KR20240028749A - Receiver and Receiving Method for Canceling Radio Communication Channel Noise based on Auto Encoder - Google Patents

Receiver and Receiving Method for Canceling Radio Communication Channel Noise based on Auto Encoder Download PDF

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KR20240028749A
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KR1020220106885A
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송홍엽
한소영
김정현
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연세대학교 산학협력단
순천향대학교 산학협력단
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    • H04L1/004Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by using forward error control
    • H04L1/0045Arrangements at the receiver end

Abstract

개시된 실시예는 송신기에서 전송된 송신 심볼이 무선 채널을 통해 수신된 수신 신호를 신경망 연산하여 무선 채널의 채널 잡음이 제거된 잡음 제거 심볼을 획득하는 잡음 제거 모듈, 잡음 제거 심볼을 인가받아 복조하여 복조 데이터를 획득하는 복조기 및 복조 데이터를 인가받아 신경망 연산을 통해 복호하여 복구 데이터를 획득하는 디코더를 포함하여, 신뢰도 높은 무선 통신을 수행할 수 있으며, 학습 시간을 저감시킬 수 있는 수신기 및 수신 방법을 제공한다.The disclosed embodiment is a noise removal module that obtains a noise removal symbol from which the channel noise of the wireless channel is removed by performing a neural network operation on the received signal received through a wireless channel, a transmission symbol transmitted from a transmitter, and demodulates the noise removal symbol. Provides a receiver and reception method that can perform highly reliable wireless communication and reduce learning time, including a demodulator that acquires data and a decoder that receives the demodulated data and decodes it through neural network operation to obtain recovery data. do.

Description

무선 통신 채널 잡음을 제거하는 오토 인코더 기반 수신기 및 수신 방법{Receiver and Receiving Method for Canceling Radio Communication Channel Noise based on Auto Encoder}{Receiver and Receiving Method for Canceling Radio Communication Channel Noise based on Auto Encoder}

개시되는 실시예들은 수신기 및 수신 방법에 관한 것으로, 오토 인코더 기반 수신기 및 수신 방법에 관한 것이다.The disclosed embodiments relate to a receiver and a reception method, and to an autoencoder-based receiver and reception method.

일반적으로, 통신 시스템에서 송신기 및 수신기 간에 데이터가 송신 및 수신되는 경우, 통신 채널에 존재하는 잡음으로 인해 데이터 오류가 발생할 수 있다. 이처럼 통신 채널에 의해 발생된 오류를 수신기에서 정정할 수 있도록 설계된 부호화 방식으로서, 오류 검출 부호(error detection codes) 및 오류 정정 부호(error correcting codes, ECC) 방식들이 존재한다. 특히, 송수신기 간의 통신을 위해 사용되는 오류 정정 부호는, 일반적으로 채널 코딩(channel coding)이라고 지칭될 수 있다. 오류 정정 부호 방식에서, 송신기는 전송하고자 하는 데이터 비트에 추가 비트(redundant bit)를 추가함으로써 데이터를 송신하고, 수신기는 추가 비트를 이용하여 데이터 비트에 포함된 오류를 정정하는 복호화(decoding) 동작을 수행한다.Generally, when data is transmitted and received between a transmitter and a receiver in a communication system, data errors may occur due to noise present in the communication channel. As coding methods designed to enable the receiver to correct errors generated by the communication channel, error detection codes and error correcting codes (ECC) methods exist. In particular, error correction codes used for communication between transmitters and receivers may be generally referred to as channel coding. In the error correction code method, the transmitter transmits data by adding a redundant bit to the data bit to be transmitted, and the receiver uses the redundant bit to perform a decoding operation to correct errors included in the data bit. Perform.

통신 및 방송 시스템에서, 컨볼루션 부호(convolutional coding), 터보 부호(turbo coding), 저밀도 패리티 검사 부호(low-density parity-check coding, LDPC coding), 및 극 부호(polar coding)와 같은 다양한 채널 코딩 방식들이 사용되고 있다. 이에 따라 수신기 측에서는 신뢰 전파(Belief propagation: BP) 및 최소 합계 알고리즘(Min-sum algorithm) 등의 복호화 기법 등이 주로 이용되고 있다. 다만 기존의 오류정정부호 복호 기법은 매우 복잡한 알고리즘에 기반하여 수행되므로, 보다 효율적이면서 더욱 신뢰성 높은 통신 서비스를 제공하기 위해 최근에는 인공 신경망을 이용한 복호 기법에 대한 연구가 활발하게 수행되고 있다.In communication and broadcasting systems, various channel codings such as convolutional coding, turbo coding, low-density parity-check coding (LDPC coding), and polar coding. methods are being used. Accordingly, decoding techniques such as belief propagation (BP) and the minimum sum algorithm are mainly used on the receiver side. However, since the existing error correction code decoding technique is performed based on a very complex algorithm, research on decoding techniques using artificial neural networks has been actively conducted in recent years to provide more efficient and more reliable communication services.

한국 공개 특허 제1020200127783호 (2020.11.11 공개)Korean Patent Publication No. 1020200127783 (published on November 11, 2020)

개시되는 실시예들은 복호 손실과 잡음 제거 손실을 동시에 줄여 효율적으로 높은 신뢰도를 갖고 수신 신호를 복구할 수 있는 수신기 및 수신 방법을 제공하는데 목적이 있다.The purpose of the disclosed embodiments is to provide a receiver and a reception method that can efficiently recover a received signal with high reliability by simultaneously reducing decoding loss and noise removal loss.

개시되는 실시예들은 인공 신경망에 기반하여 복호화를 수행하는 디코더와 채널 잡음 제거를 수행하는 오토 인코더를 각각 구비하여, 채널 잡음 제거와 복호화가 구분되어 수행되도록 함으로써, 통신 성능을 향상시킬 수 있는 수신기 및 수신 방법을 제공하는데 목적이 있다.The disclosed embodiments include a receiver that includes a decoder that performs decoding based on an artificial neural network and an auto-encoder that performs channel noise removal, thereby improving communication performance by allowing channel noise removal and decoding to be performed separately; and The purpose is to provide a reception method.

개시되는 실시예들은 각 레이어의 채널 수를 저감하고, 스킵 커넥션을 이용하여 레이어를 연결함으로써, 오토 인코더의 구조를 간소화할 뿐만 아니라 짧은 학습 횟수로도 효과적으로 채널 잡음을 제거할 수 있는 수신기 및 수신 방법을 제공하는데 목적이 있다.The disclosed embodiments are a receiver and reception method that not only simplifies the structure of the auto encoder by reducing the number of channels in each layer and connecting the layers using skip connections, but also effectively removes channel noise even with a short number of learning times. The purpose is to provide.

실시예에 따른 수신기는 송신기에서 전송된 송신 심볼이 무선 채널을 통해 수신된 수신 신호를 신경망 연산하여 무선 채널의 채널 잡음이 제거된 잡음 제거 심볼을 획득하는 잡음 제거 모듈; 및 상기 잡음 제거 심볼을 인가받아 신경망 연산을 통해 복조 및 복호하여 복구 데이터를 획득하는 디코더를 포함한다.A receiver according to an embodiment includes a noise removal module that performs a neural network operation on a received signal in which a transmission symbol transmitted from a transmitter is received through a wireless channel to obtain a noise removal symbol from which channel noise of the wireless channel is removed; and a decoder that receives the noise removal symbol and demodulates and decodes it through neural network operations to obtain recovered data.

