KR20010084832A - 직렬 연쇄 컨벌루션 부호화 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직렬 연쇄 컨벌루션 부호화 장치 및 방법에 관한 것으로, 종래의 기술에 의한 컨벌루션 부호화 기술에 있어서는 외부 컨벌루션 엔코딩에 의해 생성된 부호어들이 내부 컨벌루션 엔코더에 입력되어 테일 비트에 의한 부호화 비트의 수가 증가하게 되어 데이터 전송율이 높아지는 문제점이 있었다. 따라서, 본 발명은 종래의 직렬 연쇄 컨벌루션 부호화기와 동작상의 차이는 없으면서 테일 비트에 의해 발생하는 부호어의 수를 감소시킴으로써 데이터 전송율을 낮출 수 있고, 외부 부호의 발생수가 더 적어 낮은 처리 속도에 의해서도 동작이 가능하여 하드웨어의 구현이 용이해지고, 내/외부 후호화기의 테일 비트들의 균일한 부호 이득을 보장하며 필요에 따라 테일 비트와 그에 의해 만들어진 부호어들의 활용을 용이하게 할 수 있는 효과가 있다.

Description

직렬 연쇄 컨벌루션 부호화 장치 및 방법{SERIALLY CONCATENATED CONVOLUTION ENCODING APPARATUS AND METHOD}

본 발명은 컨벌루션 부호화 기술에 관한 것으로, 특히 직렬 연쇄 컨벌루션 부호의 내/외부 부호를 펑처링하여 사용하는 경우 테일 비트에 의해 발생하는 부호어의 수를 감소시켜 전체 데이터의 전송률을 낮추고, 그에 따른 하드웨어의 구현을 용이하게 할 수 있도록 하는 직렬 연쇄 컨벌루션 부호화 장치 및 방법에 관한 것이다.

근래 들어, 유무선 이동통신 시스템에서 정보의 신뢰도를 향상시키기 위한 다양한 기술이 개발되고 있다. 그 중에서 에러 정정 기법의 하나로 비터비 알고리즘을 채택한 컨벌루션(Convolution) 부호화 방식의 경우 이미 많은 시스템에 적용되어 사용되고 있는 실정이며 차세대 이동통신 시스템(예: IMT-2000)에도 이미 채택되어 있다.

이와 같이 컨벌루션 코딩 방식이 널리 사용되고 있는 이유는 다른 부호화 방식에 비하여 상대적으로 간단한 복호 알고리즘을 사용하고도 높은 부호이득을 얻는 장점을 가지고 있기 때문이다.

채널의 환경이 유동적으로 변화되거나 멀티미디어 데이터를 전송하고자 하는 경우, 송신측에서 고정된 데이터율을 고수하는 것 보다 적절하게 변화시킴으로써 데이터 전송효율을 향상시킬 수 있게 된다.

이렇게 데이터율을 변화시키는 방법의 예로써 각각의 데이터율에 적합한 최적의 부호단과 복호단을 설계하는 방법을 들 수 있지만, 이 경우 각각의 데이터율에 해당하는 부호단과 복호단을 모두 포함하고 있어야 하므로 시스템이 너무 복잡해지는 문제점이 있다.

데이터율을 변화시키는 다른 방법으로써 펑처링 테이블(Puncturing table)을 사용하는 것을 들 수 있는데, 이 방법을 사용하면 낮은 데이터율을 갖는 하나의 부호단과 복호단으로 다양한 데이터율을 얻을 수 있다. 이 경우 펑처링 패턴에 따라 성능에 커다란 차이를 나타내므로 최적의 펑처링 테이블은 데이터율을 변화시키는 컨벌루션 코드의 중요한 파라미터라 할 수 있다.

상기 컨벌루션 부호화 방식에는 주로 병렬 연쇄 컨벌루션 부호(Parallel Concatenated convolutional code)와 직렬 연쇄 컨벌루션 부호(Serially concatenated convolutional code)가 사용되는데, 그 중에서 높은 신호 대 잡음비(SNR)에서 성능 포화 현상이 나타나는 병렬 연쇄 컨벌루션 부호보다 지속적으로 성능이 향상되는 직렬 컨벌루션 부호가 각광을 받고 있다.

