KR20150106686A - 비이진 ldpc 부호를 이용한 이동 통신 시스템에서 오류 정정 장치 및 방법 - Google Patents

비이진 ldpc 부호를 이용한 이동 통신 시스템에서 오류 정정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시 예는 반복 회수 증가에 따라서 unsatisfied check equation 증가할 경우에 해당 체크 노드의 입력 메시지의 사이즈(nm)를 조절한다.
본 발명의 또 다른 실시 예는 메시지를 선택하는 방법에 대한 것이고, 수신기의 SNR(Signal to Noise Ratio), MCS(Modulation and Coding Scheme) 파라미터를 이용하여 변환된 메시지 벡터 값의 데이타 분포 특성을 파악하여 각각 메시지 벡터에서 임계값 보다 낮은 값을 갖는 메시지 값을 선택한다.

Description

비이진 LDPC 부호를 이용한 이동 통신 시스템에서 오류 정정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CORRECTING ERROR IN MOBILE COMMUNICATION SYSTEM USING NON-BINARY LOW-DENSITY PARITY-CHECK CODES}
본 발명은 비이진 LDPC(Low-Density Parity-Check) 부호를 이용한 이동 통신 시스템에서 오류 정정 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 이동 통신 시스템에서 부호기(Encoder)와 복호기(Decoder)는 순방향 채널의 오류를 정정하기 위해 사용하고 있다. 이러한 이동 통신 시스템에서는 데이터의 송신 및 수신은 무선 환경에서 이루어지므로 전송 채널에서 발생하는 잡음(Noise)에 대한 오류를 효과적으로 정정하여 데이터 전송의 신뢰도를 높이기 위한 부호로 트렐리스(Trellis) 부호인 길쌈 부호(convolutional codes), 선형 블록 부호인 리드 솔로몬(Reed-Solomon : R-S) 부호 등이 사용되어 왔다. 1993년에는 버로우(Berrou)에 의해 섀넌(Shannon)의 이론적인 한계(limit)에 근접하는 오류 정정 능력을 보이는 터보 부호와 반복 복호 방법이 소개되었다. 상기 반복 복호 방법은 기존에 주로 사용되던 길쌈 부호 방법 보다 신뢰성 있는 통신을 보장할 수 있다.
본 발명은 가변적인 채널 환경 및 송신 데이타 특성에 따라서 가변적인 오프셋 값을 적용하여 성능 및 복잡도 측면에서 효율적으로 관리하는 오류 정정 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명은 반복 복호기에서 반복 복호 횟수의 증가에 따라 만족하지 않은 체크 노드의 수가 증가할 경우, 효율적으로 오류를 정정하는 오류 정정 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 오류 정정 방법은, 비이진 LDPC 부호를 이용한 이동 통신 시스템에서의 오류 정정 방법에 있어서, 송신기로부터 전송된 신호를 수신하는 과정; 및 상기 수신된 신호에 대해 반복 복호를 수행하는 과정을 포함하고, 상기 반복 복호를 수행하는 과정은, 반복 복호 횟수의 증가에 따라 만족하지 않은 체크 노드의 수를 카운팅하는 과정; 및 상기 만족하지 않은 체크 노드의 수가 미리 정해진 개수인 경우, 상기 만족하지 않은 체크 노드의 입력 메시지의 사이즈를 조절하는 과정을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 오류 정정 장치는, 비이진 LDPC 부호를 이용한 이동 통신 시스템에서의 오류 정정 장치에 있어서, 반복 복호 횟수의 증가에 따라 만족하지 않은 체크 노드의 수를 카운팅하는 카운터; 및 상기 만족하지 않은 체크 노드의 수가 미리 정해진 개수인 경우, 상기 만족하지 않은 체크 노드의 입력 메시지의 사이즈를 조절하는 제어부를 포함한다.
본 발명은 가변적인 채널 환경 및 송신 데이타 특성에 따라서 가변적인 오프셋 값을 적용하여 성능 및 복잡도 측면에서 효율적으로 관리할 수 있다.
본 발명은 반복 복호기에서 반복 복호 횟수의 증가에 따라 만족하지 않은 체크 노드의 수가 증가할 경우, 효율적으로 오류를 정정하고, 에러 플로우를 감소시킬 수 있다.
본 발명은 복호 실패를 감소하고, 평균 반복 횟수를 줄일 수 있다.
본 발명은 평균 반복 횟수를 줄임으로써, 수신기의 전력을 감소시킬 수 있다.
