KR101351140B1

KR101351140B1 - 통신 시스템에서 신호 송수신 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101351140B1
Application number: KR1020060083834A
Authority: KR
Inventors: 김동호; 김재홍; 라마모씨 아디탸; 더블유. 맥라우린 스티분
Original assignee: 조지아 테크 리서치 코오포레이션; 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-11-22
Filing date: 2006-08-31
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2026-08-31
Also published as: EP1793502B1; EP1793502A1; US7904792B2; US20070226583A1; KR20070054088A

Abstract

본 발명은 통신 시스템에서, 신호 송신 장치가 정보 벡터를 저밀도 패리티 검사(LDPC: Low Density Parity Check) 부호화 방식으로 부호화하여 LDPC 부호어로 생성하고, 상기 LDPC 부호어를 부호화율에 상응하게 천공 방식을 사용하여 천공하며, 상기 천공 방식은 상기 LDPC 부호어에 포함된 하나 이상의 SR(Step-Recoverable) 노드들을 복호하기 위해 필요한 반복 횟수 및 다수의 부호화율을 기반으로 하는 천공 패턴을 사용하는 방식을 포함한다.

k-SR 노드 파트, 천공 방식, 부분 행렬

Description

통신 시스템에서 신호 송수신 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TRANSMITTING/RECEIVING SIGNAL IN A COMMUNICATION SYSTEM}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 부호어 벡터의 구조를 개략적으로 도시한 도면,

도 2는 bipartite 그래프상에 본 발명의 실시예에 따른 1-SR 노드를 도시한 도면,

도 3은 bipartite 그래프상에 본 발명의 실시예에 따른 k-SR 노드를 도시한 도면,

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 LDPC 부호의 패리티 검사 행렬을 도시한 도면,

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 패리티 검사 행렬의 부분 행렬 H₂ 구조의 일 예를 도시한 도면,

도 6은 도 5의 패리티 검사 행렬의 부분 행렬 H₂를 행 교환 및 열 교환에 의해 변형한 일 예를 도시한 도면,

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 패리티 검사 행렬의 부분 행렬 H₂ 구조의 다른 예를 도시한 도면,

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 LDPC 부호를 사용하는 통신 시스템에서 신호 송신 장치의 구조를 도시한 도면,

도 9은 본 발명의 실시예에 따른 LDPC 부호를 사용하는 통신 시스템에서 신호 수신 장치의 구조를 도시한 도면.

본 발명은 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 통신 시스템에서 신호를 송수신하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 통신 시스템은 단말기들에게 고속의 대용량 데이터 송수신이 가능한 서비스를 제공하기 위한 형태로 발전해 나가고 있다. 따라서, 통신 시스템에서는 고속 대용량 데이터 송수신에 적합한 저밀도 패리티 검사(LDPC: Low Density Parity Check, 이하 'LDPC'라 칭하기로 한다) 부호의 사용을 적극적으로 고려하고 있다.

한편, 통신 시스템은 고속 대용량 데이터 송수신을 위해 상기 LDPC 부호의 사용뿐만 아니라 하이브리드 자동 재송신 요구(HARQ: Hybrid Automatic Retransmission Request, 이하 'HARQ'라 칭하기로 한다) 방식과 적응적 변조 및 부호화(AMC: Adaptive Modulation and Coding, 이하 'AMC'라 칭하기로 한다) 방식 등과 같은 다양한 방식들을 사용하는 것 역시 적극적으로 고려하고 있다. 상기 HARQ 방식 및 AMC 방식 등을 사용하기 위해서는 통신 시스템에서 다양한 부호화율(coding rate)들을 지원해야만 한다.

