KR20220134199A - Coding/decoding apparatus and method for correcting frame concatenated error - Google Patents

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KR20220134199A
KR20220134199A KR1020210039551A KR20210039551A KR20220134199A KR 20220134199 A KR20220134199 A KR 20220134199A KR 1020210039551 A KR1020210039551 A KR 1020210039551A KR 20210039551 A KR20210039551 A KR 20210039551A KR 20220134199 A KR20220134199 A KR 20220134199A
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이호경
신지환
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한국전력공사
홍익대학교 산학협력단
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Abstract

Disclosed are an encoding and decoding device and an encoding and decoding method for correcting a frame concatenation error. The encoder for correcting a frame concatenation error according to an aspect of the present invention comprises: an external encoder for generating parity bits by performing a hamming encoding operation on an input bit sequence for each frame, and generating a parity frame by adding the parity bits to an encoded frame; a frame block interpreter for dividing the parity frame into constant block units, arranging the frame, which has been divided into block units, in the shape of a matrix, and rearranging the order of the frame arranged in the shape of a matrix; and an internal encoder for performing a turbo encoding operation on the rearranged frame. Therefore, BER and FER performance can be improved in a poor channel environment when the channel environment has high correlation between a transmitting device and a receiving device.

Description

프레임 연집 오류 정정을 위한 부호기/복호기 및 부호화/복호화 방법{CODING/DECODING APPARATUS AND METHOD FOR CORRECTING FRAME CONCATENATED ERROR}Encoder/decoder and encoding/decoding method for frame sequence error correction

본 발명은 프레임 연집 오류 정정을 위한 부호기/복호기 및 부호화/복호화 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상관 채널에서 프레임 연집 오류를 정정할 수 있도록 하는 부호기/복호기 및 부호화/복호화 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an encoder/decoder and an encoding/decoding method for frame burst error correction, and more particularly, to an encoder/decoder and an encoding/decoding method capable of correcting a burst sequence error in a correlation channel.

프레임 오류를 정정하는 방법은 제5부 협대역무선통신 물리 계층 규격에서 채택한 순환 중복 검사(CRC, Cylic Redundancy Check)를 통해 프레임 내 오류가 검출되면 송신 측에 오류 사실을 알려 송신 신호를 다시 전송하는 방법과 외부 블록 부호와 내부 부호인 터보 부호를 결합한 인접 부호를 사용하는 방법이 있다. CRC와 같은 자동 반복 요청 (ARQ)을 사용하여 프레임 오류를 검출한다면 송신 측에 재전송을 요청하기 때문에 그에 따른 비용이 발생한다. 터보 부호와 같은 전방 오류 정정(FEC)를 사용하여 수신한 프레임에서 발생한 오류를 정정하려 해도 프레임 간 상관관계를 갖는 Quasi-Static Rayleigh Fading 채널 환경에서는 인접 부호를 통한 오류 정정 성능의 개선이 미미하다. 이러한 상관 채널에서는 연속된 프레임들이 열악한 채널 환경에 놓이기 때문에 프레임 연집 오류의 길이가 길어지기 때문이다. 또한, 각 프레임 내에 발생하는 오류의 비율도 높아지기 때문에 종래의 비트-단위의 인터리빙을 통해 프레임 오류를 정정하는 시스템의 성능 개선을 기대하기 어렵다.The method of correcting the frame error is to notify the sender of the error and retransmit the transmit signal when an error in the frame is detected through the Cylic Redundancy Check (CRC) adopted in Part 5 of the Narrowband Wireless Communication Physical Layer Specification. There is a method using an adjacent code combining an outer block code and a turbo code, which is an inner code. If a frame error is detected using an automatic repeat request (ARQ) such as CRC, a retransmission is requested from the transmitting side, resulting in cost. Even if an error occurring in a received frame is corrected using forward error correction (FEC) such as turbo code, the improvement of error correction performance through adjacent code is insignificant in the quasi-static rayleigh fading channel environment with inter-frame correlation. This is because, in such a correlated channel, the length of the frame sequence error increases because consecutive frames are placed in a poor channel environment. In addition, since the rate of errors occurring in each frame also increases, it is difficult to expect improvement in performance of a system for correcting frame errors through conventional bit-unit interleaving.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0128605호(2014.11.06. 공개)에 개시되어 있다.Background art of the present invention is disclosed in Korean Patent Publication No. 10-2014-0128605 (published on November 6, 2014).

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 상관 채널에서 프레임 연집 오류를 정정할 수 있도록 하는 부호기/복호기 및 부호화/복호화 방법을 제공하는 것이다. The present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an encoder/decoder and an encoding/decoding method capable of correcting a frame burst error in a correlation channel.

본 발명의 다른 목적은 송신장치와 수신장치 사이의 채널 환경이 높은 상관관계를 가질 때, 열악한 채널 환경에서도 BER 및 FER 성능을 개선할 수 있도록 하는 프레임 연집 오류 정정을 위한 부호기/복호기 및 부호화/복호화 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is an encoder/decoder and encoding/decoding for frame sequence error correction that can improve BER and FER performance even in a poor channel environment when a channel environment between a transmitter and a receiver has a high correlation to provide a way

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the problem(s) mentioned above, and another problem(s) not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명의 일 측면에 따른 프레임 연집 오류 정정을 위한 부호기는, 입력 비트 시퀀스에 대해 프레임 단위로 해밍 부호화 동작을 수행하여 패리티 비트를 생성하고, 상기 패리티 비트를 부호화된 프레임에 추가하여 패리티 프레임을 생성하는 외부 부호기, 상기 패리티 프레임을 일정 블록 단위로 구분하고, 상기 블록 단위로 구분된 프레임을 행렬 형태로 배열하며, 상기 행렬 형태로 배열된 프레임의 순서를 재배열하는 프레임 블록 인터리버, 및 상기 재배열된 프레임에 대해 터보 부호화 동작을 수행하는 내부 부호기를 포함한다. An encoder for frame burst error correction according to an aspect of the present invention generates a parity bit by performing a Hamming encoding operation on an input bit sequence in units of frames, and adds the parity bit to an coded frame to generate a parity frame a frame block interleaver that divides the parity frame into a block unit, arranges the frame divided by the block unit in a matrix form, and rearranges the order of the frames arranged in the matrix form, and the rearrangement It includes an internal encoder that performs turbo encoding operation on the frame.

본 발명에서 상기 외부 부호기는, 길이가 N인 프레임

Figure pat00001
개를 묶어
Figure pat00002
배열의 프레임 블록으로 구성하고, 각 프레임 블록 내에서 N번의 해밍 부호화 과정을 수행하여 P개의 패리티 비트들을 생성하며, 상기 생성된 패리티 비트들을 같은 열에 배열하여 길이가 N인 P개의 패리티 프레임이 생성할 수 있다. In the present invention, the external encoder includes a frame having a length of N.
Figure pat00001
tie the dog
Figure pat00002
It consists of an array of frame blocks, performs N Hamming encoding processes in each frame block to generate P parity bits, and arranges the generated parity bits in the same column to generate P parity frames of length N. can

본 발명에서 상기 프레임 블록 인터리버는, α×β 행렬 구조이고, 상기 α는 상기 내부 부호기의 입력 수이고, β는 채널 환경에 따라 설정된 값일 수 있다. In the present invention, the frame block interleaver may have an α×β matrix structure, α may be the number of inputs of the internal encoder, and β may be a value set according to a channel environment.

본 발명에서 상기 프레임 블록 인터리버는, 상기 블록 단위로 구분된 프레임 내 최대 1개의 오류가 존재하도록 상기 프레임의 순서를 재배열할 수 있다. In the present invention, the frame block interleaver may rearrange the order of the frames so that at most one error exists in the frame divided by the block unit.

