Log Likelihood Ratio) 값이 0인 중립값으로 대체하여 복호화한다.

본 발명의 일 측면 또는 다른 측면에서 상기 LDPC 복호화부 및 추가 복호화부는 상기 수행된 각 복호화의 결과에 서로 다른 가중치를 반영한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 전송율 손실을 최소화하면서도 오류 마루 현상을 개선하여 시스템 성능을 보장할 수 있다.

또한, 실시간 고속 데이터 전송이 요구되는 통신 시스템 및 높은 정보 저장 집적도가 요구되는 저장 장치의 오류 정정 부호에 활용할 수 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LDPC 부호화 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LDPC 복호화 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 추가적인 복호화를 적용하는 위치를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LDPC 부호화 과정을 도시한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 LDPC 복호화 과정을 도시한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LDPC 복호화 과정을 도시한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 LDPC 복호화 과정을 도시한 흐름도이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 오류 마루 개선 결과를 그래프로 나타낸 도면이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다.

그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.

또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LDPC 부호화 장치의 구성을 도시한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 LDPC(Low Density Parity Check) 부호화 장치(100)는 LDPC 부호화부(110), 추가 부호화부(120), 천공(puncturing)부(130) 및 코드 워드 제공부(140)를 포함할 수 있다.

참고로, 도 1에 도시된 LDPC 부호화 장치(100)는 실시간 고속 데이터 전송이 요구되는 통신 시스템(이하, '통신 시스템'이라 칭함)의 경우 송신단에 포함될 수 있으며, 높은 정보 저장 집적도가 요구되는 저장 장치(이하, '저장 장치'라 칭함)의 경우는 부호화부에 포함될 수 있다.

각 구성 요소를 설명하면, LDPC 부호화부(110)는 부호화 대상인 데이터에 대하여 LDPC부호화를 수행할 수 있으며, 이때 패러티 비트(parity bit)를 생성하여 부호화가 수행된 코드 워드에 포함시킬 수 있다.

이하에서는, LDPC 부호화 시 생성된 패러티 비트를 '제 1 패러티 비트'라 칭하도록 한다.

한편, 추가 부호화부(120)는 LDPC 부호화가 수행된 코드 워드의 특정 비트에 대해 추가적인(additional) 부호화를 수행할 수 있다.

여기서, 상기 특정 비트는 트래핑 셋(trapping-set) 분석 결과에 따라 미리 선택될 수 있으며, 추가 부호화부(120)는 통신 시스템의 수신단 또는 저장 장치의 복호화부에서 상기 특정 비트를 복호화 시, 보다 정확한 복원이 가능하도록 추가적인 부호화를 수행(예를 들어, 코드 워드에 상기 특정 비트에 대한 패러티 비트를 추가하는 등)할 수 있다.

이때, 추가 부호화부(120)는 repetition, BCH(Bose-Chadhuri-Hocquenghem) code 및 RS(Reed-Solomon) 부호화 중 하나 이상을 포함하는 부호화 방법을 이용하여 상기 추가적인 부호화를 수행할 수 있다.

이하에서는, 상기 특정 비트의 복원 정확도를 높이기 위해서 추가 부호화부(120)의 추가적인 부호화를 통해 코드 워드에 추가되는 비트를 '제 2 패러티 비트'라 칭하도록 한다.

참고로, 추가적인 부호화를 위해, 트래핑 셋 분석 결과에 따라 미리 선택된 특정 비트는 송신단과 수신단의 미리 정한 약속에 따라 선택될 수 있으며, LDPC 부호화 장치(100)는 아래의 방법으로 한번에 하나 이상(j개)의 특정 비트를 선택할 수 있다.

한번에 하나 이상(j개)의 특정 비트를 선택하는 첫번째 방법으로, LDPC 부호화 장치(100)는 모의 실험을 통해 오류 마루 영역에서 부호어 비트 위치 별 오류 수에 대한 히스토그램을 구한다(1).

이후, LDPC 부호화 장치(100)는 트래핑 셋의 구조를 파악하여 서로 다른 트래핑 셋에서 오류가 가장 많이 발생한 비트를 선택한다(각 트래핑 셋 당 1 비트씩 총 j개 선택)(1-1).