도 1은 비이진 LDPC 부호 복호기의 체크(check node) 노드 내부 구조도;
도 2는 GF(64) 비이진 LDPC 부호 복호기의 복잡도를 비교한 그래프;
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 비이진 LDPC 부호를 포함한 송신기 및 수신기의 블록 구성도;
도 4는 GF(32)인 경우 비이진 LDPC 부호의 예시도;
도 5는 종래 기술을 적용한 복호화 성능을 nm 변화에 따른 성능 결과를 나타낸 그래프;
도 6 및 도 7은 일정한 nm을 사용한 일반적인 복호화 성공/실패의 예시도;
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 비이진 LDPC 부호를 이용한 이동 통신 시스템에서 오류 정정 예시도;
도 9는 최대 반복 복호 횟수 = 20 일 경우, nm을 조절하는 예시도;
도 10은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 구체적 동작을 설명하기 위한 도면;
도 11은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 비이진 LDPC 부호를 이용한 이동 통신 시스템에서 오류 정정 방법을 나타낸 흐름도;
도 12는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 비이진 LDPC 부호를 이용한 이동 통신 시스템에서 오류 정정 방법을 나타낸 흐름도;
도 13은 본 발명의 실시 예에 따라 unsatisfied checks 증가 횟수가 2일 경우, 메시지 사이즈를 조절하는 방법을 적용한 경우, nm 변화에 따른 복호 성능 결과를 나타낸 그래프;
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 비이진 LDPC 복호기 구조도;
도 15는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 비이진 LDPC 복호기 구조도; 및
도 16은 도 14 및 도 15에서의 메시지 추정부의 상세 구조도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 이때 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 또한 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다.
또한 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 제1 실시 예는 반복(iteration) 횟수의 증가에 따라서 unsatisfied check equation 증가할 경우에 해당 체크 노드 입력 벡터 메시지의 사이즈(nm : the number of messages)의 크기를 조절하는 방법을 제안한다. 이하에서 "unsatisfied check equation 증가"은 "unsatisfied checks 증가 횟수", "unsatisfied checks 증가", 및 "만족하지 않은 체크 노드의 수의 증가"과 동일한 의미로 기재될 것이다.
본 발명의 제2 실시 예는 어떤 방법으로 메시지를 선택할 것인가에 대한 것이다. 수신기의 SNR(Signal to Noise Ratio), MCS(Modulation and Coding Scheme) 파라미터를 이용하여 변환된 메시지 벡터 값의 데이터 분포 특성을 파악하여 각각 메시지 벡터에서 임계값(threshold) 보다 낮은 값을 갖는 메시지 값을 선택한다. 또한 선택된 메시지의 사이즈가 특정 nm(=6) 이하 일 때, 임계값을 증가하여 메시지를 선택한다.
상기 임계값은 MCS 인덱스 및 SNR 파라미터 중 적어도 하나에 따라서 결정될 수 있다.
도 1은 비이진 LDPC 부호 복호기의 체크(check node) 노드 내부 구조도이다.
일반적으로 복호기의 입력 메시지 U, V(110, 120)의 벡터(예컨대, U_llr(112), V_llr(122))에 대하여, 분류(sorting) 알고리즘을 이용하여 메시지 값을 순서대로 분류한다. 분류 알고리즘은 값을 크기 순서로 일렬로 정렬하는 알고리즘을 나타낸다. 분류된 메시지는 수신된 입력 메시지 보다 작은 벡터 크기를 갖는 메시지 값과 메시지 심볼을 이용하여 체크 노드 또는 변수 노드(variable node)로 입력되어 각각의 노드에서 복호화 연산이 수행된다.
비이진 LDPC 부호의 복호화 알고리즘에서 분류 방법으로 복호기 내부 메시지를 계산하는 방식은, 과다한 복호 소요 시간으로 고속 데이터 처리를 요구하는 시스템에 불리한 복호 알고리즘 방법이다. 따라서, 분류 방법은 차세대 고속 데이터 처리를 요구하는 기지국 또는 단말의 수신기에 부적합하다.
도 2는 GF(64) 비이진 LDPC 부호 복호기의 복잡도를 비교한 그래프를 나타낸다.
GF(64) 비이진 LDPC 부호 복호기의 복잡도(Complexity Ratio)는 메시지 벡터의 평균값(mean value)과 오프셋(offset) 값을 이용하여 메시지 값을 순서대로 정렬함으로써 나타낼 수 있다. 메시지 벡터의 평균값에 따라서 메시지 벡터 별로 크기가 다른 메시지 값과 메시지 심볼이 검사 노드 또는 변수 노드로 입력된다.
비이진 LDPC 부호 복호기에서, 수신된 메시지를 자를 때(이하에서는, "truncation 할 때"으로 칭하기로 함), 에러 플로어(error floor)의 원인이 되는 트래핑 셋(trapping sets)에 해당하는 체크 노드 또는 변수 노드를 고려하지 않고, 일정하게 truncation함으로써, 성능 저하의 원인이 된다.
