KR100811376B1 - 통신시스템에서의 부호화 및 복호화 방법 - Google Patents

통신시스템에서의 부호화 및 복호화 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 통신 시스템에서 데이터를 전송로를 통해 송수신시 발생하는 에러등에 대한 정정을 수행하는 부호화(coding)및 복호화(decoding)에 관한것이다.
본 발명의 데이터의 부호화 방법은, 길쌈부호(convolutional code)에서 복수의 초기상태(initial state) 또는/ 및 복수의 최종상태(final state)를 구성하여 상기의 초기상태 또는/및 최종상태의 부분에 부가정보를 포함하여 전송하는것을 특징으로 한다.
또한 또한 본 발명에서 복호화 방법은, 시간 t=0일때 초기상태를 부가적인 정보로 사용하는 경우의 PM값을 0으로 설정 또는/및 시간 t=0일때 사용하지 않는 초기상태의 PM값은 무한대로 설정하는 초기화 단계와; 시간 t를 증가하여 분기에 대해 BM값 및 경로에 대한 PM값을 계산하고, 상기 PM값을 비교하여 생존경로를 찾아 상기 PM값과 함께 저장하는 과정을 상기 시간 t가 복호윈도우 길이의 끝에 갈때까지 반복하는 단계와; 상기 시간 t가 복호윈도우 길이의 끝에 도달할때의 생존경로의 마지막 생존경로 선택은, 부가적인 정보로 사용하기로 정한 최종상태를 중에서 최소의 PM값을 갖는 경로를 생존경로로 선택하는 단계;를 포함하는것을 특징으로 한다.

Description

통신시스템에서의 부호화 및 복호화 방법{Method for coding and decoding in a communication system}
도 1은 쉬프트레지스터를 포함하고 있는 콘볼루션코드의 부호화기(encoder)
도 2는 초기상태와 최종상태가 모두 0인 일반적인 경우의 trellis diagram
도 3은 프레임의 마지막에서 최종상태를 0으로 보내기 위한 tail bits(종지비트)를 붙인 프레임 구조
도 4는 tail bits에 추가적인 정보를 실어 보내는 tail biting convolutional code의 프레임 구조
도 5는 본 발명에 대한 종래의 경우를 나타낸 것으로, 초기상태가 0 인경우의 다양한 예중 하나의 실시예를 나타낸 길쌈부호의 trellis diagram
도 6은 상기 도 5의 초기상태가 0인경우에서 시작하기 위해서 쉬프트 레지스터 (SR)값이 모두 0 (all zero)에서 시작함을 나타낸 도면
도 7은 본 발명의 초기상태가 복수인 경우의 trellis diagram를 나타낸 도면
도 8은 상기 도 7의 초기상태 즉, 초기상태가 모두 0 또는 모두 1인경우에서 시작하기 위한 쉬프트레지스터 상태를 나타낸 도면
도 9는 본 발명에 대한 종래의 경우를 나타낸 것으로, 최종상태가 0 인경우의 다양한 예중 하나의 실시예를 나타낸 길쌈부호의 trellis diagram
도 10은 상기 도 9의 최종상태가 0인경우에서 끝나기 위해서 테일비트(tail bits)값이 모두 0 (all zero)에서 끝남을 나타낸 도면
도 11은 본 발명의 최종상태가 복수인 경우의 trellis diagram를 나타낸 도면
도 12는 상기 도 11의 최종상태 즉, 최종상태가 모두 0 또는 모두 1인경우에서 끝나기 위한 테일 비트 상태를 나타낸 도면
도 13은 길쌈부호의 상태구분과 각각의 상태(state)를 세팅하기 위한 방법을 정리한 표
도 14는 종래의 방법과 본 발명의 상태(state)차이를 정리한 표
도 15는 상기 도 14에 의한 부가정보를 추가할 수 있는 비트를 나타낸 표
도 16은 종래및 본 발명에 적용되는 일반적인 길쌈부호의 복호기인 비터비 복호기의 블럭도
도 17은 시간관계까지 고려하여 한 프레임동안 반복적으로 수행되는 종래의 Viterbi Decoder의 복호과정을 나타낸 순서도
도 18은 초기상태를 사용하는 길쌈부호 복호 순서도
도 19는 최종상태를 사용하는 길쌈부호 복호 순서도
도 20은 초기상태와 최종상태를 모두 사용하는 길쌈부호 복호 순서도
도 21은 초기/최종상태의 상태쌍을 사용하는 길쌈부호에서 구분 복호 순서도
본 발명은 통신 시스템에서 데이터를 전송로를 통해 송수신시 발생하는 에러등에 대한 정정을 수행하는 부호화(coding)및 복호화(decoding)에 관한것으로, 특히 길쌈부호화(convolution coding)방법에서 쉬프트레지스터 상태값인 초기상태 또는 최종상태를 각각 복수의 경우로 설정하여 상기 초기상태 또는 최종상태값이 동일하게 설정되었을 경우, 한가지 정보만 보내는 형태가 되므로 잉여부분에 다른정보를 전송하여 시스템의 성능을 향상시키기 위한 길쌈부호방식을 이용한 채널 부호화 및 복호화 방법에 관한 것이다.
먼저, 부호화 방법에 대해 설명한다.
일반적으로 통신시스템에서 정보(데이터)가 전송로를 통해 전송도중 발생하는 에러등을 보정하기 위한 코딩방식인 길쌈부호화기(convolution coder)는, 입력되는 정보를 저장및 이동하는 쉬프트 레지스터(shift register)가 구성되어 있으며, 입력단쪽으로 데이터가 입력되고 상기 입력된 데이터는 클럭에 의해서 하나씩 쉬프트 레지스터를 옮겨가고, 입력되는 데이터와 각각의 쉬프트 레지스트의 출력을 이용하여 각 데이터를 합하여 출력데이터를 만들어 하나의 데이터가 입력될때 두개의 출력단자에서 두개의 비트가 출력된다.
또한 일반적으로 인코딩시는 State diagram, Tree Diagram, Trellis Diagram이 이용되고, 디코딩시는 Maximum Likelihood decoding, viterbi 알고리즘이 주로 사용된다.
