KR950005860B1 - 바이터비 복호방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

바이터비 복호방법

제1도는종래의 기술에 의한(2, 1, 3) 길쌈부호의 격자상도.

제2도 및 제3도는 본 발명에 의한 압축된 지로경로의 갯수(P)가 각각 2, 3인 (2, 1, 3) 길쌈부호의 격자상도.

본 발명은 바이터비(Viterbi) 복호방법에 관한 것으로서, 특히 디지탈 전송장치에서 채널상에 발생하는오류를 정정하는 바이터비 복호기에 있어서 격자상도(Trellis diagram)를 압축하여 상태 평가량 계산 및 경로 추적에 필요한 시간을 단축시켜 처리속도를 높인 바이터비 복호방법어 관한 것이다.

일반적으로, 바이터비 복호방법은 격자상도 상에서 최우경로를 탐색하기 위한 것으로서, 이산 무기억 통신로(discrete memoryless channel)를 매개로 한 수신 계열 과 비교해서 최소 거리를 갖는 경로, 즉 최대평가량을 갖는 생존 경로(survivor path)를 탐색해야 한다. 격자상도상의 각 상태에 합류하는 2^k개의 지로를 수신계열 r의 대응요소와 해밍거리(hamming distance)를 구하면 그것이 곧 지로의 평가량이 된다. 제1도에 도시된 바와 같이 t단의 한 상태 S^j에 대하여 2^k개의 지로가 합류한다. 각 지로는 (t+1)단의 Sⁱ에 이르는 생존경로와 그로부터 S_j에 이르는 지로 b_{i, j}로 구성된다. 각 상태마다 지로 평가량들을 계산하여 생존경로를 결정하게 되는데, J(j)를 b_{i, j}에 의해 S_j에 합류하는 전단의 S_i즉, 2^k개 상태들의 첨자라하면 제1도에서 (t+3)단의 상태 S₄에 대하여 J(4)={0, 1}이 된다. 모든 b_m(i, j, t)로 표시되어지는 S_i합류하는 지로들의 지로평가량(branch metric)은 우도측정함수(likelihood measurement function)를 통해 계산되며,그들중 최대 평가량을 갖는 지로가 생존자(survivor)가 되며 그 값이 상태 평가량(state matric)인 S_m(j, t)로 선택된다. 즉, r(t)를 t단에서 수신된 n비트 단어(word)라 하고, w(i, j)를 지로 b_{i, j}의 정당한 부호어라하면, b_m(i, j, t)와 S_m(j, t)는 다음과 같은 관계가 성립한다.

b_m(i, j, t)=f[r(t), w(i, j), S_m(i, t-1)]………………………(식1)

S_m(j, t)=max(b_m(i, j, t), ;∈J(j))………………(식2)

(식2)로부터 S_j에 대한 상태 평가량 계산에 관계되는 연산자들은 r(t), {w(i, j)|i∈J(j)}, 그리고 {S_m(i, t-1)|i∈J(j)}임을 알 수 있다. 종래 기술은 격자상도상의 매단마다 n비트 단위로 계산이 이루어지는데, 각 단에서 각 상태의 상태 평가량을 구하는 동안 전단에서 최대 평가량을 갖는 상태부터 시작하여 구속장의 4∼5배 만큼의 단을 격사상도상에서 역으로 생존경로를 추적하여 복호를 수행하게 된다. 예를 들면, 제1도의 부호비 R=1/2, 구속장 k=4인 (2, 1, 3) 길쌈부호의 격자상도상에서 매단마다 8개의 상태에 대한 평가량이 계산되는데, 그동안 16∼20단 만큼의 생존경로를 역으로 추적해야 한다 . 이때, 계산은 2비트 단위로이루어지며 경로정보는 1비트 단위로 저장되어 추적에 이용된다. 그러나, 계산에 필요한 시간은 8주 클럭인데 비해 경로 추적에 소요되는 시간은 16∼20주 클럽이므로 전체적으로 1비트의 데이다를 복호해 내는데에는 8∼12주 클럭이므로 전체적으로 1비트의 데이타를 복호해 내는데에는 8∼12주 클럭이 필요하게 된다. 결국, 한 단에서 각 상태에 대한 평가량 계산이 끝나더라도 경로를 추적하는데 걸리는 시간의 지연으로 인하여 복호속도가 낮아지는 문제점이 발생한다. 또한, 매 단에 대하여 평가링 계산과 경로 추적이 이루어지므로 복호기의 처리속도도 낮은 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 격자상도의 고유한 특성을 허용하는 범위내에서 격자상도를 압축하여, 둘 또는그 이상의 단에 대한 상태 평가량 계산을 동시에 수행함으로써 복호기의 처리속도를 높이는 방법을 제공함에있다.