또한, 비이진 LDPC 부호 복호기에서 메시지 벡터의 평균값과 오프셋 값을 이용하여 메시지 값을 순서대로 정렬하는 방식은 메시지의 확률 분포에 따라서 메시지를 선별적으로 선택하는 특징이 있다. 다시 말하여, 상기 메시지 값을 순서대로 정렬하는 방법은 수신된 메시지의 신뢰도(reliability)에 따라서, 각각 메시지 벡터에서 다른 벡터 크기의 메시지 값과 심볼을 정렬하는 방법을 의미한다. 그러나, 이와 같은 방법은 수신된 데이터 특성, 채널 특성과 무관하게 고정된 오프셋 값을 사용하는 방법으로, 가변적인 채널특성과 다양한 데이터 특성(Modulation and Coding Scheme 포함) 환경에 성능 및 복잡도 측면에서 효율적으로 관리하기 어렵다.
또한 분류 알고리즘 방식은 고속 데이터 처리를 요구하는 시스템에 적합하지 않는 방법이다. 메시지의 신뢰도를 평가 할 때, 높은 값을 검사 노드 입력으로 선택하는 방법은 내부 메시지의 비트(bits) 수를 증가 시킬 수 있는 특징을 포함한다. 따라서, 내부 메시지의 비트 수 증가는 복호기의 복잡도를 증가시키는 원인이 된다.
본 발명에서는 비이진 LDPC 부호/복호를 사용하는 송신기 및 수신기에서, 특히 수신기의 복호기에서 종래 기술이 제공하지 못하는 기능을 갖기 위하여 다음의 문제를 해결한다.
본 발명의 제1 실시 예에서는 반복 복호 알고리즘을 사용하는 복호기에서, 반복 횟수 증가에 따라서 unsatisfied check equation이 증가할 경우에 해당 체크 노드 입력 벡터 메시지 사이지의 크기(nm) 및 오프셋 값을 조절하여 에러 플로우(error floor)를 감소시키도록 한다.
복호 기술은 수신된 데이터 특성, 채널 특성과 무관하게 고정된 오프셋 값을 사용하는 방법으로 가변적인 채널 환경 및 송신 데이터 특성에 성능(에러 정정 능력) 저하의 문제를 해결하기 위해, 본 발명에서는 가변적인 채널 환경 및 송신 데이터 특성에 따라서 가변적인 오프셋 값을 적용하여 성능을 향상 시키도록 한다.
본 발명의 제2 실시 예에서는 선택된 메시지 사이즈가 특정 n(=6) 이하 일 때, 피드백(feedback) 과정으로 임계값 값을 증가하여 메시지를 선택한다. 이는 채널의 노이즈가 크고, 비슷한 LLR(Log Likelihood Ratio) 값이 많을 때, 선택된 메시지 사이즈가 작은 경우를 방지하기 위함이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 비이진 LDPC 부호를 포함한 송신기 및 수신기의 블록 구성도이다.
비이진 LDPC 부호기(310)는 사용자 데이터(또는 사용자 정보)에 비이진 LDPC 부호를 이용하여 코드워드(codeword)(305)를 생성한다. 코드워드의 길이는 비이진 LDPC 부호에 따라서 결정된다. 일반적으로 LDPC 부호는 M행 N열인 패리티 체크 매트릭스(parity-check matrix, "H matrix"이라 칭함) 형태로 표현된다. 따라서, 코드워드 길이는 N 이다(단위: 심볼). 생성된 코드워드(305)는 변조부(307)로 전달된다. 변조부(307)는 변조 방식(예를 들어, 16 QAM(Quadrature Amplitude Modulation), 64 QAM, FQAM(Frequency Quadrature Amplitude Modulation) 등)에 따라 변조하고, 채널(309)을 통하여 기지국, 또는 수신기의 복조부(demodulator)(311)로 송신한다. 복조부(311)는 코드워드 길이 N에 해당하는 메시지의 소프트 정보(soft information)(313)을 메시지 벡터 형태로 계산하여 비이진 LDPC 복호기(315)로 전송한다.
예를 들어, GF(4) = {0, 1, α, α2}인 LDPC 부호와 QPSK 변조인 경우, 수신기의 소프트 정보(313)는 다음과 같이 메시지 벡터 즉, {Probability[0], Probability[1], Probability[α], Probability[α2]} 형태를 갖는 확률 또는 신뢰도를 갖는 벡터 값으로 표현된다. 따라서, 수신된 N 길이의 수신된 데이터는 복조부(311)를 통하여 1 번 심볼{Probability[0], Probability[1], Probability[α], Probability[α2]}, 2번 심볼{Probability[0], Probability[1], Probability[α], Probability[α2]}, …, N 번 심볼{Probability[0], Probability[1], Probability[α], Probability[α2]} 등의 N 메시지 벡터로 구성된다. 비이진 LDPC 복호기(Nonbinary LDPC decoder)(315)는 N 메시지 벡터의 입력에 대해 복호화 과정을 수행하여 K=N-M 길이의 메시지를 출력한다. K=N-M 길이의 메시지는 도 3에서의 복호화된 정보(317)을 의미한다.
도 4는 GF(32)인 경우 비이진 LDPC 부호의 예시도이다.