일반적으로, 직렬 연쇄 부호화기는 병렬 연쇄 부호화기에 비하여 하드웨어가 복잡하게 구현된다. 따라서, 이러한 복잡도를 줄이기 위해 외부 부호를 펑처링하여 부호율을 높여서 사용하거나, 내부 부호를 펑처링하여 부호율을 높여서 사용하거나, 내/외부 부호를 모두 펑처링하여 사용한다.

도1은 일반적인 직렬 연쇄 컨벌루션 부호화 장치의 일실시 예를 보인 블록도로서 이에 도시된 바와 같이, 사용된 컨벌루션 부호의 트렐리스를 한 데이터 블록 내에서 약정된 상태로 종료시키기 위한 테일비트가 포함된 입력 데이터(X)를 외부 부호로 컨벌루션 부호화 처리하는 외부 컨벌루션 엔코더(1)와; 상기 외부 컨벌루션 엔코더(1)의 출력신호를 펑처링함에 있어서, 외부 부호의 트렐리스 종료를 위해 사용된 테일 비트들에 의하여 발생한 외부 부호어들은 펑처링에서 제외시키는 펑처링 처리부(2)와; 상기 펑처링 처리부(2)의 출력신호를 무작위 순서로 인터리빙하는 인터리버(3)와; 상기 인터리버(3)의 출력신호를 내부 부호로 컨벌루션 부호화 처리하는 내부 컨벌루션 엔코더(4)와; 상기 내부 컨벌루션 엔코더(4)의 출력신호를 펑처링함에 있어서, 내부 부호의 트렐리스 종료를 위해 사용된 테일 비트에 의해 발생한 내부 부호어들을 포함시키거나 제외시켜 펑처링하는 펑처링 처리부(5)로 구성한 것으로, 이와 같이 구성한 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

도1에서 입력 데이터(X)가 외부 컨벌루션 엔코더(1)에서 외부 부호로 컨벌루션 부호화 처리된 다음 펑처링 처리부(2)를 통해 인터리버(3)에서 인터리빙되고, 다시 내부 컨벌루션 엔코더(4)에서 내부 부호로 컨벌루션 부호화 처리된 후 펑처링 처리부(5)를 통해 출력된다.

이와 같은 부호화 처리과정에서 상기 펑처링 처리부(2)와 펑처링 처리부(5)는 선택적으로 동작한다. 즉, 두 개의 펑처링 처리부(2,5) 중에서 어느 하나의 펑처링 처리부에서 펑처링이 수행되거나 양쪽 모두에서 펑처링이 수행된다.

일반적으로, 직렬 연쇄 컨벌루션 부호는 반복적인 복호 처리과정에 의해 복호화 되는데, 이때, 테일 비트에 의한 정보가 중요한 역할을 한다.

반복적으로 복호화를 수행하는 복호기가 아닌 일반적인 복호기를 사용할 경우에는 테일 비트에 의하여 발생된 부호어들에 대한 정보가 일회성으로 사용되므로 펑처링은 부호어 전체에 대하여 이루어져도 무방하다.

하지만, 반복적으로 부호화를 수행하는 복호기가 사용되는 경우에는 부호어들에 대한 정보가 반복적으로 사용되므로 중요도가 큰 테일 비트에 의하여 발생된 부호어들에 대한 정보를 잘 보존할 필요가 있다.

도1과 같은 직렬 연쇄 컨벌루션 부호화기의 외부 컨벌루션 엔코더(1)나 내부 컨벌루션 엔코더(4)의 출력단에서 펑처링이 필요한 경우, 펑처링은 테일 비트를 제외한 데이터에 의하여 생성된 부호어들에 대해서만 수행된다.

상기 외부 컨벌루션 엔코더(1)나 내부 컨벌루션 엔코더(4)의 출력단에서 펑처링이 필요한 경우, 외부 부호어들 중에서 외부 부호의 트렐리스 종료를 위해 사용한 테일 비트에 의하여 생성되어진 부호어들은 펑처링에서 제외시키고, 내부 부호어들중에서 내부 부호의 트렐리스 종료를 위해 사용한 테일 비트에 의하여 생성되어진 부호어들은 펑처링에 포함시킨다.

