KR0157121B1

KR0157121B1 - 비터비 디코더의 경로 메트릭 계산회로

Info

Publication number: KR0157121B1
Application number: KR1019950050547A
Authority: KR
Inventors: 김백현
Original assignee: 김광호; 삼성전자주식회사
Priority date: 1995-12-15
Filing date: 1995-12-15
Publication date: 1999-02-18
Also published as: KR970055626A

Abstract

본 발명은 상승부호화기를 사용하여 채널 코딩을 한 후 비터 비디코더를 사용하여 복호화를 수행할 때 버터비 디코더의 계산량을 줄여 분기 메트릭과 경로 메트릭을 저장하기 위한 메모리수를 줄임과 동시에 전력 소비를 감소시킬 수 있는 비터비 디코더의 경로 메트릭 계산 회로에 관한 것이 바, 그 특징은 현 상태에서 수신된 신호와 이상적인 경우의 수신신호와의 차이를 계산하는 분기 메트릭 계산부와, 상기 분기 메트릭 계산부에서 계산된 값과 이전 상태까지 누적된 경로 메트릭 값을 가산하여 초기부터 현재까지의 수신된 신호와 이상적인 신호와의 차이를 계산하는 제1경로 메트릭 계산부와, 상기 제1경로 메트릭 계산부에 의해 계산된 모든 상태들의 값을 이용하여 임의의 기준신호를 발생시키는 기준신호 계산부와, 상기 기준신호 계산부에 의해 발생된 기준신호보다 큰 값을 갖는 상태의 값을 변형하여 상기 제1경로 메트릭 계산부와는 다른 값을 갖는 제2경로 메트릭값을 발생시키는 제2경로 메트릭 계산부와, 채널에 따라 상기 기준신호 계산부의 기준 신호의 값을 변경하고 기준신호에 일정 범위의 마진을 두어 마진 범위를 만족시키는 경우에만 상기 기준신호 계산부와 제2경로 메트릭 계산부를 제어하여 기준신호에 의해 분기 메트릭 값과 경로 메트릭 값을 변형하는 동작을 수행하도록 제어하는 제어 유니트와, 상기 제2경로 메트릭 계산부에 의해 램의 값을 이용하여 시간마다 0을 제외한 모든 상태의 값을 비교하여 가장 작은 값을 갖는 하나의 상태를 선택하여 출력하는 최소상태 선택부와, 상기 최소상태 선택부에 의해 선택된 상태에서부터 미리 설정된 추적 경로만큼 추적을 수행한 후 비터비 디코더 출력값을 출력하는 추적 및 출력부로 구성함에 있다.

Description

비터비 디코더의 경로 메트릭 계산회로

제1도는 종래의 비터비 디코더의 전체 구성을 보인 블록도.

제2도는 본 발명에 의한 비터비 디코더의 전체 구성을 보인 블록도.

제3도는 제2도의 제1경로 메트릭 계산부의 일 실시예도.

제4도는 제2도의 기준 신호 계산부의 일 실시예도.

제5도는 제2도의 제2경로 메트릭 계산부의 일 실시예도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 분기 메트릭 계산부 20 : 경로 메트릭 계산부

21 : 제1경로 메트릭 계산부 21a, 23a : 비교기

21b : 분기 선택기 21c, 22a : 가산기

22 : 기준신호 계산부 22b : 제산기

23 : 제2경로 메트릭 계산부 23b : 리세트기

23c : 홀더 30 : 최소상태 선택부

40 : 추적 및 출력부

본 발명은 적은 연산 과정과 적은 회로 크기를 갖는 비터비 디코더에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상승부호화기를 사용하여 채널 코딩을 한 후 비터비 디코더를 사용하여 복호화를 수행할 때 비터비 디코더의 계산량을 줄여 분기 메트릭과 경로 메트릭을 저장하기 위한 메모리수를 줄임과 동시에 전력 소비를 감소시킬 수 있는 비터비 디코더의 경로 메트릭 계산회로에 관한 것이다.

