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KR100670947B1 - Ｒａ 부호화 방법 및 장치 - Google Patents

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KR100670947B1
KR100670947B1 KR1020050111883A KR20050111883A KR100670947B1 KR 100670947 B1 KR100670947 B1 KR 100670947B1 KR 1020050111883 A KR1020050111883 A KR 1020050111883A KR 20050111883 A KR20050111883 A KR 20050111883A KR 100670947 B1 KR100670947 B1 KR 100670947B1
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repeatedly
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KR1020050111883A
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전경훈
오왕록
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학교법인 포항공과대학교
포항공과대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명에 의한 Repeat-Accumulate (RA) 부호화 방법은, 입력된 데이터 비트 프레임을 순차적으로 각각의 비트에 대하여 소정의 횟수만큼 반복하여 출력하는 과정; 반복하여 출력된 비트들을 인터리빙하는 과정; 인터리빙된 데이터 비트의 프레임에 대하여 1비트의 조정심벌을 삽입하는 과정; 상기 조정심벌이 삽입된 상기 프레임의 각 비트에 대하여 순차적으로 차등부호화하여 출력하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 RA부호화 방법은 RA 부호가 Binary Phase Shift Keying (BPSK) 변조 방식과 non-data-aided 반송파 복원 알고리듬을 사용하는 시스템에 적용되는 경우 non-data-aided 반송파 복원 알고리듬을 사용하는 BPSK 변조 시스템에서 필연적으로 겪게 되는 180도 위상 오차시 복호 심벌의 모호성을 하드웨어의 복잡도를 크게 증가시킴 없이 해결할 수 있다.

Description

ＲＡ 부호화 방법 및 장치{Repeat-accumulate coding method and apparatus}
도 1은 종래의 RA 부호의 부호화 장치의 블록도이다.
도 2는 반송파 위상 오차에 의한 도 1의 부호화 장치의 성능을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 의한 RA 부호의 부호화 장치의 블록도이다.
도 4는 도 3의 RA 부호의 부호화 장치에 대응된 복호를 위한 메시지 그래프이다.
도 5는 반송파 복원 오차에 따른 종래와 도 3의 부호화 장치의 성능을 설명하기 위한 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
300 ... 반복기, 310 ... 인터리버
320 ... 조정심벌 삽입부, 330 ... 누적기
400 ... 조정패리티 노드, 410 ... 정보 노드
420 ... 체크 노드, 440 ... 인터리버/디인터리버
본 발명은 RA (Repeat-Accumulate) 부호화 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 송수신측 반송파 위상 복원 오차가 180도인 경우에도 반송파 위상 오차가 없는 경우와 거의 동일한 부호 복원 성능을 나타내는 RA 부호화 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 RA부호화 장치는 비교적 간단한 구조로서 성능이 양호한 부호 이득을 제공하여 데이터 전송에 있어 다양하게 사용되고 있다.
도 1은 종래의 RA 부호의 부호화기를 설명하기 위한 블록도이다.
도 1의 RA 부호화 장치의 구성은, 입력된 데이터 비트 프레임의 각각의 심벌에 대하여 반복하여 출력하는 반복기(100)와, 반복된 데이터 비트를 인터리빙하는 인터리버(110), 차등 부호화기와 동일한 구조를 갖는 누적기(Accumulator)(120)를 포함하며, 누적기(120)는 출력단의 심벌을 지연시키는 지연부와, 지연부에서 출력된 비트와 현재 인터리빙되어 입력되는 심벌값의 modulo-2 덧셈을 계산하여 출력하는 차등부호화부를 포함한다.
N개의 데이터 비트를 갖는 프레임이 입력되면 반복기(100)는 N개의 각각의 심벌에 대하여 소정의 개수, 예컨대 q개씩 동일한 심벌값으로 반복하여 출력한다. 각 데이터 비트가 q개씩 반복하여 출력되는 심벌들은 인터리버(110)에서 인터리빙된 다음 누적기(120)에서 지연된 비트와 차등부호화 되어 출력된다.
누적기(120)에서는 내부의 지연부에서 지연된 출력단의 비트와 현재 입력되는 인터리빙된 비트를 비교하여 비트값이 같은 경우에는 0비트, 심벌값이 서로 다른 경우에는 1비트값을 출력하여 부호화한다.