상기에서 설명한 바와 같이, 통신 시스템은 고속 대용량 데이터 송수신을 위해 LDPC 부호를 사용함과 함께 HARQ 방식과 AMC 방식 등과 같은 다양한 부호화율들을 지원하는 방식들을 사용하는 것을 적극적으로 고려하고 있다. 그러나, LDPC 부호의 경우 이분(bipartite, 이하 'bipartite'라 칭하기로 한다) 그래프 상의 사이클(cycle) 구조와 하드웨어 구현 등과 같은 제약 조건들로 인해 그 지원 가능한 부호화율들에 제한이 있다. 따라서, 통신 시스템에서 다양한 부호화율들을 지원하면서도 부호화기 및 복호기 증가없이 LDPC 부호를 사용하여 신호를 송수신하는 방안에 대한 필요성이 대두되고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 LDPC 부호를 사용하는 통신 시스템에서 신호를 송수신하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 LDPC 부호를 사용하는 통신 시스템에서 다양한 부호화율들을 지원하여 신호를 송수신하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 LDPC 부호를 사용하는 통신 시스템에서 다양한 부호화율들을 지원하기 위한 패리티 검사 행렬을 생성하는 방법을 제공함에 있다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 장치는; 통신 시스템의 신호 송신 장치에 있어서, 정보 벡터를 저밀도 패리티 검사(LDPC: Low Density Parity Check) 부호화 방식으로 부호화하여 LDPC 부호어로 생성하는 부호화기와, 상기 LDPC 부호어를 부호화율에 상응하게 천공 방식을 사용하여 천공하는 천공기를 포함하며, 상기 천공 방식은 상기 LDPC 부호어에 포함된 하나 이상의 SR(Step-Recoverable) 노드들을 복호하기 위해 필요한 반복 횟수 및 다수의 부호화율을 기반으로 하는 천공 패턴을 사용하는 방식을 포함한다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 다른 장치는; 통신 시스템의 신호 수신 장치에 있어서, 수신 신호에 신호 송신 장치측에서 사용한 부호화율에 상응하게 0 심벌들을 삽입하는 0 삽입기와, 상기 0 심벌들이 삽입된 신호를 상기 신호 송신 장치측에서 사용한 저밀도 패리티 검사(LDPC: Low Density Parity Check) 부호화 방식에 상응하는 복호 방식으로 복호하여 정보 벡터로 검출하는 복호기를 포함한다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 방법은; 통신 시스템의 신호 송신 장치에서 신호를 송신하는 방법에 있어서, 정보 벡터를 저밀도 패리티 검사(LDPC: Low Density Parity Check) 부호화 방식으로 부호화하여 LDPC 부호어로 생성하는 과정과, 상기 LDPC 부호어를 부호화율에 상응하게 천공 방식을 사용하여 천공하는 과정을 포함하며, 상기 천공 방식은 상기 LDPC 부호어에 포함된 하나 이상의 SR(Step-Recoverable) 노드들을 복호하기 위해 필요한 반복 횟수 및 다수의 부호화율을 기반으로 하는 천공 패턴을 사용하는 방식을 포함한다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 다른 방법은; 통신 시스템의 신호 수신 장치에서 신호를 수신하는 방법에 있어서, 수신 신호에 신호 송신 장치측에서 사용한 부호화율에 상응하게 0 심벌들을 삽입하는 과정과, 상기 0 심벌들이 삽입된 신호를 상기 신호 송신 장치측에서 사용한 저밀도 패리티 검사(LDPC: Low Density Parity Check) 부호화 방식에 상응하는 복호 방식으로 복호하여 정보 벡터로 검출하는 과정을 포함한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

본 발명은 저밀도 패리티 검사(LDPC: Low Density Parity Check, 이하 'LDPC'라 칭하기로 한다) 부호를 사용하는 통신 시스템에서 신호를 송수신하는 장치 및 방법을 제안한다. 또한, 본 발명은 LDPC 부호를 사용하는 통신 시스템에서 다양한 부호화율(coding rate)들을 지원하여 신호를 송수신하는 장치 및 방법을 제안한다. 여기서, 다양한 부호화율들을 지원하기 위해 본 발명에서는 일 예로 천공(puncturing) 방식을 사용한다고 가정하기로 한다.