상기 잡음 제거 모듈은 적어도 하나의 은닉 레이어를 포함하여, 상기 수신 신호의 특징을 추출하고 차원 축소하여 압축하고, 압축된 특징을 다시 차원 확장하여 상기 잡음 제거 심볼을 획득하는 오토 인코더로 구현될 수 있다.The noise removal module may be implemented as an auto-encoder that includes at least one hidden layer, extracts features of the received signal, reduces the dimensionality, compresses it, and expands the compressed features again to obtain the noise removal symbol. .

상기 오토 인코더는 상기 적어도 하나의 은닉 레이어 중 하나 또는 그 이상의 레이어를 스킵하여 추출된 특징을 전달하는 적어도 하나의 스킵 커넥션이 형성될 수 있다.The auto encoder may form at least one skip connection that transfers the extracted features by skipping one or more of the at least one hidden layer.

상기 잡음 제거 모듈은 상기 송신 심볼과 상기 수신 신호의 차로 계산되는 잡음 제거 손실에 따라 미리 학습될 수 있다.The noise removal module may be trained in advance according to the noise removal loss calculated as the difference between the transmitted symbol and the received signal.

상기 디코더는 HGN(Hyper-Graph-Network) 디코더로 구현되고, 상기 송신 데이터와 상기 복구 데이터 사이의 차로 계산되는 디코딩 손실에 따라 미리 학습될 수 있다.The decoder is implemented as a Hyper-Graph-Network (HGN) decoder and may be trained in advance according to the decoding loss calculated as the difference between the transmitted data and the recovered data.

상기 잡음 제거 모듈과 상기 디코더는 상기 송신 심볼과 상기 수신 신호의 차로 계산되는 잡음 제거 손실과 상기 송신 데이터와 상기 복구 데이터 사이의 차로 계산되는 디코딩 손실을 지정된 가중치로 가중합하여 획득되는 멀티 태스크 손실을 역전파하여 학습될 수 있다.The noise removal module and the decoder invert the multi-task loss obtained by weighting the noise removal loss calculated as the difference between the transmitted symbol and the received signal and the decoding loss calculated as the difference between the transmitted data and the recovered data with a specified weight. It can be learned by spreading.

실시예에 따른 수신 방법은 송신기에서 전송된 송신 심볼이 무선 채널을 통해 수신된 수신 신호를 인공 신경망을 이용하여 신경망 연산하여 무선 채널의 채널 잡음이 제거된 잡음 제거 심볼을 획득하는 단계; 및 상기 잡음 제거 심볼을 인가받아 인공 신경망을 이용하여 신경망 연산으로 복조 및 복호하여 복구 데이터를 획득하는 단계를 포함한다.A reception method according to an embodiment includes the steps of performing a neural network operation on a received signal received through a wireless channel using a transmission symbol transmitted from a transmitter using an artificial neural network to obtain a noise removal symbol from which channel noise of the wireless channel has been removed; And obtaining recovery data by receiving the noise removal symbol and demodulating and decoding it through neural network operations using an artificial neural network.

따라서, 실시예에 따른 수신기 및 수신 방법은 수신기에서 복호화를 수행하는 디코더를 인공 신경망으로 구현할 뿐만 아니라, 채널 잡음을 제거하기 위해 오토 인코더로 구현되는 잡음 제거 모듈을 더 구비함으로써, 채널 잡음 제거와 복호화가 서로 다른 인공 신경망에서 구분되어 수행되도록 함으로써 통신 성능을 향상시킬 수 있다. 또한 복호 손실과 잡음 제거 손실이 동시에 줄어들도록 디코더와 잡음 제거 모듈을 함께 학습시킴으로써, 잡음 제거 모듈의 추가에 따른 학습 시간 증가를 억제할 수 있다. 뿐만 아니라, 오토 인코더로 구현되는 잡음 제거 모듈에서 각 레이어의 채널 수를 저감하고, 스킵 커넥션을 이용하여 레이어를 연결함으로써, 오토 인코더의 구조를 간소화할 뿐만 아니라 짧은 학습 횟수로도 효과적으로 채널 잡음을 제거할 수 있도록 한다.Therefore, the receiver and reception method according to the embodiment not only implements a decoder that performs decoding in the receiver using an artificial neural network, but also includes a noise removal module implemented as an auto-encoder to remove channel noise, thereby removing and decoding channel noise. Communication performance can be improved by being performed separately in different artificial neural networks. In addition, by training the decoder and noise removal module together so that the decoding loss and noise removal loss are simultaneously reduced, the increase in learning time due to the addition of the noise removal module can be suppressed. In addition, the noise removal module implemented as an auto encoder reduces the number of channels in each layer and connects layers using skip connections, which not only simplifies the structure of the auto encoder but also effectively removes channel noise even with a short number of learning times. make it possible

도 1은 무선 통신 시스템의 개략적 구성을 나타낸다.
도 2는 실시예에 따른 무선 통신 시스템의 개략적 구성을 나타낸다.
도 3 및 도 4는 도 2의 잡음 제거 모듈의 상세 구성의 일 예를 나타낸다.
도 5는 도 2의 복호화 모듈의 상세 구성의 일 예를 나타낸다.
도 6은 실시예에 따른 무선 통신 시스템의 수신기의 수신 방법을 설명하기 위한 도면이다.
Figure 1 shows a schematic configuration of a wireless communication system.
Figure 2 shows a schematic configuration of a wireless communication system according to an embodiment.
Figures 3 and 4 show an example of the detailed configuration of the noise removal module of Figure 2.
FIG. 5 shows an example of the detailed configuration of the decryption module of FIG. 2.
Figure 6 is a diagram for explaining a reception method of a receiver in a wireless communication system according to an embodiment.

이하, 도면을 참조하여 일 실시예의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.Hereinafter, specific embodiments of one embodiment will be described with reference to the drawings. The detailed description below is provided to provide a comprehensive understanding of the methods, devices and/or systems described herein. However, this is only an example and the present invention is not limited thereto.

일 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 일 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 일 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.In describing one embodiment, if it is determined that a detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of an embodiment, the detailed description will be omitted. In addition, the terms described below are terms defined in consideration of functions in the present invention, and may vary depending on the intention or custom of the user or operator. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification. The terminology used in the detailed description is intended to describe only one embodiment and should in no way be limiting. Unless explicitly stated otherwise, singular forms include plural meanings. In this description, expressions such as “comprising” or “comprising” are intended to indicate certain features, numbers, steps, operations, elements, parts or combinations thereof, and one or more than those described. It should not be construed to exclude the existence or possibility of any other characteristic, number, step, operation, element, or part or combination thereof. In addition, terms such as "... unit", "... unit", "module", and "block" used in the specification refer to a unit that processes at least one function or operation, which is hardware, software, or hardware. and software.