도 2는 반송파 위상 오차에 따른 종래의 RA부호에 대한 복호 성능을 도시한 그래프이다.
부호화에 적용된 입력된 정보 프레임의 길이는 512비트이고, q값은 3으로서 부호율은 1/3이며, Eb/NO=2 dB이다. 여기서, Eb는 정보 비트 당 에너지이며, NO/2는 부가적인 백색 가우시안 노이즈 채널의 two-sided 전력 밀도값을 나타낸다..
도 2에 도시된 종래의 RA 부호에 대한 복호 성능 그래프를 참조하면 반송파의 위상 오차 즉, 송신측에서 전송된 반송파와 수신측의 반송파의 오차가 180도에 근접하게 될수록 비트 오율이 감소됨을 알 수 있다.
일반적으로 RA 부호화 방식은 180도의 반송파 오차 영역에서 다른 부호화 방식보다는 비교적 양호한 특성을 나타내고 있으며, 이는 RA 부호화 장치에 포함된 누적기(120)에서 차등화 부호가 이루어지기 때문이다.
그러나, 도 2에서 반송파 위상 오차가 180도인 경우에는 인접한 위상 오차에서 보다 비트 오율이 감소되지만, 반송파 위상 오차 0도로서 완벽하게 반송파 복원이 이루진 경우의 비트 오율과 비교해 보면, 상대적으로 높은 비트 오율을 유지하여 복원에 대한 성능 개선이 요구되어 왔다.
본 발명의 기술적 과제는 송신과 수신측의 반송파 위상의 오차가 180도가 발생한 경우에도 완전한 반송파 복원이 이루어졌을 경우에도 거의 동일한 성능의 비트 오율을 갖는 RA 부호화 방법과 장치를 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 RA 부호화 방법은,
입력된 데이터 비트 프레임을 순차적으로 각각의 비트에 대하여 소정의 횟수만큼 반복하여 출력하는 과정; 반복하여 출력된 비트들을 인터리빙하는 과정; 인터리빙된 데이터 비트의 프레임에 대하여 1비트의 조정심벌을 삽입하는 과정; 상기 조정심벌이 삽입된 상기 프레임의 각 비트에 대하여 순차적으로 차등부호화하여 출력하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
또한, 상기 조정심벌은 0 또는 1 비트값을 가짐을 특징으로 한다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 RA 부호화 장치는,
입력된 데이터 비트 프레임에 대하여 순차적으로 각각의 비트를 소정의 횟수만큼 반복하여 출력하는 반복기; 반복하여 출력된 비트들을 인터리빙하는 인터리빙부; 인터리빙된 데이터 비트의 프레임에 대하여 1비트의 조정심벌을 삽입하는 조정심벌 삽입부; 상기 조정심벌이 삽입된 상기 프레임을 구성하는 각 심벌에 대하여 순차적으로 차등부호화하여 출력하는 누적기를 포함함을 특징으로 한다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 의한 RA 부호의 부호화 장치의 블록도이다.
도 3에 도시된 부호화 장치는 도 2의 종래의 RA 부호화 장치와 동일한 구성요소를 가지며, 하나의 구성요소가 추가된다. M개의 데이터 심벌을 갖는 데이터 비트 프레임이 입력되면, 상기 프레임에 포함된 심벌 각각에 대하여 소정 횟수인 q번 동일한 값의 해당 심벌을 반복하여 출력하는 반복기(300)와, 반복된 데이터 심벌들을 인터리빙하는 인터리버(310)와, 인터리빙된 데이터 비트 프레임에 소정의 비트값을 삽입하는 조정심벌 삽입부(320)와, 조정심벌 삽입부(320)에서 출력되는 심벌들을 차등부호화하여 출력하는 누적기(330)를 포함한다.
인터리버(310)에서 인터리빙된 비트 프레임을 출력하면, 조정심벌 삽입부(320)는 인터리빙된 프레임의 첫부분에 0 또는 1값을 갖는 조정심벌을 삽입하는 기능을 수행한다. 조정심벌이 삽입된 프레임의 심벌들은 누적기(330)에서 일반적인 RA부호화 과정과 동일하게 순차적으로 차등 부호화되어 출력된다.