먼저, 다양한 부호화율들을 지원하는 LDPC 부호의 설계는 일반적인 LDPC 부호의 설계와 마찬가지로 패리티 검사 행렬의 설계를 통해 구현된다. 그런데, 1개의 부호화기를 사용하여 다양한 부호화율들을 지원하는 LDPC 부호를 제공하기 위해서는 상기 패리티 검사 행렬내에 서로 다른 부호화율들에 상응하는 LDPC 부호를 나타낼 수 있는 패리티 검사 행렬이 포함되어야만 한다. 이와 같이 1개의 패리티 검사 행렬을 사용하여 2개 이상의 부호화율들을 지원하도록 하는 대표적인 방식이 천공 방식이다.

상기 천공 방식은 부호화기에서 출력하는 LDPC 부호어(codeword), 즉 부호어 벡터(codeword vector)의 패리티 벡터(parity vector)를 모두 송신하지 않고 상기 생성된 패리티 벡터 중의 일부만 송신함으로써 부호화율을 증가시키는 방식이다. 상기 천공 방식을 사용할 경우 부호화 및 복호시 최초에 구비하고 있는 부호화기 및 복호기를 그대로 사용할 수 있다. 즉, 상기 천공 방식은 부호화 복잡도와 복호 복잡도가 부호화율과 부호어 벡터 길이에 상관없이 거의 일정하고, 정보 벡터 길이는 고정되고 패리티 벡터의 길이만을 가변시켜 부호화율을 가변시키기 때문에 그 신뢰성이 높다. 그런데, 상기 천공 방식을 사용하여 생성한 LDPC 부호는 그 천공 패턴(puncturing pattern)에 따라 그 성능이 상이해질 수 있으므로 상기 천공 패턴을 설계하는 것이 중요한 요인으로 작용한다. 따라서, 본 발명에서는 부호화율에 상응하는 천공 패턴을 제안하고, 상기 천공 패턴에 상응하게 천공 방식을 사용하여 LDPC 부호어를 천공하여 송수신함으로써 그 성능을 향상시키는 장치 및 방법을 제안한다.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 패리티 검사 행렬을 생성하는 방법에 대해서 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 부호어 벡터의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

상기 도 1을 참조하면, 먼저 부호어 벡터의 길이가 N 심벌이고, 정보 벡터의 길이가 N 심벌이고, 타겟으로 하는 부호화율을 R_p라고 가정할 경우, 천공해야만 하는 심벌의 개수 N_p는 하기 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.

한편, 임의의 LDPC 부호에 대해 길이 N 심벌의 부호어 벡터에서 N_p개의 심벌들을 천공한다고 가정할 경우, k 스텝 회복 가능(k-SR: k Step Recoverable, 이하 'k-SR'라 칭하기로 한다) 노드(node)를 정의하기로 한다. 여기서, 도 2 및 도 3을 참조하여 상기 k-SR 노드에 대해서 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 1-SR 노드에 대해서 설명하기로 한다.

상기 도 2는 이분(bipartite, 이하 'bipartite'라 칭하기로 한다) 그래프상에 본 발명의 실시예에 따른 1-SR 노드를 도시한 도면이다.

상기 도 2를 참조하면, 먼저 1-SR 노드는 가변 노드(variable node)로서 그 노드에 이웃(neighbor)하는 검사 노드(check node)들 중에 적어도 하나의 검사 노드가 상기 1-SR 노드 자신을 제외하고 모두 비천공 가변 노드들과 연결되어 있는 노드라고 정의하기로 한다. 여기서, 비천공 가변 노드들을 0-SR 노드라고 정의하기로 하며, 상기 비천공 가변 노드라함은 천공되지 않는 가변 노드를 나타낸다. 결과적으로, 상기 1-SR 노드는 반복 복호(iterative decoding) 방식에 의해 1회의 반복 복호만을 통해 복원이 가능한 노드를 나타낸다.

다음으로, 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 k-SR 노드에 대해서 설명하기로 한다.

상기 도 3은 bipartite 그래프상에 본 발명의 실시예에 따른 k-SR 노드를 도시한 도면이다.

상기 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 bipartite 그래프상의 k-SR 노드를 개략적으로 도시한 도면이다.