도 1은 무선 통신 시스템의 개략적 구성을 나타낸다.Figure 1 shows a schematic configuration of a wireless communication system.

도 1을 참조하면, 무선 통신 시스템은 데이터를 송신하는 송신기(10)와 송신기(10)에서 전송된 데이터를 수신하는 수신기(30)를 포함하고, 송신기(10)에서 전송된 데이터는 무선 채널(20)을 통해 수신기(30)로 전달된다. 여기서 송신기(10)와 수신기(30)는 기지국 또는 사용자 단말에 각각 포함되어, 기지국이나 사용자 단말이 데이터를 송신 및 수신하도록 할 수 있다.Referring to FIG. 1, the wireless communication system includes a transmitter 10 that transmits data and a receiver 30 that receives data transmitted from the transmitter 10, and the data transmitted from the transmitter 10 is transmitted through a wireless channel ( It is transmitted to the receiver 30 through 20). Here, the transmitter 10 and the receiver 30 are each included in a base station or user terminal, so that the base station or user terminal can transmit and receive data.

송신기(10)는 채널 인코더(11)와 변조기(12)를 포함할 수 있다. 채널 인코더(11)는 무선 채널(20)의 잡음으로 인한 데이터 오류를 정정할 수 있도록 인가된 송신 데이터(uk)를 부호화하여 코드워드(vN)를 생성한다. 채널 인코더(11)는 저밀도 패리티 검사 부호화 및 극 부호화 등과 같은 다양한 채널 코딩 방식에 따라 송신 데이터(uk)를 부호화할 수 있다. 변조기(12)는 채널 인코더(11)에서 생성된 코드워드(vN)를 변조하여 송신 심볼(xN)를 획득하고, 획득된 송신 심볼(xN)를 무선 채널(20)을 통해 수신기(30)로 전송한다.Transmitter 10 may include a channel encoder 11 and a modulator 12. The channel encoder 11 generates a codeword (v N ) by encoding the authorized transmission data (u k ) to correct data errors due to noise in the wireless channel 20. The channel encoder 11 can encode transmission data u k according to various channel coding methods, such as low-density parity check coding and polar coding. The modulator 12 modulates the codeword (v N ) generated by the channel encoder 11 to obtain a transmission symbol (x N ), and transmits the obtained transmission symbol (x N ) to the receiver ( 30).

송신기(10)에서 전송되는 송신 심볼(xN)는 무선 채널(20)을 거쳐 수신기(30)로 전송되는 동안 AWGN(Additive White Gaussian Noise) 등이 부가된다. 즉 무선 채널(20)은 AWGN 채널로 볼 수 있다.While the transmission symbol (x N ) transmitted from the transmitter 10 is transmitted to the receiver 30 through the wireless channel 20, AWGN (Additive White Gaussian Noise), etc. are added. That is, the wireless channel 20 can be viewed as an AWGN channel.

수신기(30)는 송신기(10)에서 전송된 송신 심볼(xN)에 무선 채널(20)의 잡음이 추가된 수신 신호(yN)를 수신하여 송신기(10)에 입력된 송신 데이터(uk)를 복구한 복구 데이터()를 획득한다.The receiver 30 receives the received signal (y N ) to which the noise of the wireless channel 20 is added to the transmission symbol (x N ) transmitted from the transmitter 10 and transmits the transmission data (u k ) recovered data ( ) to obtain.

수신기(30)는 디코더(31)를 포함할 수 있으며, 디코더(31)는 수신 신호(yN)로부터 복구 데이터()를 획득한다. 기존의 수신기(30)에서는 디코더 뿐만 아니라 복조기(미도시)를 더 포함하여, 수신 신호(yN)를 복조 데이터로 복조한 후, 디코더가 채널 인코더(11)의 부호화 기법에 따른 복호화 기법을 이용하여 복조 데이터를 복호화함으로써, 복구 데이터()를 획득하도록 구성되었다. 그러나 상기한 바와 같이, 최근에는 인공 신경망을 이용하여 디코더(31)를 구현하고, 인공 신경망으로 구현된 디코더(31)는 학습된 방식에 따라 수신 신호(yN)에 신경망 연산하여 복조 및 복호가 함께 수행된 복구 데이터()를 획득하도록 연구되고 있다. 이 경우, 인공 신경망으로 구현되는 디코더(31)가 수신 신호(yN)에 대해 신경망 연산을 수행하기 위해서는 사전에 미리 학습될 필요가 있다.The receiver 30 may include a decoder 31, and the decoder 31 may recover data (y N) from the received signal (y N ). ) to obtain. The existing receiver 30 further includes a demodulator (not shown) as well as a decoder, and after demodulating the received signal (y N ) into demodulated data, the decoder uses a decoding technique according to the encoding technique of the channel encoder 11. By decoding the demodulated data, recovery data ( ) was configured to obtain. However, as mentioned above, recently, the decoder 31 has been implemented using an artificial neural network, and the decoder 31 implemented with an artificial neural network performs demodulation and decoding by performing a neural network operation on the received signal (y N ) according to a learned method. Recovery data performed together ( ) is being studied to obtain. In this case, the decoder 31 implemented with an artificial neural network needs to be trained in advance in order to perform a neural network operation on the received signal (y N ).

이에 인공 신경망으로 구현된 디코더(31)를 포함하는 무선 통신 시스템에서는 학습 시에만 활용되는 디코딩 손실 계산 모듈(41)을 더 포함하여 수신기(30)에서 디코더(31)를 학습시킬 수 있었다. 디코딩 손실 계산 모듈(41)은 송신기(10)의 채널 인코더(11)에 입력되는 송신 데이터(uk)와 수신기(30)의 디코더(31)에서 출력되는 복구 데이터()를 인가받고, 인가된 송신 데이터(uk)와 복구 데이터() 사이의 차이를 디코딩 손실(Decoding Loss)로 계산하여 디코더(31)로 역전파함으로써, 인공 신경망으로 구현되는 디코더(31)를 학습시킨다.Accordingly, the wireless communication system including the decoder 31 implemented with an artificial neural network further includes a decoding loss calculation module 41 that is used only during learning, so that the receiver 30 can learn the decoder 31. The decoding loss calculation module 41 includes transmission data (u k ) input to the channel encoder 11 of the transmitter 10 and recovery data output from the decoder 31 of the receiver 30 ( ) is authorized, and the authorized transmission data (u k ) and recovery data ( ) is calculated as a decoding loss and back-propagated to the decoder 31, thereby training the decoder 31 implemented with an artificial neural network.

그러나 이와 같이, 송신 데이터(uk)와 복구 데이터() 사이의 차이를 디코딩 손실로 계산하여 디코더(31)를 학습시키는 경우, 디코더(31)는 채널 인코더(11)의 부호화에 대한 복호화에 의한 차이뿐만이 아니라 무선 채널(20)의 채널 잡음에 의한 차이가 함께 반영되어 학습이 수행된다. 따라서 신뢰도 높은 복구 데이터()를 획득하기 어려울 뿐만 아니라 학습에 매우 오랜 시간이 소요되어 비효율적이라는 한계가 있다.However, in this way, the transmission data (u k ) and recovery data ( ) When training the decoder 31 by calculating the difference between the decoding loss as the decoding loss, the decoder 31 not only determines the difference due to the decoding of the encoding of the channel encoder 11, but also the difference due to the channel noise of the wireless channel 20. Learning is carried out by reflecting together. Therefore, reliable recovery data ( ) is not only difficult to acquire, but also takes a very long time to learn, which has the limitation of being inefficient.