이와 같이 인터리빙된 프레임의 첫부분에 조정심벌을 삽입되어 부호화하여 전송하면, 수신측에서 복호시에 송수신측의 반송파 위상 오차가 180도인 경우에도 부호화 장치에 대응되는 메시지 그래프에 따라 복호를 하면 위상 오차가 없는 경우와 거의 동일한 수준의 복호 성능을 구현할 수 있다.
도 4는 도 3의 부호화 장치에 의해 부호화된 RA부호에 대응된 메시지 그래프이다.
도 4는 종래 부호화 방법에 의한 부호를 수신측에서 복호하기 위한 통상적인 반복 복호를 위한 메시지 그래프와 동일하며, 본 발명의 부호화시에 삽입된 조정 심벌이 처리되어 수신된 LcRe{y0}값과 이를 유입하는 조정심벌 패리티 노드(400)만이 추가되어 있다. 일반적인 RA부호 복호과정과 동일하게 디인터리빙과 인터리빙을 소정 횟수의 반복과정을 거쳐서 복호를 수행한다.
도시된 메시지 그래프를 바탕으로 한 디인터리빙과 인터리빙을 반복하여 복호처리하는 과정을 설명하기로 한다.
수신측에서
Figure 112005067282015-pat00001
번째 디인터리빙과 인터리빙을 반복 수행하는 데 있어서 도 4에 도시된 메시지 그래프에서 수신되어 처리된 신호인 yk를 유입하여 다음 리커션(recursion) 수학식들을 이용하여 메시지
Figure 112005067282015-pat00002
및
Figure 112005067282015-pat00003
를 계산한다. 도 4에서는, 편의상
Figure 112005067282015-pat00004
및
Figure 112005067282015-pat00005
의 윗첨자는 생략하여 도시하였으며, 후술되는 수학식에서 수학식 1 이외에는 종래 복호 계산 방식과 동일하게 수행되며, 본 발명의 요지에 대한 설명을 흐리게 할 수 있는 세부적인 일부 설명은 생략하기로 한다.
Figure 112005067282015-pat00006
Figure 112005067282015-pat00007
Figure 112005067282015-pat00008
Figure 112005067282015-pat00009
Figure 112005067282015-pat00010
Figure 112005067282015-pat00011
상기 수학식에서,
Figure 112005067282015-pat00012
는 포워드 메시지,
Figure 112005067282015-pat00013
는 백워드 메시지를 나타내며, Lc는
Figure 112005067282015-pat00014
로서 채널신뢰도값을 나타내는데 r은 부호율, Eb는 수신신호의 비트당 에너지, 그리고
Figure 112005067282015-pat00015
는 AWGN 채널의 two-sided 전력 밀도값이다. 또한, 상기 수학식 2와 수학식 4에서의 연산 부호
Figure 112005067282015-pat00016
는 변수 x, y에 대하여
Figure 112005067282015-pat00017
관계식을 가지며, 변수 z에 대한 Re{z}는 z의 실수 부분이고, Ik는 인터리버/디인터리버(440)에 있어서 인터리버의 k번째 출력을 나타낸다. 정보 노드(information node)(410)에서 체크 노드(check node)(420)로 전달 되는 메시지
Figure 112005067282015-pat00018
은 다음과 같은 수학식 5에 의해 산출된다.
Figure 112005067282015-pat00019
여기에서 Wk는 k/q의 정수 부분을 나타내며 q는 RA부호의 반복 횟수이다. 또한
Figure 112005067282015-pat00020
는 인터리버/디인터리버(440)에 있어서 디인터리버의 k번째 출력을 나타낸다. 체크 노드(420)에서 계산된 후 정보 노드(410)로 전해지는 메시지인
Figure 112005067282015-pat00021
은 메 시지
Figure 112005067282015-pat00022
및
Figure 112005067282015-pat00023
를 통해 다음 수학식 6과 같이 계산되어진다.
Figure 112005067282015-pat00024
그리고 마지막으로 디인터리빙과 인터리빙의
Figure 112005067282015-pat00025
번째 반복에 있어서의 i 번째 정보 비트인 ui에 대한 로그 우도 비율(Log-likelihood ratio : LLR)은 다음과 수학식 7을 통해 산출된다.
Figure 112005067282015-pat00026
수학식 1 내지 수학식 4에서 볼 수 있는 바와 같이 잡음의 영향을 무시하면 반송파 위상 복원 오차가 180도 있는 상태에서 계산된 메시지
Figure 112005067282015-pat00027
및
Figure 112005067282015-pat00028
은 반송파 위상 복원 오차가 없는 상태에서 계산된 메시지와 동일한 크기를 가지며 부호만 반대가 된다.