이하 종래 길쌈부호화의 구성 및 동작에 대해 설명한다.
종래 사용되고 있는 길쌈부호(convolutional code)는 한 프레임단위로 부호화(encoding)와 복호화(decoding)가 이루어진다.
또한 부호화기(encoder)는 shift register로 구성되어 있다. 이때 shift register의 초기값(initial state)은 보통 모두 0(all zero)으로 맞추어 놓으며, shift register의 끝나는 상태를 일정하게 하기위하여 프레임의 끝에 특정한 비트열들을 넣게 된다.
위와 같이 프레임의 끝에 넣는 특정한 비트열들을 tail bits라고 하며, convolutional code에서는 보통 모두 0(all zero)을 넣기만 하면 자동적으로 shift register가 0인 상태가 된다.
그러나 상기와 같은 방법을 사용하게 되면 tail bits에 해당하는 부분만큼은 정보를 전송하지 못하게 되어서 데이터 전송률 측면에서 낭비가 있게 된다. 따라서 위와 같은 점을 극복하기 위해서 제안된 방법으로는 tail biting convolutional code등이 있다.
상기 테일비팅콘볼루션코드(tail biting convolutional code)는 tail bits에 정보를 넣어서 보냄으로써 데이터 전송률을 높이는 장점이 있지만, 복호(decoding)시에 복호 회수가 증가하는 등의 부가적인 복호 방법들을 사용하여야 하므로 시스템의 성능이 나빠지는 단점이 있게 된다.
상기에서 설명한바와 같이, 콘볼루션코드의 부호화기(encoder)는 도 1과 같 이 쉬프트 레지스터(SR)(Shift Register)를 포함하고 있다.
또한 codeword의 상태는 trellis diagram으로 나타낼 수 있으며, 도 2는 초기상태와 최종상태가 모두 0인 일반적인 경우의 trellis diagram이다.
도면에서 보는바와 같이, 도 1a는 부화율이 1/2이고 구속장길이(constraint length) K는 3인경우이며, 도 1b는 부호화율이 1/3이고 구속장길이(constraint length) K는 3인경우이다.
여기에서 부호화율이란 원래의 비트 1비트에 대해 몇비트로 코딩하느냐를 나타내는것으로, 1/2부호화율은 원래비트 1비트를 2비트로 코딩한다는 의미이다.
또한 구속장 K는 코딩특성을 나타내는 파라미터로 부호화기의 레지스터 숫자를 의미한다. 즉 레지스터갯수 + 1이 K를 나타낸다.
상기의 trellis diagram은 길쌈부호를 해석하기 위해서 나타내는 여러가지 방법중의 하나이며, 인코딩 과정이 어떻게 되는지를 나타내기 위한 표현법이다.
또한 도 3은 프레임의 마지막에서 최종상태를 0으로 보내기 위한 tail bits(종지비트)를 붙인 프레임 구조이다.
그러나 상기와 같은 종래의 convolutional code는 초기 시작 점을 고정하기 위하여 SR(shift register)의 초기 상태를 0으로 하며, 마지막 점을 고정시키기 위하여 tail bits를 붙여서 마지막 점을 고정시키면서 shift register의 상태를 0으로 되도록 한다.
그런데 상기의 종래의 방법으로는 전송되는 tail bits에 아무런 정보도 싣지 못하고 낭비하게 된다.
따라서 이러한 낭비를 막기 위하여 tail bits에 추가적인 정보를 실어 보내는 tail biting convolutional code가 도 4가 제안되었으나, 이러한 tail biting에서의 프레임 구조는 데이터 전송률 측면에서는 이득이 있게 되지만 복호기(decoder)에서 복호 회수가 증가하는 경우가 발생하고, 또한 메모리량과 복잡도도 증가하게 되는 단점을 가지고 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해, 길쌈부호(convolutional code)에서 복수의 초기상태(initial state) 또는/ 및 복수의 최종상태(final state)를 구성하여 상기 상태값이 동일한 경우에는 적어도 1비트이상에다 부가정보인 전력제어정보등을 전송할 수 있는 부호화 방법과을 제안히며, 또한 복호화 방법을 제안한다.
본 발명의 데이터의 부호화 방법은, 길쌈부호(convolutional code)에서 복수의 초기상태(initial state) 또는/ 및 복수의 최종상태(final state)를 구성하여 상기의 초기상태 또는/및 최종상태의 부분에 부가정보를 포함하여 전송하는것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 길쌈부호에서 복수의 초기상태 또는 복수의 최종상태를 이용시, 부가적인 정보를 전송할 수 있도록 상기 상태에 해당하는 각각의 쉬프트 레 지스터값이 형성되는것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에서 복호화 방법은, 시간 t=0일때 초기상태를 부가적인 정보로 사용하는 경우의 PM값을 0으로 설정 또는/및 시간 t=0일때 사용하지 않는 초기상태의 PM값은 무한대로 설정하는 초기화 단계와;
시간 t를 증가하여 분기에 대해 BM값 및 경로에 대한 PM값을 계산하고, 상기 PM값을 비교하여 생존경로를 찾아 상기 PM값과 함께 저장하는 과정을 상기 시간 t가 복호윈도우 길이의 끝에 갈때까지 반복하는 단계와;
상기 시간 t가 복호윈도우 길이의 끝에 도달할때의 생존경로의 마지막 생존경로 선택은, 부가적인 정보로 사용하기로 정한 최종상태를 중에서 최소의 PM값을 갖는 경로를 생존경로로 선택하는 단계;를 포함하는것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 초기상태 또는/및 최종상태의 쉬프트레지스터값에 부가할 수 있는 정보는, 현재 전송되는 프레임의 프레임구조(frame format)의 정보를 제공하는 format indicator 또는 다른 채널의 프레임구조 정보를 제공하는 format indicator 또는 전력제어(power control)의 정보를 제공하는 power control indicator 또는 ACK/NACK을 정보를 제공하는 indicator 또는 채널 상태를 알려주기 위한 SIR(신호대 잡음비) 또는 선택가능한 변조/부호화방법을 나타내는 indicator를 적어도 하나이상 포함하는것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 목적, 특징들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 부호화 및 복호화 방법을 설명 한다.