본 발명에서 상기 내부 부호기는, 병렬로 연결된 복수의 RSC(recursive systematic convolutional) 부호기, 하나의 내부 인터리버를 포함하되, 상기 내부 인터리버는 랜덤 인터리버일 수 있다.In the present invention, the internal encoder includes a plurality of recursive systematic convolutional (RSC) encoders and one internal interleaver connected in parallel, and the internal interleaver may be a random interleaver.

본 발명의 일 측면에 따른 프레임 연집 오류 정정을 위한 복호기는, 수신 프레임에 대해 터보 복호화 동작을 수행하는 내부 복호기, 상기 터보 복호화된 프레임을 일정 블록 단위로 구분하고, 상기 블록 단위로 구분된 프레임을 행렬 형태로 배열하며, 상기 행렬 형태로 배열된 프레임의 순서를 재배열하는 프레임 블록 디인터리버, 상기 재배열된 프레임에 해밍 복호화 동작을 수행하는 외부 복호기를 포함하되, 상기 외부 복호기는, 상기 해밍 복호화 동작을 통해 오류를 정정할 수 있다. A decoder for frame sequencing error correction according to an aspect of the present invention includes an internal decoder that performs a turbo decoding operation on a received frame, divides the turbo-decoded frame into a predetermined block unit, and divides the frame divided into block units. A frame block deinterleaver arranged in a matrix form and rearranging the order of the frames arranged in a matrix form, and an external decoder performing a Hamming decoding operation on the rearranged frame, wherein the external decoder comprises: Errors can be corrected through actions.

본 발명에서 상기 프레임 블록 디인터리버는, α×β 행렬 구조이고, 상기 α는 상기 내부 복호기의 입력 수이고, β는 채널 환경에 따라 설정된 값일 수 있다. In the present invention, the frame block deinterleaver may have an α×β matrix structure, α may be the number of inputs of the internal decoder, and β may be a value set according to a channel environment.

본 발명에서 상기 프레임 블록 디인터리버는, 상기 블록 단위로 구분된 프레임 내 최대 1개의 오류가 존재하도록 상기 프레임의 순서를 재배열할 수 있다. In the present invention, the frame block deinterleaver may rearrange the order of the frames so that at most one error exists in the frame divided by the block unit.

본 발명의 다른 측면에 따른 프레임 연집 오류 정정을 위한 부호화 방법은, 외부 부호기가, 입력 비트 시퀀스에 대해 프레임 단위로 해밍 부호화 동작을 수행하여 패리티 비트를 생성하고, 상기 패리티 비트를 부호화된 프레임에 추가하여 패리티 프레임을 생성하는 단계, 프레임 블록 인터리버가, 상기 패리티 프레임을 일정 블록 단위로 구분하고, 상기 블록 단위로 구분된 프레임을 행렬 형태로 배열하며, 상기 행렬 형태로 배열된 프레임의 순서를 재배열하는 단계, 및 내부 부호기가, 상기 재배열된 프레임에 대해 터보 부호화 동작을 수행하는 단계를 포함한다. According to another aspect of the present invention, in an encoding method for frame burst error correction, an external encoder performs a Hamming encoding operation on an input bit sequence on a frame-by-frame basis to generate a parity bit, and adds the parity bit to an encoded frame. generating a parity frame, the frame block interleaver divides the parity frame into blocks of a certain block, arranges the frames divided in units of blocks in a matrix form, and rearranges the order of the frames arranged in the matrix form and performing, by an inner encoder, a turbo encoding operation on the rearranged frame.

본 발명은 상기 패리티 프레임을 생성하는 단계에서, 상기 외부 부호기는, 길이가 N인 프레임

Figure pat00003
개를 묶어
Figure pat00004
배열의 프레임 블록으로 구성하고, 각 프레임 블록 내에서 N번의 해밍 부호화 과정을 수행하여 P개의 패리티 비트들을 생성하며, 상기 생성된 패리티 비트들을 같은 열에 배열하여 길이가 N인 P개의 패리티 프레임이 생성할 수 있다. In the present invention, in the generating of the parity frame, the outer encoder provides a frame having a length of N.
Figure pat00003
tie the dog
Figure pat00004
It consists of an array of frame blocks, performs N Hamming encoding processes in each frame block to generate P parity bits, and arranges the generated parity bits in the same column to generate P parity frames of length N. can

본 발명은 상기 프레임의 순서를 재배열하는 단계에서, 상기 프레임 블록 인터리버는, 상기 블록 단위로 구분된 프레임 내 최대 1개의 오류가 존재하도록 상기 프레임의 순서를 재배열할 수 있다. In the present invention, in the step of rearranging the order of the frames, the frame block interleaver may rearrange the order of the frames so that at most one error exists in the frame divided by the block unit.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 프레임 연집 오류 정정을 위한 복호화 방법은, 내부 복호기가 수신 프레임에 대해 터보 복호화 동작을 수행하는 단계, 프레임 블록 인터리버가, 상기 터보 복호화된 프레임을 일정 블록 단위로 구분하고, 상기 블록 단위로 구분된 프레임을 행렬 형태로 배열하며, 상기 행렬 형태로 배열된 프레임의 순서를 재배열하는 단계, 및 외부 복호기가 상기 재배열된 프레임에 해밍 복호화 동작을 수행함으로써, 오류를 정정하는 단계를 포함한다. A decoding method for frame burst error correction according to another aspect of the present invention includes the steps of: an internal decoder performing a turbo decoding operation on a received frame; a frame block interleaver dividing the turbo-decoded frame into a predetermined block unit; , arranging the frames divided into blocks in a matrix form, rearranging the order of the frames arranged in the matrix form, and correcting an error by performing a Hamming decoding operation on the rearranged frame by an external decoder including the steps of

본 발명은 상기 프레임의 순서를 재배열하는 단계에서, 상기 프레임 블록 디인터리버는, 상기 블록 단위로 구분된 프레임 내 최대 1개의 오류가 존재하도록 상기 프레임의 순서를 재배열할 수 있다. In the present invention, in the step of rearranging the order of the frames, the frame block deinterleaver may rearrange the order of the frames so that at most one error exists in the frame divided by the block unit.

본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 연집 오류 정정을 위한 부호기/복호기 및 부호화/복호화 방법, 송신장치와 수신장치 사이의 채널 환경이 높은 상관관계를 가질 때, 열악한 채널 환경에서의 BER 및 FER 성능을 개선할 수 있다. An encoder/decoder and an encoding/decoding method for frame burst error correction according to an embodiment of the present invention, when a channel environment between a transmitter and a receiver has a high correlation, BER and FER performance in a poor channel environment can be improved

본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 연집 오류 정정을 위한 부호기/복호기 및 부호화/복호화 방법은, 프레임 단위로 연집 오류를 다루기 때문에 해밍 블록 부호를 통해 송신장치와 수신장치 사이의 채널 환경이 열악한 상태에 놓여있더라도 효율적으로 프레임 연집 오류를 정정할 수 있다. 이는 높은 신뢰성이 요구되는 E-IoT 기기 간 통신에서 채널 상태가 매우 열악해져 발생한 프레임 연집 오류로 인한 오작동을 효율적으로 대처할 수 있다.Since the encoder/decoder and the encoding/decoding method for frame sequence error correction according to an embodiment of the present invention deal with the sequence error in frame units, the channel environment between the transmitter and the receiver is poor through the Hamming block code. Even if it is placed, it is possible to efficiently correct the frame sequence error. This can effectively deal with malfunctions caused by frame aggregation errors that occur due to very poor channel conditions in communication between E-IoT devices that require high reliability.