도 2는 실시예에 따른 무선 통신 시스템의 개략적 구성을 나타내고, 도 3 및 도 4는 도 2의 잡음 제거 모듈의 상세 구성의 일 예를 나타내며, 도 5는 도 2의 복호화 모듈의 상세 구성의 일 예를 나타낸다.FIG. 2 shows a schematic configuration of a wireless communication system according to an embodiment, FIGS. 3 and 4 show an example of the detailed configuration of the noise removal module of FIG. 2, and FIG. 5 shows a detailed configuration of the decoding module of FIG. 2. Shows an example.

도 2에 도시된 실시예에 다른 무선 통신 시스템에서도 도 1에서와 유사하게 송신기(10)와 수신기(50)를 포함한다. 다만 송신기(10)의 경우, 도 1과 동일하게 채널 인코더(11)와 변조기(12)를 포함하여 구성되어, 인가된 송신 데이터(uk)를 부호화하여 코드워드(vN)를 생성하고, 생성된 코드워드(vN)를 변조하여 송신 심볼(xN)를 생성하여 무선 채널(20)을 통해 수신기(50)로 전달한다.A wireless communication system other than the embodiment shown in FIG. 2 also includes a transmitter 10 and a receiver 50 similar to that in FIG. 1 . However, in the case of the transmitter 10, it is configured to include a channel encoder 11 and a modulator 12 in the same manner as in Figure 1, and encodes the applied transmission data (u k ) to generate a codeword (v N ), The generated codeword (v N ) is modulated to generate a transmission symbol (x N ) and transmitted to the receiver 50 through the wireless channel 20.

한편 실시예에서 수신기(50)는 도 1의 수신기(30)와 마찬가지로 디코더(51)를 포함하지만, 도 1의 수신기(30)와 달리 잡음 제거 모듈(53)을 더 포함한다. 여기서 잡음 제거 모듈(53)은 송신 심볼(xN)이 무선 채널(20)을 통해 전송되는 동안 부가되어 수신 신호(yN)에 포함된 잡음을 제거한다. 즉 실시예의 수신기(50)는 수신 신호(yN)에 대해 변조를 수행하기 이전에 무선 채널(20)에 의해 수신 신호(yN)에 부가된 잡음을 우선 제거한 잡음 제거 심볼()을 디코더(51)로 전달하는 역할을 수행한다.Meanwhile, in the embodiment, the receiver 50 includes a decoder 51 like the receiver 30 of FIG. 1, but unlike the receiver 30 of FIG. 1, it further includes a noise removal module 53. Here, the noise removal module 53 is added while the transmission symbol (x N ) is transmitted through the wireless channel 20 and removes noise included in the received signal (y N ). That is, the receiver 50 of the embodiment first removes the noise added to the received signal (y N ) by the wireless channel 20 before performing modulation on the received signal (y N ). ) plays the role of transmitting to the decoder 51.

실시예에서 잡음 제거 모듈(53)은 인공 신경망의 일종인 오토 인코더(Auto Encoder)로 구현될 수 있다. 오토 인코더는 입력 레이어가 원본 송신 데이터(Original Input)(x)를 인가받아 특징을 추출하고, 적어도 하나의 은닉 레이어(Hidden Layer)가 추출된 특징의 차원이 축소되도록 압축하고, 출력 레이어가 압축된 특징의 차원을 확장하여 원본 송신 데이터(x)를 복구하도록 신경망 연산 방식이 학습된 인공 신경망이다. 여기서는 설명의 편의를 위하여 간단한 예시로서 오토 인코더가 하나의 은닉 레이어만을 구비하는 것으로 도시하였으나, 일반적으로 오토 인코더는 다수의 은닉 레이어를 구비한다. 이와 같이 학습된 오토 인코더는 도 3에 도시된 바와 같이, 손상 또는 왜곡되어 손상된 송신 데이터(Corrupt Input)()가 입력되더라도, 송신 데이터()에서 특징을 추출하고 압축한 후, 압축된 특징을 복원함으로써, 손상되지 않은 원본 송신 데이터(x)를 복구할 수 있도록 한다. 오토 인코더는 이미지 데이터에 포함된 잡음을 제거하거나 음성 신호를 추출하는 등과 같이 노이즈 제거 분야에 우수한 성능을 나타내는 인공 신경망으로 잘 알려져 있다.In an embodiment, the noise removal module 53 may be implemented as an auto encoder, a type of artificial neural network. In the auto encoder, the input layer receives the original transmission data (Original Input) (x) and extracts features, at least one hidden layer compresses the extracted features to reduce their dimension, and the output layer extracts the compressed features. It is an artificial neural network in which the neural network calculation method is learned to recover the original transmitted data (x) by expanding the dimension of the feature. Here, as a simple example for convenience of explanation, the auto encoder is shown as having only one hidden layer, but in general, the auto encoder has multiple hidden layers. As shown in FIG. 3, the autoencoder learned in this way produces damaged or distorted transmission data (Corrupt Input) ( ) is input, the transmission data ( ), extracting and compressing the features, and then restoring the compressed features, allowing the undamaged original transmission data (x) to be recovered. Autoencoder is well known as an artificial neural network that shows excellent performance in noise removal fields, such as removing noise included in image data or extracting voice signals.

이에 실시예의 수신기(50) 또한 무선 채널(20)의 채널 잡음을 제거하기 위해 잡음 제거 모듈(53)을 오토 인코더로 구현한다. 다만, 오토 인코더 또한 인공 신경망의 일종이므로 사전에 미리 학습될 필요가 있다. 이때 실시예에서는 인공 신경망으로 구현되는 디코더(51)와 잡음 제거 모듈(53)이 각각 구분되어 구비되므로, 잡음 제거 모듈(53)은 복호화에 무관하게 무선 채널(20)의 채널 잡음만을 제거하도록 학습될 수 있다. 즉 도 1의 디코더(51)와 달리 복호화와 채널 잡음 제거를 동시에 수행할 필요가 없다. 따라서 잡음 제거 모듈(53)로 구현되는 오토 인코더는 간단한 구조를 갖고 구현될지라도 요구되는 성능을 나타낼 수 있다. 예로서 잡음 제거 모듈(53)은 상대적으로 큰 크기의 필터와 적은 채널 수를 갖는 다수의 레이어(Layer1 ~ Layer3)를 구비하는 간단한 구조로 구현될 수 있다.Accordingly, the receiver 50 of the embodiment also implements the noise removal module 53 as an auto encoder to remove channel noise of the wireless channel 20. However, since the autoencoder is also a type of artificial neural network, it needs to be trained in advance. In this embodiment, the decoder 51 and the noise removal module 53 implemented with an artificial neural network are separately provided, so the noise removal module 53 learns to remove only the channel noise of the wireless channel 20 regardless of decoding. It can be. That is, unlike the decoder 51 in FIG. 1, there is no need to perform decoding and channel noise removal simultaneously. Therefore, the autoencoder implemented with the noise removal module 53 can exhibit the required performance even if it is implemented with a simple structure. As an example, the noise removal module 53 may be implemented with a simple structure including a relatively large filter and multiple layers (Layer1 to Layer3) with a small number of channels.