비이진 LDPC 부호에 의하여 부호기, 복호기를 구성 할 수 있고, 일반적으로 검사 부호 행렬(H)(404) 형태로 표시한다. H(404)의 크기는 M x N 이고, N(402)은 코드워드 길이, M(406)은 패리티(또는 리던던시(redundancy)) 길이 또는 패리티 심볼의 수, K = N - M 와 같은 사용자 정보 길이(K)로 표현된다. H(404)의 원소는 GF(q) LDPC 부호에 결정되면 심볼 원소 hi ,j = {0, 1, α, …, αq-2}로 표현된다.
도 5는 종래 기술을 적용한 복호화 성능을 nm 변화에 따른 성능 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 GF(32), 반복 횟수=35, K=960bits, 코드 레이트=1/3일 경우, nm 변화에 따른 복호 성능을 나타낸다.
도 5의 그래프에서 mn은 메시지의 수를 나타내고, EMS는 Extended Min-Sum algorithm을 나타낸다.
참조번호 502와 같이, nm이 작을수록 에러 플로어(error floor) 현상이 나타남을 알 수 있다. 또한 도 5를 참조하면, 선택된 nm은 SNR 변화에 없이 고정된 값을 사용하여 채널이 좋은 상태일 때, 성능 저하 현상이 일찍 일어남을 알 수 있다. 또한 도 5를 참조하면, 메시지를 코드 설계(code design), SNR에 관계없이 truncation할 때 성능 열화 현상이 발생함을 알 수 있다.
도 6 및 도 7은 일정한 nm을 사용한 일반적인 복호화 성공/실패의 예시도이다.
도 6은 최대 반복 횟수=35, M=384, 코드 레이트=1/3일 경우, 복호가 성공한 예를 나타낸다.
도 6의 case 1(600)과 case 2(620)은 unsatisfied checks 증가의 경우가 없다. 그러나, 도 6의 case 3(640)은 unsatisfied checks 증가의 경우가 참조번호 642와 같이, 1회 발생함을 알 수 있다.
도 7은 최대 반복 횟수=35, M=384, 코드 레이트=1/3일 경우, 복호가 실패한 예를 나타낸다.
도 7의 case 1(700)는 참조번호 701, 702, 703, 704와 같이, unsatisfied checks 증가의 경우(즉, unsatisfied checks 증가 횟수)가 4회 발생한다. 이 뿐만 아니라, 도 7의 case 2(720)은 참조번호 721, 722, 723, 724, 725, 726과 같이, unsatisfied checks 증가의 경우가 6회 발생한다.
최대 복호화 횟수 내에서 복호화 성공시 보다는 최대 복호화 횟수 내에서 복호화 실패 시에 unsatisfied checks 증가의 경우가 더 많이 발생한다. unsatisfied checks 증가가 발생하는 현상은 메시지를 truncation 할 경우 및 부호에 존재하는 트래핑 셋에 의하여 오류들을 정정하지 못하여 일어나는 현상이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 비이진 LDPC 부호를 이용한 이동 통신 시스템에서 오류 정정 예시도를 나타낸다.
도 8의 case 1(800)의 참조번호 802는 unsatisfied checks 증가 횟수를 기준(예컨대, 3회)으로 관련된 패리티 체크 입력 메시지의 사이즈 nm을 조절하여 복호에 성공한 사례를 나타낸다. 도 8의 case 2(820)의 참조번호 804는 unsatisfied checks 증가 횟수를 기준(예컨대, 3회)으로 관련된 패리티 체크 입력 메시지의 사이즈 nm을 조절하여 복호에 성공한 사례를 나타낸다.
도 8의 case 1(800)의 참조번호 801, 802, 803, 805, 807, 809와 같이, 반복 횟수가 증가함에 따라서, unsatisfied checks 증가 횟수가 2(803)회~3(805, 802)회 이상에 해당하는 패리티 체크의 검사 노드 입력 메시지 사이즈를 증가(nm 증가)하여 오류들을 정정할 수 있다.
도 8의 case 2(820)의 참조번호 821, 823, 825, 827, 381, 831, 833, 829, 804와 같이, 반복 횟수가 증가함에 따라서, unsatisfied checks 증가 횟수가 2(823)회~3(825, 804)회 이상에 해당하는 패리티 체크의 검사 노드 입력 메시지 사이즈를 증가(nm 증가)하여 오류들을 정정할 수 있다.