첫번째 비트 선택 방법의 다른 예로서, LDPC 부호화 장치(100)는 모의 실험을 통해 오류 마루 영역에서 부호어 비트 위치 별 오류 수에 대한 히스토그램을 구한다(1).

이후, LDPC 부호화 장치(100)는 오류가 가장 많이 발생한 j개 비트를 선택할 수 있다(1-2).

한번에 하나 이상(j개)의 특정 비트를 선택하는 두번째 비트 선택 방법으로, LDPC 부호화 장치(100)는 모의 실험을 통해 오류 마루 영역에서 부호어 비트 위치 별 오류 수에 대한 히스토그램을 구한다(2-1).

이후, LDPC 부호화 장치(100)는 오류가 가장 많이 발생한 하나의 비트를 선택한다(2-2).

이후, LDPC 부호화 장치(100)는 선택된 비트에 known value(0 또는 1)를 넣어 부호어를 만들어 복호를 수행하는 모의 실험을 하여 부호어 비트 위치별 오류 수에 대한 히스토그램을 다시 구한다(2-3).

이후, LDPC 부호화 장치(100)는 j개의 비트가 선택될까지 2-2 및 2-3 과정을 반복한다(2-4).

한번에 하나 이상(j개)의 특정 비트를 선택하는 세번째 비트 선택 방법으로, LDPC 부호화 장치(100)는 모의 실험을 통해 오류 마루 영역에서 부호어 비트 위치별 오류 수에 대한 히스토그램을 구하고, 오류 마루에 큰 영향을 미치는 트래핑 셋 구조를 파악한다(3-1).

이후, LDPC 부호화 장치(100)는 오류가 가장 큰 비트가 포함된 모든 트래핑 셋 중에서 오류 마루에 영향을 주는 트래핑 셋을 파악하여 그를 구성하는 비트 모두를 선택한다(3-2).

이후, LDPC 부호화 장치(100)는 만일 선택된 비트 수가 j보다 작으면, 선택되지 않은 비트들 중에서 오류수가 가장 큰 비트를 선택하여 3-2 단계와 유사하게 비트를 선택한다(3-3).

이후, LDPC 부호화 장치(100)는 j 비트가 선택될 때까지 3-3 단계를 반복한다(3-4).

만일 선택된 비트 수가 j보다 크다면, LDPC 부호화 장치(100)는 제일 마지막 단계에서 선택된 비트 중에서 상대적으로 오류 수가 큰 j개를 고르거나, 트래핑 셋 단위로 비트를 고르는 등의 방법을 적용할 수 있다.

여기서, 세번째 방법은 첫번째 방법과 두번재 방법과는 다르게 트래핑 셋 단위로 비트를 선택할 수 있으므로, 작은 트래핑 셋의 경우 그 트레핑 세트를 완전히 제거 할 수 있다.

참고로, 일반적으로 높은 SNR 영역에서 오류 마루에 악 영향을 주는 주요 트래핑 셋의 사이즈는 상대적으로 작은 편이다.

몇 개의 비트를 선택할 지는 원하는 시스템 성능과 복잡도에 따라 다양하게 정할 수 있다.

예를 들어, 복잡도를 크게 고려하지 않아도 되는 경우에는 보다 많은 비트를 선택 할수록 좋은 오류 마루 성능을 얻게 될 것이며, 시스템 복잡도가 주요 고려 대상이라면, 원하는 성능을 얻을 수 있는 최적의 비트 수를 다양한 방법으로 정할 수 있다.

한편, 천공(puncturing)부(130)는 정보 비트(information bit)의 부호율을 유지하기 위해서, 코드 워드의 비트에 천공을 수행할 수 있으며, 천공이 수행되는 비트는 미리 선택될 수 있다.

이때 천공부(130)는 추가적인 부호화가 수행된 제 2 패러티 비트의 수에 대응하여 천공을 수행할 비트의 수를 결정할 수 있다.

참고로, 천공부(130)는 아래의 기준에 의해 천공되는 비트를 선택할 수 있다.

1. 천공되는 비트는 천공되는 비트에 의한 성능 열화가 최소화되도록 선택한다.

2. 천공되는 비트는 오류 마루에 영향을 미치는 주요 트래핑 셋에 포함된 비트를 피해서 선택한다.