첫째로, 부호화 방법에 대해 설명하며, 본 발명에서는 초기상태를 사용하는 길쌈코드, 최종상태를 사용하는 길쌈코드 및 초기상태와 최종상태를 모두 사용하는 경우에서 각 초기/최종상태를 복수 상태인 경우로 나누어 본 발명의 목적인 부가정보를 실어 전송하기 위한 것이다.
도 5는 본 발명에 대한 종래의 경우를 나타낸 것으로, 초기상태가 0 인경우의 다양한 예중 하나의 실시예를 나타낸 길쌈부호의 trellis diagram으로, 상기 도 2의 하나의 다른 실시예이다.
도 6은 상기 도 5의 초기상태가 0인경우에서 시작하기 위해서 쉬프트 레지스터 (SR)값이 모두 0 (all zero)에서 시작함을 나타낸 것이다.
상기와 같은 종래의 도 5와 도6의 부호화방식은 부가적인 정보를 별도로 전송할수 없다는 단점이 있다.
따라서, 도 7과 같이 초기상태가 복수인 경우의 trellis diagram를 제안한 것이다.
즉, 초기상태를 하나의 상태로 고정시키지 않고, 여러 초기상태를 모두 사용하는 방법이다. 이때 사용하는 초기상태의 개수는 성능과 사용환경을 고려하여 결정하게 된다.
이러한 초기상태를 사용하는 가장 간단한 예를 들면 초기상태가 모두 0인 경우와 초기상태가 모두 1인경우의 2가지를 사용하는 방법이다. 이때의 trellis diagram의 예들이 상기 도 7이다.
도 8은 상기 도 7의 초기상태 즉, 초기상태가 모두 0 또는 모두 1인경우에서 시작하기 위한 쉬프트레지스터 상태를 나타낸 도면이다.
도면에서 보는바와 같이, 쉬프트 레지스터 초기값이 모두 0 또는 1에서 시작함을 알수 있다.
만약 상기 도 7과 도8의 경우와는 달리, 3개이상의 초기상태를 사용하게 된다면 각각의 초기상태를 주기 위해서는 해당 3개이상의 초기상태로 shift register를 초기화 시켜주면 된다.
상기내용에 대해 좀 더 부연 설명한다.
본 발명에서, 상태(state)값이란 결국은 쉬프트레지스터안에 들어있는 각각의 값들을 한 비트씩 하여서 읽은 값에 해당된다.
즉, 쉬프트레지스터가 현재 010110의 값을 갖고 있다면 현재 상태는 010110이고, 이때 초기상태는 이러한 쉬프트레지스터값의 제일 처음상태를 나타내고, 최종상태란 한 프레임의 끝에서의 쉬프트레지스터의 마지막 상태를 의미한다.
따라서, 상태(state)값이란 인코더의 쉬프트레지스터들의 값을 의미한다.
따라서 초기상태가 00000에서 시작하고자 한다면 제일 처음의 쉬프트레지스터를 시작할 때 쉬프트레지스터가 00000의 값을 갖도록 해야 되며, 또한 만일 초기상태를 010010로 하고 싶다면 제일 처음의 쉬프트레지스터를 010010로 맞추면 된다.
일반적으로 초기상태의 가장 간단한 방식은 종래의 방법대로 모두0을 쓰는 방법이 있으며, 만약에 여러 초기상태를 쓴다면 수학적으로는 2쉬프트레지스터갯수 만큼의
초기상태가 가능하다.
또한 최종상태란 마지막 인코딩단계에서의 쉬프트레지스터값을 의미하는데, 최종상태를 맞추어 주기 위해서는 강제적으로 값을 집어 넣을 수 없으므로 프레임 끝에 tail bits를 넣어서 결국은 최종상태가 tail bits의 값으로 되도록 한다.
따라서 최종상태도 초기상태의 경우와 마찬가지로, 최종상태를 예를들어 001100으로 하고 싶다면 프레임의 제일 끝에 붙이는 tail bits를 001100으로 하면 된다.
또한 blind rate detection이란 전송율의 종류가 여러개 있을때 송신측에서 보내는 전송율을 수신측에 알려주지 않는데도 수신측에서 스스로 전송율을 탐지하는것을 말한다.
상기는 초기상태를 이용하는 부호화 방법을 설명하였고, 이하 최종상태를 사용하는 길쌈코드에 대해 설명한다.
도 9는 본 발명에 대한 종래의 경우를 나타낸 것으로, 최종상태가 0 인경우의 다양한 예중 하나의 실시예를 나타낸 길쌈부호의 trellis diagram으로, 상기 도 2의 하나의 다른 실시예이다.
도 10은 상기 도 9의 최종상태가 0인경우에서 끝나기 위해서 테일비트(tail bits)값이 모두 0 (all zero)에서 끝남을 나타낸 것이다.
상기와 같은 종래의 도 9와 도 10의 부호화방식은 부가적인 정보를 별도로 전송할수 없다는 단점이 있다.
따라서, 도 11과 같이 최종상태가 복수인 경우의 trellis diagram를 제안한 것이다.
도 12는 상기 도 11의 최종상태 즉, 최종상태가 모두 0 또는 모두 1인경우에서 끝나기 위한 테일 비트 상태를 나타낸 도면이다.
도면에서 보는바와 같이, 데일 비트(tail bits) 상태가 모두 0 또는 1에서 끝남을 알수 있다.
만약 상기 도 11과 도 12의 경우와는 달리, 3개이상의 최종상태를 사용하게 된다면 각각의 최종상태를 주기 위해서는 해당 3개이상의 최종상태로 테일 비트를 설정하면 된다.
이하 초기상태와 최종상태를 모두 사용하는 길쌈코드에 대해 설명한다.
즉, 상기 도면 7,8인 상태와 도면 11,12상태를 모두 사용하는것으로 본 발명의 실시에서는 최소 4가지 경우가 발생할 수 있다.
