KR100280863B1

KR100280863B1 - 터보코드의 가중치를 준 병렬형 복호화 방법및 그 장치

Info

Publication number: KR100280863B1
Application number: KR1019980039976A
Authority: KR
Inventors: 김상우; 박성준
Original assignee: 윤덕용; 한국과학기술원
Priority date: 1998-09-25
Filing date: 1998-09-25
Publication date: 2001-02-01
Anticipated expiration: 2018-09-25
Also published as: US6360345B1; KR20000021055A

Abstract

본 발명은 부호율이 1/n이며 n-1개의 부분복호기(component decoders)와 각각 n-2개의 인터리버 및 디인터리버를 구비한 복호블록에서 터보코드를 복호화하기 위한 방법에 있어서, 이 n-1개의 부분복호기들 중에서 제1 부분복호기부터 복호를 시작하여 순차적으로 복호함으로써 제1 대수우도비(log-likelihood ratio)를 생성하는 제1 복호과정과, 이 제1 복호과정과 병렬 구동되고 제2 부분복호기부터 복호를 시작하여 순차적으로 복호함으로써 상기 제1 대수우도비와는 다른 제2 대수우도비를 생성하는 제2 복호과정과, 이러한 복호과정들이 병렬적으로 계속되어, 제n-1 부분복호기부터 복호를 시작하여 순차적으로 복호함으로써 상기 대수우도비들과는 또 다른 제n-1 대수우도비를 생성하는 제n-1 복호과정과, 위 각 복호과정에서 각각의 부분복호기가 생성하는 대수우도비의 구성성분에 최적화된 가중치를 주는 단계와, 위 각각의 부분복호기에서 동시에 생성된 대수우도비를 결합기에서 결합하고 경판정하여 다이버시티 이득을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터보코드의 복호화 방법 A 및 이에 복호블록을 추가하여 병렬로 구동시키는 단계와, 각 복호블록을 구성하는 부분복호기들을 병렬로 구동시키는 단계와, 각 부분복호기에서 출력되는 대수우도비의 구성성분에 최적화된 가중치를 주고 결합기에서 결합하는 단계를 특징으로 하는 터보코드의 복호화 방법 B로서, 종래의 복호화 방법에 비해 비트오율 특성이 크게 향상되고, 주어진 비트오율을 만족시키기 위해 요구되는 반복횟수는 줄어든다.

Description

터보코드의 가중치를 준 병렬형 복호화 방법 및 그 장치(Decoding method of turbo code using weighted parallel type and device for the same)

본 발명은 디지털 통신 시스템에서 사용되는 터보코드의 복호화 방식, 특히 대수우도비를 구성하는 각각의 정보에 최적화된 가중치를 주고 구비되어 있는 복호기들을 병렬로 구동시킨 후 각 부분복호기에서 얻어진 대수우도비(log-likelihood ratio)를 결합시켜 다이버시티 이득을 얻도록 함으로써 반복횟수의 증가를 억제하면서도 비트오율을 감소시킬 수 있도록 하는 터보코드의 복호화 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 디지털 통신 시스템에서 발생하는 채널 장애로서는 잡음 혹은 전송 매질의 불규칙적인 전송 특성에 의해 발생되는 신호의 손상 현상인 페이딩(fading) 현상이 있다. 이러한 장애 요인을 극복하기 위하여 제안된 기술이 오류 정정(error control and correction)기법으로서, 송신측에서 데이터를 부호화하여 전송하고 수신측에서 데이터를 복호화함으로써 채널에서의 장애에 의한 오류 데이터를 정정하여 신뢰성을 회복하는 것이다.

상술한 디지털 통신 시스템에서 사용되는 오류정정기법 중 상용화된 대표적인 방식이 길쌈 부호기(convolutional encoder)와 비터비 복호기(viterbi decoder)를 사용하는 것인데, 최근 영상, 데이터 등 멀티미디어 정보에 대한 사용자의 욕구가 증대되면서 더욱 우수한 비트오율 특성을 갖는 오류정정기법이 필요하게 되었다. 오류정정능력을 높이기 위해 연구중인 다양한 기술 중에서 각광받고 있는 기술이 터보코드라는 새로운 제안 기술이다.

상기 터보코드 방식은 동일 신호의 순서를 뒤섞어 각각 부호화하여 전송하고, 복호화하는 과정에서는 각 부분복호를 통해 얻은 복호 데이터를 서로 전달하면서 복호의 신뢰성을 높이는 기법으로써, 데이터의 오류정정능력의 극대화를 목적으로 제안된 기술이다.

상술한 개념의 터보코드 방식을 이용한 신호 송수신 관계를 첨부한 도면을 참조하여 살펴보기로 한다. 도 1a는 부호율이 1/3인 종래의 터보코드의 부호기를 도시하는 블록도이고 도 1b는 종래의 복호기의 블록도이다.

우선, 도 1a에 도시되어 있는 부호기의 구성을 살펴보면, 전달하고자 하는 임의의 입력 데이터(d)를 특정한 규칙에 따라 뒤섞어 출력하는 인터리버(10)와, 상기 인터리버(10)에서 뒤섞여 출력되는 신호를 길쌈부호화하여 출력하는 제2 길쌈 부호기(12), 및 상기 입력 데이터(d)를 길쌈부호화하여 출력하는 제1 길쌈 부호기(11)로 구성된다.