한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 효과들이 포함될 수 있다.On the other hand, the effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and various effects may be included within the range apparent to those skilled in the art from the description below.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 연집 오류 정정을 위한 통신 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 연집 오류 정정을 위한 부호기를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 해밍 부호화 및 해밍 복호화를 설명하기 위한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 블록 인터리버의 동작을 설명하기 위한 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 부호기를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 연집 오류 정정을 위한 복호기를 설명하기 위한 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 블록 인터리버와 해밍 부호가 결합된 터보 부호의 BER 및 FER 성능 곡선을 나타낸 도면이다.
1 is a block diagram illustrating a communication system for frame burst error correction according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram illustrating an encoder for frame burst error correction according to an embodiment of the present invention.
3 is an exemplary diagram for explaining Hamming encoding and Hamming decoding according to an embodiment of the present invention.
4 is an exemplary diagram for explaining an operation of a frame block interleaver according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram for explaining an internal encoder according to an embodiment of the present invention.
6 is a block diagram for explaining a decoder for frame burst error correction according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating BER and FER performance curves of a turbo code in which a frame block interleaver and a Hamming code are combined according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 연집 오류 정정을 위한 부호기/복호기 및 부호화/복호화 방법을 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, an encoder/decoder and an encoding/decoding method for frame burst error correction according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In this process, the thickness of the lines or the size of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation. In addition, the terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to intentions or customs of users and operators. Therefore, definitions of these terms should be made based on the content throughout this specification.

본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍 가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.Implementations described herein may be implemented in, for example, a method or process, an apparatus, a software program, a data stream, or a signal. Although discussed only in the context of a single form of implementation (eg, discussed only as a method), implementations of the discussed features may also be implemented in other forms (eg, as an apparatus or program). The apparatus may be implemented in suitable hardware, software and firmware, and the like. A method may be implemented in an apparatus such as, for example, a processor, which generally refers to a computer, a microprocessor, a processing device, including an integrated circuit or programmable logic device, or the like. Processors also include communication devices such as computers, cell phones, portable/personal digital assistants ("PDA") and other devices that facilitate communication of information between end-users.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 연집 오류 정정을 위한 통신 시스템을 나타낸 블록도이다. 1 is a block diagram illustrating a communication system for frame burst error correction according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 연집 오류 정정을 위한 통신 시스템은 송신장치(10) 및 수신장치(20)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1 , a communication system for frame aggregation error correction according to an embodiment of the present invention may include a transmitter 10 and a receiver 20 .

송신장치(10)는 부호기(100) 및 변조기(200)를 포함할 수 있다. The transmitter 10 may include an encoder 100 and a modulator 200 .

부호기(100)는 입력 비트 시퀀스를 프레임 단위로 부호화하고, 부호화된 프레임을 변조기(200)로 전송할 수 있다. 이때, 부호기(100)는 프레임 해밍 부호를 이용하여 부호화를 수행할 수 있다. 이러한 부호기(100)에 대한 상세한 설명은 도 2를 참조하기로 한다. The encoder 100 may encode the input bit sequence in units of frames, and transmit the encoded frame to the modulator 200 . In this case, the encoder 100 may perform encoding using a frame Hamming code. A detailed description of the encoder 100 will be referred to FIG. 2 .

변조기(200)는 부호기(100)에서 부호화된 프레임을 기 설정된 변조방식으로 변조하여 여 송신신호를 생성하고, 생성된 송신신호를 채널을 통해 수신장치(20)로 전송할 수 있다.The modulator 200 modulates the frame encoded by the encoder 100 using a preset modulation method to generate a transmission signal, and transmits the generated transmission signal to the receiver 20 through a channel.

수신장치(20)는 복조기(300) 및 복호기(400)를 포함할 수 있다. The receiver 20 may include a demodulator 300 and a decoder 400 .

복조기(300)는 송신장치(10)로부터 수신한 송신신호를 기 설정된 복조 방식으로 복조하여 복호기(400)로 전송할 수 있다. The demodulator 300 may demodulate the transmission signal received from the transmitter 10 in a preset demodulation method and transmit it to the decoder 400 .

복호기(400)는 복조된 프레임을 복호화할 수 있다. 이때, 복호기(400)는 프레임 해밍 복호를 이용하여 복호화를 수행할 수 있다. 이러한 복호기(400)에 대한 상세한 설명은 도 6을 참조하기로 한다. The decoder 400 may decode the demodulated frame. In this case, the decoder 400 may perform decoding using frame Hamming decoding. A detailed description of the decoder 400 will be described with reference to FIG. 6 .

한편, 프레임 연집 오류는 데이터 전송 시, 연속된 프레임들에서 프레임 오류가 임계 길이 내에서 연속하여 발생하는 것을 의미한다. 이에, 송신장치(10)에서 송신되는 입력 신호와 수신장치(20)에서 복호되는 신호를 비교하여 프레임 오류 시퀀스를 구성한 뒤 프레임 연집 오류를 조사할 수 있다. On the other hand, the frame sequence error means that frame errors continuously occur within a threshold length in consecutive frames during data transmission. Accordingly, a frame error sequence may be constructed by comparing the input signal transmitted from the transmitter 10 and the signal decoded from the receiver 20 , and then the frame sequence error may be investigated.

본 발명에서는 프레임 연집 오류를 오류 시퀀스 내 임계 길이보다 크지 않은 연속적인 올바른 비트를 포함하지 않는 오류 시퀀스 중 가장 길이가 긴 시퀀스로 정의하여 설명하기로 한다. In the present invention, the frame burst error is defined and described as the longest sequence among the error sequences that do not include consecutive correct bits that are not greater than the threshold length in the error sequence.

이러한 프레임 연집 오류는 프레임 오류 시퀀스를 구성하여 조사될 수 있다. 프레임 오류 시퀀스를 구성하는 각각의 비트들은 프레임 내 오류가 발생했는지에 대한 여부를 나타낸다. 송신장치(10)에서 송신되는 메시지 프레임 X와 수신장치(20)에서 복호된 프레임 Y를 비교하여, 아래 수학식 1과 같이 프레임 내에 오류가 없다면 '0', 오류가 있다면 '1'로 표기할 수 있다.Such a frame burst error can be investigated by constructing a frame error sequence. Each bit constituting the frame error sequence indicates whether an error in the frame has occurred. By comparing the message frame X transmitted from the transmitter 10 and the frame Y decoded by the receiver 20, as shown in Equation 1 below, if there is no error in the frame, it is expressed as '0' and if there is an error, it is expressed as '1'. can

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00005
Figure pat00005

여기서,

Figure pat00006
는 프레임 오류 시퀀스 내 i번째 비트를 의미하며,
Figure pat00007
Figure pat00008
는 각각 i번째 메시지 프레임과 복호된 프레임을 의미한다. 프레임 연집 오류는 임의의 두 프레임 오류 비트 '1' 사이에 올바른 프레임 비트 '0'이 연속하여 임계 길이 이상으로 포함되지 않는 오류 시퀀스 중 길이가 가장 긴 것을 의미할 수 있다. here,
Figure pat00006
means the i-th bit in the frame error sequence,
Figure pat00007
Wow
Figure pat00008
denotes an i-th message frame and a decoded frame, respectively. The frame burst error may mean that the length of the error sequence in which correct frame bit '0' is not included by more than a threshold length consecutively between any two frame error bit '1' has the longest length.

송신장치(10)는 프레임 해밍 부호가 결합되지 않은 [15 13] 터보 부호를 이용하여 파일럿 신호를 수신장치(20)로 전송할 수 있다. 수신장치(20)는 복호된 파일럿 신호를 이용하여 채널 환경을 추정한 뒤, 채널 환경에 대응하여 미리 조사된 프레임 블록 인터리버(120)의 깊이(

Figure pat00009
)를 설정할 수 있다.The transmitter 10 may transmit the pilot signal to the receiver 20 using the [15 13] turbo code to which the frame Hamming code is not combined. After estimating the channel environment using the decoded pilot signal, the receiving device 20 determines the depth (
Figure pat00009
) can be set.