그러나, 상기에서와 같이 종래의 기술에 의한 컨벌루션 부호화 기술에 있어서는 외부 컨벌루션 엔코딩에 의해 생성된 부호어들이 내부 컨벌루션 엔코더에 입력되어 테일 비트에 의한 부호화 비트의 수가 증가하게 되어 데이터 전송율이 높아지는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로, 내/외부 컨벌루션 엔코더에서 출력되는 부호화 비트에서 테일 비트를 선택적으로 분리하여 정보화 비트에 대해서만 펑처링이 수행되도록 함으로써, 시스템의 성능은 그대로 유지하면서 부호화 비트의 수를 줄여 데이터 전송률을 낮추고, 그에 따른 하드웨어의 구현 및 부호어의 활용도를 높일 수 있게해 주는 직렬 연쇄 컨벌루션 부호화 장치및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도1은 일반적인 직렬 연쇄 컨벌루션 부호화 장치의 일실시 예를 보인 블록도.

도2는 본 발명에 의한 제1 실시예의 구성을 보인 블록도.

도3은 본 발명에 의한 또 다른 실시예의 구성을 보인 블록도.

도4는 종래의 일반적인 직렬 연쇄 컨벌루션 부호화기의 구성을 보인 블록도.

도5는 종래와 본 발명에 의한 직렬 연쇄 부호화기의 비교 실험 결과를 보인 그래프도.

***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***

11 : 제1 스위칭부 12 : 지연기

13 : 제2 스위칭부 14 : 제3 스위칭부

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 특징은, 외부 부호의 트렐리스 종료를 위해 사용하는 테일 비트에 의해 만들어진 부호어들을 내부 컨벌루션 부호화기의 입력으로 사용하지 않고 따로 처리하는 것이다.

본 발명의 제2 특징은, 외부 테일 비트 부호어를 전송 데이터 비트들에 대하여 외/내부 부호화기에서 만들어진 부호어들 및 내부 테일 비트 부호어들과 함께 통신 채널을 통해 전송하는 것이다.

본 발명의 제3 특징은, 상기 제1,2 특징에서와 같이 펑처링 범위를 지정함에 있어서, 전송 데이터 부호어들과 외부 테일 비트 부호어 그리고 내부 테일 비트 부호어들을 모두 포함하는 것이다.

본 발명의 제4 특징은, 상기 제1,2 특징에 의해서 만들어진 직렬 연쇄 부호화기의 출력 비트들의 펑처링시에 그 범위는 전송 데이터 부호어들로 한정되는 것이다.

또한, 본 발명의 목적을 달성하기 위한 직렬 연쇄 컨벌루션 부호화 방법은 외부 컨벌루션 엔코더에서 외부 부호에 의해 추가된 외부 테일 비트 부호어를 검출해내고, 전송 데이터 부호어만을 펑처링하여 출력하는 제1과정과; 상기 펑처링된 전송 데이터 부호어를 입력받아 내부 부호에 의해 내부 컨벌루션 엔코더에서 추가된 내부 테일 비트 부호어를 검출해 내고, 전송 데이터 부호어만을 펑처링하여 출력하는 제2과정과; 상기 검출된 외/내부 테일 비트 부호어와 상기 제2과정에서 펑처링 되어 출력된 전송 데이터 부호어를 적절한 순서에 의해 채널로 출력하는 제3과정을 포함하여이루어진다.

이하, 본 발명에 따른 일실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

일단, 본 발명은 외부 부호의 트렐리스 종료를 위해 사용하는 테일 비트에 의해 만들어진 부호어(외부 테일 비트 부호어)들을 내부 부호화기의 입력으로 사용하지 않고 따로 처리한다.

즉, 도2에 도시한 바와 같이 외부 컨벌루션 엔코더(1)에서 출력되는 부호어에서 제1스위칭부(11)에 의해 외부 테일 비트 부호어만을 추출하여 지연기(12)를 통해 출력하고, 상기 테일 비트가 추출된 정보 데이터만을 펑처링 처리부(2)와 인터리버(3)를 통해 내부 컨벌루션 엔코더(4)에 입력시킨다.

다음, 상기 내부 컨벌루션 엔코더(4)에서 내부 부호의 트렐리스 종료를 위해 사용하는 테일 비트에 의해 만들어진 내부 테일 비트 부호어만을 제2 스위칭부(13)를 통해 추출하여 출력하고, 상기 테일 비트가 추출된 정보 데이터만을 펑처링 처리부(5)에서 펑처링하여 출력한다.