이 때, 상기 도 1a에서 설명하지 않은 각각의 기호 중 x₀는 상기 입력 데이터(d)가 부호화되지 않고 전송되는 신호이고, x₁은 길쌈부호기만 거쳐 부호화된 후 전송되는 신호이며, x₂는 상기 입력 데이터(d)가 인터리버를 통해 특정한 규칙에 따라 뒤섞여진 후 부호화되어 전송되는 신호이다.

상기와 같이 구성된 송신측에 대응하는 수신측의 구성을 첨부한 도 1b를 참조하여 살펴보면, 송신측으로부터 발생되어 수신되는 신호들 중 부호화되지 않은 신호 y₀를 입력받아 특정한 규칙에 따라 뒤섞어 출력하는 인터리버(20)와, 수신되는 신호들 중 단순 길쌈부호화되어진 y₁과 상기 신호 y₀를 입력받아 부분적으로 복호화한 후 출력하는 제1 부분복호기(21)와, 상기 제1 부분복호기(21)로부터의 외래정보와 y₀를 뒤섞어 출력하는 상기 인터리버(20)의 출력값을 입력받고 수신되는 신호들 중 인터리버 기능에 따라 데이터가 뒤섞인 후 길쌈부호화되어진 y₂를 입력받아 복호화한 후 출력하는 제2 부분복호기(22), 및 상기 제2 부분복호기(22)에서 출력되는 데이터를 입력받아 특정한 규칙에 따라 뒤섞여 있는 데이터를 원상태로 복원하여 대수우도비를 출력하며 상기 제1 부분복호기(21) 측으로는 외래정보를 제공하는 디인터리버(23)로 구성된다.

상술한 바와 같이 구성된 종래의 터보코드의 부호기와 복호기의 동작을 설명하기에 앞서 몇가지 용어에 대하여 정의하고자 한다. 이는 터보코드의 복호 과정을 이해하기 위한 것으로 정의하고자 하는 것은 '대수우도비'와 그 구성성분인 '외래정보', '사전정보', '채널출력값'이다.

대수우도비란 비트인 d_k가 1일 사후확률 값과 d_k가 0일 사후확률 값의 비의 로그값이다. 따라서, 대수우도비 Λ₁(d_k)의 값이 +이면 d_k는 '1'로, 대수우도비 Λ₁(d_k)의 값이 -이면 d_k는 '0'으로 추정할 수 있으며, 대수우도비의 절대값이 클수록 이러한 추정의 신뢰성이 높다. 아래의 수식은 제1 부분복호기(21)를 거쳐 출력되는 대수우도비의 정의이다.

여기서, observations 란 제1 부분복호기의 입력벡터 y₀, y₁과 제2 부분복호기에서 넘어온 사전정보이다. 이러한 대수우도비는 다음의 세 성분으로 분류할 수 있다.

여기서, 우변의 두 번째 항이 금번 부분복호에 사용되는, 이전번 부분복호의 제2 부분복호기에서 넘어온 사전정보(a priori information)이고, 세 번째 항이 d_k의 채널출력에 의존하는 값이며, 첫 번째 항이 사전정보와 채널출력값을 이용하여 금번 부분복호에서 얻은 외래정보(extrinsic information)로써 제2 부분복호기에 전달되어 다음번 부분복호의 사전정보로 사용된다.

그리고, 제2 부분복호기에서는 인터리빙된 y₀와 y_2,그리고 제1 부분복호기로부터 넘어온 사전정보를 가지고 대수우도비를 구하며 그 일부의 값인 외래정보를 제1 부분복호기의 사전정보로 전달한다.

따라서, 사전정보는 채널출력값과 더불어 금번 부분복호에서 대수우도비를 구하는데 사용되는 데이터이며, 외래정보는 금번 부분복호에서 얻어진 대수우도비로부터 도출되는 데이터로서 다음번 부분복호의 사전정보로 이용되는 값이다.

상기에서 정의된 용어를 이용하여 종래의 복호화 방법을 살펴보면, 먼저 제 1 부분복호기(21)에서 부호기로부터 수신한 신호들 중의 일부를 이용하여 부호기의 입력 데이터에 대한 대수우도비를 계산하고, 제2 부분복호기(22)로 그 구성성분 중의 하나인 외래정보를 넘겨준다. 또한, 상기 제2 부분복호기(22)에서는 부호기로부터 수신된 신호들 중의 일부와 상기 제1 부분복호기(21)로부터 전달받은 외래정보를 사전정보로 이용하여 부호기의 입력데이터에 대한 대수우도비를 계산하고, 그 구성성분 중의 하나인 외래정보를 다시 상기 제1 부분복호기(21)로 넘겨준다.

상술한 바와 같은 방식에 따른 신호 흐름 즉, 제1 부분복호기(21)와 제2 부분복호기(22)를 경유하였을 경우를 반복횟수(p) 1로 규정한다. 따라서, 반복횟수 p가 1을 넘긴 때부터는 제1 부분복호기에서 대수우도비를 계산할 경우에 제2 부분복호기로부터의 외래정보를 사전정보로 이용할 것이다.

일반적으로, 부호율이 1/n인 경우에 종래의 복호화 방법에 의하면 복호에 사용되는 부분복호기의 개수는 n-1개, 임의의 복호시점에서 얻는 대수우도비의 개수는 1개이다.