상기 도 3을 참조하면, 먼저 k-SR 노드는 가변 노드로서 그 노드에 이웃하는 검사 노드들 중에 적어도 하나의 검사 노드가 상기 k-SR 노드 자신을 제외하고 하나의 (k-1)-SR 노드를 포함하고, 나머지는 0~(k-1) SR 노드들로 구성되는 노드로 정의하기로 한다. 결과적으로, 상기 k-SR 노드는 반복 복호 방식에 의해 k회의 반복 복호를 통해 복원이 가능한 노드를 나타낸다.

결과적으로, 상기 도 1에 도시되어 있는 부호어 벡터는 정보 벡터, 즉 0-SR 노드들을 포함하는 0-SR 노드 파트와, 패리티 벡터, 즉 1-SR 노드들을 포함하는 1-SR 노드 파트 내지 k-SR 노드들을 포함하는 k-SR 노드 파트를 포함한다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 LDPC 부호의 패리티 검사 행렬을 상기 k-SR 노드를 고려하여 생성하기로 하며, 이를 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.

상기 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 LDPC 부호의 패리티 검사 행렬을 도시한 도면이다.

상기 도 4를 참조하면, 상기 패리티 검사 행렬 H는 시스테메틱 파트(systematic pat)(400)와 비시스테메틱 파트(non-systematic pat)(450)를 포함한다. 또한, 상기 비시스테메틱 파트(450)는 부분 행렬 P₁(460-1) 내지 부분 행렬 P_d(460-d)를 포함한다. 여기서, 상기 부분 행렬 P₁(460-1)은 1-SR 노드들을 포함하는 행렬이며, 부분 행렬 P_d(460-d)는 d-SR 노드들을 포함하는 행렬이며,

이다.

한편, 상기 패리티 검사 행렬 H는 하기 수학식 2와 같이 2개의 부분 행렬 H₁과 부분 행렬 H₂을 포함한다고 가정하기로 한다.

상기 수학식 2에서 부분 행렬 H₁은 상기 시스테메틱 파트(400)에 대응되는 행렬을 나타내며, 부분 행렬 H₂은 상기 비시스테메틱 파트(450)에 대응되는 행렬을 나타낸다.

또한, 상기 부분 행렬 H₂은 하기 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, 상기 패리티 검사 행렬 H에 의해 생성되는 부호어 벡터의 심벌 개수는 N개이고, 상기 부호어 벡터가 포함하는 정보어 벡터의 심벌 개수가 K 개이고, 패리티 벡터 심볼의 개수가 M개라고 가정하기로 한다. 따라서, 상기 패리티 검사 행렬 H에 의해 생성되는 부호어 벡터의 부호화율 R은

이 된다.

이렇게, 부호화율 R의 부호어 벡터를 생성할 수 있는 패리티 검사 행렬 H를 생성해 놓은 후, 상기 통신 시스템에서 사용하고자 하는 부호화율에 상응하게 상기 패리티 검사 행렬 H의 비시스테매틱 파트(650)가 포함하는 부분 행렬들중 1-SR 노드 파트인 부분 행렬 P₁에 해당하는 패리티 심벌들부터 천공한다. 물론, 상기 부분 행렬 P₁ 다음에는 상기 부분 행렬 P₁과 부분 행렬 P₂에 해당하는 패리티 심벌들이 함께 천공되며, 이런 식으로 타겟으로 하는 부호화율이 획득될 때까지 해당 부분 행렬들에 해당하는 패리티 심벌들이 천공된다.

다음으로 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 모 패리티 검사 행렬의 부분 행렬 H₂ 구조에 대해서 설명하기로 한다.

상기 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 패리티 검사 행렬의 부분 행렬 H₂ 구조의 일 예를 도시한 도면이다.