먼저, 코딩 방법에 대하여 설명하면, 일반적으로 비트 에러율을 감소시키거나 요구되는 Eb/No를 줄이기 위한 목적의 채널 코딩은 잡음(noise), 페이딩(fading), 재밍(jamming)과 같은 다양한 채널의 영향으로부터전송되어지는 신호를 디코더에서 효율적으로 복조하기 위한 방식으로서, 채널 코딩을 통해 일반적으로 약 8db이상의 성능개선을 얻을 수 있으며, 높은 전력 전송을 위한 방법이나 거대한 안테나를 이용하여 비트 에러율을 줄이거나 Eb/No를 조절하는 방법보다 구현하는 비용이 매우 적게 드는 잇점이 있다.

이러한 채널 코딩은 크게 직교 코딩 기술(orthogonal coding technique)과 비직교 코딩 기술(non-orthogonal coding technique)이 있는데, 직교 코딩 기술은 채널 코딩의 코드 K가 길어질수록 지수적으로 코딩되어진 데이터 비트의 수가 증가하여 전송해야할 신호의 대역폭 역시 증가하게 되어 대역폭의 사용이 비효율적인 단점을 가지고 있으며, 비직교 코딩 기술은 다시 크게 상승부호와 블록 부호로 나눌 수 있다. 이때 상승부호는 임의 에러를 검출하고 정정하는 기능을 갖고, 블록 부호는 임의 에러와 버스트 에러를 검출하고 정정하는 기능을 갖는 것으로서, 상승부호와 블록 부호의 가장 큰 차이점은 메모리 성분의 사용 유/무에 있으며, 상승부호는 K개의 입력중 이전의 K-1개의 입력과 현재 입력을 이용하는 코딩 방법이다.

상기와 같은 상승부호의 디코딩 방법으로서는 비터비 디코더를 이용한 디코딩 방법이 가장 일반적으로 사용되는데, 이러한 비터비 디코더 방법은 최대 가능성(혹은 확률 ; likehood)방법으로 잡음성분이 포함된 수신된 신호와 잡음이 없는 경우의 이상적인 수신신호와의 차이를 비교하여 이 차를 이용하여 디코딩하는 방식으로서, 제1도와 같이 현 상태에서 수신된 신호와의 차이를 계산하는 분기 메트릭 계산부(10)와, 상기 분기 메트릭 계산부에서 계산된 값과 이전 상태까지 누적된 분기 메트릭 값을 이용하여 초기부터 현재까지의 수신된 신호와 이상적인 신호와의 차이를 계산하는 경로 메트릭 계산부(20)와, 그리고 알고리즘에 의해 선택된 하나의 상태를 찾아 출력값을 내보내는 최소 상태 선택부(30)와, 추적 및 출력부(40)로 구성되어 있다.

이중 분기 메트릭 계산부(10는 수신된 신호와 이상적인 경우의 수신 신호와의 차를 계산하는 곳으로 이상적인 신호는 롬을 이용하여 읽혀지며, 계산된 분기 메트릭 값은 램을 이용하여 기록되고, 경로 메트릭 계산부(20)는 상기 분기 메트릭 계산부(10)에 의해 계산된 램 데이터와 이전 상태까지 누적된 경로 메트릭값을 램에서 읽어 와서 가산을 한 후 이 데이터를 다시 램에 저장을 하여 다음 시간에서 사용할 수 있도록 하게 하며, 또한 최소상태 선택부(30)는 상기 경로 메트릭 계산부(20)에 의해 램의 값을 이용하여 시간마다 모든 상태의 값을 비교하여 가장 작은 값을 갖는 상태를 선택한다. 그리고 추적 및 출력부(40)는 최소 상태 선택부에 의해 선택된 상태에서부터 미리 설정된 추적 경로만큼 추적을 수행한 후 비터비 디코더 출력값을 출력할 수 있게 된다.