임의의 반복횟수를 거친 후에 얻은 최종의 대수우도비 값을 0을 임계값으로 하여 경판정 함으로써 부호기의 입력 데이터 값을 추정하게 된다. 이 경우, 반복횟수가 늘어날수록 비트오율은 점점 작아지며 비트오율이 개선되는 정도는 점점 줄어든다.

그러나, 비트 오류의 개선을 위한 반복횟수의 증가는 복호화 시간의 증가를 초래하므로 실제 시스템에서 원하는 비트오율을 얻기 위해 반복횟수를 계속 증가시킬 수는 없다는 문제점이 발생되었다.

상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 목적은 대수우도비를 구성하는 각각의 정보에 최적화된 가중치를 주고 구비되어 있는 부분복호기들을 병렬로 구동시킨 후 각 부분복호기에서 얻어진 대수우도비를 결합시켜 다이버시티 이득을 얻도록 함으로써 반복횟수의 증가를 억제하면서도 비트오율을 감소시킬 수 있도록 하는 터보코드의 복호화 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.

도 1a 및 1b는 부호율이 1/3인 터보코드의 부호기 및 복호기를 도시하는 블록도,

도 2는 본 발명에 따른 터보코드의 복호화 방법 A를 실시하는 부호율 1/3의 복호기의 블록도,

도 3a는 부호율이 1/4인 터보코드의 부호기를 도시하는 블록도,

도 3b는 본 발명에 따른 터보코드의 복호화 방법 B를 실시하는 부호율 1/4의 복호기의 블록도,

도 4는 부호율이 1/3인 터보코드의 비트오율을 컴퓨터 모의실험을 통하여 계산한 결과를 도시하는 그래프도,

도 5는 부호율이 1/4인 터보코드의 비트오율을 컴퓨터 모의실험을 통하여 계산한 결과를 도시하는 그래프도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10, 20, 40, 41 : 인터리버 11, 12 : 길쌈 부호기

21, 21A, 22, 22A : 부분복호기 23, 23A : 디인터리버

24, 30 : 결합기

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 복호화 방법 A의 특징은, 부호율이 1/n이며 n-1개의 부분복호기와 각각 n-2개의 인터리버 및 디인터리버를 구비한 복호블록에서 터보코드를 복호화하기 위한 방법에 있어서, 이 n-1개의 부분복호기들 중에서 제1 부분복호기부터 복호를 시작하여 순차적으로 복호함으로써 제1 대수우도비(log-likelihood ratio)를 생성하는 제1 복호과정과, 이 제1 복호과정과 병렬로 구동되고 제2 부분복호기부터 복호를 시작하여 순차적으로 복호함으로써 상기 제1 대수우도비와는 다른 제2 대수우도비를 생성하는 제2 복호과정과, 이러한 복호과정들이 병렬적으로 계속되어, 제n-1 부분복호기부터 복호를 시작하여 순차적으로 복호함으로써 상기 대수우도비들과는 또 다른 제n-1 대수우도비를 생성하는 제n-1 복호과정과, 위 각 복호과정에서 각각의 부분복호기가 생성하는 대수우도비의 구성성분에 최적화된 가중치를 주는 단계와, 위 각각의 부분복호기에서 동시에 생성된 대수우도비를 결합기에서 결합하고 경판정하여 다이버시티 이득을 얻는 단계를 포함하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 복호화 방법 A의 다른 특징은, 부호율이 1/n이며 n-1개의 부분복호기와 각각 n-2개의 인터리버 및 디인터리버를 구비한 복호블록에서 터보코드를 복호화하기 위한 장치에 있어서, 송신측으로부터 발생되어 수신되는 신호들 중의 일부와 이전번 부분복호로부터 출력되는 외래정보를 사전정보로 입력받아 대수우도비를 구하고 외래정보를 출력하기 위한 n-1개의 부분복호기와, 제1 부분복호기를 제외한 나머지 부분복호기의 전단에 접속되며, 송신측으로부터 발생되어 수신되는 신호들 중의 일부와 외래정보를 입력받아 특정한 규칙에 따라 뒤섞어 각각 출력하기 위한 n-2개의 인터리버와, 제1 부분복호기를 제외한 나머지 부분복호기의 후단에 접속되며, 특정한 규칙에 따라 뒤섞여 있는 대수우도비와 외래정보를 부분복호기들로부터 입력받아 원상태로 복원된 대수우도비와 외래정보를 각각 출력하기 위한 n-2개의 디인터리버와, 임의의 복호시점에서 n-1개의 복호과정으로부터 출력되는 n-1개의 가중치를 준 대수우도비를 결합시켜 출력하기 위한 결합기를 포함하는 데 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 살펴보기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 터보코드의 복호화 방법 A를 실시하는 부호율 1/3의 복호기의 블록도이다. 데이터 송신측의 부호기는 첨부한 도 1a에 도시되어 있는 바와 같이 종래와 동일하다.

상기와 같이 구성된 송신측에 대응하는 수신측의 구성을 첨부한 도 2를 참조하여 살펴보면, 복호기는 제1 부분복호기(21A), 제2 부분복호기(22A), 인터리버(20A), 디인터리버(23A) 및 결합기(24)로 구성되어 있으며, 제1 부분복호기로부터 시작되는 복호과정과 제2 부분복호기로부터 시작되는 복호과정이 병렬 구동되는 것을 특징으로 하는데, 그 과정이 유사하므로 여기서는 제1 부분복호기로부터 시작되는 제1 복호과정을 기준으로 설명한다.