수신장치(20)의 채널 환경이 달라진다면 이에 대응하여 프레임 블록 인터리버(120)의 깊이를 재설정하여 무선 통신 시스템이 변화한 채널 환경이 올바르게 대응할 수 있도록 한다.If the channel environment of the receiver 20 is changed, the depth of the frame block interleaver 120 is reset in response thereto so that the wireless communication system can properly respond to the changed channel environment.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 연집 오류 정정을 위한 부호기를 설명하기 위한 블록도, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 해밍 부호화 및 해밍 복호화를 설명하기 위한 예시도, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 블록 인터리버의 동작을 설명하기 위한 예시도, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 부호기를 설명하기 위한 도면이다. 2 is a block diagram for explaining an encoder for frame burst error correction according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is an exemplary diagram for explaining Hamming encoding and Hamming decoding according to an embodiment of the present invention, FIG. 4 is an exemplary diagram for explaining an operation of a frame block interleaver according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a diagram for explaining an internal encoder according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 연집 오류 정정을 위한 부호기(100)는 외부 부호기(110), 프레임 블록 인터리버(120) 및 내부 부호기(130)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2 , the encoder 100 for frame burst error correction according to an embodiment of the present invention may include an external encoder 110 , a frame block interleaver 120 , and an internal encoder 130 .

외부 부호기(110)는 입력 비트 시퀀스를 프레임 단위로 부호화하여 패리티 프레임을 생성할 수 있다. 즉, 외부 부호기(110)는 입력 프레임에 대해 해밍 부호화 동작을 수행하여 패리티 비트를 생성하고, 패리티 비트를 부호화된 프레임에 추가하여 패리티 프레임을 생성할 수 있다.The external encoder 110 may generate a parity frame by encoding the input bit sequence in units of frames. That is, the external encoder 110 may generate a parity bit by performing a Hamming encoding operation on the input frame, and may generate a parity frame by adding the parity bit to the encoded frame.

구체적으로, 외부 부호기(110)는 길이가 N인 프레임 (2P-P-1)개를 묶어

Figure pat00010
배열의 프레임 블록으로 구성할 수 있다. 여기서, 프레임 블록은 같은 열에 위치한 (2P-P-1)개의 비트들이 묶인 N개의 신호 블록으로 구성될 수 있다. 외부 부호기(110)는 도 3에 도시된 바와 같이 각 프레임 블록 내에서 해밍 부호화 과정을 N번 수행할 수 있고, 프레임 블록 내의 해밍 부호화 과정을 통해 P개의 패리티 비트들을 생성하며, 생성된 패리티 비트들을 같은 열에 배열하여 길이가 N인 P개의 패리티 프레임을 생성할 수 있다. Specifically, the external encoder 110 bundles (2 P -P-1) frames of length N
Figure pat00010
It can consist of an array of frame blocks. Here, the frame block may be composed of N signal blocks in which (2 P -P-1) bits located in the same column are bundled. As shown in FIG. 3 , the external encoder 110 may perform the Hamming encoding process in each frame block N times, generate P parity bits through the Hamming encoding process in the frame block, and divide the generated parity bits. P parity frames of length N may be generated by arranging them in the same column.

외부 부호기(110)는, 복호화 과정에서 프레임 블록 내 1개의 프레임 오류를 정정하기 위해 부호화 과정에서

Figure pat00011
개의 입력 프레임들에 P개의 패리티 프레임을 추가하여
Figure pat00012
개의 프레임을 생성할 수 있다. 예를 들면, 외부 부호기(110)는 길이가 k인 입력 프레임
Figure pat00013
을 입력받을 수 있다. 여기서, (i)는 i번째 입력 프레임을 나타낸다. 외부 부호기(110)는 입력된 프레임들을 M×N 행렬 형태로 배열한 후, N개의 프레임 블록으로 구성할 수 있다. 프레임 해밍 부호화를 위한 j번째 프레임 블록은 각각의 (2P-P-1)개의 입력 프레임 내 j번째 비트들인
Figure pat00014
로 구성되어 P개의 패리티 프레임을 생성할 수 있다. In the encoding process, the external encoder 110 corrects one frame error in the frame block in the decoding process.
Figure pat00011
By adding P parity frames to the input frames,
Figure pat00012
You can create multiple frames. For example, the external encoder 110 provides an input frame of length k.
Figure pat00013
can be input. Here, (i) represents the i-th input frame. After arranging the input frames in an M×N matrix form, the external encoder 110 may consist of N frame blocks. The j-th frame block for frame Hamming coding is the j-th bit in each (2 P -P-1) input frame.
Figure pat00014
may be configured to generate P parity frames.

한편, 프레임 해밍 부호를 이용하여 오류를 정정하기 위해서는 프레임 블록 내에 최대 1개 이하의 프레임 오류만이 존재하여야 한다. 프레임 블록은 여러 개의 프레임들을 M×N 행렬 형태로 배열하여 구성될 수 있다. 외부 부호기(110) 내에서 N번의 해밍 부호화가 이루어질 수 있다. 이때, 각각의 해밍 부호화를 위해 프레임 블록 내에서 N개의 신호 블록을 구성할 수 있다. 임의의 i번째 신호 블록은 프레임 블록 내 존재하는 프레임들의 i번째 순서에 위치한 비트들을 이용하여 구성할 수 있다. 연속적으로 발생하는 프레임 연집 오류를 분산시키기 위하여 프레임 해밍 부호와 터보 부호 사이에 프레임 블록 인터리버(120)를 삽입할 수 있다. On the other hand, in order to correct an error using the frame Hamming code, there should be at most one or less frame errors in the frame block. A frame block may be configured by arranging several frames in an M×N matrix form. Hamming encoding may be performed N times in the external encoder 110 . In this case, N signal blocks may be configured within a frame block for each Hamming coding. An arbitrary i-th signal block may be configured using bits located in the i-th order of frames existing in the frame block. The frame block interleaver 120 may be inserted between the frame Hamming code and the turbo code in order to disperse consecutively occurring frame sequence errors.

프레임 블록 인터리버(120)는 내부 부호기(130)와 외부 부호기(110) 사이에서 프레임의 순서를 재배열할 수 있다. The frame block interleaver 120 may rearrange the order of frames between the inner encoder 130 and the outer encoder 110 .

프레임 블록 인터리버(120)는 외부 부호기(110)에서 출력되는 프레임을 일정 블록 단위로 구분하고, 블록 단위로 구분된 프레임을 행렬 형태로 배열하며, 행렬 형태로 배열된 프레임의 순서를 재배열할 수 있다. 예를 들면, 프레임 블록 인터리버(120)는 도 4에 도시된 바와 같이 외부 부호기(110)에서 출력되는 프레임의 순서를 재배열할 수 있다. The frame block interleaver 120 divides the frames output from the external encoder 110 in units of blocks, arranges the frames divided in units of blocks in a matrix form, and rearranges the order of the frames arranged in a matrix form. have. For example, the frame block interleaver 120 may rearrange the order of frames output from the external encoder 110 as shown in FIG. 4 .

프레임 블록 인터리버(120)는 α×β 행렬 구조일 수 있고, α는 내부 부호기(130)의 입력 수이고, β는 채널 환경에 따라 설정된 값일 수 있다. The frame block interleaver 120 may have an α×β matrix structure, α may be the number of inputs of the internal encoder 130 , and β may be a value set according to a channel environment.