이하 본 발명을 각각의 상태에 따라 정리한다.
도 13은 길쌈부호의 상태구분과 각각의 상태(state)를 세팅하기 위한 방법을 정리한 것이다.
도면에서 보는바와 같이, 길쌈부호기의 쉬프트레지스터 상태는 초기상태(intial state)와 최종상태(final state)로 나누어 지며, 상기 각 상태를 세팅하는방법은 초기상태인경우는 쉬프트레지스터초기값을 세팅하고, 최종상태인 경우는 쉬프트레지스터의 테일비트를 세팅하는 방법을 사용한다.
도 14는 종래의 방법과 본 발명의 상태(state)차이를 정리한 것이다.
도면에서 보는바와 같이, 종래에는 쉬프트 레지스터의 초기상태 및 최종상태가 모두 0 또는 모두 1인 한가지 경우만의 상태값이 존재하였다.
그러나 본 발명에서는 최소 2개이상의 경우 (모두 0 또는 모두 1)이며, 2k-1 경우까지의 상태값이 존재할 수 있다.
상기에서 k는 레지스터갯수인 구속장길이를 나타낸다.
도 15는 상기 도 14에 의한 부가정보를 추가할 수 있는 비트를 나타낸 것이다.
도면에서 보는바와 같이, 만약 초기상태와 최종상태만을 독립적으로 사용한다면, 최소 1비트 이상의 정보를 추가할 수 있으며, 만약 초기상태외 최종상태를 모두 사용한다면 최소 2비트 이상의 정보를 추가할 수 있다.
상기 도 15의 추가할수 있는 정보에 대해 부연 설명한다.
예를 들어 초기상태를 사용하는 경우에, 초기상태가 모두 0과 모두 1의 경우의 2가지 경우를 가질 수 있다고 가정할때, 수신측에서 2가지 초기상태중의 하나를 알아낼 수 있다면 한가지의 정보를 보낸 결과가 된다.
상기에서 한가지 정보란 결국 1비트의 정보를 보낸 것을 의미하고, 마찬가지로 초기상태가 4가지의(도 7의 확장) 경우를 가질 수 있다고 할때, 상기 방법처럼 수신측에서 4가지 초기상태중의 2개를 알아낼 수 있다면 2가지의 정보를 보낸 결과가 된다.
따라서 2비트의 정보를 추가적으로 보낼수 있음을 의미한다. 이런 식으로 하면 여러 비트의 정보를 초기상태를 사용하여 보낼 수 있는 방법들을 생각해볼 수 있을 것이다.
최종상태의 경우에도 초기상태와 동일한 예로써 적용 가능하다.
한편, 초기/최종 상태를 모두 사용하는 경우에는 최소로 초기상태가 2가지 경우가 가능하고, 최종상태가 2가지 경우가 가능하다. 그러면 초기상태와 최종상태의 조합은 2*2=4로서 총4가지의 경우가 가능하다.
따라서 초기/최종 상태를 모두 사용하는 경우는 최소 2비트의 정보를 추가적으로 보낼 수 있게 된다.
둘째로, 복호화 방법에 대해 설명하며, 현재 사용되어지지 않고 고정되어 있는 초기상태와 최종상태를 이용하는 방법과, 초기/최종상태의 상태쌍을 사용하는 길쌈코드의 복호화에 관한 것이다.
상기 복호화 방법에 대해서는 종래발명및 본 발명을 함께 설명한다.
도 16은 종래및 본 발명에 적용되는 일반적인 길쌈부호의 복호기인 비터비 복호기의 블럭도를 나타낸 것이다.
길쌈부호 디코딩방법은 최우도디코딩(MLD)(Maximum Likelihood Decoding)을 이용한다. 상기 MLD방식은 주어진 입력에 대해 가장 유사한 형식을 찾아 이를 디코딩하는 방식으로 최적의 디코딩 방식이며, 이런 MLD방법으로 비터비 알고리즘이 이용된다.
도면에서 보는바와 같이, 비터비 알고리즘은 수신된 데이터를 BM(Branch Metric), PM(Path Metric)이라는 변수를 통해 MLD를 수행한다.
BM은 상태천이도에 의해 생성된 기준 데이터와 송신된 데이터와의 차를 구하는 것으로 해밍거리로 정의된다.
PM은 생존경로를 통해 전달된 연속적인 BM의 합을 저장한다.
상기에서 생존경로란 최우도(ML)방법을 사용하여 복호한 복호결과를 생존경로라고 한다.
디코딩과정은 상태천이도의 각 상태에 대해 PM과 BM을 더해서 작은값을 가지는 부분을 선택해 다시 PM에 저장하고 그 경로를 저장한다. (ACS)(Add-Compare-Select), (Storage of Survival Path), (PM Search).
상기과정을 통해 모여진 경로데이터를 일정시간후부터 다시 거슬러 올라가(TB)(Trace Back) 최소경로를 찾아가게 된다.
이때 선택된 경로가 디코딩 결과로 출력된다. (Decoded Data).
종래의 Viterbi Decoder의 복호과정은 한 프레임동안 반복적으로 수행되며, 시간관계까지 고려하여 순서도를 도 17과 같이 나타내었다.
도면에서 보는바와 같이, 초기화, 반복 그리고 최종복호 순서로 진행된다.
그러나 상기의 일반적인 길쌈부호는 도 16의 종래의 비터비 복호기가 최적의 복호기이다. 하지만 초기,최종상태를 사용하는 길쌈부호의 경우에는 종래의 비터비 복호기에 변화를 주어야 한다.
보통 길쌈부호의 한 프레임의 시작은 부호화(encoding) 시에 천이 레지스터(shift register)의 상태가 모두 0인 상태에서 시작하게 되어서, 처음 상 태는 0이 되게 된다.
따라서, 복호시의 초기화 과정에서 처음 상태가 0인 경우의 PM은 0으로, 그 이외의 0이 아닌 처음상태의 PM은 무한대로 두게 된다.
또한 보통 길쌈부호는 한 프레임의 끝에 0의 값을 갖는 tail bits를 붙여서 최종 상태(final state)를 0으로 되게 한다. 이러한 경우는 보통 최종상태가 0에서 시작되는 경로를 생존경로로 선택하게 된다.