먼저, 상기 제1 부분복호기(21A)는 복호과정을 처음 시작하는 경우에 송신측으로부터 발생되어 수신되는 신호들 중 부호화되지 않은 신호 y₀와 단순 길쌈부호화되어진 신호 y₁을 입력받아 대수우도비를 출력하여 상기 결합기(24)의 입력으로 제공하며 이 대수우도비의 구성성분 중 외래정보를 인터리버(20A)의 입력으로 제공한다. 복호횟수가 1회를 넘긴 경우에는 후술하는 제2 부분복호기(22A)로부터 외래정보가 생성되므로 위의 두 신호와 더불어 제2 부분복호기(22A)에서 생성되어 후술하는 디인터리버(23A)를 거쳐 출력되는 외래정보를 사전정보로 입력받아 대수우도비를 계산하게 된다.

또한, 인터리버(20A)는 상기 신호 y₀와 상기 제1 부분복호기(21A)에서 출력되는 외래정보를 입력받아 특정한 규칙에 따라 뒤섞어 상기 제2 부분복호기(22A)에 제공한다. 이와 같이 제2 부분복호기(22A)의 앞단에 인터리버가 필요한 것은 신호 y₂는 부호기에서 인터리버를 거치는 반면, 신호 y₀, y₁은 인터리버를 거치지 않고 그대로 부호화되어 전송되므로 이들 신호간의 순서를 맞추기 위해서이다. 물론, 이와 같이 인터리버에 의해 뒤섞여진 신호들의 순서를 바로잡기 위해 후술하는 바와 같이 디인터리버가 필요하다.

상기 제2 부분복호기(22A)는 수신되는 신호들 중 송신측에서 인터리버 기능에 따라 데이터가 뒤섞인 후 길쌈부호화되어진 y₂와 상기 인터리버(20A)에서 출력되는 신호들, 즉 신호 y₀와 상기 제1 부분복호기(21A)로부터의 외래정보를 사전정보로 입력받아 대수우도비를 계산하여 그 값과 외래정보를 디인터리버(23A)에 제공한다.

상기 디인터리버(23A)는 상기 제2 부분복호기(22A)에서 출력되는 데이터를 입력받아 특정한 규칙에 따라 뒤섞여 있는 데이터를 원상태로 복원한 후 출력하여 상기 제1 부분복호기(21A)로는 외래정보를, 상기 결합기(24)로는 대수우도비를 입력으로 제공한다.

상술한 복호과정과 병렬 수행되는, 제2 부분복호기로부터 시작되는 제2 복호과정은 위의 제1 부분복호기와 제2 부분복호기의 동작 순서를 바꾸어 생각하면 되므로 설명을 생략한다.

결합기(24)는 임의의 복호시점에서 두 복호과정으로부터 출력되는 두 대수우도비를 결합시켜 다이버시티 이득을 얻도록 함으로써 반복횟수의 증가를 억제하면서도 비트오율을 감소시킬 수 있도록 한다.

따라서, 상술한 바와 같이 구성되는 본 발명에 따른 터보코드의 복호화 방법 A의 동작 특성을 살펴보면 다음과 같다. 여기서, 부호기의 부호화 과정은 도 1a를 참고로 설명한 종래 기술의 경우와 동일하므로 그 설명을 생략한다.

먼저, 수신된 신호들 중 y₀, y₁은 제 1 부분복호기(21A)의 입력으로 사용된다. 제 2 부분복호기(22A)로부터의 외래정보도 제1 부분복호기의 사전정보로 사용되어야 하나 상술한 바와 같이 복호를 처음 시작할 때에는 제2 부분복호기로부터 오는 외래정보가 없으므로 y₀, y₁만을 사용하여 대수우도비를 구하고, 그 일부인 외래정보를 사전정보로서 제2 부분복호기로 넘겨준다. 반복횟수가 1을 넘었을 때부터는 제1 부분복호기에서의 대수우도비 계산에 제2 부분복호기로부터 오는 사전정보가 들어갈 것이다. 수신된 신호들 중 y₂와 인터리버를 거친 y₀, 제1 부분복호기의 외래정보를 제2 부분복호기의 입력으로 사용하여 대수우도비를 구하고, 그 일부인 외래정보를 사전정보로서 제1 부분복호기로 넘겨준다. 이와 같은 제1 복호과정, 즉 제1 부분복호기를 시작으로 제2 부분복호기를 경유한 후 다시 제1 부분복호기로 회귀되는 과정이 일정횟수 반복되면서 이루어진다.

한편, 수신된 신호들 중 y₂와 인터리버를 거친 y₀는 제2 부분복호기(22A)의 입력으로 사용된다. 제1 부분복호기로부터의 외래정보도 제2 부분복호기의 사전정보로 사용되어야 하나 제1 복호과정에서와 마찬가지로 복호를 처음 시작할 때에는 이 정보가 없으므로 y₀, y₂만을 사용하여 대수우도비를 구하고 그 일부인 외래정보를 제1 부분복호기의 사전정보로서 전달한다. 수신된 신호들 중 y_0,y₁과 디인터리버를 거친 제2 부분복호기의 외래정보를 제1 부분복호기의 입력으로 사용하여 대수우도비를 구하고, 그 일부인 외래정보를 사전정보로서 제2 부분복호기로 넘겨준다. 이와 같은 제2 복호과정, 즉 제2 부분복호기를 시작으로 제1 부분복호기를 경유한 후 다시 제2 부분복호기로 회귀되는 과정이 일정횟수 반복되면서 이루어진다.