α×β 프레임 블록 인터리버(120)는 프레임의 순서를 입력받아 일정한 블록 단위로 구분한 뒤, 행렬 형태로 배열하여 행과 열을 바꾸어 프레임의 순서를 뒤섞은 다음, 새로 생성된 프레임의 순서에 따라 프레임들을 출력할 수 있다. 여기서, β는 프레임 블록 인터리버(120)의 깊이를 나타낼 수 있다. 프레임 블록 인터리버(120)의 깊이는 채널 추정에 따른 프레임 연집 오류의 분포를 조사하여 설정될 수 있다. 예를 들면, Quasi-Static Rayleigh Fading 채널 환경에서 발생한 프레임 연집 오류의 길이가 작은 순부터 누적 확률이 99%이상인 길이 β99%와 99.9%이상인 길이 β99.9%를 조사하여 그 이상의 해밍 부호의 코드워드를 포함하는 길이 β를 프레임 블록 인터리버(120)의 깊이로 설정하면, 프레임 블록 인터리빙된 프레임 블록 내에 최대 1개 이하의 프레임 오류가 존재할 수 있다. 프레임 블록 인터리버(120)의 깊이 β보다 α가 충분히 크면 프레임 블록은 최대 1개 이하의 프레임 오류만을 포함하게 된다. 최대 1개 이하의 프레임 오류가 존재한다는 것은 프레임 블록 내 존재하는 N개의 신호 블록 각각에 최대 1개 이하의 오류만이 존재한다는 것이다. 따라서 외부 복호기(430)에서 이루어지는 N번의 해밍 복호를 통해 프레임 블록 내 존재하는 모든 비트 오류가 정정될 수 있다. 이를 통해 프레임 블록 내 존재하는 최대 1개 이하의 프레임 오류를 정정할 수 있고, 프레임 해밍 부호를 통해 프레임 블록 내 존재하는 모든 신호 블록 내의 오류를 정정하는 것으로 프레임 연집 오류를 정정할 수 있다.The α×β frame block interleaver 120 receives the order of frames, divides them into blocks, arranges them in a matrix form, changes the rows and columns to shuffle the order of frames, and then according to the order of the newly created frames. Frames can be printed. Here, β may represent the depth of the frame block interleaver 120 . The depth of the frame block interleaver 120 may be set by examining the distribution of frame burst errors according to channel estimation. For example, in the quasi-Static Rayleigh Fading channel environment, from the order of the smallest frame sequence error, the length β 99% of which the cumulative probability is 99% or more and the length β 99.9% of the length β 99.9% or more are investigated, and the codewords of the Hamming code higher than that are When the length β including β is set to the depth of the frame block interleaver 120, there may be at most one frame error or less in the frame block interleaved frame block. When α is sufficiently larger than the depth β of the frame block interleaver 120, the frame block includes only one or less frame errors at most. The presence of at most one frame error means that there is only one error at most in each of the N signal blocks existing in the frame block. Accordingly, all bit errors present in the frame block may be corrected through the N times Hamming decoding performed by the external decoder 430 . Through this, a maximum of one or less frame errors present in the frame block can be corrected, and the frame sequence error can be corrected by correcting errors in all signal blocks existing in the frame block through the frame Hamming code.

내부 부호기(130)는 프레임 블록 인터리버(120)에서 순서가 재배열된 프레임에 대해 터보 부호화 동작을 수행할 수 있다. The internal encoder 130 may perform a turbo encoding operation on a frame whose order is rearranged in the frame block interleaver 120 .

제5부 협대역무선통신 물리 계층 규격에 따르면, CRC를 포함한 입력 비트 시퀀스 길이가 80보다 클 경우 전방 오류 정정 부호로 터보 부호를 사용할 수 있다. 이에, 본 발명의 실시예에서는 내부 부호기(130)로 도 5에 도시된 [15 13] 터보 부호의 부호기를 사용하는 것으로 설명하기로 한다. 도 5을 참조하면, 터보 부호의 내부 부호기(130)는 병렬로 연결된 RSC(recursive systematic convolutional) 부호기(132)와 하나의 내부 인터리버(134)로 구성될 수 있다. 이때, 내부 인터리버(134)는 랜덤 인터리버일 수 있다. 본 발명에서 사용된 터보 부호의 생성 다항식은

Figure pat00015
이며, 전달 함수
Figure pat00016
는 아래 수학식 2와 같을 수 있다. According to the Part 5 Narrowband Wireless Communication Physical Layer Specification, when the length of the input bit sequence including the CRC is greater than 80, the turbo code can be used as the forward error correction code. Accordingly, in the embodiment of the present invention, the encoder of the [15 13] turbo code shown in FIG. 5 is used as the internal encoder 130. FIG. Referring to FIG. 5 , the turbo code internal encoder 130 may include a recursive systematic convolutional (RSC) encoder 132 connected in parallel and one internal interleaver 134 . In this case, the internal interleaver 134 may be a random interleaver. The generator polynomial of the turbo code used in the present invention is
Figure pat00015
is the transfer function
Figure pat00016
may be as in Equation 2 below.

[수학식 2][Equation 2]

Figure pat00017
Figure pat00017

여기서,

Figure pat00018
,
Figure pat00019
이다. 내부 부호기(130) 내 RSC 부호기(132)의 초기 상태는 모두 0으로 설정할 수 있다. 모든 입력 비트들이 부호화된 이후 터보 부호는 내부 부호기(130) 내 RSC 부호기(132)의 각 상태를 모두 0으로 만들기 위하여 테일 터미네이션 과정을 수행할 수 있다. 하나의 RSC 부호기(132) 당 테일 터미네이션 과정을 위하여 3개의 테일 입력 비트와 이로 인한 3개의 테일 출력 비트가 생성되며 테일 비트는 RSC 부호기(132) 각각의 피드백 신호와 동일한 값을 갖는다.
Figure pat00020
의 길이는 K이며
Figure pat00021
Figure pat00022
의 길이는 테일 터미네이션 과정으로 인하여 각각 6개의 비트가 추가될 수 있다. here,
Figure pat00018
,
Figure pat00019
to be. All initial states of the RSC encoder 132 in the internal encoder 130 may be set to 0. After all input bits are encoded, the turbo code may perform a tail termination process to make all states of the RSC encoder 132 in the inner encoder 130 to 0. For the tail termination process per one RSC encoder 132 , three tail input bits and three tail output bits are generated therefrom, and the tail bits have the same value as the feedback signal of each RSC encoder 132 .
Figure pat00020
is of length K
Figure pat00021
class
Figure pat00022
6 bits may be added to the length of each due to the tail termination process.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 연집 오류 정정을 위한 복호기를 설명하기 위한 블록도이다. 6 is a block diagram for explaining a decoder for frame burst error correction according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 연집 오류 정정을 위한 복호기(400)는 내부 복호기(410), 프레임 블록 디인터리버(420) 및 외부 복호기(430)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 6 , the decoder 400 for frame burst error correction according to an embodiment of the present invention may include an internal decoder 410 , a frame block deinterleaver 420 , and an external decoder 430 .

내부 복호기(410)는 송신장치(10)에서 사용된 터보 부호화 방식에 상응하는 터보 복호 방식을 기반으로 복호화 동작을 수행하고, 터보 복호화된 프레임을 출력할 수 있다. The internal decoder 410 may perform a decoding operation based on a turbo decoding scheme corresponding to the turbo coding scheme used in the transmitter 10 and output a turbo-decoded frame.

프레임 블록 디인터리버(420)는 터보 복호화된 프레임에 대해 프레임 해밍 부호를 통해 오류가 정정될 수 있도록 재배열할 수 있다. The frame block deinterleaver 420 may rearrange the turbo-decoded frame so that an error can be corrected through the frame Hamming code.

프레임 블록 디인터리버(420)는 터보 복호화된 프레임을 일정 블록 단위로 구분하고, 블록 단위로 구분된 프레임을 행렬 형태로 배열하며, 행렬 형태로 배열된 프레임의 순서를 재배열할 수 있다. 이때, 프레임 블록 디인터리버(420)는 블록 단위로 구분된 프레임 내 최대 1개의 오류가 존재하도록 프레임의 순서를 재배열할 수 있다. The frame block deinterleaver 420 may divide the turbo-decoded frame in units of blocks, arrange the frames divided in units of blocks in a matrix form, and rearrange the order of the frames arranged in a matrix form. In this case, the frame block deinterleaver 420 may rearrange the order of the frames so that at most one error exists in the frame divided by blocks.

