KR19990017546A

KR19990017546A - 터보부호기의 복호기

Info

Publication number: KR19990017546A
Application number: KR1019970040504A
Authority: KR
Inventors: 이정운; 김대중; 박판종
Original assignee: 곽치영; 주식회사 데이콤
Priority date: 1997-08-25
Filing date: 1997-08-25
Publication date: 1999-03-15
Also published as: KR100251087B1

Abstract

본 발명은 정보의 반복효과를 살리기 위한 터보부호기의 복호기를 제공하고자 하는 것으로서, 정보비트에 해당하는 신호와 디펑처링된 패리티 비트에 해당하는 일방의 신호를 복호하는 복호기1과, 상기 복호기1로부터의 반복된 신호를 결합하여 같은 값을 갖는 신호로 분배하는 결합분배기와, 상기 결합분배기로부터의 신호를 인터리빙하는 인터리버와, 상기 인터리버로부터의 신호와 패리티 비트에 해당하는 다른 일방의 신호를 복호하는 복호기2와, 상기 복호기2로부터의 신호를 디인터리빙하는 디인터리버와, 디인터리버로부터의 신호를 결합하는 결합기와, 상기 결합기로부터의 신호를 0 혹은 1로 판정하는 경판정기로 구성된다.

Description

터보부호기의 복호기

도1은 터보부호기의 기본적인 구조를 나타내는 도면,

도2는 터보부호기의 복호기의 기본적인 구조를 나타내는 도면,

도3은 반복기를 사용한 터보부호기의 구조를 나타내는 도면,

도4는 본 발명의 터보부호 복호기의 구조를 나타내는 도면이다

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

410,440 : 복호기 420,460 : 결합분배기

430 : 인터리버 450 : 디인터리버

470 : 결합기 480 : 경판정기

본 발명은, 터보부호기의 복호기에 관한 것으로서, 특히 정보의 반복효과를 나타내는 복호기에 관한 것이다.

현재 터보부호(turbo codes)가 차세대 이동통신의 오류정정부호(error correction codes)로서 많은 연구가 되고 있다. 이 터보부호의 성능은 현재 이동통신 환경에서 많이 사용되고 있는 길쌈부호(convolutional codes)의 성능보다 더 우수한 것으로 알려져 있다. 이러한 터보부호의 기본적인 구조는 도면 1과 같다.

터보부호는 도1과 같이 N 정보비트의 프레임(frames)으로 이루어진 입력을 이용하여 패리티(parity) 심벌을 만드는 두 개의 간단한 RSC(recursive systematic convolutional) 부호기를 병렬로 연결한 구조로 되어 있다. 도1에서처럼 터보부호기는 정보비트(101)를 하나의 출력 Χ_k(101)로 하고, 이 정보신호(101)를 RSC 부호기(100)를 통과하여 Y_1k(102)를 얻고, 정보신호(101)를 N 정보비트의 프레임과 동일한 크기를 갖는 인터리버(interleaver)(110)를 통과시켜 얻은 신호(103)를 또 다른 RSC 부호기(120)를 통과하여 Y_2k(104)를 얻은 후 송신하게 된다.

따라서 터보부호의 출력은 RSC 부호기의 출력뿐만 아니라 인터리버를 통해 변형된 출력으로 인해 이중의 패리티 정보를 지니게 된다. 그러나 터보부호기에서 원하는 부호율을 얻기 위해 Y_1k(102)와 Y_2k(104)를 천공기를 통해 출력신호를 천공한다. 예를들어 부호율을 1/2로 하기 위해서는 Y_1k와 Y_2k를 번갈아 한번씩 출력되도록 천공하면 된다. 이렇게 천공하여 최종적으로 얻은 패리티 비트 Y_k(105)를 X_k와 함께 전송한다.

이러한 터보부호로 부호화된 부호어(codewords)를 복호(decoding)하는데는 도2와 같은 구조로써 복호기(decoder) 두 개를 직렬로 연결하여 복호한다. 이러한 각각의 복호기는 0이나 1 이외의 값을 갖는 입력 즉 소프트(soft) 입력에 0이나 1 이외의 값을 갖는 입력 즉 소프트(soft) 출력을 가져야 한다. 일반적으로 이러한 복호기는 MAP(maximum a posteriori)과 SOVA(soft output Viterbi algorithms) 복호기를 사용한다. 그러나 성능은 MAP 복호기가 더 우수한 것으로 알려져 있다.

터보부호의 복호기는 기존의 연접부호(concatenated codes) 등과 같은 다단계 부호기의 복호기와는 달리 두 복호기 사이에 부가정보(extrinsic information)의 교환이 이루어져 복호를 반복적으로 수행할 수 있다. 그리고 반복 횟수의 증가에 따라 성능도 향상된다.