도 4에서는 일 예로 잡음 제거 모듈(53)이 하나의 입력 레이어와 3개의 은닉 레이어(Layer1 ~ Layer3)를 포함하여 구성되는 경우를 가정하였다. 수신 신호(yN)를 인가받는 입력 레이어는 (5 X 1)크기의 필터로 1차원 컨볼루션 (1-D conv.) 연산을 수행하여 15개의 채널을 출력하도록 구성되고, 3개의 은닉 레이어(Layer1 ~ Layer3) 중 인코딩 과정에 해당하는 제1 은닉 레이어(Layer2)는 (5 X 1) 크기의 필터로 구성되어 1차원 컨볼루션 (1-D conv.) 연산을 수행하여 압축된 특징을 갖는 7개의 채널을 출력하도록 구성될 수 있다. 그리고 디코딩 과정에 해당하는 제2 은닉 레이어(Layer2)는 (5 X 1)크기의 필터로 1차원 트랜스포즈 컨볼루션(1-D trans. conv.) 연산을 수행하여 7개의 채널로 압축된 특징을 다시 15개의 채널로 확장하고, 제3 은닉 레이어(Layer3)는 (5 X 1 )크기의 필터로 1차원 트랜스포즈 컨볼루션 연산을 수행하여 15개의 채널로 확장된 특징을 수신 신호(yN)에 대응하는 크기인 1차원 벡터 형태로 전환하여 잡음 제거 심볼()을 출력한다. 여기서 각 레이어는 활성화 함수(activation function)로 tanh 함수를 이용할 수 있다.In Figure 4, as an example, it is assumed that the noise removal module 53 includes one input layer and three hidden layers (Layer1 to Layer3). The input layer that receives the received signal (y N ) is configured to output 15 channels by performing a one-dimensional convolution (1-D conv.) operation with a filter of size (5 Among Layer1 to Layer3), the first hidden layer (Layer2) corresponding to the encoding process is composed of a filter of size (5 It can be configured to output channels. And the second hidden layer (Layer2) corresponding to the decoding process performs a 1-D transpose convolution (1-D trans. conv.) operation with a filter of size (5 It is expanded to 15 channels again, and the third hidden layer (Layer3) performs a one-dimensional transpose convolution operation with a filter of size (5 Convert it to a one-dimensional vector form with the corresponding size and create a noise removal symbol ( ) is output. Here, each layer can use the tanh function as the activation function.

실시예에서 오토 인코더로 구현되는 잡음 제거 모듈(53)의 각 레이어는 공통적으로 일반적인 오토 인코더의 레이어에 비해 상대적으로 큰 크기(여기서는 일 예로 (5 X 1))를 갖는 필터를 이용함으로써, 적은 레이어 수로 빠르게 잡음 제거 심볼()을 획득할 수 있다.In the embodiment, each layer of the noise removal module 53 implemented as an auto encoder commonly uses a filter with a relatively large size (here, (5 quickly remove noise symbol ( ) can be obtained.

또한 실시예에서 잡음 제거 모듈(53)은 수신 신호(yN)에 포함된 잡음에도 불구하고, 송신 심볼(xN)에서 비교적 정확한 특징 위치를 확인하여 송신 심볼(xN)와 유사한 잡음 제거 심볼()을 획득할 수 있도록 레이어를 건너뛰어 특징을 전달하는 적어도 하나의 스킵 커넥션(Skip Connection)이 더 형성될 수 있다. 여기서는 일 예로, 제1 은닉 레이어(Layer1)의 출력을 제2 레이어(Layer1)의 출력으로 전달하는 제1 스킵 커넥션과 입력 레이어의 출력을 제3 레이어(Layer3)의 출력으로 전달하는 제2 스킵 커넥션이 형성될 수 있다.In addition, in the embodiment, the noise removal module 53 determines a relatively accurate feature location in the transmission symbol (x N ) despite the noise included in the reception signal (y N ), and selects a noise removal symbol similar to the transmission symbol (x N ). ( ), at least one skip connection that transfers features by skipping layers may be further formed to obtain. Here, as an example, a first skip connection that transmits the output of the first hidden layer (Layer1) to the output of the second layer (Layer1) and a second skip connection that transmits the output of the input layer to the output of the third layer (Layer3) This can be formed.

한편 디코더(51)는 잡음 제거 모듈(53)에서 획득된 소프트 값을 갖는 잡음 제거 심볼()을 LLR(Log-likelihood Ratio) 형태로 인가받아 복조 및 복호화하여 복구 데이터()를 획득한다. 디코더(51) 또한 도 1의 디코더(31)와 동일하게 인공 신경망으로 구현될 수 있다. 디코더(51)는 다양한 인공 신경망으로 구현될 수 있으나, 실시예에서는 HGN(Hyper-Graph-Network) 디코더로 구현되는 것으로 가정한다.Meanwhile, the decoder 51 uses a noise removal symbol ( ) is approved in the form of LLR (Log-likelihood Ratio) and demodulated and decoded to recover data ( ) to obtain. The decoder 51 may also be implemented with an artificial neural network, similar to the decoder 31 in FIG. 1 . The decoder 51 may be implemented with various artificial neural networks, but in the embodiment, it is assumed to be implemented with a Hyper-Graph-Network (HGN) decoder.

HGN 디코더는 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 다수의 가변 노드(Variable node)(v)와 다수의 체크 노드(Check node)(c)로 구성되어 메시지가 다수의 가변 노드와 다수의 체크 노드 사이에서 반복적으로 전달되는 방식으로 패리티를 검사하는 Tanner 그래프에서 다수의 체크 노드가 확장된 형태를 갖는 Trellis 그래프 형식으로 구성된 디코더이다. 도 5의 (b)에서와 같이 HGN 디코더에서는, 각 체크 노드가 하나의 가변 노드에 연결되도록 확장되며, 가변노드는 g 네트워크(g)로 대체되어 완전 연결 네트워크(Fully Connected network)로 구성된다. 여기서 다수의 체크 노드와 g 네트워크(g)는 지정된 개수로 교대 반복 배치되어 반복 신경망 연산이 수행되며, g 네트워크(g)의 가중치를 학습하기 위해 추가 네트워크(f)를 포함한다.As shown in (a) of Figure 5, the HGN decoder is composed of a plurality of variable nodes (v) and a plurality of check nodes (c), so that the message is transmitted to a plurality of variable nodes and a plurality of check nodes (c). It is a decoder composed of a Trellis graph format in which multiple check nodes are expanded from the Tanner graph, which checks parity by repeatedly passing between check nodes. As shown in (b) of Figure 5, in the HGN decoder, each check node is expanded to be connected to one variable node, and the variable node is replaced with a g network (g) to form a fully connected network. Here, a plurality of check nodes and the g network (g) are alternately and repeatedly arranged in a specified number to perform a recurrent neural network operation, and an additional network (f) is included to learn the weights of the g network (g).