이러한 프레임 블록 디인터리버(420)는 α×β 행렬 구조일 수 있고, α는 내부 복호기(410)의 입력 수이고, β는 채널 환경에 따라 설정된 값일 수 있다. 프레임 블록 인터리빙 과정은 모든 신호가 수신된 이후에 진행하여야 한다. 이 과정에서 송신장치(10)와 수신장치(20) 간에 Latency가 발생할 수 있다. The frame block deinterleaver 420 may have an α×β matrix structure, α may be the number of inputs of the internal decoder 410 , and β may be a value set according to a channel environment. The frame block interleaving process should be performed after all signals are received. In this process, latency may occur between the transmitter 10 and the receiver 20 .

외부 복호기(430)는 재배열된 프레임에 대해 송신장치(10)에서 사용된 해밍 부호화 방식에 상응하는 해밍 복호화 방식을 기반으로 해밍 복호 동작을 수행할 수 있다. 즉, 외부 복호기(430)는 각 프레임 블록마다 N번의 해밍 부호의 복호를 수행하며,

Figure pat00023
개의 프레임들을
Figure pat00024
개의 프레임으로 복호할 수 있다. 이때, 외부 복호기(430)는 N번의 해밍 복호를 통해 프레임 블록 내 존재하는 모든 비트 오류를 정정할 수 있다. 이를 통해 프레임 블록 내 존재하는 최대 1개 이하의 프레임 오류를 정정할 수 있다.The external decoder 430 may perform a Hamming decoding operation on the rearranged frame based on a Hamming decoding method corresponding to the Hamming encoding method used in the transmitter 10 . That is, the external decoder 430 decodes the Hamming code N times for each frame block,
Figure pat00023
frames of dogs
Figure pat00024
It can be decoded into frames. In this case, the external decoder 430 may correct all bit errors existing in the frame block through Hamming decoding N times. Through this, it is possible to correct at most one or less frame errors existing in the frame block.

프레임 블록 디인터리버(420)를 통과하면서 재배열된 프레임들은 외부 복호기(430)에서 복호될 수 있다. 이때, 외부 복호기(430) 내에서 N번의 해밍 복호가 이루어지며 프레임 블록을 구성하는 N개의 신호 블록들 내에 최대 1개 이하의 오류만이 존재한다면, 외부 복호기(430)는 프레임 연집 오류를 정정할 수 있다. Frames rearranged while passing through the frame block deinterleaver 420 may be decoded by the external decoder 430 . At this time, if Hamming decoding is performed N times in the external decoder 430 and there is only one error or less in the N signal blocks constituting the frame block, the external decoder 430 may correct the frame sequence error. can

한편, 본 발명은 송신장치(10)와 수신장치(20) 사이의 채널 환경이 높은 상관관계를 가질 때, 열악한 채널 환경에서의 BER 및 FER 성능을 개선하기 위한 것이다. 높은 상관관계를 갖는 채널 환경이 열악한 상태에 놓이게 되면, 임의의 연속된 프레임들은 열악한 채널 환경을 통해 송수신되기 때문에, 프레임 오류가 증가한다. 또한, 프레임 오류가 발생한 프레임 내 존재하는 거의 대부분의 비트들에서 오류가 발생한다. 따라서 FER 성능 곡선이 낮은 상관관계를 가질 때와 비슷하다고 해도 BER은 낮은 상관관계를 가질 때보다 성능이 나빠진다. 이를 정정하기 위해 기존의 비트-단위 블록 인터리빙을 통해 비트들을 재배치한다고 했을 때, 비트-단위 연집 오류의 분포가 매우 길어지기 때문에 블록 인터리버의 깊이가 매우 길어져 효율적인 성능 개선을 달성하기 어렵다. 또한, 블록 인터리버의 깊이를 통해 설정되는 블록 부호의 코드워드 길이 또한 매우 길어지기 때문에 기존의 비트-단위 인터리버를 삽입하는 인접 부호를 통해서는 BER 및 FER 성능 개선을 달성하기 어렵다. 따라서 본 발명에서는 기존의 비트-단위로 연집 오류를 다루는 것이 아니라 프레임 단위로 프레임 연집 오류를 다루는 것으로 성능을 개선할 수 있다.Meanwhile, the present invention is to improve BER and FER performance in a poor channel environment when the channel environment between the transmitter 10 and the receiver 20 has a high correlation. When a channel environment with high correlation is placed in a poor state, since arbitrary successive frames are transmitted and received through the poor channel environment, frame errors increase. In addition, an error occurs in almost all bits existing in a frame in which a frame error occurs. Therefore, even if the FER performance curve is similar to the case with low correlation, the BER performance is worse than when it has low correlation. To correct this, when bits are rearranged through the conventional bit-unit block interleaving, since the distribution of bit-unit burst errors becomes very long, the depth of the block interleaver becomes very long, making it difficult to achieve efficient performance improvement. In addition, since the codeword length of the block code set through the depth of the block interleaver is also very long, it is difficult to achieve improvement in BER and FER performance through the adjacent code inserting the existing bit-unit interleaver. Therefore, in the present invention, the performance can be improved by handling the frame-sequential error on a frame-by-frame basis rather than on the conventional bit-unit-by-sequence error.

이하, 본 발명에 따른 프레임 블록 인터리버(120)와 해밍 부호가 결합된 터보 부호의 BER 및 FER 성능을 모의실험을 통해 설명하기로 한다. Hereinafter, the BER and FER performance of the turbo code in which the frame block interleaver 120 and the Hamming code are combined according to the present invention will be described through simulation.

프레임 연집 오류의 임계 길이에 따른 프레임 연집 오류의 분포를 조사하기 위해 임계 길이를 변화시키며 모의실험을 진행하였다. 임계 길이가 길어질수록 프레임 연집 오류의 길이 또한 길어지는 것을 확인할 수 있었다. FER이

Figure pat00025
에서 임계 길이 3일 때의 프레임 연집 오류의 분포는 4 ~ 14이며, 임계 길이가 길어질수록 프레임 연집 오류의 분포 또한 늘어나 임계 길이가 7일 때는 13 ~ 37까지 늘어났다. 임계 길이가 늘어날수록 프레임 블록 인터리버(120)의 깊이 또한 길어지는 경향이 있기 때문에 프레임 연집 오류의 임계 길이는 3으로 설정하였으며 프레임 연집 오류를 정정하기 위한 프레임 블록 인터리버(120)의 깊이는 15로 설정하여 모의실험을 진행하였다.In order to investigate the distribution of frame burst error according to the critical length of the frame sequence error, a simulation was conducted by changing the critical length. It was confirmed that the length of the frame sequence error also increased as the critical length increased. FER
Figure pat00025
In , the distribution of frame sequencing errors when the critical length is 3 is 4 to 14, and as the critical length increases, the distribution of frame sequencing errors also increases, increasing to 13 to 37 when the critical length is 7. Since the depth of the frame block interleaver 120 also tends to increase as the threshold length increases, the threshold length of the frame burst error is set to 3, and the depth of the frame block interleaver 120 for correcting the frame burst error is set to 15. Therefore, a simulation experiment was conducted.