이와 반대로, 최대 반복 횟수 이내에서 반복 복호가 작은 경우에 "unsatisfied check = 0"을 만족 할 때, 입력 메시지의 truncation을 증가(nm 감소)하여 복호 연산량 감소 및 복호 지연 시간 감소의 효과가 있다. unsatisfied checks 증가 횟수에 따라서 nm을 조절하는 적용 시점은 최대 반복 횟수 및 코드 레이트 중 적어도 하나에 따라서 결정된다. 일반적으로, 최대 반복 횟수가 30이상 일 때는, unsatisfied checks 증가 경우의 횟수가 2~3 이상 현상이 발견되는 시점부터 적용 가능하다. 그러나, 본 발명의 실시 예에서는 최대 반복 횟수가 30 미만 일 때는 1) unsatisfied checks 증가 경우의 횟수가 1인 경우, 2) unsatisfied checks 값, 3) 메시지 사이즈를 조절하는 적용 시점에서 남은 반복 횟수 값들을 고려하여 nm을 조절하는 적용 시점을 결정할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 최대 반복 복호 횟수 = 20 일때 nm을 조절하는 예시도이다.
도 9의 case 2(920)는 unsatisfied checks 증가 횟수가 0인 경우를 나타낸다. 반면에 도 9의 case 1(910), case 3(930)는 반복 복호 횟수가 15일 때, 912, 932 경우와 같이, unsatisfied checks 증가 횟수가 1을 만족하지만, case 1(910)의 경우만 남은 반복 횟수를 고려하여 unsatisfied checks 값이 9이므로 nm을 증가하여 남은 반복 횟수 기간에 에러를 정정 할 수 있다. case 3(930)에서는 unsatisfied checks 값이 case 1(910)의 경우 보다 많은 14이므로, nm값을 case 1(910)보다 더 증가한 nm을 사용해야 최대 반복 복호 횟수 기간에 에러를 정정 할 수 있다. case 3(930)는 case 1(910)과 같은 nm 증가를 적용하였을 때 실시 예이다.
도 10은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 구체적 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도면에 도시하지 않은 수신기의 카운터는 반복 횟수가 증가함에 따라서 unsatisfied check 증가 횟수를 카운팅(counting)한다. 도면에 도시하지 않은 수신기의 제어부는 unsatisfied check 증가 횟수가 2, 3이상인 경우, 특정 unsatisfied check의 입력 메시지 사이즈를 증가 시킨다(도 10의 1002 단계). 메시지 사이즈를 증가시킴으로써, 남은 반복 횟수 기간에 에러를 정정 할 수 있다. 또한 메시지 사이즈를 증가시킴으로써, 최대 반복 복호 횟수 기간에 에러를 정정 할 수 있다. 이후, 수신기의 제어부는 체크 노드의 입력 메시지 사이즈에 따라서, 체크 노드 출력 메시지의 스케일링(scaling)을 변화 시킨다.
도 11은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 비이진 LDPC 부호를 이용한 이동 통신 시스템에서 오류 정정 방법을 나타낸 흐름도이다.
수신기는 1102 단계에서 반복 복호가 증가함에 따라서, unsatisfied check 증가 횟수를 카운팅한다. 수신기는 1104 단계에서 unsatisfied check 증가 횟수가 예컨대, 2 또는 3일 경우인가를 판단한다. 만약, unsatisfied check 증가 횟수가 2 또는 3이 아닌 경우, 수신기는 1102 단계로 되돌아 간다. 그러나, unsatisfied check 증가 횟수가 2 또는 3인 경우, 수신기는 1106 단계에서 unsatisfied check의 입력 메시지의 사이즈를 증가시킨다. 입력 메시지의 사이즈를 증가시키는 시점은 예컨대, unsatisfied check 증가 횟수가 2 내지 3인 경우로 결정할 수 있다. 가능한 실시 예로써, 입력 메시지의 사이즈를 증가시키는 시점은 최대 반복 횟수가 30 미만일 경우, 상기 만족하지 않은 체크 노드의 수가 1인 경우로 결정할 수 있다. 추가 가능한 실시 예로써, 입력 메시지의 사이즈를 증가시키는 시점은 메시지의 수를 조절하는 적용시점에서 남은 반복횟수 값 들을 고려하여 결정할 수 있다.
수신기는 1108 단계에서 체크 노드의 입력 메시지 사이즈에 따라 체크 노드의 출력 메시지의 스케일링 조절한다. 본 발명의 실시 예에 따른 수신기는 복호 실패를 감소하고, 평균 반복 횟수를 줄일 수 있다. 평균 반복 횟수를 줄임으로써, 수신기의 전력을 감소시키는 효과가 있다.
도 12는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 비이진 LDPC 부호를 이용한 이동 통신 시스템에서 오류 정정 방법을 나타낸 흐름도이다.
이하에서 도 12의 동작을 수행하는 주체는 복호기로 기재하지만, 수신기 내의 제어부에서 동작 가능함은 물론이다. 또한 도 12의 동작을 수행하는 주체는 도 14에서 후술될 메시지 추정부(1408), 메시지 변환부(1404), 제1 메시지 선택부(1406), 검사 노드 메시지 생성부(1410), 제2 메시지 선택부(1412), 변수 노드 메시지 생성부(1416), 후 처리부(1414) 등이 될 수 있음은 물론이다.