이러한 복호기를 도2에 도시했다. 먼저 x_k(201)와 y_k(202)를 도면1과 같은 터보부호기의 부호어가 채널(channel)을 통과한 신호라 했을 때, x_k는 정보비트가 채널을 통과한 신호이고, y_k는 패리티 비트가 채널을 통과한 신호가 된다. 먼저 수신된 패리티 신호 y_k(202)를 디펑쳐링(depuncturing)하여 RSC 부호기1(100)에 해당하는 패리티 비트(203)는 복호기1(210)로, RSC 부호기2(120)에 해당되는 패리티 비트(204)는 복호기2(230)로 보낸다. 먼저 복호기1(210)에서는 x_k(201)와 y_k(203)을 이용하여 복호한 다음, 복호기1(210)의 출력(205)을 다시 인터리빙(interleaving)한 신호(206)와 y_2k(204)를 이용하여 복호기2(230)로 복호한다. 이때 반복 복호를 원하지 않을 경우에는 복호기2(230)의 출력신호(207)를 디인터리빙(deinterleaving)한 다음 경판정기(250)를 통해 경판정한 신호(208)를 복호 신호로 내 놓는다. 그러나 반복복호를 하기 위해서는 복호기2의 출력신호(208)를 디인터리빙 한 신호(209)와 수신신호 x_k(201)와 y_1k(203)을 이용하여 DEC1(210)으로 다시 복호한다. 이러한 반복복호는 원하는 성능을 얻을 수 있을 때까지 할 수 있다.

이러한 터보부호의 성능을 결정하는 요소들은 RSC 부호의 구조, 인터리버 구조 및 크기 그리고 복호방법 및 복호 횟수 등이 있다. 가장 좋은 성능을 나타내는 RSC 부호의 구조를 얻기 위해서는 모의 실험을 통해 시행착오를 겪으며 구할 수 있다. 그리고 복호기는 MAP 복호기의 성능이 가장 좋은 것으로 알려져 있다. 또한 인터리버는 랜덤 인터리버를 사용할수록 크기가 클수록 더 좋은 성능을 보인다. 터보부호에서 인터리버는 한 프레임 혹은 한 블록 단위로 하기 때문에 인터리버의 크기는 한 프레임의 크기와 같게 된다. 그러나 저속의 음성이나 데이터를 전송할 경우 한 프레임당 비트 수가 적기 때문에 인터리버의 크기가 작아지게 된다. 따라서 인터리버의 크기가 작은 관계로 좋은 성능을 얻기에 어려움이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서 도3과 같은 구조를 갖는 터보부호기를 고안했다. 이 부호기의 특징은 충분히 크기가 큰 인터리버를 사용하여 원하는 성능을 얻을 수 있게 하는 구조를 기본구조로 하고 이러한 기본구조의 데이터 속도에 맞도록 저속 정보를 반복하여 인터리빙하는 데 있다. 부호기의 동작은 반복기의 동작만 빼면 도1의 동작과 같다. 도3과 같은 부호기의 복호기는 도2와 같은 복호기로 사용할 수 있다. 그러나 반복(repetition)으로 인한 효과를 전혀 이용하지 못하는 단점이 있다.

따라서 본 발명에서는 위와 같은 정보 반복의 효과를 고려한 복호기를 고안했다. 이러한 복호기의 구조를 도4에 나타낸다.

복호기1(410)과 인터리버(430) 사이에 결합분배기(combiner distributer)(420)를 달고, 복호기2(440)의 출력신호를 디인터리빙하여 나온 부가정보 신호를 결합분배기를 통과시켜 DEC1의 입력으로 사용하는 것과 마지막 출력신호를 경판정하기전에 결합기를 통과하여 복호한다.

이 복호기의 동작은 다음과 같다. 먼저 채널을 통과한 신호중에서 패리티 비트에 해당하는 신호(402)를 디펑처링(depuncturing)하여, RSC 부호기1(320)에 해당하는 패리티 비트(403)는 복호기1(410)로, RSC 부호기2(330)에 해당하는 패리티 비트(404)는 복호기2(440)로 보낸다. 먼저 복호기1(410)에서는 정보비트에 해당하는 신호(401)와 패리티 비트에 해당하는 신호(403)로 복호한다. 이 때 출력신호(405)는 도3의 반복기(300)의 반복횟수를 n이라 할 때 반복된 신호(301)들이 DEC1에의해 복호된 신호이다. 따라서 결합분배기(420)에서 반복된 n개의 신호를 적절한 결합 방법에 따라 결합하여 분배기를 통해 결합신호를 분배하여 같은 값을 갖는 n개의 신호(406)를 인터리버(430)로 보낸다.