하지만 초기, 최종상태를 사용하는 길쌈부호의 경우에는 초기상태(initial state)가 0뿐만 아니라 다른 상태를 갖는 것도 가능하다. 따라서, 처음상태가 0인 경우의 PM만 0으로 두는 것이 아니라, 가능한 다른 상태의 PM도 0으로 초기화 하여야 한다.
또한 초기, 최종상태를 사용하는 길쌈부호의 경우에는 최종상태(final state)가 0뿐만 아니라 다른 상태를 갖을 수도 있으므로, 마지막 생존경로 선택 시 최종상태가 0인 경로만 선택하는 것이 아니라, 가능한 다른 상태의 경로 중에서 가장 작은 PM을 갖는 경로를 선택하게 된다.
이하 본 발명에 의한 복호화 방법을 설명한다.
1. 초기상태를 사용하는 길쌈부호 (도 18)
초기상태(initial state)를 사용하는 길쌈부호의 경우에는 초기상태가 0뿐만 아니라 부가적으로 사용하기로 정한 다른 상태도 초기상태로 가능하다. 이러한 경우의 복호방법은 종래의 일반적인 복호과정을 나타낸 도 17에서 초기화 부분만 변경되면 된다.
즉, 시간 t=0일때 초기상태를 부가적인 정보로 사용하는 경우의 PM값을 0으로 설정 또는/및 시간 t=0일때 사용하지 않는 초기상태의 PM값은 무한대로 설정하는 초기화 단계와; 시간 t를 증가하여 분기에 대해 BM값 및 경로에 대한 PM값을 계산하고, 상기 PM값을 비교하여 생존경로를 찾아 상기 PM값과 함께 저장하는 과정을 상기 시간 t가 복호윈도우 길이의 끝에 갈때까지 반복하는 단계와; 상기 시간 t가 복호윈도우 길이의 끝에 도달할때의 생존경로를 거슬러올라가(TB) 최소경로를 찾는 복호단계;로 이루어 진다.
또한 상기 도 18의 복호과정을 통해서 구하여진 생존경로(survival path)의 초기상태를 전송된 초기상태로 판단한다.
2. 최종상태를 사용하는 길쌈부호 (도 19)
최종상태(final state)를 사용하는 길쌈부호의 경우에는 최종상태가 0뿐만 아니라 부가적으로 사용하기로 정한 다른 상태도 최종상태로 가능하다. 이러한 경우의 복호방법은 종래의 일반적인 복호과정을 나타낸 도 17에서 마지막 단계인 최종 복호방법만 변경하면 된다.
즉, 시간 t=0일때 초기상태를 부가적인 정보로 사용하는 경우의 PM값을 0으로 설정 또는/및 시간 t=0일때 사용하지 않는 초기상태의 PM값은 무한대로 설정하는 초기화 단계와; 시간 t를 증가하여 분기에 대해 BM값 및 경로에 대한 PM값을 계산하고, 상기 PM값을 비교하여 생존경로를 찾아 상기 PM값과 함께 저장하는 과정을 상기 시간 t가 복호윈도우 길이의 끝에 갈때까지 반복하는 단계와; 상기 시간 t가 복호윈도우 길이의 끝에 도달할때의 생존경로의 마지막 생존경로 선택은, 부가적인 정보로 사용하기로 정한 최종상태를 중에서 최소의 PM값을 갖는 경로를 생존경로로 선택하는 단계;로 이루어져 있다.
또한 상기 도 19의 복호과정을 통해서 구하여진 생존경로(survival path)의 최종상태를 전송된 최종상태로 판단한다.
3. 초기상태와 최종상태를 모두 사용하는 길쌈부호 (도 20)
상기 도 20은 초기 상태와 최종 상태를 모두 사용하는 경우의 복호방법으로 도 17의 종래의 일반적인 복호과정에서 초기화 과정과 최종 복호 과정 모두가 변화된다.
즉, 시간 t=0일때 초기상태를 부가적인 정보로 사용하는 경우의 PM값을 0으로 설정 또는/및 시간 t=0일때 사용하지 않는 초기상태의 PM값은 무한대로 설정하는 초기화 단계와; 시간 t를 증가하여 분기에 대해 BM값 및 경로에 대한 PM값을 계산하고, 상기 PM값을 비교하여 생존경로를 찾아 상기 PM값과 함께 저장하는 과정을 상기 시간 t가 복호윈도우 길이의 끝에 갈때까지 반복하는 단계와; 상기 시간 t가 복호윈도우 길이의 끝에 도달할때의 생존경로의 마지막 생존경로 선택은, 부가적인 정보로 사용하기로 정한 최종상태를 중에서 최소의 PM값을 갖는 경로를 생존경로로 선택하는 단계;로 이루어져 있다.
또한 상기 도 20의 복호과정을 통해서 구하여진 생존경로(survival path)의 초기상태와 최종상태를 전송된 초기상태와 최종상태로 판단한다.
4. 초기/최종상태의 상태쌍을 사용하는 길쌈부호에서 구분 복호 방법(도 21)
초기, 최종 상태를 상태쌍(state pair)으로 나누어 사용하는 경우에는 각 상태쌍(state pair)별로 각각 따로 복호하면서 각 상태쌍별 PM값을 구한다. 이들 PM값들 중에서 가장 최소인 상태쌍을 선택하고, 선택된 상태쌍을 기준으로 복호된 정보 비트들을 최종 복호된 데이터로 택한다.
상기의 초기, 최종 상태를 상태쌍(state pair)으로 나눈다는 의미는, (초기상태, 최종상태)와 같이 두 가지 상태의 조합을 하나의 쌍으로 하고, 이 한 개의 쌍에 한 개의 정보를 할당하는 방법으로 특별한 기준은 없다.
예를 들면, 초기상태가 모두0 과 모두1이 가능하고, 최종상태도 모두0과 모두1이 가능하다고 가정할때, (초기상태,최종상태)=(모두0,모두0), (모두1,모두1), (모두0,모두1), (모두1, 모두0) 의 4가지가 가능하며, 그중에서 아무거나 쓰고 싶은대로 선택해서 사용하면 된다.