그러나 상기와 같은 종래의 비터비 디코더에서는 분기 메트릭 계산부와 경로 메트릭 계산부는 ACS(가산/비교/선택) 연산이 주류를 이루게 되는데 예를 들어 (2, 1, 6)상승, 부호화의 경우 분기 메트릭 계산부에서의 계산은 총 상태의 수가 64개(2의 6제곱개)이므로 분기의 수가 128개(2의 (6+1)제곱개)로 되어 각각의 분기마다 1번의 감산이 필요하며, 경로 메트릭 계산부에서는 64번의 비교 연산과 선택 연산이 이루어지게 되어 총 128번의 감산과 64번의 비교연산과 선택 연산을 수행하게 되므로 이러한 단순한 가산/비교/선택 연산의 반복은 데이터의 처리 속도를 높이기 위하여 필연적으로 회로의 크기를 증가시키는 원인이 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서 본 발명의 목적은 상승부호화기를 사용하여 채널 코딩을 한 후 비터비 디코더를 사용하여 데이터의 복호화를 수행할 때 경로 메트릭 계산부에서 임의의 기중 신호를 만들어 이 기준 신호에 의해 분기 메트릭값과 경로 메트릭 값을 변형시켜 사용함으로써, 비터비 디코더의 계산량을 줄여 분기 메트릭과 경로 메트릭을 저장하기 위한 메모리수를 줄임과 동시에 전력 소비를 감소시킬 수 있는 비터비 디코더의 경로 메트릭 계산 회로를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 비터비 디코더의 경로 메트릭 계산회로의 특징은 현 상태에서 수신된 신호와 이상적인 경우의 수신신호와의 차이를 계산하는 분기 메트릭 계산부와, 상기 분기 메트릭 계산부에서 계산된 값과 이전 상태까지 누적된 경로 메트릭 값을 가산하여 초기부터 현재까지의 수신된 신호와 이상적인 신호와의 차이를 계산하는 제1경로 메트릭 계산부와, 상기 제1경로 메트릭 계산부에 의해 계산된 모든 상태들의 값을 이용하여 특정값의 기준신호를 발생시키는 기준신호 계산부와, 상기 기준신호 계산부에 의해 발생된 기준신호보다 큰 값을 갖는 상태의 값을 변형하여 상기 제1경로 메트릭 계산부와는 다른 값을 갖는 제2경로 메트릭값을 발생시키는 제2경로 메트릭 계산부와, 채널에 따라 상기 기준신호 계산부의 기준 신호의 값을 변경하고 기준신호에 일정 범위의 마진을 두어 마진 범위를 만족시키는 경우에만 상기 기준신호 계산부와 제2경로 메트릭 계산부를 제어하여 기준신호에 의해 분기 메트릭 값과 경로 메트릭 값을 변형하는 동작을 수행하도록 제어하는 제어 유니트와, 상기 제2경로 메트릭 계산부에 의해 램의 값을 이용하여 시간마다 0을 제외한 모든 상태의 값을 비교하여 가장 작은 값을 갖는 하나의 상태를 선택하여 출력하는 최소상태 선택부와, 상기 최소상태 선택부에 의해 선택된 상태에서부터 미리 설정된 추적 경로만큼 추적을 수행한 후 비터비 디코더 출력값을 출력하는 추적 및 출력부로 구성함에 있다.