본 발명의 다른 목적은 압축된 격자상도 상이서 둘 또는 그 이상의 단에 대하여 생존 경로 추척을 동시에 수행함으로써 경로 추적 과정에서 발생하는 시간의 지연을 극소화하는 방법을 제공함에 있다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 바이터비 복호방법은, 격자상도상의 매단에서 각각의 상대에 합류하는 2^k개 지로의 지로 평가량을 계산하여 그 중의 최대 평가량을 갖는 지로를 생존경로로 선택함으로써 그 값을 상태 평가량으로 하고 전단의 상태중 최대 상태평가량을 갖는 상태로부터 구속장의 소정배수 만큼의 단을 역으로 추적하여 복호를 수행하는 바이터비 복호방법에 있어서, 격자상도상의 각각의 상태에 합류하는 2^k개의 지로를 1보다 큰 지로경로의 갯수(p)단에 대해 압축함으로써 각 상태에 2^pk개의 지로가 합류하여 기로 평기량 및 상태 핑가량이 계산되고, 각 상태에 2^pk개의 지로가 합류하여 그 지로에 대한 경로정보가 구해짐을 특징으로 한다.

이하, 점부한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

바이터비 복호방법은 길쌈부호(convolution code)를 복호하는 방법의 하나로서 최우복호법(maximum likelihood decding)을 이용하여 격자상도 상에서 여러개의 경로중 로그우도함수(log-likelihood function)가 가장 큰 경로를 탐색하여 그 경로의 계열이 전송된 부호계열임을 추정해내는 기법이다. 따라서, 바이터비 복호방법은 가능성이 희박한 경로틀 제거하고 오직 최적 경로만을 탐색하는 극히 간단한 기법이며 구속장(constraint length)이 짧은 임의의 길쌈부호에 많이 사용된다.

(n, k, m) 길짬부호기는 k개의 입력을 받아 n개의 출력을 내는 m개의 기억소자(shlft register)를 갖는 유한상태기계(finite state machine)이며, 이때 정보속도 또는 부호비(code rate)는 R=k/n이 된다.

제1도는 부호비 R=1/2, 구속장 k=4인 (2, 1, 3) 길쌈부호기의 격자상도를 보이는 도면이다. (n, k, m)길쌈부호기의 격자상도에는 N=2^km개의 상태(state)가 존재히며, 각 상태에 합류하는 지로(branch)의 수는 2k개이다. 즉, 제1도에 도시된 바와 같이(2, 1, 3) 길쌈부호의 경우 격자상도는 N=8개의 상태를 가지고 있으며 같은 구조가 반복됨을 알 수 있으며, 상태 S_i에서 다음 단의 상태 S로 천이하는 지로는 b_{i, j}로 표시하였다.

제2도 및 제3도는 제1도의 격자상도를 각각 P=2 및 P=3 단에 대하여 압축한 것으로 제1도의 경우와 같은 상태수를 가지니 각 상태에 합류하는 지로의 수는 제2도의 경우 4개, 제3도의 경우는 8개가 됨을 알 수 있다. 압축된 격자상도에서 상태 S_i에서 p단 후의 상태 S_j로 천이하는 지로는 b_{i, j}로 표시하였다. 발명은 압축된 격자상태에서 상태 평가량 계산 및 경로 추적이 이루어지므로 종래의 복호방법이 한 단에 대해 복호를 수행하는 동안 p단에 대한 복호를 수행하게 된다.

제2도와 제3도는 본 발명의 기본 구성으로 부호비 R==1/2, 구속장 k=4인 경우를 예로 든 것이다. 이들은 제1도의 격자상도에 위상학적 수정을 가히여 얻은 것이며, R과 k가 변하더라도 같은 원리로 적용될수 있다 슥, p가 m을 초과하지 않는 범위내에서 종래의 겨자상도의 p단을 압축하면 각 p개의 지로경로는압축된 격자상도에서 하나의 지로를 나타난다.

제2도는 매 2개의 단이 압축된 것으로 각각의 지로는 제1도의 격자상도 상에서 2개의 지로경로에 해당한다. 마찬가지로, 제3도는 매 3개의 단이 압축된 것으로 각각의 지로는 제1도에서 3개의 지로경로에 해당한다. 즉, 제 1도의 2개의 지로경로 b₁,₄-b_{4, 6}가 합쳐져 제2도에서는 B_{1, 6}로 나타나며, 제1도의 3개의 지로경로 b₁,₄-b_{4, 6}-b_{6, 6}는 제3도에서 B_{1, 4}로나타나게 된다.