즉, 추가적으로 필요한 비트수가 한가지라면 그냥 (모두0,모두0), (모두1, 모두1)의 2가지 상태쌍을 선택하면, 1비트 정보를 보낼 수 있게 된다.
또한 각 상태별로 PM을 구하는 방법은, 제일 처음에 PM의 초기값설정과 맨마지막의 생존경로 선택시 선택방법만 수정하면 된다.
예를 들어 기존의 길쌈부호는 초기상태가 모두0이고 최종상태가 모두0 이다.따라서, 종래의 비터비 복호기는 PM의 초기화시에 초기상태가 모두0인 PM만 0으로 하고, 다른 나머지 상태의 PM값들은 무한대로 설정한다.
이렇게 되면 나중에 최소의 PM을 고를 때 무한대인 경우는 제외된다.
또한 최종단에서 생존경로를 고를 때 최종상태가 모두0인 상태로 끝나는 경로를 선택하게 된다.
이렇게 초기상태와 최종상태에서의 동작이 고정되는 것은 초기상태와 최종상태가 특정한 값으로 정해져 있기 때문이며, 만일 어떤임의의 l 상태쌍의 PM을 구하기 위해서는 해당 상태쌍의 초기상태와 같은 PM값만 0으로 초기화하고, 다른 상태의 PM값의 초기화는 모두 무한대로 한다.
또한 맨 마지막에서 생존경로선택시 해당상태쌍의 최종상태로 끝나는 경로를 생존경로로 선택하면 된다.
상기에서 최소의 PM값을 선택하는 것이 최적의 복호방법이다. 어쨌든 복호방법은 각각의 상태쌍들의 PM값을 구한후 가장 최소인 PM값을 택하고, 해당 상태쌍을 보내어진 상태쌍으로 판단하면 된다.
이때의 복호과정을 일반화하여 나타내면 도 21과 같다.
즉, 초기상태와 최종상태을 이용하여 각각의 상태쌍으로 설정하는 제 1 단계와;
상기 초기상태와 최종상태중에서 아직 선택되지 않은 상태쌍을 선택하여 각각의 초기상태와 최종상태를 읽는(reading) 제 2 단계와;
시간 t=0일때 상태가 상기 단계 2에서 선택된 상태쌍의 초기상태와 같은경우 의 PM값을 0으로 설정 또는/및 시간 t=0일때 상태가 상기 단계 2에서 선택된 초기상태가 아닌 PM값은 무한대로 설정하는 제 3단계와;
시간 t를 증가하여 분기에 대해 BM값 및 경로에 대한 PM값을 계산하고, 상기 PM값을 비교하여 생존경로를 찾아 상기 PM값과 함께 저장하는 과정을 상기 시간 t가 복호윈도우 길이의 끝에 갈때까지 반복하는 제 4단계와;
상기 시간 t가 복호윈도우 길이의 끝에 도달할때의 생존경로의 마지막 생존경로 선택은, 상기 단계 2에서 선택한 상태쌍에서의 최종상태들중에서 최소의 PM값을 갖는 경로를 생존경로로 선택하고, 생존경로를 거슬러올라가(TB)하면서 복호된 데이터와 생존경로의 PM값을 상기 단계 2에서 선택된 상태쌍별로 저장하는 제 5단계와;
각 상태쌍의 PM값들을 비교하여 최소의 PM값을 선택하고, 상기 선택된 상태쌍에 대하여 저장된 데이터를 복호된 데이터로 판단하는 제 6단계;로 이루어져 있다.
또한 상기 도 21의 복호과정을 통해서 구하여진 생존경로(survival path)의 초기상태와 최종상태의 상태쌍을 전송된 상태쌍으로 판단한다.
본 발명에서 부가되는 정보가 복호화되는 정보비트들의 오류를 검출하기 위한 오류검출부호(CRC: Cyclic Redundancy Check)의 부호어들로 제공되는 경우에, 부가된 오류검출부호를 통하여 전송된 정보비트들의 오류의 유무를 판단하기 위한 정보로 사용한다.
또한 본 발명에서 생존경로 선택시, 각 경로에 대하여 오류검출부호(CRC) 검사를 하여서 오류가 없는 것으로 판명된 경로들 중에서 최소의 PM값을 갖는 경로를 생존경로로 선택한다.
상기의 생존경로 선택시, 일단 최소의 PM값을 갖는 경로에 대하여 오류검출 부호(CRC) 검사를 하여서 오류가 없는 것으로 판명되면 생존경로로 선택하고, 만일 오류검출부호 검사에서 오류가 있는 것으로 판명되면 2번째로 최소의 PM값을 갖는 경로에 대하여 오류검출부호 검사를 하며, 이때 2번째로 최소의 PM값을 갖는 경로에 대하여 오류가 없는 것으로 판명되면 해당 경로를 생존경로로 선택하고, 만일 2번째로 최소의 PM값을 갖는 경로에 대하여 오류검출부호 검사결과 오류가 있는 것으로 판명되면 3번째로 최소의 PM값을 갖는 경로에 대하여 오류검출부호 검사를 하여, 오류검출부호 검사결과 오류가 없는 것으로 판명될 때까지 상기의 과정을 반복한다.
상기한 바와같이 본 발명에서는 길쌈부호화(convolution coding)방법에서 쉬프트레지스터 상태값인 초기상태 또는 최종상태를 각각 복수의 경우로 설정하여 상기 초기상태 또는 최종상태값이 동일하게 설정되었을 경우, 한가지 정보만 보내는 형태가 되므로 잉여부분에 다른정보를 전송하여 시스템의 성능을 향상시키기 위한 통신시스템에서의 부호화방법과, 또한 복호화 방법에 있어서도 초기상태/최종상태를 각각 사용하거나 함께 사용하는경우 및 초기/최종상태의 상태쌍을 사용하는 길쌈부호 복호 방법에관한 것이다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다.
