KR100362091B1

KR100362091B1 - 컨벌루셔널코드를갖는디지털데이터를컨벌루셔널하게인코딩하기위한방법및그컨벌루셔널인코더

Info

Publication number: KR100362091B1
Application number: KR1019950011360A
Authority: KR
Inventors: 스테판케이.하우; 크리스히가드
Original assignee: 제너럴 인스트루먼트 코포레이션
Priority date: 1994-05-10
Filing date: 1995-05-10
Publication date: 2003-02-11
Also published as: US5511082A; DE69513720D1; AU1790695A; ATE187587T1; CA2147816A1; TW240355B; EP0682415A1; NO951817D0; AU681768B2; NO951817L; EP0682415B1; KR960043555A; CA2147816C; DE69513720T2; JPH07321672A; ES2139771T3; JP3544033B2; NO314919B1

Abstract

본 발명은 비율 4/5인 컨벌루셔널 코드를 갖는 디지털 데이터를 컨벌루셔널하게 인코딩하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 비최적률 1/2인 16상태의 컨벌루셔널 코드는

Description

컨벌루셔널 코드를 갖는 디지털 데이터를 컨벌루셔널하게 인코딩하기 위한 방법 및 그 컨벌루셔널 인코더

[산업상의 이용분야]

본 발명은 비율 3/4와 4/5 또는 6/7로 펀쳐된 컨벌루셔널 코드(punctured convolutional code)를 이용한 디지털 데이터의 통신에 관한 것으로, 특히 본 발명에 따른 방법과 장치는 종래의 코드에 대해 적어도 0.2dB의 코딩이득을 제공한다.

[종래의 기술 및 그 문제점]

에러수정코드(error correction codes)는 일반적으로 블럭코드(block codes)와 트리코드(tree codes)로 분류된다. 블럭코드는 비메모리 코더를 이용하여 m 이산값 심볼을 n 이산값으로 맵핑(mapping)한다. n이 m보다 크기 때문에, 용장성(예컨대, 패리티 비트)이 디코더에서 에러검출 및/또는 수정을 제공하도록 이용되는 전송에 도입된다.

트리코드는 입력심볼의 과거의 이력 또는 메모리에 의존하는 인코딩 프로세스에 의해 블록코드와 구별된다. 2진기호(즉, 비트)를 이용한 트리코드를 광범위하게 이용하는 하나의 형태가 2진 컨벌루셔널코드로 알려져 있다. 인코더의 메모리는 v-비트 2진수로서 표시되는 상태에 의해 특정화된다. 모든 m입력비트에 대해 인코더는 m입력과 v상태비트를 기초로 n비트를 출력한 후 다음 상태로 천이된다. 컨벌루셔널 코더를 위한 코드비율은 R = m/n < 1에 의해 정의된다. 전형적인 비율범위는 1/4부터 7/8이다. 실시간에 있어서, 높은 데이터비율의 응용에서는 상태비트 v가 6 또는 그 이하로 제한된다.

컨벌루셔널 코드를 디코딩하는 효과적인 최대의 가능성을 위하여 광범위하게 이용되는 기술은 A. J. Viterbi 와 J. K. Omura에 의한 "Principles of Digital Communications and Coding, New York, New York, McGraw-Hill. 1979" 에 개시된 비터비(Viterbi) 알고리즘으로서 설명되고 있다. 고비율 R 컨벌루셔널코드의 디코딩은 낮은 비율코드의 약간의 출력비트를 주기적으로 지연시킴으로써 획득되는 "펀쳐된(punctured; 파괴)" 코드를 이용함으로써 단순화될 수 있는 것으로 알려져 있다. 비율 1/n코드는 비율 m/k로 펀쳐될 수 있고, 비율 1/n디코더를 단순히 수정하여 쉽게 디코드될 수 있다. 예컨대. 상기 디코더는 동일한 의뢰인에 의해 계류중인 1993년 5월 5일 제출된 미합중국 특허출원 제08/054,642호인 "Apparatus and Method for Communicatng Digital Data Using Trellis Coding with Punctured Convolutional Codes"이 여기서 참고문헌으로서 고려된다.