이하, 본 발명에 따른 비터비 디코더의 경로 메트릭 계산회로의 바람직한 하나의 실시예에 대하여 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제2도는 본 발명에 의한 비터비 디코더의 전체 구성을 보인 블록도로서, 도면에 도시된 바와 같이 현 상태에서 수신된 신호와 롬에서 읽혀지는 이상적인 경우의 수신신호와의 차이를 계산하여 계산된 분기 메트릭 값을 램을 이용하여 기록하는 분기 메트릭 계산부(10)와, 상기 분기 메트릭 계산부에서 계산된 값과 이전 상태까지 누적된 경로 메트릭 값을 가산하여 초기부터 현재까지의 수신된 신호와 이상적인 신호와의 차이를 계산하는 제1경로 메트릭 계산부(21)와, 상기 제1경로 메트릭 계산부에 의해 계산된 모든 상태들의 값을 이용하여 특정값의 기준신호를 발생시키는 기준신호 계산부(22)와, 상기 기준신호 계산부에 의해 발생된 기준신호를 이용하여 이 기준 신호보다 큰 값을 갖는 상태의 값을 0으로 리세트시켜 상기 제1경로 메트릭 계산부와는 다른 값을 갖는 제2경로 메트릭값을 발생시키는 제2경로 메트릭 계산부(23)와, 채널에 따라 상기 기준신호 계산부의 기준 신호의 값을 변경하고 기준신호에 일정 범위의 마진을 두어 계산된 기준 신호와 최소거리의 값의 차이가 일정값 이상이 되는 경우에만 상기 기준신호 계산부와 제2경로 메트릭 계산부를 제어하여 기준신호에 의해 분기 메트릭 값과 경로 메트릭 값을 변형하는 동작을 수행하도록 제어하는 제어 유니트(24)와, 상기 제2경로 메트릭 계산부에 의해 램의 값을 이용하여 시간마다 0을 제외한 모든 상태의 값을 비교하여 가장 작은 값을 갖는 하나의 상태를 선택하여 출력하는 최소상태 선택부(30)와, 상기 최소상태 선택부에 의해 선택된 상태에서부터 미리 설정된 추적 경로 만큼 추적을 수행한 후 비터비 디코더 출력값을 출력하는 추적 및 출력부(40)로 구성하고 있음을 나타내고 있다. 상기에서 제어 유니트(24)는 채널에 따라 기준 신호의 값을 변경하여 상태의 값을 0으로 리세트함으로써 생기는 오차의 정도를 줄이게 하며, 또한 기준신호에 일정 범위의 마진을 두어 계산된 기준 신호와 최소 거리의 값의 차이가 일정값 이상(여기서는 30으로 설정함)이 되는 경우에만 상기 일련의 동작이 수행되게 하여 발생할 수 있는 오차의 정도를 줄이도록 함이 바람직하며, 한편 기준신호 계산부(22)에서 기준 신호를 얻는 방법은 모든 상태들의 경로 메트릭 값을 더한 후 그 값의 평균 값을 기준신호로 사용하거나 또는 기준 신호를 미리 정해 사용하는 방법등이 있을 수 있는데, 본 발명에서는 후자의 방법을 사용함을 예로 든다.

제3도는 제2도의 제1경로 메트릭 계산부의 일 실시예도로서, 도면에 도시된 바와 같이 제1경로 메트릭 계산부(21)는 기존의 경로 메트릭 계산부와 동일한 형태로서, 분기 메트릭 계산부에서 계산된 램의 분기값과 0상태의 값을 비교하는 비교기(21a)와, 상기 비교기의 출력에 따라 분기값을 선택하는 분기 선택기(21b)와, 상기 분기 선택기에 의해 선택된 램 데이터와 이전 상태까지 누적된 경로 메트릭값을 램에서 읽어 와서 가산하는 가산기(21c)로 구성하고 있음을 나타내고 있다.

제4도는 제2도의 기준 신호 계산부(22)의 일 실시예도로서, 도면에 도시된 바와 같이 기준신호 계산부(22)는 제1경로 메트릭 계산부(21)에 의해 계산된 모든 상태들의 값을 더하는 가산기(22a)와, 상기 가산기의 출력을 상태값으로 나누는 제산기(22b)로 구성하여 상기 제산기에 의해 얻어지는 그 평균값으로 기준신호를 설정할 수 있음을 나타내고 있으며, 또한 모든 상태의 값을 비교하여 원하는 개수만큼 카운트하고, 그 최종 카운트된 상태의 값으로 기준신호를 설정함도 가능하다.