이러한 복호과정들, 즉 제1 부분복호기에서 복호를 시작하는 복호과정과 제2 부분복호기에서 복호를 시작하는 복호과정은 동시에 구동되며, 따라서 본 발명의 복호방법은 종래 기술에서와는 달리 임의의 복호시점에서 항상 두 개의 대수우도비를 얻게 되고 이 두 대수우도비를 더한 값으로 경판정을 하여 비트오율을 감소시킬 수 있는 것이다.

이와 같이 두 대수우도비를 더한 값을 판정변수로서 사용하는 경우에는 이 판정변수가 부호기의 입력 데이터에 대한 정확한 대수우도비가 되지 않는다. 따라서, 대수우도비를 구성하는 상기한 세 부분에 각각 최적의 가중치를 주고 결합기(24)에서 결합하여 비트오율을 최소화한다.

이러한 가중치는 식(2)의 우변의 첫째 항의 가중치를 ω_a, 둘째 항의 가중치를 ω_b라고 하여 최적의 가중치 쌍 (ω_a, ω_b)_opt를 찾을 수 있다. 여기서, ω_a는 금번복호를 통해 얻은 외래정보에 대한 가중치이고 ω_b는 금번복호를 하기 위해 사용된 사전정보에 대한 가중치이다. 따라서, 반복 횟수가 작을 때에는 첫째 항이 둘째 항보다 d_k에 대한 훨씬 많은 정보를 가지므로 (ω_a, ω_b)_opt는 (2, 0)이 되고 반복횟수가 커지면 첫째 항과 둘째 항으로부터 얻는 d_k에 대한 정보가 유사해지므로 (ω_a, ω_b)_opt는 (1, 1)에 근접함을 모의실험을 통하여 확인할 수 있다. 즉, 비트오율을 최소화하는 최적의 가중치는 반복횟수 p에 따라 변화하고 있는 것이다.

상술한 바와 같이 동작하는 본 발명의 실시예와 다른 실시예를 첨부한 도 3a 및 3b를 참조하여 살펴본다. 도 3a는 부호율이 1/4인 터보코드의 부호기를 도시하는 블록도이고, 도 3b는 본 발명에 따른 터보코드의 복호화 방법 B를 실시하는 부호율 1/4의 복호기의 블록도이다.

우선, 도 3a에 도시되어 있는 부호율이 1/4인 터보코드 부호기의 구성을 살펴보면, 전달하고자 하는 임의의 입력 데이터(d)를 특정한 규칙에 따라 뒤섞어 출력하는 제1 인터리버(40), 이 제1 인터리버와는 다른 방식으로 뒤섞어 출력하는 제2 인터리버(41), 상기 입력 데이터(d)를 길쌈부호화하여 출력하는 제1 길쌈 부호기(42), 상기 제1 인터리버(40)에서 뒤섞여 출력되는 신호를 길쌈부호화하여 출력하는 제2 길쌈 부호기(43) 및 상기 제2 인터리버(41)에서 뒤섞여 출력되는 신호를 길쌈부호화하여 출력하는 제3 길쌈 부호기(44)로 구성된다.

이 때, 상기 도 3a에서 설명하지 않은 각각의 기호 중 x₀는 상기 입력 데이터(d)가 부호화되지 않고 전송되는 신호이고, x₁은 길쌈부호기만 거쳐 부호화된 후 전송되는 신호이며, x₂및 x₃는 상기 입력 데이터(d)가 제1 및 제2 인터리버를 통해 특정한 규칙에 따라 뒤섞여진 후 부호화되어 전송되는 신호이다.

상기와 같이 구성된 송신측에 대응하는 수신측의 구성을 첨부한 도 3b를 참조하여 살펴보면, 제1 복호블록(38), 제2 복호블록(39) 및 결합기(30)로 구성되어 있다. 그리고, 복호블록(38)은 제1 부분복호기(31), 제2 부분복호기(32), 제3 부분복호기(33), 인터리버(34, 36) 및 디인터리버(35, 37)로, 복호블록(39)은 제4 부분복호기(31A), 제5 부분복호기(32A), 제6 부분복호기(33A), 인터리버(34A, 36A) 및 디인터리버(35A, 37A)로 각각 구성되어 있으며, 두 복호블록은 병렬 접속되어 있다.

제1 복호블록의 제1 부분복호기로부터 시작되는 복호과정은 다음과 같다.

먼저, 제1 부분복호기(31)는 복호과정을 처음 시작하는 경우에 송신측으로부터 발생되어 수신되는 신호들 중 부호화되지 않은 신호 y₀와 단순 길쌈부호화되어진 신호 y₁을 입력받아 대수우도비를 출력하여 후술하는 결합기(30)의 입력으로 제공하며 이 대수우도비의 구성성분 중 외래정보를 인터리버(34)의 입력으로 제공한다. 복호횟수가 1회를 넘긴 경우에는 후술하는 제3 부분복호기(33)로부터 외래정보가 생성되므로 위의 두 신호와 더불어 이 외래정보를 사전정보로 입력받아 대수우도비를 계산하게 된다.