종래에는, IEEE Transaction on Communication, Vol. COM-32, NO. 3, March, 1984, pp. 315-318.에서 와이. 야수다(Y. Yasuda)와 케이. 카시키(K. Kashiki) 및, 와이. 히라타(Y. Hirata)에 의한 "High-Ratc Puncutured Convolutional Codes for Soft Decision Viterbi Decoding"에 기술된 것과 같이, v=2,3,4, ... 8의 최상의(즉, 최적의 것으로) 1/2비율코드를 취하도록 최초로 실행하여 왔고, 변수비율 m/k코드로 펀쳐되어 왔다. 다음의 작업으로서, 일반적인 비율 1/2코드로부터 펀쳐한 "최적"비율 (n-1)/n 코드는 IEEE Transaction on Information Theory. Vol. IT-34, No. 5, September, 1988, pp. 1079-1081에서 K. J. Hole에 의한 "New Short Constraint Length Rate (N-1)/N Punctured Convolutional Codes for Soft-Decision Viterbi Decoding"에서 n=5,6,7,8 과 v=2,4, ... 6에 대해 보고되었다. 해당 코드는 "최적"이고, 단지 그들의 자유거리내에서, 즉 매우 높은 신호대 잡음비(SNR)에서 점근코딩 이득만 야수다 코드 보다 우수하다.

본 발명은 비율 1/2인 16상태의 코드가 비율 3/4, 4/5 및 6/7로 펀쳐되기 때문에, 종래 기술에 비해 인코딩 이득을 제공하는 장점을 제공한다. 본 발명은 종래의 자유거리법에서는 적정하지 않으나, 낮은 SN비에서는 상기 "최적의" 코드보다우수한 코드를 사용한다. 낮은 SN비에 관련된 환경은 연결 인코딩 시스템내에서 발견되고, 여기서 내부의 컨벌루셔널 코드[예컨대, 격자(trellis)코드]는 외부의 블럭코드(예컨대, 리드-솔로몬 코드)에 의해 감싸진다. 캐스캐이드식 코드의 전력의 결과, 내부 컨벌루셔널 코드가 낮은 SN비에서 동작한다.

본 발명에 의해 제공되는 코드는 명료한 코드이며, 상기와 같은 코드는 180° 위상의 불명료함을 취급할 수 있는 능력에 있어서 매우 바람직하다.

만일, 소정 코드워드의 찬사(compliment)가 항상 코드워드이면, 2진 컨벌루셔널 코드(BCC)는 명료화(transparent) 되는 것으로 언급된다. BCC가 선형코드이기 때문에, 단지 "모든 1의" 시퀀스가 코드워드이면, BCC는 명료하다. 명료한 코드는 항상 명료한 인코더/언코더(encoder/uncoder)를 갖춘다. 이러한 인코더/언코더는, 소정 코드워드에 대한 언코드의 출력이 언코더에 제공되기 전에 코드워드가 처음으로 인버트될 때의 출력과 동일하다는 특성을 갖는다.(예컨대, 코드워드 및 그 찬사는 언코더에서 동일 출력을 생성한다).

[발명의 목적]

본 발명은 상기한 점을 감안하여 발명된 것으로, 디지털 데이터의 통신에 있어서 0.2dB의 코딩이득을 제공하는 컨벌루셔널 인코더 및 인코딩 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

제1도는 본 발명에 따른 펀쳐 비율(punctured rate; 파괴율) 4/5인 컨벌루셔널 인코더의 블럭도.

제2도는 최적률 1/2인 코드로부터 펀쳐된 비율 4/5인 코드의 코딩이득(coding gains)과 본 발명에 따른 비율 4/5인 코드를 비교하는 그래프.

제3도는 본 발명에 따른 펀쳐 비율 3/4인 컨벌루셔널 인코더에 대한 펀쳐로직 및 출력 레지스터의 블럭도.

제4도는 본 발명에 따른 펀쳐 비율 6/7인 컨벌루셔널 인코더에 대한 펀쳐로직 및 출력 레지스터의 블럭도이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 비율 4/5인 컨벌루셔널 코드를 갖는 디지털 데이터를 컨벌루셔널하게 인코딩하기 위한 방법을 제공한다. 비율 1/2인 16상태 컨벌루셔널 코드는의 펀쳐맵 및 v=4에서의 8진발생기 (25,37)를 이용하여 4/5로 펀쳐(파괴)된다. 수신된 입력 데이터 스트림은 비율 4/5인 코드를 이용하여 처리된다.