이러한 결합 방법에 대한 예를 표1에 나타낸다. 반복되어 채널을 통과한 n개의 신호를 s_₁s_₂…s_n이라 하자. 먼저 최대값을 이용하는 방법으로서 s_₁s_₂…s_n중에서 최대값을 s_max라 할 때, s_₁s_₂…s_n대신에와 같이 s_max를 n번 내보내는 것이다. 두 번째 방법으로는 평균값을 이용하는 것으로서 s_₁s_₂…s_n의 평균값을이라 할 때, s_₁s_₂…s_n대신에같이 s평균을 n번 내보내는 것이다. 두 번째 방법에서 평균값 대신에 s_₁s_₂…s_n의 전체 합 s_sum{=s₁+s₂+…+s_n}을 사용할 수도 있다. 위와 같이 결합을 하면 잡음이 많이 섞인 신호를 다른 신호들로 보상을 할 수 있게 한다. 이렇게 결합분배기(420)를 통과한 신호(406)들을 인터리버(430)를 통해 인터리빙한 후 복호기 DEC2(440)로 보내어 복호한다. 이 복호된 신호(408)를 디인터리빙하여 나온 신호(409)를 반복 복호를 원하지 않으면 결합기(470)를 통해 출력하여 경판정기(480)로 경판정하여 최종출력(4013)으로 내 보내면 된다. 그러나 반복 복호를 하기 위해서는 이 디인터리빙한 신호(409)를 결합분배기(460)로 보내어 나온 출력신호(4011)를 입력신호(402와 403)와 함께 이용하여 DEC1으로 다시 복호하고, 원하는 성능을 얻을 수 있을 때까지 이러한 과정을 계속 반복한다. 이런 동작을 하는 복호기가 도3과 같은 터보부호기의 최적의 복호기가 된다.

결합분배기의 입력 및 출력 신호

[표 1]

따라서 상기의 본 발명의 복호기를 사용하면, 반복(repetition)으로 인한 효과를 충분히 사용하는 효과가 있다.

Claims

정보비트에 해당하는 신호와 디펑처링된 패리티 비트에 해당하는 일방의 신호를 복호하는 복호기1과, 상기 복호기1로부터의 반복된 신호를 결합하여 같은 값을 갖는 신호로 분배하는 결합분배기와, 상기 결합분배기로부터의 신호를 인터리빙하는 인터리버와, 상기 인터리버로부터의 신호와 패리티 비트에 해당하는 다른 일방의 신호를 복호하는 복호기2와, 상기 복호기2로부터의 신호를 디인터리빙하는 디인터리버와, 디인터리버로부터의 신호를 결합하는 결합기와, 상기 결합기로부터의 신호를 0 혹은 1로 판정하는 경판정기로 구성된 것을 특징으로 하는 터보부호기의 복호기.
정보비트에 해당하는 신호와 디펑처링된 패리티 비트에 해당하는 일방의 신호 및 결합분배기2로부터의 신호를 반복하여 복호하는 복호기1과, 상기 복호기1로부터의 반복된 신호를 결합하여 같은 값을 갖는 신호로 분배하는 결합분배기1과, 상기 결합분배기1로부터의 신호를 인터리빙하는 인터리버와, 상기 인터리버로부터의 신호와 패리티 비트에 해당하는 다른 일방의 신호를 복호하는 복호기2와, 상기 복호기2로부터의 신호를 디인터리빙하는 디인터리버와, 상기 인터리버로부터의 반복된 신호를 결합하여 같은 값을 갖는 신호로 분배하여 복호기1로 전송하는 결합분배기2와, 상기 디인터리버로부터의 반복이 필요없는 신호를 결합하는 결합기와, 상기 결합기로부터의 신호를 0 혹은1로 판정하는 경판정기로 구성된 것을 특징으로 하는 터보부호기의 복호기.
제1항에 있어서, 결합분배기는 입력되는 n개의 신호에서 최대값을 갖는 신호를 결정하여 전 신호를 최대값을 갖는 신호로 대치하여 출력하는 것을 특징으로 하는 터보부호기의 복호기 .
제2항에 있어서, 결합분배기1 및 결합분배기2는 입력되는 n개의 신호에서 최대값을 갖는 신호를 결정하여 전 신호를 최대값을 갖는 신호로 대치하여 출력하는 것을 특징으로 하는 터보부호기의 복호기.
제1항에 있어서, 결합분배기는 입력되는 n개의 신호의 평균값을 결정하여 전 신호를 평균값을 갖는 신호로 대치하여 출력하는 것을 특징으로 하는 터보부호기의 복호기.
제2항에 있어서, 결합분배기1 및 결합분배기2는 입력되는 n개의 신호의 평균값을 결정하여 전 신호를 평균값을 갖는 신호로 대치하여 출력하는 것을 특징으로 하는 터보부호기의 복호기.
제1항에 있어서, 결합분배기는 입력되는 n개의 신호의 합을 구하여 전 신호를 신호의 합으로 대치하여 출력하는 것을 특징으로 하는 터보부호기의 복호기.
제2항에 있어서, 결합분배기1 및 결합분배기2는 입력되는 n개의 신호의 합을 구하여 전 신호를 신호의 합으로 대치하여 출력하는 것을 특징으로 하는 터보부호기의 복호기.