1202 단계에서 복호기는 채널 검출기의 출력 소프트 정보 메시지(또는 소프트 정보)를 결정하고, 송신기에서 전송한 데이터 길이, 변조 방식, 부호율 정보를 획득한다. 1204 단계에서 복호기는 각각 메시지 벡터 내에서 신뢰도가 가장 높은 메시지 값을 선택한다.
예를 들어, GF(32) 부호를 갖는 메시지는 벡터는 32개의 심볼 원소에 해당하는 값 중에서 최대값을 선택한다. 1번 심볼 경우의 최대값은 Max = maximum{Probability[0], Probability[1], …, Probability[α30]}로 계산된다. 따라서, 1204 단계에서 출력 메시지는 {Max - Probability[0], Max - Probability[1], …, Max - Probability[α30]}와 같다. 1206 단계에서는 각각 상기 단계의 메시지 벡터의 분포(평균 또는 분산)를 이용하여 오프셋 값을 생성한다. 생성된 오프셋 값은 송신기에서 결정된 변조 방식, 데이터 특성(codeword 크기, M 크기) 중 적어도 하나에 따라서 변경 가능한 것을 포함한다. 1208 단계에서 복호기는 각각 메시지 벡터의 분포를 갖는 값에 의해 생성된 오프셋 값을 이용하여, 1204 단계의 출력 메시지 값보다 낮은 메시지 값과 심볼 원소들을 선택한다. 1210 단계에서 복호기는 상기 선택된 메시지 값을 이용하여 변수 노드 출력 메시지(V2C message: variable-to-check message)를 계산한다. 상기 변수 노드 생성 방식은 일반적인 message passing 알고리즘의 변수 노드 생성 방식과 유사하다.
1212 단계에서 복호기는 변수 노드 출력 메시지 중 가장 작은 메시지를 선택하여, 1214 단계에서 변수 노드 출력 메시지와 선택된 작은 값을 이용하여 변형된 변수 노드 출력 메시지를 생성한다.
변수 노드 출력 메시지를 생성한 이후에, 검사 노드 출력 메시지(C2V message: check-to-variable message)를 계산해야 하는데, 검사 노드 출력 메시지는 변수 노드 출력 메시지를 계산하는 방법(예컨대, 1206, 1208, 1212 단계)과 유사하므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다. 또한, 상기 검사 노드 생성 방식은 일반적인 message passing 알고리즘의 검사 노드 생성 방식과 유사하다. 또한, 검사 노드 출력 메시지를 생성 이후에 변수 노드 출력 메시지를 생성할 수도 있다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따라 unsatisfied checks 증가 횟수가 2일때 메시지 사이즈를 조절하는 방법을 적용한 경우 nm 변화에 따른 복호 성능 결과를 나타낸 그래프이다.
도 13은 GF(32)이고, K는 960비트이고, 코드 레이트가 1/3이고, 최대 반복 횟수가 35일 경우, nm 변화에 따른 복호 성능 결과를 나타낸 그래프이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 방법은 기존 방법(Extended Min-Sum(EMS)) 보다 제안한 방법을 사용한 알고리즘(EMS with adaptive message selection) 방식이 FER(Frame Error Rate) = 0.01기준으로 0.4dB 성능 이득이 있고, 에러 플로어 현상이 발생하지 않는 장점이 있다. 즉, 높은 SNR 영역에서 0.4dB 이상의 성능 이득이 있다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 비이진 LDPC 복호기 구조도를 나타낸다.
본 발명의 비이진 LDPC 부호 복호기는 수신부(1402), 메시지 추정부(1408), 메시지 변환부(1404), 제1 메시지 선택부(1406), 검사 노드 메시지 생성부(1410), 제2 메시지 선택부(1412), 변수 노드 메시지 생성부(1416), 후 처리부(1414) 등으로 구성 가능하다.
검사 노드 메시지 생성부(1410)의 출력 메시지를 C2V 메시지, 변수 노드 메시지 생성부(1416)의 출력 메시지를 V2C 메시지로 표현할 수 있다.
상기 메시지 추정부(1408)는 각각의 메시지 벡터의 분포(평균 또는 분산)를 이용하여 오프셋 값, 최소 임계값을 생성한다.
상기 메시지 변환부(1404)는 수신부(1402)에서 결정된 소프트 정보로부터 각각 메시지 벡터 내에서 신뢰도가 가장 높은 메시지 값을 선택한다.
상기 제1 메시지 선택기(1406)는 각각 메시지 벡터의 분포를 갖는 값에 의해 생성된 오프셋 값을 이용하여, 신뢰도가 가장 높은 출력 메시지 값보다 낮은 메시지 값과 심볼 원소들을 선택한다. 상기 제1 메시지 선택기(1406)는 변수 노드 출력 메시지 및 검사 노드 출력 메시지에 대해 모두 적용 가능하다.
상기 제2 메시지 선택부(1412)는 변수 노드 출력 메시지 중 가장 작은 메시지를 선택한다.