3. 천공되는 비트는 천공되는 비트에 의해 짧은 길이의 트래핑 셋이 생성되지 않도록 선택한다.

4. 천공되는 비트는 가능한 규칙적인 간격(등간격)을 유지하도록 선택한다(특히, dual diagonal 형태로 패러티 비트가 생성되는 부호의 경우).

참고로, 천공의 대상인 특정 비트는 수신단에서 복호 시 LLR(Log Likelihood Ratio) 값이 0인 중립값으로 대체되어 복호화될 수 있으며, 이로 인해 복호 수렴 속도가 저하(복호화를 반복하여 여러 번 수행)되는 경우, 체크 노드 머징(check node merging) 방법을 적용할 수 있다.

한편, 코드 워드(code word) 제공부(140)는 LDPC 부호화부(110)에 의해 생성된 제 1 패러티 비트와, 추가 부호화부(120)에 의해 추가된 제 2 패러티 비트 및 천공부(130)에 의해 천공된 비트 중 하나 이상을 포함하여 부호화된 코드 워드를 특정 저장소에 저장하거나 임의의 통신 수단 또는 통신 채널을 통해 특정 매체(수신단, 복호화 장치)로 전송할 수 있다.

도 2a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LDPC 복호화 장치의 구성을 도시한 도면이다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 LDPC 복호화 장치(200)는 추가 복호화부(additional decoder)(210) 및 LDPC 복호화부(LDPC decoder)(220)를 포함할 수 있다.

참고로, 도 2a에 도시된 LDPC 복호화 장치(200)는 통신 시스템의 경우 수신단에 포함될 수 있으며, 저장 장치의 경우는 복호화부에 포함될 수 있다.

각 구성 요소를 설명하면, 추가 복호화부(210)는 통신 시스템의 전송단 또는 저장 장치의 부호화부로부터 코드 워드가 수신되면, 수신된 코드 워드에 포함된 제 2 패러티 비트를 참조하여 특정 비트에 대한 복호화를 수행할 수 있다.

여기서, 제 2 패러티 비트는 통신 시스템의 송신단 또는 저장 장치의 부호화부에서 트래핑 셋 분석 결과에 따라 미리 선택된 특정 비트에 대해 추가적으로 부호화된 값이며, 추가 복호화부(210)는 제 2 패러티 비트를 참조하여 해당되는 특정 비트를 보다 정확히 복원할 수 있다.

또한, 추가 복호화부(210)는 후술하는 LDPC 복호화부(220)에서 코드 워드에 대한 복호화가 실패하는 경우, 코드 워드에 포함된 제 2 패러티 비트를 참조하여 특정 비트에 대한 복호화를 수행하고, 복호화가 수행된 특정 비트에 대한 보다 정확한 값을 LDPC 복호화부(220)로 전송할 수 있다.

참고로, 추가 복호화부(210)는 코드 워드에 천공된 비트가 존재하는 경우, 천공된 비트를 LLR 값이 0인 중립값으로 대체하여 복호화할 수 있다.

따라서, 추가 복호화부(210)가 복호를 수행하는 시점은 LDPC 복호화부(220)가 코드 워드에 대한 LDPC 복호화를 수행하기 전 또는 LDPC 복호화부(220)가 코드 워드에 대한 LDPC 복호화를 수행하여 복호화에 실패한 경우일 수 있다.

한편, LDPC 복호화부(220)는 통신 시스템의 전송단 또는 저장 장치의 부호화부로부터 코드 워드가 수신되면, 수신된 코드 워드에 포함된 제 1 패러티 비트를 참조하여 코드 워드에 대한 LDPC 복호화를 수행할 수 있다.

만일, 코드 워드에 대한 LDPC 복호화가 실패한 경우, LDPC 복호화부(220)는 추가 복호화부(210)로부터 수신된 특정 비트에 대한 복원 값(즉, 제 2 패러티 비트를 참조하여 복호화한 값)을 참조하여 LDPC 복호화를 수행할 수 있다.

따라서, LDPC 복호화부(220)의 복호화 시점은 통신 시스템의 전송단 또는 저장 장치의 부호화부로부터 코드 워드(LLR 값)를 수신한 후 또는 추가 복호화부(210)가 통신 시스템의 전송단 또는 저장 장치의 부호화부로부터 수신한 코드 워드(수신된 LLR 값)에 포함된 제 2 패러티 비트를 참조하여 특정 비트에 대한 복호화를 우선 수행한 후일 수 있다.