또한, 인터리버(34)는 상기 신호 y₀와 상기 제1 부분복호기에서 출력되는 외래정보를 입력받아 특정한 규칙에 따라 뒤섞은 다음 후술하는 제2 부분복호기(32)에 제공한다.

제2 부분복호기(32)는 수신되는 신호중 송신측에서 제1 인터리버(40)에 의해 인터리빙된 후 길쌈부호화되어진 y₂와 상기 인터리버(34)에서 출력되는 신호들, 즉 신호 y₀와 상기 제1 부분복호기(31)로부터의 외래정보를 사전정보로 입력받아 대수우도비를 계산하여 그 값과 외래정보를 디인터리버(35)에 제공한다.

디인터리버(35)는 상기 제2 부분복호기(32)에서 출력되는 데이터를 입력받아 특정한 규칙에 따라 뒤섞여 있는 데이터를 원상태로 복원한 후 출력하여 후술하는 인터리버(36)로는 외래정보를, 후술하는 결합기(30)로는 대수우도비를 입력으로 제공한다.

인터리버(36)는 상기 신호 y₀와 상기 디인터리버(35)에서 출력되는 외래정보를 입력받아 특정한 규칙에 따라 뒤섞은 다음 후술하는 제3 부분복호기(33)에 제공한다.

제3 부분복호기(33)는 수신되는 신호 중 송신측에서 제2 인터리버(41)에 의해 인터리빙된 후 길쌈부호화되어진 y₃와 상기 인터리버(36)에서 출력되는 신호들, 즉 신호 y₀와 상기 제2 부분복호기(32)로부터의 외래정보를 사전정보로 입력받아 대수우도비를 계산하여 그 값과 외래정보를 디인터리버(37)에 제공한다.

디인터리버(37)는 상기 제3 부분복호기(33)에서 출력되는 데이터를 입력받아 특정한 규칙에 따라 뒤섞여 있는 데이터를 원상태로 복원한 후 출력하여 상기 제1 부분복호기(31)로는 외래정보를, 후술하는 결합기(30)로는 대수우도비를 제공한다.

한편, 제2 복호블록의 제4 부분복호기로부터 시작되는 복호과정은 다음과 같다. 먼저, 제4 부분복호기(31A)는 복호과정을 처음 시작하는 경우에 송신측으로부터 발생되어 수신되는 신호들 중 부호화되지 않은 신호 y₀와 단순 길쌈부호화되어진 신호 y₁을 입력받아 대수우도비를 출력하여 후술하는 결합기(30)의 입력으로 제공하며 이 대수우도비의 구성성분 중 외래정보를 인터리버(36A)의 입력으로 제공한다. 복호횟수가 1회를 넘긴 경우에는 후술하는 제5 부분복호기(32A)로부터 외래정보가 생성되므로 위의 두 신호와 더불어 이 외래정보를 사전정보로 입력받아 대수우도비를 계산하게 된다.

또한, 인터리버(36A)는 상기 신호 y₀와 상기 제4 부분복호기(31A)에서 출력되는 외래정보를 입력받아 특정한 규칙에 따라 뒤섞은 다음 후술하는 제6 부분복호기(33A)에 제공한다.

제6 부분복호기(33A)는 수신되는 신호중 송신측에서 제2 인터리버(41)에 의해 인터리빙된 후 길쌈부호화되어진 y₃와 상기 인터리버(36A)에서 출력되는 신호들, 즉 신호 y₀와 상기 제4 부분복호기(31A)로부터의 외래정보를 사전정보로 입력받아 대수우도비를 계산하여 그 값과 외래정보를 디인터리버(37A)에 제공한다.

디인터리버(37A)는 상기 제6 부분복호기(33A)에서 출력되는 데이터를 입력받아 특정한 규칙에 따라 뒤섞여 있는 데이터를 원상태로 복원한 후 출력하여 후술하는 인터리버(34A)로는 외래정보를, 후술하는 결합기(30)로는 대수우도비를 입력으로 제공한다.

인터리버(34A)는 상기 신호 y₀와 상기 디인터리버(37A)에서 출력되는 외래정보를 입력받아 특정한 규칙에 따라 뒤섞은 다음 후술하는 제5 부분복호기(32A)에 제공한다.

제5 부분복호기(32A)는 수신되는 신호 중 송신측에서 제1 인터리버(40)에 의해 인터리빙된 후 길쌈부호화되어진 y₂와 상기 인터리버(34A)에서 출력되는 신호들, 즉 신호 y₀와 상기 제6 부분복호기(33A)로부터의 외래정보를 사전정보로 입력받아 대수우도비를 계산하여 그 값과 외래정보를 디인터리버(35A)에 제공한다.

디인터리버(35A)는 상기 제5 부분복호기(32A)에서 출력되는 데이터를 입력받아 특정한 규칙에 따라 뒤섞여 있는 데이터를 원상태로 복원한 후 출력하여 상기 제4 부분복호기(31A)로는 외래정보를, 후술하는 결합기(30)로는 대수우도비를 제공한다.