상기 변수 노드 메시지 생성부(1416)는 변수 노드 출력 메시지를 생성하고, 후 처리부(1414)는 생성된 변수 노드 출력 메시지에 대해 후 처리를 수행한다.
상기 검사 노드 메시지 생성부(1410)는 검사 노드 출력 메시지를 생성한다.
도 15는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 비이진 LDPC 복호 방법을 포함하는 복호기 구조를 나타낸다.
도 15는 도 14와 비교하여 메시지 선택부가 1개만이 도시되어 있다. 각 기능은 동일 도 10과 동일하다.
도 15는 메시지 추정부(1508)는 SNR, MCS 인덱스를 참조하여 복호기의 CVC 입력 메시지들 중 신뢰도가 높은 메시지를 선택한다.
이에 반해, 도 14의 메시지 추정부(1508)는 CVC 입력 메시지, V2C 입력 메시지 중 신뢰도가 높은 메시지를 선택한다.
도 14의 복호기는 메시지 선택부가 2개로 구성되어 있어서, 도 15의 복호기 구조 보다 낮은 복잡도를 갖는 장치이고 또한 소비전력을 감소 시킬 수 있다. 그러나, 도 14의 복호기는 도 15의 복호기 보다 에러정정 능력이 낮은 단점을 가지고 있다. 수신기의 시스템측면에서 요구하는 사항(예컨대, 에러 정정 능력, 복잡도, 전력 소비 등)에 따라서, 도 14의 복호기 또는 도 15의 복호기를 선택 사용 할 수 있다.
도 16은 도 14 및 도 15에서의 메시지 추정부의 상세 구조도이다.
메시지 추정부(1620)는 계산부(1622)와 룩업 테이블(1620) 등으로 구성된다.
상기 계산부(1622)는 Non-clipped 메시지의 분포(평균 또는 분산)와 MCS(Modulation and coding scheme) 인덱스 정보를 이용하여 미리 결정한 룩-업 테이블(look-up table)(1620)에 따라서 오프셋 값과 최소 임계값 정보를 계산하고, 오프셋 값과 최소 임계값 정보를 메시지 선택부(1610)로 전송한다.
상기 메시지 선택부(1610)는 상기 계산부(1622)로부터 수신된 오프셋 값과 최소 임계값을 이용하여 Non-clipped 메시지를 clipped 메시지로 변환하여 출력한다.
하기 <표 1>는 상술한 MCS index 정보에 따라 오프셋 값, 최소 임계값을 결정한 일 예를 나타낸다.
MCS
인덱스 		변조
방식 		코드
레이트 		오프셋 값 최소
임계값
..
3 16-QAM 1/2 0 25
4 16-QAM 3/4 0.5 20
5 64-QAM 2/3 0.5 20
6 64-QAM 3/4 1.0 15
7 64-QAM 5/6 1.5 10
..
또한 본 발명의 일 실시 예에 따른 비이진 LDPC 부호를 이용한 이동 통신 시스템에서 오류 정정 장치 및 방법은 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 조합의 형태로 실현 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다. 이러한 임의의 소프트웨어는 예를 들어, 삭제 가능 또는 재기록 가능 여부와 상관없이, ROM 등의 저장 장치와 같은 휘발성 또는 비휘발성 저장 장치, 또는 예를 들어, RAM, 메모리 칩, 장치 또는 집적 회로와 같은 메모리, 또는 예를 들어 CD, DVD, 자기 디스크 또는 자기 테이프 등과 같은 광학 또는 자기적으로 기록 가능함과 동시에 기계(예를 들어, 컴퓨터)로 읽을 수 있는 저장 매체에 저장될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 비이진 LDPC 부호를 이용한 이동 통신 시스템에서 오류 정정 방법은 제어부 및 메모리를 포함하는 컴퓨터 또는 휴대 단말에 의해 구현될 수 있고, 상기 메모리는 본 발명의 실시 예들을 구현하는 지시들을 포함하는 프로그램 또는 프로그램들을 저장하기에 적합한 기계로 읽을 수 있는 저장 매체의 한 예임을 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명은 본 명세서의 임의의 청구항에 기재된 장치 또는 방법을 구현하기 위한 코드를 포함하는 프로그램 및 이러한 프로그램을 저장하는 기계(컴퓨터 등)로 읽을 수 있는 저장 매체를 포함한다. 또한, 이러한 프로그램은 유선 또는 무선 연결을 통해 전달되는 통신 신호와 같은 임의의 매체를 통해 전자적으로 이송될 수 있고, 본 발명은 이와 균등한 것을 적절하게 포함한다.