도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 추가적인 복호화를 적용하는 위치를 도시한 도면이다.

도 2b에 도시된 바와 같이, 채널로부터 수신되어 LDPC 복호화부(220)의 입력단으로 들어가는 값에 추가적인 복호화를 적용할 수 있고(a), LDPC 복호화부(220)의 출력단에서 출력된 decoded LLR 값에 추가적인 복호화를 적용할 수 있으며(b), 일례로 decoded LLR값과 추가적인 복호화를 통해 얻어진 값을 소정의 가중치를 두어 결합할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LDPC 부호화 과정을 도시한 흐름도이다.

참고로, 도 3에 도시된 LDPC 부호화 과정은 도 1에 도시된 LDPC 부호화 장치(100), 즉, 통신 시스템의 경우 송신단 또는 저장 장치의 경우 부호화부에 의해 수행될 수 있다.

먼저, LDPC 부호화 장치(100)는 부호화 대상인 데이터에 대하여 LDPC 부호화를 수행한다(S301).

이때, LDPC 부호화 장치(100)는 제 1 패러티 비트를 생성할 수 있다.

S301 후, LDPC 부호화 장치(100)는 LDPC 부호화가 수행된 코드 워드의 특정 비트에 대해 추가적인 부호화를 수행(제 2 패러티 비트 추가)한다(S302).

이때, LDPC 부호화 장치(100)는repetition, BCH(Bose-Chadhuri-Hocquenghem) 및 RS(Reed-Solomon) 부호화 중 하나 이상을 포함하는 부호화 방법을 이용하여 추가적인 부호화를 수행할 수 있다.

S302 후, LDPC 부호화 장치(100)는 정보 비트의 부호율을 유지하기 위해, 코드 워드의 비트를 천공한다(S303).

이때, LDPC 부호화 장치(100)는 S302에서 추가된 제 2 패러티 비트의 수에 대응하여 상기 천공을 수행할 비트의 수를 결정할 수 있다.

S303 후, LDPC 부호화 장치(100)는 S301에서 생성된 제 1 패러티 비트와 S302에서 추가된 제 2 패러티 비트 및 S303에서 천공된 비트 중 하나 이상을 포함하는 코드 워드를 통신 시스템의 수신단 또는 저장 장치의 복호화부로 전송한다(S304).

이하, 도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 LDPC 복호화 과정을 설명하도록 한다.

참고로, 도 4 내지 도 6에 도시된 LDPC 복호화 과정은 도 2에 도시된 LDPC 복호화 장치(200), 즉, 통신 시스템의 경우 수신단 또는 저장 장치의 경우 복호화부에 의해 수행될 수 있으며, LDPC 복호화 수행 시점을 기준으로 1. pre-processing, 2. post-processing 및 3. hybrid-processing 방법으로 구분될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 LDPC 복호화 과정을 도시한 흐름도이다.

도 4는 통신 시스템의 경우 송신단 또는 저장 장치의 경우 부호화부로부터 수신된 코드 워드(수신된 LLR 값)에 포함된 제 2 패러티 비트를 참조하여 특정 비트를 우선적으로 복호화하는 경우로서 1. pre-processing에 해당될 수 있다.

먼저, LDPC 복호화 장치(200)는 복호화 대상인 코드 워드(수신된 LLR 값)에 포함된 제 2 패러티 비트를 참조하여 특정 비트에 대한 복호화를 수행한다(S401).

이때, 코드 워드에 천공(puncturing)된 비트가 존재하는 경우, LDPC 복호화 장치(200)는 천공된 비트를 LLR(Log Likelihood Ratio) 값이 0인 중립값으로 대체하여 복호화할 수 있다.

또한, LDPC 복호화 장치(200)는 S401에서 복호화된 특정 비트의 값에 가중치를 반영함으로써, 코드 워드 복호화 시 상기 특정 비트에 대해서는 S401에서 복호화된 값이 기존의 수신된 LLR 값 보다 더 높은 신뢰도를 가지도록 할 수 있다.