HGN 네트워크는 공지된 기술이므로 여기서는 상세한 설명은 생략한다.Since the HGN network is a known technology, detailed description is omitted here.

도 2에 도시된 바와 같이, 실시예에서 수신기(50)에서는 디코더(51) 뿐만 아니라 추가된 잡음 제거 모듈(53) 또한 인공 신경망으로 구현되므로, 디코더(51)와 잡음 제거 모듈(53)이 모두 미리 학습되어야 한다. 이에 무선 통신 시스템은 학습시에 디코더(51)를 학습시키기 위한 디코딩 손실 계산 모듈(61)과 함께 잡음 제거 모듈(53)을 학습시키기 위한 잡음 제거 손실(Denoising Loss)를 계산하는 잡음 제거 손실 계산 모듈(62)을 더 포함한다. 여기서 잡음 제거 손실(LDenoise)은 송신 심볼(xN)와 잡음 제거 심볼() 사이의 차로 계산될 수 있다. As shown in FIG. 2, in the receiver 50 in the embodiment, not only the decoder 51 but also the added noise removal module 53 is implemented with an artificial neural network, so both the decoder 51 and the noise removal module 53 are implemented as an artificial neural network. It must be learned in advance. Accordingly, the wireless communication system includes a decoding loss calculation module 61 for training the decoder 51 during training, and a denoising loss calculation module for calculating denoising loss for training the noise removal module 53. (62) is further included. Here, the noise rejection loss (L Denoise ) is calculated from the transmission symbol (x N ) and the noise rejection symbol ( ) can be calculated as the difference between

다만 디코더(51)와 잡음 제거 모듈(53)을 개별적으로 학습시키는 경우, 학습 시간이 길게 소요된다. 이에 실시예에서는 멀티 태스크 손실 계산 모듈(63)을 더 포함하여 디코딩 손실 계산 모듈(61)에서 계산된 디코딩 손실(LDecode)과 잡음 제거 손실 계산 모듈(62)에서 계산된 잡음 제거 손실(LDenoise)을 결합한 멀티 태스크 손실(L)을 계산하고, 계산된 멀티 태스크 손실(L)을 역전파함으로써, 디코더(51)와 잡음 제거 모듈(53)을 함께 학습시킬 수 있다.However, if the decoder 51 and the noise removal module 53 are individually trained, the learning time is long. Accordingly, in the embodiment, the multi-task loss calculation module 63 is further included to determine the decoding loss (L Decode ) calculated in the decoding loss calculation module 61 and the noise removal loss (L Denoise ) calculated in the noise removal loss calculation module 62. ), the decoder 51 and the noise removal module 53 can be trained together by calculating the multi-task loss (L) and back-propagating the calculated multi-task loss (L).

여기서 멀티 태스크 손실(L)은 수학식 1에 따라 계산될 수 있다.Here, multi-task loss (L) can be calculated according to Equation 1.

(여기서 w1, w2는 손실 가중치를 나타낸다.)(Here w 1 and w 2 represent loss weights.)

디코딩 손실 계산 모듈(61)과 잡음 제거 손실 계산 모듈(62) 및 멀티 태스크 손실 계산 모듈(63)은 디코더(51)와 잡음 제거 모듈(53)을 학습시키기 위한 학습 모듈을 구성하는 구성 요소로 볼 수 있다. 이에 멀티 태스크 손실(L)에 기반하여 디코더(51)와 잡음 제거 모듈(53)의 학습이 완료되면, 손실 계산 모듈(61)과 잡음 제거 손실 계산 모듈(62) 및 멀티 태스크 손실 계산 모듈(63)은 생략될 수 있다.The decoding loss calculation module 61, the noise removal loss calculation module 62, and the multi-task loss calculation module 63 can be viewed as components constituting a learning module for training the decoder 51 and the noise removal module 53. You can. Accordingly, when the learning of the decoder 51 and the noise removal module 53 is completed based on the multi-task loss (L), the loss calculation module 61, the noise removal loss calculation module 62, and the multi-task loss calculation module 63 ) can be omitted.

결과적으로 실시예에 따른 무선 통신 시스템의 수신기(50)는 디코더(51)가 인공 신경망으로 구현될 뿐만 아니라, 오토 인코더로 구현되는 잡음 제거 모듈(53)을 추가로 구비하여, 수신 신호(yN)에서 우선 잡음을 제거하여 잡음 제거 심볼()을 획득한 후, 복조 및 복호화하여 복구 데이터()를 획득하므로, 높은 신뢰도로 복구 데이터()를 획득할 수 있을 뿐만 아니라 매우 고속으로 복구 데이터()를 획득할 수 있다.As a result, the receiver 50 of the wireless communication system according to the embodiment not only has the decoder 51 implemented with an artificial neural network, but also has an additional noise removal module 53 implemented with an auto encoder, so that the received signal (y N ), first remove noise and create a noise removal symbol ( ), demodulated and decrypted to recover data ( ), so recovery data ( ), as well as recovery data ( ) can be obtained.

도시된 실시예에서, 각 구성들은 이하에 기술된 것 이외에 상이한 기능 및 능력을 가질 수 있고, 이하에 기술되지 것 이외에도 추가적인 구성을 포함할 수 있다. 또한, 일 실시예에서, 각 구성은 물리적으로 구분된 하나 이상의 장치를 이용하여 구현되거나, 하나 이상의 프로세서 또는 하나 이상의 프로세서 및 소프트웨어의 결합에 의해 구현될 수 있으며, 도시된 예와 달리 구체적 동작에 있어 명확히 구분되지 않을 수 있다.In the illustrated embodiment, each component may have different functions and capabilities in addition to those described below, and may include additional components other than those described below. Additionally, in one embodiment, each component may be implemented using one or more physically separate devices, one or more processors, or a combination of one or more processors and software, and, unlike the example shown, may be implemented in specific operations. It may not be clearly distinguished.

그리고 도 2에 도시된 송신기 및 수신기는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합에 의해 로직회로 내에서 구현될 수 있고, 범용 또는 특정 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수도 있다. 장치는 고정배선형(Hardwired) 기기, 필드 프로그램 가능한 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array, FPGA), 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC) 등을 이용하여 구현될 수 있다. 또한, 장치는 하나 이상의 프로세서 및 컨트롤러를 포함한 시스템온칩(System on Chip, SoC)으로 구현될 수 있다.The transmitter and receiver shown in FIG. 2 may be implemented in a logic circuit using hardware, firmware, software, or a combination thereof, and may also be implemented using a general-purpose or special-purpose computer. The device may be implemented using hardwired devices, field programmable gate arrays (FPGAs), application specific integrated circuits (ASICs), etc. Additionally, the device may be implemented as a System on Chip (SoC) including one or more processors and a controller.