상기한 두 복호블록(38, 39)를 병렬 수행하여 얻을 수 있는 복호과정의 개수는 최대 6개인데, 이는 제1 복호블록에서 수행되는 다음의 복호과정, 즉 제1 부분복호기(31)에서 시작되어 제2 부분복호기(32)를 거치고 제3 부분복호기(33)에서 반복횟수 1을 완료하는 제1 복호과정, 제2 부분복호기(32)에서 시작되어 제3 부분복호기(33)를 거치고 제1 부분복호기(31)에서 반복횟수 1을 완료하는 제2 복호과정, 및 제3 부분복호기(33)에서 시작되어 제1 부분복호기(31)를 거치고 제2 부분복호기(32)에서 반복횟수 1을 완료하는 제3 복호과정과, 제1 복호블록과 병렬 접속되며 동일한 구성을 갖는 제2 복호블록에서 수행되는 다음의 복호과정, 즉 제4 부분복호기(31A)에서 시작되어 제6 부분복호기(33A)를 거치고 제5 부분복호기(32A)에서 반복횟수 1을 완료하는 제4 복호과정, 제6 부분복호기(33A)에서 시작되어 제5 부분복호기(32A)를 거치고 제4 부분복호기(31A)에서 반복횟수 1을 완료하는 제5 복호과정, 및 제5 부분복호기(32A)에서 시작되어 제4 부분복호기(31A)를 거치고 제6 부분복호기(33A)에서 반복횟수 1을 완료하는 제6 복호과정이다.

마지막으로, 결합기(30)는 임의의 복호시점에서 총 6개의 복호과정으로부터 출력되는 6개의 대수우도비를 결합시켜 다이버시티 이득을 얻도록 함으로써 반복횟수의 증가를 억제하면서도 비트오율을 감소시킬 수 있도록 한다.

각각의 대수우도비의 구성성분에 가중치를 주는 방식은 도 2의 경우와 동일하므로 그 설명을 생략한다.

본 발명의 복호화 방법 B는 종래의 복호기 및 복호화 방법 A와 비교할 때, 복호 블록의 추가에 의한 시스템의 복잡도가 증가하는 반면 비트오율은 감소한다는 장점이 있다.

일반적으로, 부호율이 1/n인 경우에 종래의 복호화 방법에 의하면 복호에 사용되는 부분복호기의 개수는 n-1개, 임의의 복호시점에서 얻는 대수우도비의 개수는 1개이다. 반면, 본 발명의 복호화 방법 A에 의하면 복호에 사용되는 부분복호기의 개수와 임의의 복호시점에서 얻는 대수우도비의 개수는 각각 n-1개이며, 본 발명의 복호화 방법 B에 의하면 복호에 사용되는 부분복호기의 개수와 임의의 복호시점에 얻는 대수우도비의 개수는 각각 (n-1)!개이다.

따라서, 본 발명의 복호화 방법 A 및 B에 의한 다이버시티 이득은 부호율이 낮아질수록 커짐을 예상할 수 있다. 실제로, 모의실험을 통하여 이를 확인하여 보면 아래의 표 1 및 표 2에서 보여주는 바와 같이 비트오율 10^-5에서의 종래의 복호화 방법에 대한 본 발명의 복호화 방법의 부호화 이득은 부호율이 낮아질수록 커짐을 알 수 있는데, 이는 부호율이 낮아질수록 본 발명의 복호화 방법에서 얻는 다이버시티 차수가 증가하기 때문이다.

여기서, 표 1은 부호율 r=1/3, 인터리버 크기 N=256인 경우의 종래기술의 복호화 방법에 대한 본 발명의 복호화 방법 A의 부호화 이득을 나타내는 표이고, 표 2는 부호율 r=1/4, 인터리버 크기 N=256인 경우의 종래기술의 복호화 방법에 대한 본 발명의 복호화 방법 A와 B의 부호화 이득을 나타내는 표이다.

	본 발명의 복호화 방법 A
	(ω_a, ω_b)=(1, 1)	(ω_a, ω_b)_opt
p=1/2	1.54dB	1.89dB
p=1	0.62dB	0.82dB
p=1＆1/2	0.36dB	0.45dB
p=2	0.17dB	0.24dB
p=2＆1/2	0.13dB	0.16dB
p=3	0.10dB	0.13dB

	본 발명의 복호화 방법 A	본 발명의 복호화 방법 B
	(ω_a, ω_b)=(1, 1)	(ω_a, ω_b)_opt	(ω_a, ω_b)=(1, 1)	(ω_a, ω_b)_opt
p=1/3	2.06dB	2.89dB	2.06dB	2.89dB
p=2/3	1.26dB	1.53dB	1.38dB	1.83dB
p=1	0.93dB	1.10dB	1.13dB	1.36dB
p=2	0.40dB	0.45dB	0.58dB	0.67dB

도 4 및 5는 각각 부호율이 1/3, 1/4인 터보코드의 비트오율을 컴퓨터 모의실험을 통하여 계산한 결과를 도시하는 그래프도이다. 종래 기술의 복호화 방법, 본 발명의 복호화 방법 A, 본 발명의 복호화 방법 B의 순서로 비트오율이 점점 낮아짐을 알 수 있으며 또 본 발명에 의한 비트오율의 개선 효과는 복호횟수가 낮을수록 더 커진다는 것을 알 수 있다. 실제로, 복호횟수는 시간지연 문제와 동기 문제 등으로 인해 제한을 받게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 한정이나 부가 등을 가하여 본 발명을 여러 가지 다양한 형태로 구체화할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.