참고로, 코드 워드 복화 시 연판정(soft decision)을 사용하는 경우, LDPC 복호화 장치(200)는 상기 특정 비트에 대하여 추가적인 복호화가 적용된 결과를 수신된 LLR 값과 결합하여 새로운 수신 값을 얻을 수 있으며, 상기 새로운 수신값이 기존의 수신된 LLR 값보다 더 높은 신뢰도를 가지도록 할 수 있다.

만일, 코드 워드 복호화 시 경판정(hard decision)을 사용하는 경우, LDPC 복호화 장치(200)는 상기 특정 비트에 대하여 추가적인 복호화가 적용된 결과로 해당 위치의 수신 값을 변경할 수도 있다.

S401 후, LDPC 복호화 장치(200)는 S401에서 복호화된 특정 비트 값과 제 1 패러티 비트를 참조하여 LDPC 복호화를 수행할 수 있다(S402).

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LDPC 복호화 과정을 도시한 흐름도이다.

도 5는 통신 시스템의 경우 송신단 또는 저장 장치의 경우 부호화부로부터 수신된 코드 워드(수신된 LLR 값)에 대하여, 우선적으로 LDPC 복호화를 수행하는 경우로서, 2. post-processing에 해당될 수 있다.

먼저, LDPC 복호화 장치(200)는 복호화 대상인 코드 워드(수신된 LLR 값)에 포함된 제 1 패러티 비트를 참조하여 코드 워드를 복호화한다(S501).

S501에서 복호화가 실패하면, LDPC 복호화 장치(200)는 S501에서 복호화된 결과에 대하여 특정 가중치(이하, 'w1'이라 칭함)를 반영하고, 코드 워드에 포함된 제 2 패러티 비트를 참조하여 특정 비트에 대한 복호화를 수행한다(S502).

이때, 코드 워드에 천공된 비트가 존재하는 경우, LDPC 복호화 장치(200)는 해당 천공된 비트를 LLR 값이 0인 중립값으로 대체하여 복호화를 수행할 수 있다.

또한, LDPC 복호화 장치(200)는 S502에서 복호화된 결과에 대하여 특정 가중치(이하, 'w2'이라 칭함)를 반영하여 신뢰도를 조절할 수 있다.

참고로, w2 값은 S501에서 복호화가 실패한 경우 반영되는 값이기 때문에, 복호화된 특정 비트의 값에 대한 신뢰도를 매우 크게 가져갈 수 있으며, w1의 경우 역시, 복호화를 반복하는 경우 w2의 값이 반영된 결과를 적용하여 복호화가 수행되므로, 복호화가 반복될수록 복호화 결과에 반영되는 값이 증가할 수 있다(그러나, w1 < w2 이다).

결국, w1 및 w2는 복호화된 결과 값이 수신된 LLR 값 보다 더 높은 신뢰도를 가지도록 하기 위함이다.

S502 후, LDPC 복호화 장치(200)는 S502에서 복호화된 특정 비트에 대한 값과 제 1 패러티 비트를 참조하여 LDPC 복호화를 수행할 수 있다(S503).

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 LDPC 복호화 과정을 도시한 흐름도이다.

참고로, 도 6에 도시된 LDPC 복호화 과정은 도 4 및 도 5의 과정을 혼합하여 수행되는 경우로서, 3. hybrid-processing에 해당될 수 있다.

먼저, LDPC 복호화 장치(200)는 복호화 대상인 코드 워드(수신된 LLR 값)에 포함된 제 2 패러티 비트를 참조하여 특정 비트에 대한 복호화를 수행한다(S601).

이때, 코드 워드에 제 2 패러티 비트와 관련된 천공된 비트가 존재하는 경우, LDPC 복호화 장치(200)는 천공된 비트를 LLR 값이 0인 중립값으로 대체하여 복호화를 수행할 수 있다.

또한, LDPC 복호화 장치(200)는 S601에서 복호화된 결과에 특정 가중치(이하, 'w1'이라 칭함)를 반영하여 복호화된 결과 값이 수신된 LLR 값 보다 더 높은 신뢰도를 가지도록 할 수 있다.

S601 후, LDPC 복호화 장치(200)는 S601에서 복호화된 특정 비트의 값과 코드 워드에 포함된 제 1 패러티 비트를 참조하여 LDPC 복호화를 수행한다(S602).