모의실험에서 채널 환경은 높은 상관관계를 가지는 채널 환경을 가정하였으며 이를 위해 FSMC(Finite State Markov Chain)으로 모델링된 Quasi-Static Rayleigh Fading 환경에서 실험을 진행하였다. 열악한 채널 환경에서 시스템의 동작을 확인하기 위하여

Figure pat00026
(Normalized Doppler Frequency)를 0.001로 설정하여 모의실험을 진행하였다. 도 7은
Figure pat00027
가 0.001일 때의 통신 시스템의 BER과 FER을 나타낸다. 도 7을 참조하면,
Figure pat00028
가 0.001일 때, 채널 상태 간 높은 상관관계를 갖기 때문에 성능 열화가 나타난다.
Figure pat00029
가 13 이하일 때, 프레임 연집 오류의 분포를 살펴보면, 길이가 작은 순으로 누적 확률 99% 또는 99.9%를 포함하는 프레임 연집 오류의 길이가 프레임 연집 오류 사이의 길이보다 충분히 크지 않아 성능 개선이 없는 것을 확인할 수 있다.
Figure pat00030
가 15이상일 때, 뚜렷하지 않지만 성능이 개선되는 것을 확인할 수 있다.
Figure pat00031
가 증가함에 따라 결합된 부호의 정정 성능이 개선되는 것을 확인할 수 있다.
Figure pat00032
가 15 근처에서 FER은 거의 개선되지 않지만
Figure pat00033
가 28 근처에서는 약 44배 정도 개선되는 것을 확인할 수 있다. In the simulation, the channel environment with high correlation was assumed, and for this, the experiment was conducted in the quasi-static rayleigh fading environment modeled with FSMC (Finite State Markov Chain). To check the operation of the system in a poor channel environment
Figure pat00026
(Normalized Doppler Frequency) was set to 0.001 and simulation was performed. 7 is
Figure pat00027
It represents the BER and FER of the communication system when is 0.001. Referring to Figure 7,
Figure pat00028
When is 0.001, performance degradation occurs because there is a high correlation between channel states.
Figure pat00029
When is 13 or less, looking at the distribution of frame burst errors, it can be seen that the length of the frame burst error including the cumulative probability of 99% or 99.9% in descending order of length is not sufficiently larger than the length between the frame burst errors, so that there is no performance improvement. can
Figure pat00030
When is more than 15, it can be seen that the performance is improved although it is not clear.
Figure pat00031
It can be seen that the correction performance of the combined code is improved as n is increased.
Figure pat00032
Although the FER hardly improves at around 15
Figure pat00033
It can be seen that around 28, the improvement is about 44 times.

E-IoT 통신에서 송신장치(10)와 수신자아치 사이 채널 환경의 특성은 채널 환경이 높은 상관관계를 가질 확률이 높기 때문에 채널 환경이 열악한 상태에 놓이게 되면, 이 열악한 상태가 지속될 가능성이 높고 이로 인해 오작동이 발생할 가능성 또한 높아진다. 본 발명의 통신 시스템을 통해 프레임 단위로 연집 오류를 다룬다면 해밍 블록 부호를 통해 송신장치(10)와 수신장치(20) 사이의 채널 환경이 열악한 상태에 놓여있더라도 효율적으로 프레임 연집 오류를 정정할 수 있다. 이는 높은 신뢰성이 요구되는 E-IoT 기기 간 통신에서 채널 상태가 매우 열악해져 발생한 프레임 연집 오류로 인한 오작동을 효율적으로 대처할 수 있다.In E-IoT communication, the characteristics of the channel environment between the transmitter 10 and the receiver arch have a high probability of having a high correlation with the channel environment. Therefore, if the channel environment is placed in a poor state, this poor state is likely to continue, and this The possibility of malfunctions also increases. If the communication system of the present invention deals with the burst error on a frame-by-frame basis, the frame sequence error can be efficiently corrected even if the channel environment between the transmitter 10 and the receiver 20 is in a poor state through the Hamming block code. have. This can effectively deal with malfunctions caused by frame aggregation errors that occur due to very poor channel conditions in communication between E-IoT devices that require high reliability.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 연집 오류 정정을 위한 부호기/복호기 및 부호화/복호화 방법, 송신장치(10)와 수신장치(20) 사이의 채널 환경이 높은 상관관계를 가질 때, 열악한 채널 환경에서의 BER 및 FER 성능을 개선할 수 있다. As described above, when the channel environment between the encoder/decoder and the encoding/decoding method and the transmitter 10 and the receiver 20 for frame burst error correction according to an embodiment of the present invention has a high correlation , it is possible to improve BER and FER performance in a poor channel environment.

본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 연집 오류 정정을 위한 부호기/복호기 및 부호화/복호화 방법은, 프레임 단위로 연집 오류를 다루기 때문에 해밍 블록 부호를 통해 송신장치(10)와 수신장치(20) 사이의 채널 환경이 열악한 상태에 놓여있더라도 효율적으로 프레임 연집 오류를 정정할 수 있다. 이는 높은 신뢰성이 요구되는 E-IoT 기기 간 통신에서 채널 상태가 매우 열악해져 발생한 프레임 연집 오류로 인한 오작동을 효율적으로 대처할 수 있다.The encoder/decoder and the encoding/decoding method for frame sequence error correction according to an embodiment of the present invention deal with a sequence error on a frame-by-frame basis. Even if the channel environment is in a poor state, it is possible to efficiently correct the frame burst error. This can effectively deal with malfunctions caused by frame aggregation errors that occur due to very poor channel conditions in communication between E-IoT devices that require high reliability.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiment shown in the drawings, this is merely exemplary, and those of ordinary skill in the art to which various modifications and equivalent other embodiments are possible. will understand

따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be defined by the following claims.

10 : 송신장치
20 : 수신장치
100 : 부호기
110 : 외부 부호기
120 : 프레임 블록 인터리버
130 : 내부 부호기
200 : 변조기
300 : 복조기
400 : 복호기
410 : 내부 복호기
420 : 프레임 블록 디인터리버
430 : 외부 복호기
10: transmitter
20: receiving device
100 : encoder
110: external encoder
120: frame block interleaver
130: internal encoder
200: modulator
300: demodulator
400 : decoder
410: internal decoder
420: frame block deinterleaver
430: external decoder

Claims (13)