상술한 바와 같이 동작하는 본 발명에 따른 복호 방식은 터보코드의 부분복호기들을 병렬로 구동시키고 각 부분복호기에서 출력되는 대수우도비의 구성성분에 최적화된 가중치를 주어 비트오율 특성을 크게 향상시키고 있다. 이로써 이동통신, 위성통신, 데이터 통신 등에 있어서 주어진 비트오율을 만족시키기 위해 요구되는 복호화 시간과 송신 전력이 감소하게 되었다.

Claims

부호율이 1/n이며 n-1개의 부분복호기와 각각 n-2개 이상의 인터리버 및 디인터리버를 구비한 복호블록에서 터보코드를 복호화하기 위한 방법에 있어서,

상기 n-1개의 부분복호기들 중에서 제1 부분복호기부터 복호를 시작하여 순차적으로 복호함으로써 복호를 완료하여 제1 대수우도비(log-likelihood ratio)를 생성하는 제1 복호과정 단계와,

상기 제1 복호과정과 병렬 구동되는 제2 부분복호기부터 복호를 시작하여 순차적으로 복호함으로써 복호를 완료하여 제2 대수우도비를 생성하는 제2 복호과정 단계와,

이러한 복호과정들이 병렬적으로 계속되어, 상기 복호과정들과 병렬 구동되는 제n-1 부분복호기부터 복호를 시작하여 순차적으로 복호함으로써 상기 복호과정들과는 또 다른 복호를 완료하여 제n-1 대수우도비를 생성하는 제n-1 복호과정 단계와,

상기 각 복호과정에서 각각의 부분복호기가 생성하는 대수우도비의 구성성분에 최적화된 가중치를 주는 단계와,

상기 각 복호과정에서 동시에 생성된 대수우도비들을 결합기에서 결합하고 경판정하여 다이버시티 이득(diversity gain)을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터보코드의 가중치를 준 병렬형 복호화 방법.
제 1항에 있어서,

상기 복호 단계는 1/n의 부호율에서 최대 n-1개의 복호과정이 병렬 구동되는 것을 특징으로 하는 터보코드의 가중치를 준 병렬형 복호화 방법.
제 1항에 있어서,

상기 각각의 복호 단계는 1/n의 부호율에서 최대 n-1개의 대수우도비를 동시에 생성하는 것을 특징으로 하는 터보코드의 가중치를 준 병렬형 복호화 방법.
제 1항에 있어서,

상기 복호블록과 병렬 구동되는 복호블록을 최대 [(n-1)!/(n-1)]-1개 더 포함하여 상기 단계들을 병렬 수행하는 것을 특징으로 하는 터보코드의 가중치를 준 병렬형 복호화 방법.
제 4항에 있어서,

상기 복호 단계는 1/n의 부호율에서 최대 (n-1)!개의 복호과정이 병렬 구동되는 것을 특징으로 하는 터보코드의 가중치를 준 병렬형 복호화 방법.
제 4항에 있어서,

상기 각각의 복호 단계는 1/n의 부호율에서 최대 (n-1)!개의 대수우도비를 동시에 생성하는 것을 특징으로 하는 터보코드의 가중치를 준 병렬형 복호화 방법.
제 1항 또는 제 4항에 있어서,

상기 가중치를 주기 위한 단계는 비트오율을 최소화하는 최적의 가중치를 반복횟수에 따라 결정하는 것을 특징으로 하는 터보코드의 가중치를 준 병렬형 복호화 방법.
제 1항 또는 제 4항에 있어서,

상기 결합기에서 가중치를 준 대수우도비들을 결합하고 경판정하는 단계는 임의의 반복횟수를 거친 후 경판정하는 것을 특징으로 하는 터보코드의 가중치를 준 병렬형 복호화 방법.
부호율이 1/n이며 n-1개의 부분복호기와 각각 n-2개 이상의 인터리버 및 디인터리버를 구비한 복호블록에서 터보코드를 복호화하기 위한 장치에 있어서,

송신측으로부터 발생되어 수신되는 신호들 중의 일부와 다른 부분복호기들로부터 출력되는 외래정보를 사전정보로 입력받아 대수우도비와 외래정보를 출력하기 위한 n-1개의 부분복호기와,

부분복호기의 전단에 접속되며, 송신측으로부터 발생되어 수신되는 신호들 중의 일부와 상기 부분복호기들로부터 출력되는 외래정보를 각각 입력받아 특정한 규칙에 따라 뒤섞어 각각 출력하기 위한 n-2개 이상의 인터리버와,

부분복호기의 후단에 접속되며, 특정한 규칙에 따라 뒤섞여 있는 대수우도비와 외래정보를 부분복호기들로부터 입력받아 원상태로 복원된 대수우도비와 외래정보를 각각 출력하며 그 중 외래정보는 임의의 부분복호기 또는 임의의 인터리버의 입력으로 각각 제공하기 위한 n-2개 이상의 디인터리버와,

임의의 복호시점에서 각 복호과정으로부터 출력되는 가중치를 준 대수우도비들을 결합시켜 출력하기 위한 결합기를 포함하는 것을 특징으로 하는 터보코드의 병렬형 복호화 장치.
제 9항에 있어서,

상기 복호블록과 병렬 접속되어 병렬 구동되는 복호블록을 최대 [(n-1)!/(n-1)]-1개 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터보코드의 병렬형 복호화 장치.