또한 본 발명의 실시 예에 비이진 LDPC 부호를 이용한 이동 통신 시스템에서 오류 정정 장치는 유선 또는 무선으로 연결되는 프로그램 제공 장치로부터 상기 프로그램을 수신하여 저장할 수 있다. 상기 프로그램 제공 장치는 상기 프로그램 처리 장치가 기 설정된 비이진 LDPC 부호를 이용한 이동 통신 시스템에서 오류 정정 방법을 수행하도록 하는 지시들을 포함하는 프로그램, 비이진 LDPC 부호를 이용한 이동 통신 시스템에서 오류 정정 방법에 필요한 정보 등을 저장하기 위한 메모리와, 상기 그래픽 처리 장치와의 유선 또는 무선 통신을 수행하기 위한 통신부와, 상기 그래픽 처리 장치의 요청 또는 자동으로 해당 프로그램을 상기 송수신 장치로 전송하는 제어부를 포함할 수 있다.
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 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (16)

  1. 비이진 LDPC 부호를 이용한 이동 통신 시스템에서의 오류 정정 방법에 있어서,
    송신기로부터 전송된 신호를 수신하는 과정; 및
    상기 수신된 신호에 대해 반복 복호를 수행하는 과정을 포함하고,
    상기 반복 복호를 수행하는 과정은,
    반복 복호 횟수의 증가에 따라 만족하지 않은 체크 노드의 수를 카운팅하는 과정; 및
    상기 만족하지 않은 체크 노드의 수가 미리 정해진 개수인 경우, 상기 만족하지 않은 체크 노드의 입력 메시지의 사이즈를 조절하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 오류 정정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 만족하지 않은 체크 노드의 수가 상기 미리 정해진 개수인 경우, 상기 만족하지 않은 체크 노드의 입력 메시지의 사이즈를 증가시키는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 오류 정정 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 메시지 사이즈를 조절하는 시점은,
    상기 미리 정해진 개수가 2 내지 3인 경우로 결정함을 특징으로 하는 오류 정정 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 메시지 사이즈를 조절하는 시점은,
    최대 반복 횟수가 30 미만일 경우, 상기 만족하지 않은 체크 노드의 수가 1인 경우로 결정함을 특징으로 하는 오류 정정 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 메시지 사이즈를 조절하는 시점은,
    상기 메시지의 수를 조절하는 적용시점에서 남은 반복횟수 값을 고려하여 결정함을 특징으로 하는 오류 정정 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 메시지 사이즈를 조절하는 시점은,

    최대 반복 횟수 및 코드 레이트 중 적어도 하나에 따라서 결정됨을 특징으로 하는 오류 정정 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 수신된 신호에 대한 채널 상태 정보를 기반으로 하여 오프셋 값과 최소 임계값을 선택하고, 선택된 오프셋 값과 최소 임계값을 기반으로 하여 메시지 벡터 값과 심볼을 선택함을 특징으로 하는 오류 정정 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 채널 상태 정보는, MCS 인덱스, 변조방식, 데이터 전송률, 메시지 분포 중 적어도 하나를 포함함을 특징으로 하는 오류 정정 방법.
  9. 비이진 LDPC 부호를 이용한 이동 통신 시스템에서의 오류 정정 장치에 있어서,
    반복 복호 횟수의 증가에 따라 만족하지 않은 체크 노드의 수를 카운팅하는 카운터; 및
    상기 만족하지 않은 체크 노드의 수가 미리 정해진 개수인 경우, 상기 만족하지 않은 체크 노드의 입력 메시지의 사이즈를 조절하는 제어부를 포함함을 특징으로 하는 오류 정정 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 만족하지 않은 체크 노드의 수가 상기 미리 정해진 개수인 경우, 상기 만족하지 않은 체크 노드의 입력 메시지의 사이즈를 증가시키도록 구성함을 특징으로 하는 오류 정정 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 메시지 사이즈를 조절하는 시점은,
    상기 미리 정해진 개수가 2 내지 3인 경우로 결정함을 특징으로 하는 오류 정정 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 메시지 사이즈를 조절하는 시점은,
    최대 반복 횟수가 30 미만일 경우, 상기 만족하지 않은 체크 노드의 수가 1인 경우로 결정함을 특징으로 하는 오류 정정 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 메시지 사이즈를 조절하는 시점은,
    상기 메시지의 수를 조절하는 적용시점에서 남은 반복횟수 값을 고려하여 결정함을 특징으로 하는 오류 정정 장치.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 메시지 사이즈를 조절하는 시점은,
    최대 반복 횟수 및 코드 레이트 중 적어도 하나에 따라서 결정됨을 특징으로 하는 오류 정정 장치.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 수신된 신호에 대한 채널 상태 정보를 기반으로 하여 오프셋 값과 최소 임계값을 선택하고, 상기 오프셋 값과 상기 최소 임계값을 기반으로 하여 메시지 벡터 값과 심볼을 선택함을 특징으로 하는 오류 정정 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 채널 상태 정보는, MCS 인덱스, 변조방식, 데이터 전송률, 메시지 분포 중 적어도 하나를 포함함을 특징으로 하는 오류 정정 장치.
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