제5도는 제2도의 제2경로 메트릭 계산부(23)의 일 실시예도로서, 도면에 도시된 바와 같이 상기 기준신호 계산부(22)에서 발생되는 특정의 기준신호와 이전까지의 최소거리를 비교하는 비교기(23a)와, 상기 비교기의 비교결과, 기준신호보다 큰 값을 갖는 상태값을 0으로 리세트시키는 리세트기(23b)와, 상기 비교기의 비교결과, 기준신호보다 크지 않은 값을 갖는 상태값을 그대로 유지시키는 홀더(23c)로 구성함이 바람직하다.

이상에서와 같은 구성을 참고하여 본 발명에 따른 비터비 디코더의 경로 메트릭 계산회로의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저 분기 메트릭 계산부(10)에서는 현 상태에서 수신된 신호와 롬에서 읽혀지는 이상적인 경우의 수신신호와의 차이를 계산하여 계산된 분기 메트릭 값을 램을 이용하여 기록하고, 제1경로 메트릭 계산부(21)에서는 상기 분기 메트릭 계산부에서 계산되어 램에 저장된 값과 이전 상태까지 누적된 경로 메트릭 값을 가산하여 초기부터 현재까지의 수신된 신호와 이상적인 신호와의 차이를 계산하여 다시 램에 저장한다. 다음으로 본 발명은 비터비 디코더의 계산량을 줄이기 위하여 경로 메트릭을 계산하는 부분에서 기준신호 계산부(22)에 의해 제1경로 메트릭 계산부(21)에서 계싼된 모든 상태들의 값을 더한 후 그 값의 평균값이나 혹은 미리 설정한 값에 의한 특정값의 기준 신호를 만들며, 제2경로 메트릭 계산부(23)에서는 상기 기준신호 계산부(22)에 의해 발생된 기준 신호와 계산되어진 경로 메트릭 값을 비교하여 이 기준 신호보다 큰 값을 갖는 상태의 값을 0으로 리세트시키고 나머지 상태값들은 값의 변화없이 고유의 값을 유지하게 하여 제1경로 메트릭값과는 다른 값을 갖는 새로운 제2경로 메트릭값을 발생시키게 되는데, 0의 값과 0이 아닌 값을 갖는 분기 메트릭값의 비교/선택시에는 0의 값을 갖는 분기 메트릭값을 버리고 0이 아닌 값을 갖는 분기 메트릭값을 선택하여 이 값을 최종적으로 경로 메트릭값으로 사용하게 된다. 즉, 상태의 값이 0이 되면 경로 메트릭 계산시 분기의 값들을 비교하여 작은 값을 선택하게 되는데, 분기중 0의 값을 갖는 것이 존재하게 되면 이들 분기들의 비교 연산을 수행하지 않고 0의 값을 갖지 않는 분기를 직접 선택하게 되며, 또한 최소 거리를 갖는 상태를 선택할 때 0의 값을 갖는 상태가 존재하게 되므로 최소거리 상태를 선택시 0의 값을 갖는 상태는 계산이 되지 않도록 하여 잘못된 경로를 선택하지 못하게 한다. 따라서 이러한 방식은 0의 값을 갖는 분기나 상태는 분기 메트릭 계산이나 경로 메트릭 계산시에 제외되므로 결국 비터비 디코더의 계산량을 줄이게 된다.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 비터비 디코더의 경로 메트릭 계산회로에 의하면 상승부호화기를 사용하여 채널 코딩을 한 후 비터비 디코더를 사용하여 복호화를 수행할 때 경로 메트릭 계산시 기준신호보다 큰 값은 0으로 리세트시키므로 많은 데이터를 처리하는 경우에 비터비 디코더의 계산량을 줄여 분기 메트릭값과 경로 메트릭값을 저장하기 위한 메모리수를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 전력 소비를 감소시킬 수 있고 경로 메트릭의 값을 저장할 때 메모리의 증대를 막기 위해 정상화하는 회로가 필요 없게 되어 회로의 크기를 줄일 수 있는 유용함이 있다.