S602에서 복호화가 실패하면, LDPC 복호화 장치(200)는S602에서 복호화된 결과에 특정 가중치(이하, 'w2'이라 칭함)를 반영하고, w2를 반영한 복호화 결과와 코드 워드에 포함된 제 2 패러티 비트를 참조하여 특정 비트에 대한 복호화를 수행한다(S603).

이때, LDPC 복호화 장치(200)는 S603에서 복호화된 결과에 특정 가중치(이하, 'w3'이라 칭함)를 반영하여 S603에서 복호화된 결과 값이 수신된 LLR 값 보다 더 높은 신뢰도를 가지도록 할 수 있다.

S603 후, LDPC 복호화 장치(200)는 S603에서 w3가 반영된 특정 비트에 대한 값과, 제 1 패러티 비트를 참조하여 LDPC 복호화를 수행한다(S604).

참고로, S604의 복호화 과정은, S603을 통해 복호화된 값을 이용하여 수행되는 것이므로, 단순히 채널로부터 수신된 LLR 값을 복호화하는 경우보다 상대적으로 높은 신뢰도를 가질 수 있으며, 보다 적은 반복 복호화로도 원하는 성능을 얻을 수 있다.

S604에서 복호화가 실패하면, LDPC 복호화 장치(200)는 S603과 S604 과정을 반복 수행할 수 있다.

도 7 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 오류 마루 개선 결과를 그래프로 나타낸 도면이다.

참고로, 모의 실험 환경으로 부호율 1/2의 연접 지그재그 부호, 부호어 길이(n, k)=(1000, 500), BPSK(Binary Phase Shift Key) 변조, AWGN(Additive White Gaussian Noise) 채널, min-sum 알고리즘, floating point 시뮬레이션을 가정하였다.

먼저, 도 7 및 도 8은 트래핑 셋 분석 결과에 따라 미리 선택된 특정 비트에 추가적으로 패러티 비트를 적용했을 때 시스템이 얻을 수 있는 최대 성능을 나타내는 그래프이다.

도 7 및 도 8은 선택된 비트의 개수에 따른 다양한 기법의 FER 성능 그래프를 나타내고 있으며, 여기서 선택된 각각의 비트는 서로 다른 트레핑 세트에서 1 비트씩 선택되었고, 선택된 3개의 비트는 351번 비트, 368번 비트 및 504번 비트이다

도 7 및 도 8에서 original은 아무것도 적용하지 않은 원래 부호의 성능을 나타내며, known value는 부호화 단계에서 트레핑 세트 중 선택된 비트(참고로, 정보 비트 뿐만 아니라 패러티 비트도 선택될 수 있음)로서, 채널로 전송 전에 천공될 수 있고, 복호화단에서 선택된 비트의 부호에 따라 해당 비트의 LLR 값은 최대치(±∞)로 할당될 수 있다.

복호화 기법의 적용 위치는 LDPC 복호화부(220) 입력 단의 수신 값에 적용하였고, 이때, 선택된 비트에 대한 추가적인 코딩 방법으로 repetition code를 선택하였으며, 부호에 사용된 반복(repetition) 횟수는 3회이다.

pre-processing 기법을 적용할 때에는 선택된 비트와 그와 관련된 3개의 비트의 수신 값을 soft combining하여 새로운 수신 값으로 결정하였으며, weight factor 는 1로 가정하였다.

post-processing 기법에서는 추가적인 코딩(트래핑 셋 분석 결과에 따라 미리 선택된 특정 비트에 대해 추가된 패러티 비트)으로 얻어진 3개의 비트에 대해서 soft decision majority decoding을 이용하여 선택된 비트를 복호하고 복호된 비트의 부호에 따라 해당 비트에 LLR 값을 할당하여 LDPC 복호화부(220)의 새로운 수신 값으로 결정하였다.

즉, 에디셔널 복호화부(210)의 출력을 마치 known bit처럼(에디셔널 복호화부(210)에 의해 복호된 신호의 신뢰도를 매우 크게 설정(w2=∞)) LDPC 복호화부(220)에 적용하였다.

또한, LDPC 복호화부(220)와 에디셔널 복호화부(210) 사이의 반복은 1회로 가정하였다(w1=0).