상기 도 5에 도시되어 있는 부분 행렬 H₂의 구조는 패리티 벡터 심벌의 개수 M이 16일 경우(M = 16)의 구조이며, 총 5개의 행렬들, 즉 부분 행렬 P₁ 내지 부분 행렬 P₅를 포함한다. 상기 부분 행렬 H₂에서 k-SR 노드 파트에 대응하는 부분 행렬(이하, 'k-SR 행렬'이라 칭하기로 한다), 즉 부분 행렬 P_k의 j번째 열(column) h_k,j는 하기 수학식 4 및 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.

상기 수학식 4에서,

이고, Dⁱ는 0이 아닌(non-zero) 엘리먼트(element)들의 위치가 i인 행렬을 나타내며,

이다.

상기 수학식 5에서, k = d+1이다.

한편, 상기 부분 행렬 P_k을 열 교환(column permutation) 및 행교환(row permutation)할 경우 상기 도 5에 도시되어 있는 부분 행렬 H₂의 구조는 도 6에 도시되어 있는 부분 행렬 H₂의 구조와 같이 변형할 수 있다.

상기 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 패리티 검사 행렬의 부분 행렬 H₂ 구조의 다른 예를 도시한 도면이다.

상기 도 6에 도시되어 있는 부분 행렬 H₂의 구조는 도 5에 도시되어 있는 부분 행렬 H₂의 구조를 열 교환 및 행 교환하여 생성되며, lower triangular 행렬임을 알 수 있다. 상기 부분 행렬 H₂에서 부분 행렬 P_k의 j번째 열 h_k,j는 하기 수학식 6 및 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.

상기 수학식 6에서,

이다.

상기 수학식 7에서, k = d+1이다.

상기 도 5 및 도 6에 도시되어 있는 부분 행렬 H₂의 구조는 패리티 벡터 심벌의 개수 M이 16(M = 16)인 경우, 즉 패리티 벡터 심벌의 개수 M이 2의 지수승의 값을 가지는 경우의 구조이다. 그런데, 상기 패리티 벡터 심벌의 개수 M이 2의 지수승이 아닌 값을 가지는 경우 부분 행렬 H₂의 구조는 상기 도 5 및 도 6에서 설명한 바와 상이하게 되며, 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, k-SR 행렬, 즉 부분 행렬 P_k의 j번째 열 h_k,j는 하기 수학식 8 및 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.

상기 수학식 8에서,

이다.

상기 수학식 9에서, k = d+1이다.

한편, 상기 수학식 8에서 d는

이고, γ(k)는 하기 수학식 10과 같이 나타낼 수 있으며, 그 초기값 γ(0)은 γ(0) = M 이다.

이 경우, k-SR 행렬의 크기는

이며, M = 12일 경우 본 발명의 실시예에 따른 패리티 검사 행렬의 부분 행렬 H₂ 구조가 도 7에 도시되어 있다.

다음으로 도 8을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템의 신호 송신 장치 구조에 대해서 설명하기로 한다.

상기 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 LDPC 부호를 사용하는 통신 시스템에서 신호 송신 장치의 구조를 도시한 도면이다.

상기 도 8을 참조하면, 먼저 상기 신호 송신 장치는 부호화기(811)와, 천공기(813)와, 제어기(815)와, 변조기(modulator)(817)와, 송신기(819)를 포함한다. 먼저, 상기 신호 송신 장치에서 송신하고자 하는 정보 데이터, 즉 정보 벡터(information vector)(

)가 발생되면, 상기 정보 벡터(

)는 상기 부호화기(811)로 전달된다. 상기 부호화기(811)는 상기 정보 벡터(

)를 미리 설정되어 있는 부호화 방식으로 부호화하여 부호어 벡터(codeword vector)(

), 즉 LDPC 부호어로 생성한 후 상기 천공기(813)로 출력한다. 여기서, 상기 부호화 방식은 LDPC 부호화 방식, 즉 도 5 내지 도 7에서 설명한 바와 같이 비시스테메틱 파트에 대응 하는 부분 행렬, 즉 부분 행렬 H₂를 포함하는 패리티 검사 행렬에 상응하게 부호화하는 LDPC 부호화 방식이 되는 것이다.