본 발명은 또한 비율 4/5인 컨벌루셔널 인코더를 제공하는데, 여기서 비율 1/2인 16상태 컨벌루셔널 인코더가 순차적으로 인코드되는 입력 스트림을 수신하도록 연결된다. 비율 1/2인 인코더를의 펀쳐맵 및 v=4에서의 8진발생기(25,37)를 이용한 비율 4/5로 펀쳐하기 위한 수단이 제공된다. 본 발명의 방법과 장치는의 펀쳐맵과 25,37의 8진발생기를 이요하여 비율 1/2인 16상태 컨벌루셔널 코드를 비율 3/4로 펀쳐하고,의 펀쳐맵과 25,37의 8진 발생기를 이용하여 16상태 컨벌루셔널 코드를 비율 6/7로 펀쳐하기 위해 제공된다.

(실시예)

고비율의 컨벌루셔널 코드를 위한 비터비(Viterbi) 디코더의 실행은 코드 구조가 펀쳐된 저비율의 코드의 구조로 제한된다면, 단순화될 수 있다는 것이 알려져 있다. 종래에, 각 제한길이(v; constraint length)에서 최적의 펀쳐된 코드발생기를 발견하기 위해 상당한 조사가 되었다. 상기 제한길이는 컨벌루셔널 인코더의 쉬프트 레지스터에 유지되는 데이터의 입력프레임의 수로서, 이는 G. D. Forey, Jr.의 "Convolutional Codes I: Algebraic Structure,"IEEE Transactions on Infomation Theory, Vol IT-16, pp. 720-738, Nov. 1970에 더욱 상세하게 설명되어 있다. "최적의(best)" 코드는 큰 신호대 잡음비에서의 부가적 백색 가우시안 노이즈(AWGN) 채널에서 최적 실행을 하는 것으로 정의된다. 전형적으로, 최적률 1/2인 코드는 2/3, 3/4, 4/5와 같은 더 고비율의 코드를 얻기 위하여 펀쳐된다.

본 발명은 연결시스템 임계값의 전형 보다 더 낮은 SN비에서 "최적"률 1/2 코드로 펀쳐된 종래의 코드보다 우수한 실행 성능을 갖춘 새로운 코드를 제공한다. 특히, 본 발명은 v=4를 갖는 비율 1/2인 코드 및 8진발생기(25,37)로부터 추출되는 비율 3/4, 4/5, 6/7로 펀쳐된 코드를 제공한다. 이는 상기한 야수다(Yasuda) 등에 의한 논문 'High-Rate Punctured Convolutional Codes for Decision Viterbi Decoding."에 개시된 v=4를 갖는 최적률 1/2 코드 및 8진발생기(23,35)와는 다르다. 야수다 등에 의한 걸쳐된 비율 4/5인 코드에 대해 0.2dB 인코딩 이득을 달성하기 위하여, 본 발명은의 펀쳐맵을 갖춘 비최적률 1/2인 코드[8진발생기(25,37)]를 사용한다.

본 발명에 따른 비율 4/5인 컨벌루셔널 인코더의 블럭도가 제1도에 도시된다. 수신된 입력 비트(a₁,a₂,---,a_n,---)의 스트림으로 이루어진 인코드되는 데이터는 일반적으로 참조부호 12로 나타낸 비율 1/2인 16상태의 컨벌루셔널 인코더의 터미널(10)에 입력된다. 인코더(12)는 단(16,18,20,22)을 갖는 4단 쉬프트 레지스터뿐만 아니라 2개의 배타적 OR게이트(XOR)(24,26)를 포함한다. 컨벌루셔널 인코더의 입력 및 쉬프트 레지스터단의 선택된 탭은 발생기(10101,11111)를 구비하는 2진으로 송신되는 8진발생기(25,37; octal generator)에 따라 XOR게이트와 결합된다. 제1도에 도시된 바와 같이, XOR게이트(24)는 발생기(25;10101)에 따라 입력비트를 수신하여 수신된 입력 데이터 스트림이 각 입력비트에 대해 비트(b_n,1)를 제공하도록 각 쉬프트 레지스터단(18,22)의 출력에 따라 XOR화 된다. 마찬가지로, XOR(26)는 각 입력비트에 대해 제2비트(b_n,2)를 공급하기 위하여 각 쉬프트 레지스터단(16,18,20,22)의 출력과 함께 원래(original)의 데이터 스트림을 수신한다. 컨벌루셔널 인코더(12)로의 각 입력비트가 2개의 출력비트를 발생시키기 때문에, 인코더는 비율 1/2인 컨벌루셔널 인코더로서 언급된다. 쉬프트 레지스터는 4개의 단(16,18,20,22)을 갖기 때문에 제한길이(v)는 4이다.