제1도에서 (t+1)단에서 S₄의 상태 평가량을b_m(1, 4, t+1), (t+2)단에서 S₆의 상태 평가량을b_m(4, 6, t-2)라 가정하면, b_{1, 4}-b_{4, 6}-b_{6, 6}로 구성된 3개의 기로경로는 (t+3 단의 S₄에 이르는 가능한 경로중 하나이다.

이때,

b_m(6, 3, t+3)=f(r(t+3), w(6, 3), S_m(6, t+2)) ………(식3)

=f(r(t+3), w(6, 3), f[r(t+2), w(4, 6), S_m(4, t+1) )

=f(r(t+3), w(6, 3), f(r+2), W(4, 6), f(r(t+1), w(1, 5), S_m(1, t))

으로 매 단마다 계산을 통해 i∈J⒥인 모든 S_i들에 대한 상태 평가량의 S_j의 상태 평가량을 새롭게 해야만한다. 그러나, 제3도의 경우 3단이 한단으로 합쳐지므로, 3개의 지로경로들이 하나의 합쳐진 지로로 나타나기 때문에 이들 3개의 연속된 상대 평가량의 합이 한반에 계산되어 상태 평가량은 매 3단마다 새로와 진다. 즉, B_m(1, 3, t+3)=f(R(t), w(1, 3), S_m(1, t)이 되어 (식3)과 같은 결과를 얻는다. 이때, R(t), w(t)는 각기 3n비트가 되어 계산은 3n비트 단위로 이루어지며 경로정보 또한 3비트 단위로 저장되어 한번에 3비트씩의 데이타를 보호해낸다. 그러므로, 종래의 보호기가 한단에 대해 계산을 수행하는 동안 본 발명의 복호기는 3개의 단에 대한 계산을 할 수 있게 되어 고속의 복호가 가능케 되는 것이다. 즉, 제1도의 b_{1, 4}b_{4, 6}b_{6, 3}에 대해 각기 수행되던 계산들이 제3도에서는 B_{1, 3}에 대해 한번만 수행케 되어 계산에 필요한 시간은 1/3이 된다.

한편, 경로를 추적하는 과정 또한 매 3단마다 3비트씩 수행하므로 16∼20단을 수행하는데 걸리는 시간은16/3∼20/3주 클럭이 되어 상태 평가량을 계산하는 동안 경로 추적이 가능케 되어 종래 기술에서 문제시 되었던 경로 추적으로 인한 복호 시간의 지연을 해결할 수 있다.

상술한 바와 같은 바이티비 복호방법은 격자상도 상의 매 단에서 각각의 상태에 합류하는 2^k개 지로의 지로 평가량을 계산하여 그 중의 최대 평가량을 갖는 지로를 생존 경로로 선택하며, 그 값은 상태 평가량이된다. 또한, 상기 과정이 진행되는 동안 전단의 상태중 최대 상대 평가량을 갖는 상대로부터 구속장의 4∼5배 만큼의 단을 역으로 추적하여 복호를 수행하게 된다. 본 발명은 각 단에서 처리하던 상기 복호과정을 둘 또는 그 이상의 단에 대하여 수행하므로 처리속도를 높일 수 있으며, 종래 복호기의 문제점으로 지적되던 생존 경로 추적에 필요한 시간의 지연을 줄이게 되어 전체적인 복호 속도를 증가시키는 동시에 클럭회로를 간단하게 할 수 있는 잇점이있다.

Claims (2)

1. 격자상도상의 매단에서 각각의 상태에 합류하는 2^k개 지로의 기로 평가량을 계산하여 그 중의 최대 평가량을 갖는 지로를 생존경로로 선택함으로써 그 값을 상태 평가량으로 하고 전단의 상태중 최대 상태 평가량을 갖는 상태로부터 구속장의 소정배수 만큼의 단을 역으로 추적하여 복호를 수행하는 바이터비 복호방법에 있어서, 격자상도상의 각각의 상태에 합류하는 2^k개의 지로를 1보다 큰 지로경로의 갯수(p)단에 대해 압축함으로써 각 상태에 2^pk개의 지로가 합류하여 지로 평가량 및 상태 평가량이 계산되고, 각 상대에 2^pk개의 지로가 합류히여 그 지로에 대한 경로정보가 구해짐을 특징으로 하는 바이터비 복호방법.
2. 제1항에 있어서, 1보다 큰 지로경로의 갯수(p)단에 대하여 경로 추적을 동시에 수행함을 특징으로하는 바이터비 복호방법.