상기 천공기(813)는 상기 부호화기(811)에서 출력한 부호어 벡터(

)를 입력하여 상기 제어기(815)의 제어에 따라 해당하는 부호화율에 상응하게 천공한 후 상기 변조기(817)로 출력한다. 여기서, 상기 제어기(815)가 상기 천공기(813)의 동작을 제어하는 동작에 대해서 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 제어기(815)는 상기 신호 송신 장치에서 타겟으로 하는 부호화율에 상응하게 상기 천공기(813)가 상기 부호화기(811)에서 출력한 부호어 벡터(

)에서 상기 부호화율에 상응하게 결정되어 있는 부분 행렬 H₂내의 k-SR 행렬에 해당하는 패리티 심벌을 천공한 후 상기 변조기(817)로 출력하도록 제어한다.

한편, 상기 변조기(817)는 천공기(813)에서 출력한 신호를 입력하여 미리 설정되어 있는 변조 방식으로 변조하여 변조 벡터(

)으로 생성하여 상기 송신기(819)로 출력한다. 상기 송신기(819)는 상기 변조기(817)에서 출력한 변조 벡터(

)를 입력하여 송신 신호 처리한 후 안테나를 통해 신호 수신 장치로 송신한다. 또한, 상기 도 8에 별도로 도시하지는 않았으나 상기 천공기(813)가 천공한 패리티 심벌들이 해당하는 패리티 검사 행렬내 k-SR 행렬에 대한 정보는 상기 신호 송신 장치와 신호 수신 장치간에 공통적으로 인식하고 있다고 가정하기로 한다.

다음으로 도 9를 참조하여 본 발명의 실시예에 다른 LDPC 부호를 사용하는 통신 시스템의 신호 수신 장치 구조에 대해서 설명하기로 한다.

상기 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 LDPC 부호를 사용하는 통신 시스템에서 신호 수신 장치의 구조를 도시한 도면이다.

상기 도 9를 참조하면, 상기 신호 수신 장치는 수신기(911)와, 복조기(de-modulator)(913)와, 0 삽입기(915)와, 제어기(917)와, 복호기(decoder)(919)를 포함한다. 먼저, 신호 송신 장치에서 송신한 신호는 상기 신호 수신 장치의 안테나를 통해 수신되고, 상기 안테나를 통해 수신된 신호는 상기 수신기(911)로 전달된다. 상기 수신기(911)는 상기 수신 신호를 수신 신호 처리한 후 그 수신 신호 처리된 수신 벡터(

)를 상기 복조기(913)로 출력한다. 상기 복조기(913)는 상기 수신기(911)에서 출력한 수신 벡터(

)를 입력하여 상기 신호 송신 장치의 변조기, 즉 변조기(817)에서 적용한 변조 방식에 상응하는 복조 방식으로 복조한 후 그 복조한 복조 벡터(

)를 상기 0 삽입기(915)로 출력한다. 상기 0 삽입기(915)는 상기 복조기(913)에서 출력한 복조 벡터(

)를 입력하여 상기 제어기(917)의 제어에 따라 상기 신호 송신 장치의 천공기, 즉 천공기(813)에서 적용한 천공 방식에 상응하게 0 심벌을 삽입한 후 상기 복호기(919)로 출력한다. 여기서, 상기 제어기(917)가 상기 0 삽입기(915)의 0 삽입 동작을 제어하는 동작에 대해서 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 제어기(915)는 상기 신호 수신 장치에서 타겟으로 하는 부호화율 에 상응하게 상기 0 삽입기(915)가 상기 복조기(913)에서 출력한 복조 벡터(

)에 상기 부호화율에 상응하게 결정되어 있는 위치에 0 심벌을 삽입한 후 출력하도록 제어한다. 여기서, 상기 0 심벌이 삽입되는 위치는 부호어 벡터(

)에서 천공된 패리티 심벌의 위치와 동일하게 된다.