컨벌루셔널 인코더(12)의 비율 1/2인 코드를 비율 4/5인 코드로 변환하기 위해, 펀쳐로직(28)이 제공된다. 펀쳐로직은 펀쳐맵을 사용하고, 그 결과 펀쳐맵에서 제로와 정렬되는 컨벌루셔널 인코더(12)로부터의 비트출력이 삭제된다. 펀쳐로직(28)은 펀쳐맵내 상부 최좌측 비트로부터 펀쳐맵내 하부 최우측 비트로 진행하는 패턴으로, 펀쳐맵을 비트(b_n,1;b_n,2)에 적용하고, 좌측으로부터 우측으로의 진행 및, 상부로부터 하부로 진행한다. 따라서, 컨벌루셔널 인코더(12)의 터미널(10)에 입력되는 비트(a₁,a₂,a₃,a₄)에 대해, 비트가 출력되고, 펀쳐패턴

이 비트(b_1,1;b_1,2;b_2,2;b_3,2)의 펀쳐로직(28)으로부터의 출력을 발생시킨다.

펀쳐로직(28)은 순차적 순서로 출력하기 위해 5개의 출력비트(b_1,1;b_1,2;b_2,2;b_3,2;b_4,2)를 쉬프트 레지스터 (30)로 로딩(loading)한다. 따라서, 터미널(10)로 입력되는 4개의 비트 각각에 대해. 5개의 비트는 비율 1/2인 컨벌루셔널 인코더(12)로부터 펀쳐된 비율 4/5인 코드의 결과로서 쉬프트 레지스터(30)로부터 출력된다.

본 발명의 코드의 에러발생분포는 컴퓨터 모델링에 의해 야수다 등에 의한 발생기가 23, 35 및 펀쳐맵이인 "최적" v=4, 비율 4/5인 코드와 비교되고, 더욱이 "New Short Constraint Length Rate (n-1)/n Punctured Convolusional Codes for Soft-Decision Viterbi Decoding, " IEEE Trans. on Info. Theory, Vol. IT-34, September 1988, pp. 1079-1081에서 K. J. Hole에 의해 공개된 발생기가 35,31이고 펀쳐맵이 이하의 표1의 결과를 갖춘인 v=4, 비율 4/5인 코드와비교된다.

여기서, B_d는 올바른 경로로부터 분기되는 거리(d)를 갖는 부정 경로의 총수이고, C_d는 상기 모든 부정 경로에 의해 발생되는 에러 비트의 총수이다. 표1로부터 명확히 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 코드(새로운 코드)는 야수다(Yasuda) 등과 비교하면 해밍(Hamming)거리(3,4,5) 각각에 대해 더 적은 에러발생을 제공하고, 홀(Hole)과 비교하면 해밍거리(4)에 대해 더 적은 에러발생을 제공한다. 홀코드(Hole Code)는 우수 무게 거리(even weight distances)(예컨대, d=4)만을 갖고, d=4에서는 본 발명의 새로운 코드가 명확하게 우수하다는 많은 인접자(즉, 53)가 존재한다. 사실상 본 발명의 코드는 소정의 실제 동작범위에서 홀코드보다 우수하다는 것을 확신할 수 있다.

본 발명의 코드와 종래의 "최적의" 코드간의 성능의 비교가 제2도에 예시된다. 라인(42)으로 도시된 본 발명의 코드는 야수다 등에 의한 "최적의" 종래 코드(40)와 비교하면, 흥미있는 비트에러율(BER)에서의 신호대 잡음비(Eb/NO)에 있어서 0.2dB 개선된다.