입력 비트 시퀀스에 대해 프레임 단위로 해밍 부호화 동작을 수행하여 패리티 비트를 생성하고, 상기 패리티 비트를 부호화된 프레임에 추가하여 패리티 프레임을 생성하는 외부 부호기;
상기 패리티 프레임을 일정 블록 단위로 구분하고, 상기 블록 단위로 구분된 프레임을 행렬 형태로 배열하며, 상기 행렬 형태로 배열된 프레임의 순서를 재배열하는 프레임 블록 인터리버; 및
상기 재배열된 프레임에 대해 터보 부호화 동작을 수행하는 내부 부호기
를 포함하는 프레임 연집 오류 정정을 위한 부호기.
an external encoder for generating a parity bit by performing a Hamming encoding operation on an input bit sequence in units of frames, and adding the parity bit to an coded frame to generate a parity frame;
a frame block interleaver that divides the parity frame into a block unit, arranges the frame divided by block unit in a matrix form, and rearranges the order of the frames arranged in the matrix form; and
An inner encoder that performs a turbo encoding operation on the rearranged frame
An encoder for frame sequence error correction comprising a.
제1항에 있어서,
상기 외부 부호기는,
길이가
Figure pat00034
인 프레임
Figure pat00035
개를 묶어
Figure pat00036
배열의 프레임 블록으로 구성하고, 각 프레임 블록 내에서 N번의 해밍 부호화 과정을 수행하여 P개의 패리티 비트들을 생성하며, 상기 생성된 패리티 비트들을 같은 열에 배열하여 길이가 N인 P개의 패리티 프레임이 생성하는 것을 특징으로 하는 프레임 연집 오류 정정을 위한 부호기.
According to claim 1,
The external encoder is
length
Figure pat00034
in frame
Figure pat00035
tie the dog
Figure pat00036
It consists of an array of frame blocks, performs N Hamming encoding processes in each frame block to generate P parity bits, and arranges the generated parity bits in the same column to generate P parity frames of length N An encoder for frame sequence error correction, characterized in that.
제1항에 있어서,
상기 프레임 블록 인터리버는,
α×β 행렬 구조이고,
상기 α는 상기 내부 부호기의 입력 수이고, β는 채널 환경에 따라 설정된 값인 것을 특징으로 하는 프레임 연집 오류 정정을 위한 부호기.
According to claim 1,
The frame block interleaver,
α × β matrix structure,
wherein α is the number of inputs of the internal encoder, and β is a value set according to a channel environment.
제1항에 있어서,
상기 프레임 블록 인터리버는,
상기 블록 단위로 구분된 프레임 내 최대 1개의 오류가 존재하도록 상기 프레임의 순서를 재배열하는 것을 특징으로 하는 프레임 연집 오류 정정을 위한 부호기.
According to claim 1,
The frame block interleaver,
An encoder for frame sequence error correction, characterized in that the order of the frames is rearranged so that at most one error exists in the frame divided by the block unit.
제1항에 있어서,
상기 내부 부호기는,
병렬로 연결된 복수의 RSC(recursive systematic convolutional) 부호기; 및
하나의 내부 인터리버를 포함하되,
상기 내부 인터리버는 랜덤 인터리버인 것을 특징으로 하는 프레임 연집 오류 정정을 위한 부호기.
According to claim 1,
The internal encoder is
a plurality of recursive systematic convolutional (RSC) encoders connected in parallel; and
comprising one internal interleaver;
and the internal interleaver is a random interleaver.
수신 프레임에 대해 터보 복호화 동작을 수행하는 내부 복호기;
상기 터보 복호화된 프레임을 일정 블록 단위로 구분하고, 상기 블록 단위로 구분된 프레임을 행렬 형태로 배열하며, 상기 행렬 형태로 배열된 프레임의 순서를 재배열하는 프레임 블록 디인터리버; 및
상기 재배열된 프레임에 해밍 복호화 동작을 수행하는 외부 복호기를 포함하되,
상기 외부 복호기는, 상기 해밍 복호화 동작을 통해 오류를 정정하는 것을 특징으로 하는 프레임 연집 오류 정정을 위한 복호기.
an inner decoder for performing turbo decoding on a received frame;
a frame block deinterleaver that divides the turbo-decoded frame into blocks, arranges the frames divided into blocks in a matrix form, and rearranges the order of the frames arranged in the matrix form; and
An external decoder for performing a Hamming decoding operation on the rearranged frame,
and the external decoder corrects an error through the Hamming decoding operation.
제6항에 있어서,
상기 프레임 블록 디인터리버는,
α×β 행렬 구조이고,
상기 α는 상기 내부 복호기의 입력 수이고, β는 채널 환경에 따라 설정된 값인 것을 특징으로 하는 프레임 연집 오류 정정을 위한 복호기.
7. The method of claim 6,
The frame block deinterleaver,
α × β matrix structure,
wherein α is the number of inputs of the internal decoder, and β is a value set according to a channel environment.
제6항에 있어서,
상기 프레임 블록 디인터리버는,
상기 블록 단위로 구분된 프레임 내 최대 1개의 오류가 존재하도록 상기 프레임의 순서를 재배열하는 것을 특징으로 하는 프레임 연집 오류 정정을 위한 복호기.
7. The method of claim 6,
The frame block deinterleaver,
The decoder for frame sequence error correction, characterized in that the order of the frames is rearranged so that at most one error exists in the frame divided by the block unit.
외부 부호기가, 입력 비트 시퀀스에 대해 프레임 단위로 해밍 부호화 동작을 수행하여 패리티 비트를 생성하고, 상기 패리티 비트를 부호화된 프레임에 추가하여 패리티 프레임을 생성하는 단계;
프레임 블록 인터리버가, 상기 패리티 프레임을 일정 블록 단위로 구분하고, 상기 블록 단위로 구분된 프레임을 행렬 형태로 배열하며, 상기 행렬 형태로 배열된 프레임의 순서를 재배열하는 단계; 및
내부 부호기가, 상기 재배열된 프레임에 대해 터보 부호화 동작을 수행하는 단계
를 포함하는 프레임 연집 오류 정정을 위한 부호화 방법.
generating a parity bit by performing, by an external encoder, a Hamming encoding operation on an input bit sequence in units of frames, and adding the parity bit to an coded frame to generate a parity frame;
dividing, by a frame block interleaver, the parity frame in units of predetermined blocks, arranging the frames divided in units of blocks in a matrix form, and rearranging the order of the frames arranged in the matrix form; and
performing, by an inner encoder, a turbo encoding operation on the rearranged frame
A coding method for frame sequence error correction comprising a.
제9항에 있어서,
상기 패리티 프레임을 생성하는 단계에서,
상기 외부 부호기는, 길이가
Figure pat00037
인 프레임
Figure pat00038
개를 묶어
Figure pat00039
배열의 프레임 블록으로 구성하고, 각 프레임 블록 내에서 N번의 해밍 부호화 과정을 수행하여 P개의 패리티 비트들을 생성하며, 상기 생성된 패리티 비트들을 같은 열에 배열하여 길이가 N인 P개의 패리티 프레임이 생성하는 것을 특징으로 하는 프레임 연집 오류 정정을 위한 부호화 방법.
10. The method of claim 9,
In the step of generating the parity frame,
The external encoder has a length
Figure pat00037
in frame
Figure pat00038
tie the dog
Figure pat00039
It consists of an array of frame blocks, performs N Hamming encoding processes in each frame block to generate P parity bits, and arranges the generated parity bits in the same column to generate P parity frames of length N An encoding method for frame sequence error correction, characterized in that.
제9항에 있어서,
상기 프레임의 순서를 재배열하는 단계에서,
상기 프레임 블록 인터리버는, 상기 블록 단위로 구분된 프레임 내 최대 1개의 오류가 존재하도록 상기 프레임의 순서를 재배열하는 것을 특징으로 하는 프레임 연집 오류 정정을 위한 부호화 방법.
10. The method of claim 9,
In the step of rearranging the order of the frames,
and the frame block interleaver rearranges the order of the frames so that at most one error exists in the frame divided by blocks.
내부 복호기가 수신 프레임에 대해 터보 복호화 동작을 수행하는 단계;
프레임 블록 인터리버가, 상기 터보 복호화된 프레임을 일정 블록 단위로 구분하고, 상기 블록 단위로 구분된 프레임을 행렬 형태로 배열하며, 상기 행렬 형태로 배열된 프레임의 순서를 재배열하는 단계; 및
외부 복호기가 상기 재배열된 프레임에 해밍 복호화 동작을 수행함으로써, 오류를 정정하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 프레임 연집 오류 정정을 위한 복호화 방법.
performing, by an inner decoder, a turbo decoding operation on the received frame;
dividing, by a frame block interleaver, the turbo-decoded frames in units of predetermined blocks, arranging the frames divided in units of blocks in a matrix form, and rearranging the order of the frames arranged in the matrix form; and
correcting an error by performing a Hamming decoding operation on the rearranged frame by an external decoder
A decoding method for frame sequence error correction, comprising:
제12항에 있어서,
상기 프레임의 순서를 재배열하는 단계에서,
상기 프레임 블록 디인터리버는, 상기 블록 단위로 구분된 프레임 내 최대 1개의 오류가 존재하도록 상기 프레임의 순서를 재배열하는 것을 특징으로 하는 프레임 연집 오류 정정을 위한 복호화 방법.
13. The method of claim 12,
In the step of rearranging the order of the frames,
and the frame block deinterleaver rearranges the order of the frames so that at most one error exists in the frame divided by blocks.
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