뿐만 아니라 송신기 및 수신기 하드웨어적 요소가 마련된 컴퓨팅 장치 또는 서버에 소프트웨어, 하드웨어, 또는 이들의 조합하는 형태로 탑재될 수 있다. 컴퓨팅 장치 또는 서버는 각종 기기 또는 유무선 통신망과 통신을 수행하기 위한 통신 모뎀 등의 통신장치, 프로그램을 실행하기 위한 데이터를 저장하는 메모리, 프로그램을 실행하여 연산 및 명령하기 위한 마이크로프로세서 등을 전부 또는 일부 포함한 다양한 장치를 의미할 수 있다.In addition, the transmitter and receiver hardware elements may be mounted on a computing device or server in the form of software, hardware, or a combination thereof. A computing device or server includes all or part of a communication device such as a communication modem for communicating with various devices or a wired or wireless communication network, a memory for storing data to execute a program, and a microprocessor for executing a program to perform calculations and commands. It can refer to a variety of devices, including:

도 6은 실시예에 따른 무선 통신 시스템의 수신기의 수신 방법을 설명하기 위한 도면이다.Figure 6 is a diagram for explaining a reception method of a receiver in a wireless communication system according to an embodiment.

실시예에서 무선 통신 시스템의 수신기는 도 2에 도시된 바와 같이, 디코더(51) 뿐만 아니라 잡음 제거 모듈(53)을 더 포함하며, 디코더(51)는 HGN 디코더로 구현되고, 잡음 제거 모듈(53)은 오토 인코더로 구현될 수 있다. 이에 인공 신경망의 일종인 HGN 디코더와 오토 인코더로 각각 구현되는 디코더(51)와 잡음 제거 모듈(53)이 요구되는 신경망 연산을 수행하기 위해서는 미리 학습될 필요가 있다. 이에 도 6의 무선 통신 시스템의 수신기의 수신 방법에서도 디코더(51)와 잡음 제거 모듈(53)에 대한 학습을 수행하는 학습 단계(70)와 실제 무선 통신 시에 수신 신호를 인가받아 복구 데이터()를 획득하는 수신 단계(80)를 구분하여 설명한다.In an embodiment, the receiver of the wireless communication system further includes a decoder 51 as well as a noise removal module 53, as shown in FIG. 2, the decoder 51 is implemented as an HGN decoder, and the noise removal module 53 ) can be implemented as an autoencoder. Accordingly, the decoder 51 and noise removal module 53, which are respectively implemented as an HGN decoder and an auto-encoder, which are a type of artificial neural network, need to be trained in advance to perform the required neural network calculation. Accordingly, in the reception method of the receiver of the wireless communication system of FIG. 6, there is a learning step 70 for performing learning on the decoder 51 and the noise removal module 53, and recovery data ( ) will be described separately in the reception step (80) of obtaining.

학습 단계(70)에서는 우선 송신기(10)에 학습 데이터를 송신 데이터(uk)로 인가하고, 이에 송신기(10)는 인가된 학습 데이터를 부호화 및 변조하여 송신 심볼(xN)를 무선 채널(20)을 통해 수신기(50)로 전송한다(71). 수신기(50)는 무선 채널(20)을 통해 전송된 수신 신호(yN)를 수신하여 잡음을 제거하여 잡음 제거 심볼()을 획득하고, 잡음 제거 심볼()을 복조 및 복호화하여 수신 데이터로 획득되는 학습 데이터를 복원하여 복구 데이터()를 획득한다(72). 그리고 잡음 제거 모듈(53)을 학습시키기 위한 잡음 제거 손실(LDenoise)을 송신 심볼(xN)와 잡음 제거 심볼() 사이의 차로 계산한다(73). 이와 함께 송신 데이터(uk)와 복구 데이터() 사이의 차로 디코딩 손실(LDecode)을 계산한다(74). 그리고 계산된 잡음 제거 손실(LDenoise)과 디코딩 손실(LDecode)을 기반으로 수학식 1에 따라 멀티 태스크 손실(L)을 계산하고 이를 역전파함으로써, 디코더(51)와 잡음 제거 모듈(53)을 학습시킨다(75). 그리고 학습 종료 여부를 판별한다(76). 학습 종료는 멀티 태스크 손실(L)을 역전파하는 학습이 지정된 횟수 이상 반복되거나 계산된 멀티 태스크 손실(L)이 지정된 기준 손실 이하가 되면 종료될 수 있다.In the learning step 70, learning data is first applied to the transmitter 10 as transmission data (u k ), and the transmitter 10 encodes and modulates the applied learning data to transmit a transmission symbol (x N ) through a wireless channel ( It is transmitted to the receiver 50 through 20 (71). The receiver 50 receives the received signal (y N ) transmitted through the wireless channel 20 and removes noise to create a noise removal symbol ( ), and obtain the noise removal symbol ( ) is demodulated and decoded to restore the learning data obtained as the received data, thereby restoring the recovery data ( ) obtain (72). And the noise removal loss (L Denoise ) for learning the noise removal module 53 is divided into the transmission symbol (x N ) and the noise removal symbol ( ) is calculated as the difference between (73). In addition, transmission data (u k ) and recovery data ( ) Calculate the decoding loss (L Decode ) by the difference between (74). And by calculating the multi-task loss (L) according to Equation 1 based on the calculated noise removal loss (L Denoise ) and decoding loss (L Decode ) and back-propagating it, the decoder 51 and the noise removal module 53 Learn (75). Then, it is determined whether learning is complete (76). Learning may be terminated when learning to backpropagate the multi-task loss (L) is repeated more than a specified number of times or when the calculated multi-task loss (L) becomes less than or equal to the specified reference loss.

학습이 종료되어 무선 통신 시스템이 통신을 수행하는 수신 단계(80)에서 수신기(50)는 수신 신호(yN)가 수신되는지 판별한다(81). 수신 신호(yN)가 수신되면, 학습된 잡음 제거 모듈(53)이 수신 신호(yN)에 대해 신경망 연산하여 수신 신호(yN)에 포함된 무선 채널(20)의 채널 잡음을 제거하여 잡음 제거 심볼()을 획득한다(82). 그리고 잡음 제거 심볼()에 대해 학습된 방식에 따라 신경망 연산으로 복조 및 복호화하여 송신기(10)에 입력된 송신 데이터에 대한 복구 데이터()를 획득한다(83).In the reception step (80) where learning is completed and the wireless communication system performs communication, the receiver 50 determines whether the received signal (y N ) is received (81). When the received signal (y N ) is received, the learned noise removal module 53 performs a neural network operation on the received signal (y N ) to remove channel noise of the wireless channel 20 included in the received signal (y N ). Noise reduction symbol ( ) obtain (82). And the noise removal symbol ( ) is demodulated and decoded by neural network operation according to the method learned for the transmission data input to the transmitter 10 (recovery data ( ) obtain (83).

도 6에서는 각각의 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나 이는 예시적으로 설명한 것에 불과하고, 이 분야의 기술자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 6에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 또는 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하거나 다른 과정을 추가하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능하다.In FIG. 6, it is described that each process is executed sequentially, but this is only an illustrative explanation, and those skilled in the art can change the order shown in FIG. 6 and execute it without departing from the essential characteristics of the embodiments of the present invention. Alternatively, it can be applied through various modifications and modifications by executing one or more processes in parallel or adding other processes.