도 7에서 LDPC 복호화부(220)의 반복 복호를 위해 original, known, pre-processing 기법은 최대 반복 회수 50회를 적용하였고, post-processing은 기본 50회에 추가적인 30회를 적용하였다.

즉, 최대 50회의 반복 복호에도 LDPC 복호화부(220)가 복호에 실패하면, post-processing을 통해 새롭게 구해진 값을 이용하여 추가적인 30회(최대 30회)의 반복 복호를 수행하였다.

도 7에서 보듯이 선택된 특정 비트에 대해 단순한 반복 부호를 사용하고, 제안된 pre-processing과 post-processing기법을 적용하면 original에 비해 매우 우수한 오류 마루 개선 효과를 보임을 알 수 있다.

또한, 선택된 특정 비트의 수가 많아질수록 성능 이득은 커지며, 총 3 비트를 선택하는 경우, FER = 3X10-4에서 약 0.6 dB 이득을 가질 수 있다.

한편, 도 8은 post-processing 기법의 복호 복잡도와 동일한 복호 복잡도를 가정 했을 때의 FER 성능 그래프를 나타낸다.

즉, 모든 기법에 동일한 반복 복호 회수(최대 반복 회수=80)를 적용하여 FER 성능을 비교하였으며, 이 결과는 도 7의 그래프와 유사한 경향을 보임을 알 수 있다.

참고로, pre-processing 기법과 post-processing 기법을 결합한 하이브리드 기법(hybrid-processing)의 경우, 상기 모의 실험 환경에서는 post-processing 기법과 거의 유사한 성능을 보였다.

하지만 같은 성능을 얻기 위해 복호에 사용되는 반복 횟수를 줄일 수도 있으며, 에디셔널 복호화부(210)에 서로 다른 복호 알고리즘을 사용할 경우 추가적인 성능 이득을 얻을 수도 있다.

한편, 도 9는 선택된 비트의 개수에 따른 post-processing 기법과 천공이 반영된 post-processing 기법의 FER 성능 그래프를 나타낸 도면이다.

known value 기법은 대략 (k-j)/(n-j)의 부호율을 가지며, pre-processing과 post-processing은 k/(n+jm)의 부호율을 갖는다.

따라서 낮은 부호율을 지원하는 부호를 사용할 때, 선택되는 비트(j)가 많아지거나, 추가적인 코딩에 사용하는 비트(jm)가 적으면 제안하는 기법의 전송 효율이 더 좋아질 수 있다.

또한 제안하는 기법에 추가적인 비트(jm)만큼 천공을 하게 되면 모 부호의 부호율 k/n을 지원할 수 있다

이 경우 천공을 하지 않은 것과 비교하여 약간의 성능 열화를 가져올 수 있는데, 천공을 적용하여 모 부호의 부호율을 지원하는 경우의 성능 그래프는 도 9에 나타낸 바와 같다.

천공되는 비트가 많아질수록 약간의 성능 저하가 생기지만, original에 비하면 같은 부호율을 지원하면서도 매우 우수한 성능을 보임을 알 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : LDPC 부호화 장치
110 : LDPC 부호화부
120 : 추가 부호화부
130 : 천공부
140 : 코드 워드 제공부
200 : LDPC 복호화 장치
210 : 추가 복호화부
220 : LDPC 복호화부