따라서 체크 노드(420)에서 수행하는 연산에서 적용되는 모든 변수가 마이너스 부호인 경우와, 플러스 부호인 경우 동일한 연산 결과값을 갖는 특성으로 인해 송수신측의 반송파 위상 복원 오차가 180도인 상태에서 계산된 메시지
Figure 112005067282015-pat00029
은 반송파 위상 복원 오차가 없는 상태에서 계산된 메시지
Figure 112005067282015-pat00030
와 동일한 값을 가진다.
이에 따라 이들을 기초로 하여 계산된 LLR값 L1(ui)들과 메시지
Figure 112005067282015-pat00031
은 잔류 반송파 위상 복원 오차가 0도이거나 180도인 것과 관계없이 항상 동일한 복호된 비트값을 가지게 된다.
이와 같은 관계들은 반복 복호 장치의 디인터리빙과 인터리빙의 반복 횟수가 증가하더라도 그대로 유지되는 것을 용이하게 확인할 수 있다. 따라서 일반적인 RA부호의 부호화 장치에서 도 3과 같이 인터리빙된 비트 프레임에 소정 비트값을 삽입하는 조정심벌 삽입기(320)를 추가함으로써 반송파 복원 오차가 180도인 경우에도 반송파 위상 복원 오차가 없는 상태에서의 복호 성능과 동일한 성능을 제공할 수 있게 된다.
도 5는 종래의 RA부호와 도 3의 장치에 의한 RA부호를 수신측에서 잔류 반송파 위상 복원 오차에 따른 복원 성능을 비교 도시한 그래프이다.
도 5에서 부호율은 1/3, 정보 프레임의 길이는 512비트이며 Eb/N0= 2 dB이다. 도 5에서 도시한 바와 같이 본 발명에서 제안된 방식의 RA부호는 일반적인 RA부호화 방식에 의하여 이루어진 부호의 경우와는 달리 반송파 위상 복원 오차가 180도인 경우에도 반송파 위상 오차가 없는 경우와 거의 동일한 성능을 보임을 확인할 수 있다.
또한, 상술된 바와 같이 본 발명에 의한 RA 부호는 종래의 복호 방법과 동일하게 RA 부호화 장치에 대응된 복원을 위한 메시지 그래프에 따라 복원이 수행됨을 알 수 있다.
본 발명에 의한 RA부호화 방법은 RA 부호가 BPSK 변조 방식과 non-data-aided 반송파 복원 알고리듬을 사용하는 시스템에 적용되는 경우 non-data-aided 반송파 복원 알고리듬을 사용하는 BPSK 변조 시스템에서 필연적으로 겪게 되는 180도 위상 오차시 복호 심벌의 모호성을 하드웨어의 복잡도를 크게 증가시킴 없이 해결할 수 있다.

Claims (4)

  1. 입력된 데이터 비트 프레임을 순차적으로 각각의 비트에 대하여 소정의 횟수만큼 반복하여 출력하는 과정;
    반복하여 출력된 비트들을 인터리빙하는 과정;
    인터리빙된 데이터 비트의 프레임에 대하여 1비트의 조정심벌을 삽입하는 과정;
    상기 조정심벌이 삽입된 상기 프레임의 각 비트에 대하여 순차적으로 차등부호화하여 출력하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 RA 부호화 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 조정심벌은 0 또는 1 비트값을 가짐을 특징으로 하는 RA 부호화 방법.
  3. 입력된 데이터 비트 프레임에 대하여 순차적으로 각각의 비트에 대하여 소정의 횟수만큼 반복하여 출력하는 반복기;
    반복하여 출력된 비트들을 인터리빙하는 인터리빙부;
    인터리빙된 데이터 비트의 프레임에 대하여 조정심벌을 삽입하는 조정심벌 삽입부;
    상기 조정심벌이 삽입된 상기 프레임을 구성하는 각 심벌에 대하여 순차적으로 차등부호화하여 출력하는 누적기를 포함함을 특징으로 하는 RA 부호화 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 조정심벌은 1비트로서 0 또는 1 비트값을 가짐을 특징으로 하는 RA 부호화 장치.
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