이에 따라, 상기 외/내부 컨벌루션 엔코더에 의해 만들어진 전송 데이터 부호어와 외부 테일 비트 부호어 그리고, 내부 테일 비트 부호어들은 다시 제3 스위칭부(14)를 통해 필요에 따라 임의의 전송 순서로 채널로 출력시킨다.

이와 같은 직렬 연쇄 부호화기의 출력 비트들을 전송율 조정을 위해 펑처링을 할 때 펑처링 번위는 전송 데이터 부호어들과 외부 테일 비트 부호어 그리고, 내부 테일 비트 부호어들을 모두 포함한다.

따라서, 만일 부호화기의 입력(X)이 324비트이고, 펑처링 처리부(2)의 펑처링율이 25%이며 다른 펑처링 처리부(5)는 사용하지 않는다고 할때 그때의 최종 출력 비트 수는 980비트가 되며, 이 중에서 테일 비트 부호어는 총 8비트이고, 인터리버(3)의 크기는 486비트가 된다.

이 동작을 도4의 종래 직렬 연쇄 부호화기와 비교해 보면 외부 컨벌루션 엔코더(1)에서 트렐리스 종료를 위해 2비트의 테일 비트가 첨가되어 컨벌루션 엔코딩되어 출력되면 테일 비트에 의해 4비트의 부호어가 발생하게 되며, 이 4비트가 펑처링 처리부(2)에 의해 펑처링되면 3비트가 된다. 그리고, 내부 부호의 트렐리스 종료를 위해 다시 2비트의 테일 비트가 첨가된 후 내부 컨벌루션 엔코더(4)에 의해 부호화가 수행되면 총 10비트의 테일 비트가 발생하게 된다.

이에 따라 최종 출력 비트수는 982비트가 되며, 이때 인터리버(3)의 크기는 489비트가 되어, 본 발명에 의해 테일 비트 부호어는 2비트 인터리버의 크기는 3비트 더 작게 사용됨을 알 수 있다.

다음, 도3은 본 발명에 의한 또 다른 실시예의 구성을 보인 블록도로서, 도2의 구성에 있어서 제3 스위칭부(14)의 위치를 펑처링 처리부(5)의 앞단에 두어 상기 스위칭부(14)의 출력을 펑처링하여 채널을 통해 전송하도록 한 것으로, 그 기본적인 구성 및 동작은 도2의 실시예와 비슷하다.

즉, 테일비트가 포함된 입력 데이터(X)를 외부 부호로 컨벌루션 부호화 처리하는 외부 컨벌루션 엔코더(1)와; 상기 외부 컨벌루션 엔코더(1)를 통해 부호화된 비트를 펑처링하여 출력하는 펑처링 처리부(2)와; 상기 펑처링 처리부(2)의 출력신호를 인터리빙하는 인터리버(3)와; 상기 인터리버(3)의 출력신호를 내부 부호로 컨벌루션 부호화 처리하는 내부 컨벌루션 엔코더(4)와; 상기 내부 컨벌루션 엔코더(4)를 통해 부호화된 비트를 펑처링하여 출력하는 펑처링 처리부(5)로 구성된 직렬 연쇄 컨벌루션 부호화기에 있어서, 상기 외부 컨벌루션 엔코더(1)의 출력신호에서 외부 테일 비트 부호어를 검출하여 지연기(12)를 통해 출력하는 제1 스위칭부(11)와; 상기 내부 컨벌루션 엔코더(4)의 출력신호에서 내부 테일 비트 부호어를 검출하여 출력하는 제2 스위칭부(13)와; 상기 외/내부 테일 비트 부호어와 전송 데이터 부호어를 입력받아 임의의 전송 순서에 의해 선택적으로 출력시키는 제3 스위칭부(14)를 더 포함하여 구성한 것으로, 그 동작은 도2의 실시예와 큰 차이가 나타나지 않는다.

따라서, 본 발명에 의한 장치의 동작을 도4에 도시된 종래 직렬 연쇄 부호화기와 비교하여 설명하면 다음과 같다.

즉, 도3의 실시예에서 두 펑처링 처리부(2,5)의 펑처링율이 25%이고, 입력(X)이 324비트라고 하면 그때의 최종 출력 비트 수는 735비트가 되며, 이 중에서 테일 비트 부호어는 총 6비트이고, 인터리버(3)의 크기는 486비트가 된다.