이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described in detail through representative embodiments above, those skilled in the art will understand that various modifications and other equivalent embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the attached claims.

10: 송신기 11: 채널 인코더
12: 변조기 20: 무선 채널
50: 수신기 51: 복조기
52: 디코더 53: 잡음 제거 모듈
61: 디코딩 손실 계산 모듈 62: 잡음 제거 손실 계산 모듈
63: 멀티 태스크 손실 계산 모듈
10: Transmitter 11: Channel encoder
12: modulator 20: wireless channel
50: Receiver 51: Demodulator
52: Decoder 53: Noise removal module
61: Decoding loss calculation module 62: Noise removal loss calculation module
63: Multi-task loss calculation module

Claims (10)

무선 통신 시스템의 수신기에 있어서,
송신기에서 전송된 송신 심볼이 무선 채널을 통해 수신된 수신 신호를 신경망 연산하여 무선 채널의 채널 잡음이 제거된 잡음 제거 심볼을 획득하는 잡음 제거 모듈; 및
상기 잡음 제거 심볼을 인가받아 신경망 연산을 통해 복조 및 복호하여 복구 데이터를 획득하는 디코더를 포함하는 수신기.
In the receiver of a wireless communication system,
a noise removal module that performs a neural network operation on the received signal received through a wireless channel to obtain a noise removal symbol from which the channel noise of the wireless channel is removed; and
A receiver including a decoder that receives the noise removal symbol and demodulates and decodes it through neural network operation to obtain recovered data.
제1항에 있어서, 상기 잡음 제거 모듈은
적어도 하나의 은닉 레이어를 포함하여, 상기 수신 신호의 특징을 추출하고 차원 축소하여 압축하고, 압축된 특징을 다시 차원 확장하여 상기 잡음 제거 심볼을 획득하는 오토 인코더로 구현되는 수신기.
The method of claim 1, wherein the noise removal module
A receiver implemented as an auto-encoder that includes at least one hidden layer, extracts the features of the received signal, reduces the dimensionality, compresses it, and expands the compressed features again to the dimensionality to obtain the noise removal symbol.
제2항에 있어서, 상기 오토 인코더는
상기 적어도 하나의 은닉 레이어 중 하나 또는 그 이상의 레이어를 스킵하여 추출된 특징을 전달하는 적어도 하나의 스킵 커넥션이 형성되는 수신기.
The method of claim 2, wherein the auto encoder
A receiver in which at least one skip connection is formed to deliver features extracted by skipping one or more of the at least one hidden layer.
제1항에 있어서, 상기 잡음 제거 모듈은
상기 송신 심볼과 상기 수신 신호의 차로 계산되는 잡음 제거 손실에 따라 미리 학습되는 수신기.
The method of claim 1, wherein the noise removal module
A receiver that is trained in advance according to noise removal loss calculated as the difference between the transmitted symbol and the received signal.
제1항에 있어서, 상기 디코더는
HGN(Hyper-Graph-Network) 디코더로 구현되고, 상기 송신 데이터와 상기 복구 데이터 사이의 차로 계산되는 디코딩 손실에 따라 미리 학습되는 수신기.
The method of claim 1, wherein the decoder
A receiver implemented as a Hyper-Graph-Network (HGN) decoder and trained in advance according to the decoding loss calculated as the difference between the transmitted data and the recovered data.
제1항에 있어서, 상기 잡음 제거 모듈과 상기 디코더는
상기 송신 심볼과 상기 수신 신호의 차로 계산되는 잡음 제거 손실과 상기 송신 데이터와 상기 복구 데이터 사이의 차로 계산되는 디코딩 손실을 지정된 가중치로 가중합하여 획득되는 멀티 태스크 손실을 역전파하여 학습되는 수신기.
The method of claim 1, wherein the noise removal module and the decoder
A receiver that is learned by backpropagating a multi-task loss obtained by weighting a noise removal loss calculated as a difference between the transmitted symbol and the received signal and a decoding loss calculated as a difference between the transmitted data and the recovered data with a specified weight.
무선 통신 시스템의 수신기의 수신 방법에 있어서,
송신기에서 전송된 송신 심볼이 무선 채널을 통해 수신된 수신 신호를 인공 신경망을 이용하여 신경망 연산하여 무선 채널의 채널 잡음이 제거된 잡음 제거 심볼을 획득하는 단계; 및
상기 잡음 제거 심볼을 인가받아 인공 신경망을 이용하여 신경망 연산으로 복조 및 복호하여 복구 데이터를 획득하는 단계를 포함하는 수신 방법.
In a receiving method of a receiver of a wireless communication system,
Obtaining a noise removal symbol from which the channel noise of the wireless channel is removed by performing a neural network operation using an artificial neural network to calculate the received signal from the transmitter through a wireless channel; and
A reception method comprising obtaining recovery data by receiving the noise removal symbol and demodulating and decoding it through neural network operations using an artificial neural network.
제7항에 있어서, 상기 잡음 제거 심볼을 획득하는 단계는
적어도 하나의 은닉 레이어를 포함하여, 상기 수신 신호의 특징을 추출하고 차원 축소하여 압축하고, 압축된 특징을 다시 차원 확장하여 상기 잡음 제거 심볼을 획득하는 오토 인코더를 이용하여 수행되는 수신 방법.
The method of claim 7, wherein the step of obtaining the noise removal symbol is
A reception method performed using an auto-encoder that includes at least one hidden layer, extracts features of the received signal, reduces and compresses the dimensions, and expands the compressed features again to obtain the noise removal symbol.
제8항에 있어서, 상기 오토 인코더는
상기 적어도 하나의 은닉 레이어 중 하나 또는 그 이상의 레이어를 스킵하여 추출된 특징을 전달하는 적어도 하나의 스킵 커넥션이 형성되는 수신 방법.
The method of claim 8, wherein the auto encoder
A receiving method in which at least one skip connection is formed to deliver features extracted by skipping one or more of the at least one hidden layer.
제7항에 있어서, 상기 수신 방법은
상기 수신 신호를 인가받기 이전, 상기 잡음 제거 심볼을 획득하는 인공 신경망과 상기 복구 데이터를 획득하는 인공 신경망을 학습시키기 위한 학습 단계를 더 포함하고,
상기 학습 단계는
상기 송신 심볼과 상기 수신 신호의 차로 잡음 제거 손실을 계산하고,
상기 송신 데이터와 상기 복구 데이터 사이의 차로 디코딩 손실을 계산하며,
상기 잡음 제거 손실과 상기 디코딩 손실을 지정된 가중치로 가중합하여 획득되는 멀티 태스크 손실을 역전파하여 학습을 수행하는 수신 방법.
The method of claim 7, wherein the receiving method is
Before receiving the received signal, further comprising a learning step for training an artificial neural network for obtaining the noise removal symbol and an artificial neural network for obtaining the recovery data,
The learning step is
Calculate noise cancellation loss as the difference between the transmitted symbol and the received signal,
Calculate decoding loss as a difference between the transmitted data and the recovered data,
A reception method that performs learning by backpropagating a multi-task loss obtained by weighting the noise removal loss and the decoding loss with a specified weight.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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