Claims

현 상태에서 수신된 신호와 이상적인 경우의 수신신호와의 차이를 계산하는 분기 메트릭 계산부(10)와, 상기 분기 메트릭 계산부에서 계산된 값과 이전 상태까지 누적된 경로 메트릭 값을 가산하여 초기부터 현재까지의 수신된 신호와 이상적인 신호와의 차이를 계산하는 제1경로 메트릭 계산부(21)와, 상기 제1경로 메트릭 계산부에 의해 계산된 모든 상태들의 값을 이용하여 임의의 기준신호를 발생시키는 기준신호 계산부(22)와, 상기 기준신호 계산부에 의해 발생된 기준신호보다 큰 값을 갖는 상태의 값을 변형하여 상기 제1경로 메트릭 계산부와는 다른 값을 갖는 제2경로 메트릭값을 발생시키는제2경로 메트릭 계산부(23)와, 채널에 따라 상기 기준신호 계산부의 기준 신호의 값을 변경하고 기준신호에 일정 범위의 마진을 두어 마진 범위를 만족시키는 경우에만 상기 기준신호 계산부와 제2경로 메트릭 계산부를 제어하여 기준신호에 의해 분기 메트릭 값과 경로 메트릭 값을 변형하는 동작을 수행하도록 제어하는 제어 유니트(24)와, 상기 제2경로 메트릭 계산부에 의해 램의 값을 이용하여 시간마다 0을 제외한 모든 상태의 값을 비교하여 가장 작은 값을 갖는 하나의 상태를 선택하여 출력하는 최소상태 선택부(30)와, 상기 최소상태 선택부에 의해 선택된 상태에서부터 미리 설정된 추적 경로만큼 추적을 수행한 후 비터비 디코더 출력값을 출력하는 추적 및 출력부(40)로 구성함을 특징으로 하는 비터비 디코더의 경로 메트릭 계산회로.
제1항에 있어서, 상기 제2경로 메트릭 계산부(23)는 분기 메트릭과 경로 메트릭 계산시 기준신호보다 큰 상태의 값을 0으로 설정하는 것을 특징으로 하는 비터비 디코더의 경로 메트릭 계산회로.
제1항에 있어서, 상기 제2경로 메트릭 계산부(23)는 경로 메트릭 계산시 0의 분기값이 존재하면 다른 분기값을 사용하는 것을 특징으로 하는 비터비 디코더의 경로 메트릭 계산회로.
제1항에 있어서. 상기 기준신호 계산부(22)는 기준 신호를 모든 상태의 값을 더한 후 그 평균값으로 설정하여 사용하는 것을 특징으로 하는 비터비 디코더의 경로 메트릭 계산회로.
제1항에 있어서, 상기 기준신호 계산부(22)는 기준신호를 모든 상태의 값을 비교하여 원하는 개수만큼 카운트하고 최종으로 카운트된 상태의 값으로 설정하여 사용하는 것을 특징으로 하는 비터비 디코더의 경로 메트릭 계산회로.
제1항에 있어서, 상기 제어 유니트(24)는 기준신호 계산부에서 만들어지는 기준신호에 일정 마진을 두어 상태의 값이 0인 것의 수가 일정한 마진 범위를 넘으면 제2경로 메트릭 계산동작을 수행하지 못하게 제어하는 것을 특징으로 하는 비터비 디코더의 경로 메트릭 계산회로.
제1항에 있어서, 상기 제어 유니트(24)는 기준신호 계산부에서 만들어지는 기준 신호와 최소 거리와의 차가 일정한 마진 범위를 넘는 경우에만 제2경로 메트릭 계산동작을 수행시키는 것을 특징으로 하는 비터비 디코더의 경로 메트릭 계산회로.