이에 반해, 도4의 실시예에서는 상기 도3의 실시예와 같이 최종 출력단에서 25%의 펑처링을 수행할 경우 최종 출력 비트수는 736.5비트가 되며 이중에서 테일 비트 부호어는 총 7.5비트가 되며 인터리버의 크기는 489비트가 된다.

이에 빠라 본 발명에 의한 부호화기가 종래에 비해 테일 비트 부호어는 1.5비트, 인터리버의 크기는 3비트 더 작게 사용하게 된다.

다음, 도6은 상기 도3의 직렬 연쇄 부호화기를 사용한 경우의 실험 결과로서, 10번의 복호 과정(It-10)이 이루어진 경우의 실험 결과이다.

즉, 종래 직렬 연쇄 컨벌루션 부호화기와 본 발명에 의한 직렬 연쇄 컨벌루션 부호화기의 실험결과가 거의 동일함을 알수가 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 직렬 연쇄 컨벌루션 부호화 장치 및 방법은 종래의 직렬 연쇄 컨벌루션 부호화기와 동작상의 차이는 없으면서 테일 비트에 의해 발생하는 부호어의 수를 감소시킴으로써 데이터 전송율을 낮출 수 있고, 외부 부호의 발생수가 더 적어 낮은 처리 속도에 의해서도 동작이 가능하여 하드웨어의 구현이 용이해지고, 내/외부 후호화기의 테일 비트들의 균일한 부호 이득을 보장하며 필요에 따라 테일 비트와 그에 의해 만들어진 부호어들의 활용을 용이하게 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 입력 데이터(X)를 외부 부호 또는 내부 부호로 컨벌루션 부호화 처리하는 외부 및 내부 컨벌루션 엔코더와; 직렬 연쇄 방식으로 상기 엔코더(1,4)에 접속되어 펑처링을 수행하는 펑처링 처리부(3,5)를 포함하여 구성된 직렬 연쇄 컨벌루션 부호화기에 있어서, 상기 외부 컨벌루션 엔코더의 출력신호에서 외부 테일 비트 부호어를 검출하여 지연기를 통해 출력하는 제1 스위칭부와; 상기 내부 컨벌루션 엔코더의 출력신호에서 내부 테일 비트 부호어를 검출하여 출력하는 제2 스위칭부와; 상기 제1,2 스위칭부를 통해 출력되는 외/내부 테일 비트 부호어 및 펑처링한 내부 컨벌루션 엔코더의 부호어를 입력받아 임의의 전송 순서에 의해 선택적으로 채널로 출력하는 제3 스위칭부를 더 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 직렬 연쇄 컨벌루션 부호화 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제3 스위칭부는 상기 제1,2 스위칭부를 통해 검출되어 출력되는 외/내부 테일 비트 부호어와 내부 컨벌루션 엔코더의 전송 데이터 부호어를 입력받아 임의의 전송 순서에 의해 선택적으로 펑처링 처리부(5)에 출력하도록 구성한 것을 특징으로 하는 직렬 연쇄 컨벌루션 부호화 장치.
3. 외부 컨벌루션 엔코더에서 외부 부호에 의해 추가된 외부 테일 비트 부호어를 검출해내고, 전송 데이터 부호어만을 펑처링하여 출력하는 제1과정과; 상기 펑처링된 전송 데이터 부호어를 입력받아 내부 부호에 의해 내부 컨벌루션 엔코더에서 추가된 내부 테일 비트 부호어를 검출해 내고, 전송 데이터 부호어만을 펑처링하여 출력하는 제2과정과; 상기 검출된 외/내부 테일 비트 부호어와 상기 제2과정에서 펑처링 되어 출력된 전송 데이터 부호어를 적절한 순서에 의해 채널로 출력하는 제3과정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 직렬 연쇄 컨벌루션 부호화 방법.
4. 제3항에 있어서, 제1과정에서의 외부 부호의 트렐리스 종료를 위해 사용하는 테일 비트에 의해 만들어진 부호어들은 내부 컨벌루션 부호화기로 입력되지 않도록 처리하는 것을 특징으로 하는 직렬 연쇄 컨벌루션 부호화 방법.
5. 제3항에 있어서, 제1과정에서의 펑처링 범위는 전송 데이터 부호어로 한정되는 것임을 특징으로 하는 직렬 연쇄 컨벌루션 부호화 방법.