따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
따라서 본 발명에 의하면, 쉬프트레지스터 상태값인 초기상태 또는 최종상태를 각각 복수의 경우로 설정하여 상기 초기상태 또는 최종상태값이 동일하게 설정되었을 경우, 한가지 정보만 보내는 형태가 되므로 잉여부분에 최소 1개 또는 2개이상의 정보를 추가적으로 전송할 수 있으며, 또한 효과적으로 길쌈부호를 복호할수 있다.

Claims (22)

  1. 데이터를 송/수신하는 시스템에 있어서,
    길쌈부호(convolutional code)에서 복수의 초기상태(initial state) 또는 복수의 최종상태(final state)를 적어도 하나 이상 구성하여 상기의 초기상태 또는 최종상태의 적어도 하나 이상 부분에 부가정보를 포함하여 전송하는 것을 특징으로 하는 통신시스템에서의 부호화 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 길쌈부호에서 복수의 초기상태 또는 복수의 최종상태를 이용시, 부가적인 정보를 전송할 수 있도록 상기 상태에 해당하는 각각의 쉬프트 레지스터값이 형성되는것을 특징으로 하는 통신시스템에서의 부호화 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 복수의 초기상태 또는 복수의 최종상태의 부가정보는 , 복수의 초기상태 또는 최종상태의 쉬프트레지스터값을 All 0 또는 All 1 으로 초기상태 또는 테일비트를 형성하는 것을 특징으로 하는 통신시스템에서의 부호화 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 복수의 초기/최종상태의 All 0 또는 All 1 중, 동일(0 또는 1)한 초기/최종상태를 이용시 어느하나의 상태값을 아는경우에는 적어도 1비트이상의 정보를 부가하여 전송할 수 있는것을 특징으로 하는 통신시스템에서의 부호화 방법.
  5. 제 3항에 있어서, 복수의 초기/최종상태의 All 0 또는 All 1 에 대해 초기상태와 최종상태를 모두(0과 1) 이용시 어느하나의 상태값을 아는경우에는 적어도 2비트이상의 정보를 부가하여 전송할 수 있는것을 특징으로 하는 통신시스템에서의 부호화 방법.
  6. 제 2항에 있어서, 각각의 쉬프트레지스터값은 각각의 초기상태 또는 최종상태를 나타내며, 각각의 초기상태 또는 최종상태는 2n (n=쉬프트레지스터수)만큼 존재하는 것을 특징으로 하는 통신시스템에서의 부호화 방법.
  7. 제 1항 내지 5항중 어느 하나의 항에 있어서, 초기상태 또는/및 최종상태의 쉬프트레지스터값에 부가할 수 있는 정보는, 현재 전송되는 프레임의 프레임구조(frame format)의 정보를 제공하는 format indicator 또는 다른 채널의 프레임구조 정보를 제공하는 format indicator 또는 전력제어(power control)의 정보를 제공하는 power control indicator 또는 ACK/NACK을 정보를 제공하는 indicator 또는 채널 상태를 알려주기 위한 SIR(신호대 잡음비) 또는 선택가능한 변조/부호화방법을 나타내는 indicator를 적어도 하나이상 포함하는것을 특징으로 하는 통신시스템에서의 부호화 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 부가되는 정보가 프레임 전송률인 경우에, 프레임의 전송률(transmission rate)의 정보를 제공하여 rate indicator로 활용 또는 blind rate detection을 수행하는 정보로 사용하는것을 특징으로 하는 통신시스템에서의 부호화 방법.
  9. 제 7항에 있어서, 부가되는 정보가 전력제어(power control)의 정보를 제공하는 power control indicator인경우에, 역방향링크(reverse link)시는 순방향링크의 전력제어정보, 순방향링크(reverse link)시는 역방향링크의 전력제어정보를 나타내는것을 특징으로 하는 통신시스템에서의 부호화 방법.
  10. 제 7항에 있어서, 부가되는 정보가 ACK 또는 NACK을 제공하는 경우에, 역방향링크(reverse link)시는 순방향링크의 ACK 또는 NACK 정보, 순방향링크(reverse link)시는 역방향링크의 ACK 또는 NACK 정보를 나타내는것을 특징으로 하는 통신시스템에서의 부호화 방법.
  11. 제 7항에 있어서, 부가되는 정보가 채널 상태를 알려주기 위한 SIR(신호대 잡음비) 또는 선택가능한 변조/부호화방법을 제공하는 경우에, 역방향링크(reverse link)시는 순방향링크의 채널상태를 알려주기 위한 정보, 순방향링크(reverse link)시는 역방향링크의 채널상태를 알려주기 위한 정보를 나타내는것을 특징으로 하는 통신시스템에서의 부호화 방법.
  12. 제 7항에 있어서, 부가되는 정보가 복호화되는 정보비트들의 오류를 검출하기 위한 오류검출부호(CRC: Cyclic Redundancy Check)의 부호어들로 제공되는 경우에, 부가된 오류검출부호를 통하여 전송된 정보비트들의 오류의 유무를 판단하기 위한 정보로 사용하는 것을 특징으로 하는 통신시스템에서의 부호화 방법
  13. 비터비 복호기를 이용하여 길쌈코드를 복호하는데 있어서,
    시간 t=0일때 초기상태를 부가적인 정보로 사용하는 경우의 PM값을 0으로 설정 또는 시간 t=0일때 사용하지 않는 초기상태의 PM값은 무한대로 설정의 적어도 하나이상 경우로 초기화 단계와;
    시간 t를 증가하여 분기에 대해 BM값 및 경로에 대한 PM값을 계산하고, 상기 PM값을 비교하여 생존경로를 찾아 상기 PM값과 함께 저장하는 과정을 상기 시간 t가 복호윈도우 길이의 끝에 갈때까지 반복하는 단계; 및
    상기 시간 t가 복호윈도우 길이의 끝에 도달할때의 생존경로를 거슬러올라가(TB) 최소경로를 찾는 복호단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신시스템에서의 복호화 방법.
  14. 제 13항에 있어서, 복호과정을 통해서 구하여진 생존경로(survival path)의 초기상태를 전송된 초기상태로 판단하는 특징으로 하는 통신시스템에서의 복호화 방법.