본 발명의 코드는 또한 야수다 등에 의한 코드를 보다 우수하게 개선한 비율 3/4 및 6/7 펀쳐를 갖는다. 상기 비율에서 코드간의 비교에 대해 표2 및 표3에 나타낸다.

새로운 비율 3/4 및 비율 6/7인 코드에 대한 펀쳐로직이 제3도 및 제4도에 각각 예시된다. 제3도에서, 펀쳐로직(28a)은 펀쳐맵에 따라 선택된 비트를쉬프트 레지스터(30a)에서 출력한다. 제4도에서, 펀쳐로직(28b)은 펀쳐맵에 따라 선택된 비트를 쉬프트 레지스터(30b)에서 출력한다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 종래의 공지된 비율 4/5인 코드보다 0.2dB의 인코딩이득을 제공하는 비율 4/5인 컨벌루셔널 코드를 사용하여 디지털 데이터를 컨벌루셔널하게 인코드하기 위한 방법을 제공한다. 펀쳐된 비율 3/4 및 6/7인 코드 또한 제공된다. 본 발명은 특정 펀쳐맵에 따라 비율 3/4, 4/5 또는 6/7인 코드로 그 후에 펀쳐되는 비최적율 1/2인 코드[8진 발생기(25, 37)]로부터의 작용에 의해 개선된다.

한편, 본 발명은 상기한 실시예로 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있음은 물론이다.

Claims

의 펀쳐맵 및 v=4(여기서, v는 제한길이)에서의 8진발생기(25,37)를 사용하여, 비율 1/2인 16상태의 컨벌루셔널 코드를 비율 4/5로 펀쳐하는 단계와;

상기 비율 4/5인 코드를 사용하여 수신된 입력 데이터 스트림을 처리하는 단계를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 비율 4/5인 컨벌루셔널 코드를 갖는 디지털 데이터를 컨벌루셔널하게 인코딩하기 위한 방법.
인코드되는 입력스트림을 수신하기 위해 적절한 비율 1/2인 16 상태의 컨벌루셔널 인코더와;

의 펀쳐맵 및 v=4(여기서, v는 제한길이)에서의 8진발생기(25,37)를 사용하여, 상기 비율 1/2인 인코더를 비율 4/5로 펀쳐하기 위한 수단을 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 비율 4/5인 컨벌루셔널 인코더.
의 펀쳐맵 및 v=4(여기서, v는 제한길이)에서의 8진발생기(25,37)를 사용하여, 비율 1/2인 16상태의 컨벌루셔널 코드를 비율 3/4로 펀쳐하는 단계와;

상기 비율 3/4인 코드를 사용하여 수신된 입력 데이터 스트림을 처리하는 단계를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 비율 3/4인 컨벌루셔널 코드를 갖는디지털 데이터를 컨벌루셔널하게 인코딩하기 위한 방법.
인코드되는 입력스트림을 수신하기 위해 적절한 비율 1/2인 16 상태의 컨벌루셔널 인코더와;

의 펀쳐맵 및 v=4(여기서, v는 제한길이)에서의 8진발생기(25,37)를 사용하여, 비율 1/2인 인코더를 비율 3/4로 펀쳐하기 위한 수단을 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 비율 3/4인 컨벌루셔널 인코더.
의 펀쳐맵 및 v=4(여기서, v는 제한길이)에서의 8진발생기(25,37)를 사용하여, 비율 1/2인 16상태의 컨벌루셔널 코드를 비율 6/7로 펀쳐하는 단계와;

상기 비율 6/7인 코드를 사용하여 수신된 입력 데이터 스트림을 처리하는 단계를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 비율 6/7인 컨벌루셔널 코드를 갖는 디지털 데이터를 컨벌루셔널하게 인코딩하기 위한 방법.
인코드되는 입력스트림을 수신하기 위해 적절한 비율 1/2인 16상태의 컨벌루셔널 인코더와;

의 펀쳐맵 및 v=4(여기서, v는 제한길이)에서의 8진발생기(25,37)를사용하여, 상기 비율 1/2인 인코더를 비율 6/7로 펀쳐하기 위한 수단을 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 비율 6/7인 컨벌루셔널 인코더.