Claims

(a) 부호화 대상인 데이터에 대하여 LDPC(Low Density Parity Check) 부호화를 수행하는 단계; 및
(b) 상기 LDPC 부호화가 수행된 코드 워드의 특정 비트에 대해 추가적인(additional) 부호화를 수행하는 단계;
를 포함하는, LDPC 부호화 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 (b) 단계는
repetition, BCH(Bose-Chadhuri-Hocquenghem) 및 RS(Reed-Solomon) 부호화 중 하나 이상을 포함하는 부호화 방법을 이용하여 상기 추가적인 부호화를 수행하는, LDPC 부호화 방법.
제 1 항에 있어서,
(c) 상기 코드 워드에 천공(puncturing)을 수행하는 단계;
를 더 포함하는, LDPC 부호화 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 (c) 단계는
상기 (b) 단계의 추가적인 부호화에 의해 부가되는 패러티 비트의 수에 대응하여 상기 천공을 수행할 비트의 수를 결정하는 단계
를 포함하는, LDPC 부호화 방법.
(a) 복호화 대상인 코드 워드(code word)에서, 미리 선택되어 추가적으로 부호화된 특정 비트에 대한 복호화를 수행하는 단계; 및
(b) 상기 (a) 단계에서 복호화된 특정 비트에 대한 값을 이용하여 LDPC(Low Density Parity Check) 부호화를 수행하는 단계;
를 포함하는, LDPC 복호화 방법.
(a) 복호화 대상인 코드 워드(code word)에 대한 LDPC(Low Density Parity Check) 복호화를 수행하는 단계;
(b) 상기 (a) 단계의 복호화가 실패하면, 상기 코드 워드에서, 미리 선택되어 추가적으로 부호화된 특정 비트에 대한 복호화를 수행하는 단계; 및
(c) 상기 (b) 단계에서 복호화된 특정 비트에 대한 값을 이용하여 LDPC 복호화를 수행하는 단계;
를 포함하는, LDPC 복호화 방법.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 코드 워드에 천공(puncturing)된 비트가 존재하는 경우, 상기 천공된 비트를 LLR(Log Likelihood Ratio) 값이 0인 중립값으로 대체하여 복호화하는 단계;
를 더 포함하는, LDPC 복호화 방법.
제 5 항에 있어서,
(c) 상기 (b) 단계의 복호화가 실패하면, 상기 (a) 단계와 (b) 단계를 반복 수행하는 단계;
를 더 포함하는, LDPC 복호화 방법.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 추가적으로 부호화된 특정 비트에 대한 복호화 및 상기 LDPC 복호화에 대한 각 결과에 서로 다른 가중치를 반영하는 단계;
를 더 포함하는, LDPC 복호화 방법.
부호화 대상인 데이터에 대하여 LDPC(Low Density Parity Check) 부호화를 수행하는 LDPC 부호화부; 및
상기 LDPC 부호화가 수행된 코드 워드의 특정 비트에 대해 추가적인(additional) 부호화를 수행하는 추가 부호화부;
를 포함하는, LDPC 부호화 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 추가 부호화부는
repetition, BCH(Bose-Chadhuri-Hocquenghem) 및 RS(Reed-Solomon) 부호화 중 하나 이상을 포함하는 부호화 방법을 이용하여 상기 추가적인 부호화를 수행하는, LDPC 부호화 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 코드 워드에 천공(puncturing)을 수행하는 천공부;
를 더 포함하는, LDPC 부호화 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 천공부는
상기 추가적인 부호화에 의해 부가되는 패러티 비트의 수에 대응하여 상기 천공을 수행할 비트의 수를 결정하는, LDPC 부호화 장치.
복호화 대상인 코드 워드(code word)에서, 미리 선택되어 추가적으로 부호화된 특정 비트에 대한 복호화를 수행하는 추가 복호화부; 및
상기 추가 복호화부에서 복호화된 특정 비트에 대한 값을 이용하여 LDPC(Low Density Parity Check) 복호화를 수행하는 LDPC 복호화부;
를 포함하는, LDPC 복호화 장치.
복호화 대상인 코드 워드(code word)에 대한 LDPC(Low Density Parity Check) 복호화를 수행하는 LDPC 복호화부; 및
상기 LDPC 복호화부의 복호화가 실패하면, 상기 코드 워드에서, 미리 선택되어 추가적으로 부호화된 특정 비트에 대한 복호화를 수행하는 추가 복호화부;
를 포함하되, 상기 LDPC 복호화부는 상기 추가 복호화부에서 복호화된 특정 비트에 대한 값을 이용하여 LDPC 복호화를 수행하는, LDPC 복호화 장치.
제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
상기 추가 복호화부는 코드 워드에 천공(puncturing)된 비트가 존재하는 경우, 상기 천공된 비트를 LLR(Log Likelihood Ratio) 값이 0인 중립값으로 대체하여 복호화하는, LDPC 복호화 장치.
제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
상기 LDPC 복호화부 및 추가 복호화부는 상기 수행된 각 복호화의 결과에 서로 다른 가중치를 반영하는, LDPC 복호화 장치.