  15. 비터비 복호기를 이용하여 길쌈코드를 복호하는데 있어서,
    시간 t=0일때 초기상태를 부가적인 정보로 사용하는 경우의 PM값을 0으로 설정 또는 시간 t=0일때 사용하지 않는 초기상태의 PM값은 무한대로 설정의 적어도 하나이상 경우로 초기화 단계와;
    시간 t를 증가하여 분기에 대해 BM값 및 경로에 대한 PM값을 계산하고, 상기 PM값을 비교하여 생존경로를 찾아 상기 PM값과 함께 저장하는 과정을 상기 시간 t가 복호윈도우 길이의 끝에 갈때까지 반복하는 단계;및
    상기 시간 t가 복호윈도우 길이의 끝에 도달할때의 생존경로의 마지막 생존경로 선택은, 부가적인 정보로 사용하기로 정한 최종상태를 중에서 최소의 PM값을 갖는 경로를 생존경로로 선택하는 단계;를 포함하는것을 특징으로 하는 통신시스템에서의 복호화 방법.
  16. 제 15항에 있어서, 복호과정을 통해서 구하여진 생존경로(survival path)의 최종상태를 전송된 최종상태로 판단하는것을 특징으로 하는 통신시스템에서의 복호화 방법.
  17. 비터비 복호기를 이용하여 길쌈코드를 복호하는데 있어서,
    시간 t=0일때 초기상태를 부가적인 정보로 사용하는 경우의 PM값을 0으로 설정 또는 시간 t=0일때 사용하지 않는 초기상태의 PM값은 무한대로 설정의 적어도 하나이상 경우로 초기화 단계와;
    시간 t를 증가하여 분기에 대해 BM값 및 경로에 대한 PM값을 계산하고, 상기 PM값을 비교하여 생존경로를 찾아 상기 PM값과 함께 저장하는 과정을 상기 시간 t가 복호윈도우 길이의 끝에 갈때까지 반복하는 단계; 및
    상기 시간 t가 복호윈도우 길이의 끝에 도달할때의 생존경로의 마지막 생존경로 선택은, 부가적인 정보로 사용하기로 정한 최종상태를 중에서 최소의 PM값을 갖는 경로를 생존경로로 선택하는 단계;를 포함하는것을 특징으로 하는 통신시스템에서의 복호화 방법.
  18. 제 17항에 있어서, 복호과정을 통해서 구하여진 생존경로(survival path)의 초기상태와 최종상태를 전송된 초기상태와 최종상태로 판단하는것을 특징으로하는 통신시스템에서의 복호화 방법.
  19. 비터비 복호기를 이용하여 길쌈코드를 복호하는데 있어서,
    초기상태와 최종상태을 이용하여 각각의 상태쌍으로 설정하는 제 1 단계와;
    상기 초기상태와 최종상태중에서 아직 선택되지 않은 상태쌍을 선택하여 각각의 초기상태와 최종상태를 읽는(reading) 제 2 단계와;
    시간 t=0일때 상태가 상기 단계 2에서 선택된 상태쌍의 초기상태와 같은경우 의 PM값을 0으로 설정 또는 시간 t=0일때 상태가 상기 단계 2에서 선택된 초기상태가 아닌 PM값은 무한대로 설정의 적어도 하나 이상 경우로 설정되는 제 3단계와;
    시간 t를 증가하여 분기에 대해 BM값 및 경로에 대한 PM값을 계산하고, 상기 PM값을 비교하여 생존경로를 찾아 상기 PM값과 함께 저장하는 과정을 상기 시간 t가 복호윈도우 길이의 끝에 갈때까지 반복하는 제 4단계와;
    상기 시간 t가 복호윈도우 길이의 끝에 도달할때의 생존경로의 마지막 생존경로 선택은, 상기 단계 2에서 선택한 상태쌍에서의 최종상태들중에서 최소의 PM값을 갖는 경로를 생존경로로 선택하고, 생존경로를 거슬러올라가(TB)하면서 복호된 데이터와 생존경로의 PM값을 상기 단계 2에서 선택된 상태쌍별로 저장하는 제 5단계;및
    각 상태쌍의 PM값들을 비교하여 최소의 PM값을 선택하고, 상기 선택된 상태쌍에 대하여 저장된 데이터를 복호된 데이터로 판단하는 제 6단계;를 포함하는것을 특징으로하는 통신시스템에서의 복호화 방법.
  20. 제 15 또는 17 또는 19항에 있어서 생존경로 선택시, 각 경로에 대하여 오류검출부호(CRC) 검사를 하여서 오류가 없는 것으로 판명된 경로들 중에서 최소의 PM값을 갖는 경로를 생존경로로 선택하는것을 특징으로 하는 통신시스템에서의 복호화 방법
  21. 제 15 또는 17 또는 19항에 있어서 생존경로 선택시, 일단 최소의 PM값을 갖는 경로에 대하여 오류검출부호(CRC) 검사를 하여서 오류가 없는 것으로 판명되면 생존경로로 선택하고, 만일 오류검출부호 검사에서 오류가 있는 것으로 판명되면 2번째로 최소의 PM값을 갖는 경로에 대하여 오류검출부호 검사를 하며, 이때 2번째로 최소의 PM값을 갖는 경로에 대하여 오류가 없는 것으로 판명되면 해당 경로를 생존경로로 선택하고, 만일 2번째로 최소의 PM값을 갖는 경로에 대하여 오류검출부호 검사결과 오류가 있는 것으로 판명되면 3번째로 최소의 PM값을 갖는 경로에 대하여 오류검출부호 검사를 하여, 오류검출부호 검사결과 오류가 없는 것으로 판명될 때까지 상기의 과정을 반복하는것을 특징으로 하는 통신시스템에서의 복호화 방법.
  22. 제 19항에 있어서, 복호과정을 통해서 구하여진 생존경로(survival path)의 초기상태와 최종상태의 상태쌍을 전송된 상태쌍으로 판단하는것을 특징으로하는 통신시스템에서의 복호화 방법.
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