한편, 상기 복호기(919)는 상기 0 삽입기(915)에서 출력한 신호를 입력하여 신호 송신 장치의 부호화기, 즉 부호화기(811)에서 적용한 부호화 방식에 상응하는 복호 방식으로 복호한 후 그 복호한 신호를 최종적으로 복원된 정보 벡터(

)로 출력한다. 여기서, 상기 복호 방식, 즉 LDPC 복호 방식은 합곱(sum-product) 알고리즘(algorithm)에 기반한 반복 복호(iterative decoding) 알고리즘을 사용하는 방식이다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같은 본 발명은, LDPC 부호를 사용하는 통신 시스템에서 다양한 부호화율들을 지원하여 신호를 송수신하는 것을 가능하게 한다는 이점을 가진다. 또한, 본 발명은 LDPC 부호를 사용하는 통신 시스템에서 천공 방식을 사용하여 다양한 부호화율들을 지원하는 것이 가능하도록 하여 하드웨어 복잡도를 최소화시켜 신호를 송수신하는 것을 가능하게 한다는 이점을 가진다. 또한, 본 발명에서는 다양한 부호화율들을 지원하기 위해 사용되는 천공 방식의 천공 패턴을 새롭게 제안함으로써 그 천공된 LDPC 부호어의 성능을 향상시킨다는 이점을 가진다.

Claims

통신 시스템의 신호 송신 장치에서 신호를 송신하는 방법에 있어서,

정보 벡터를 저밀도 패리티 검사(LDPC: Low Density Parity Check) 부호화 방식으로 부호화하여 LDPC 부호어로 생성하는 과정과,

상기 LDPC 부호어를 부호화율에 상응하게 천공 방식을 사용하여 천공하는 과정을 포함하며,

상기 천공 방식은 상기 LDPC 부호어에 포함된 하나 이상의 SR(Step-Recoverable) 노드들을 복호하기 위해 필요한 반복 횟수 및 다수의 부호화율을 기반으로 하는 천공 패턴을 사용하는 방식을 포함하는 신호 송신 장치의 신호 송신 방법.
제1항에 있어서,

상기 LDPC 부호어를 송신하는 과정을 더 포함하는 신호 송신 장치의 신호 송신 방법.
제1항에 있어서,

상기 LDPC 부호화 방식은 상기 정보 벡터를 패리티 검사 행렬에 상응하게 부호화하여 상기 LDPC 부호어로 생성하는 방식이며, 상기 패리티 검사 행렬은 상기 정보 벡터에 대응되는 시스테메틱 파트와, 패리티 벡터에 대응되는 비시스테메틱 파트를 포함하며, 상기 비시스테메틱 파트는 적어도 k개의 부분 행렬을 포함함을 특징으로 하는 신호 송신 장치의 신호 송신 방법.
제3항에 있어서,

상기 적어도 k개의 부분 행렬 중 하나는 k(
,
) 스텝 회복 가능(k-SR: k Step Recoverable) 노드들을 포함하는 k-SR 노드 파트에 대응하며, 상기 k-SR 노드들 중 제1k-SR 노드에 이웃하는 적어도 하나의 검사 노드는 상기 제1k-SR 노드를 제외한 0~(k-1)-SR 노드들로 구성되는 가변 노드를 포함함을 특징으로 하는 신호 송신 장치의 신호 송신 방법.
제4항에 있어서,

상기 LDPC 부호어를 부호화율에 상응하게 천공 방식을 사용하여 천공하는 과정은,

상기 LDPC 부호어가 포함하는 패리티 벡터에서 k값이 최소값을 가지는 k-SR 노드 파트에 대응하는 제1부분 행렬 내지 k값이 최대값을 가지는 k-SR 노드 파트에 대응하는 제k부분 행렬 중 상기 제1부분 행렬에 대응하는 패리티 심벌부터 순차적으로 상기 제k부분 행렬에 대응하는 패리티 심볼까지 상기 부호화율이 획득될 때까지 천공하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 신호 송신 장치의 신호 송신 방법.
제5항에 있어서,

상기 패리티 벡터가 포함하는 심볼의 개수 M이 2의 지수승의 값을 가질 경우, 제k부분 행렬의 j번째 열 h_k,j는 하기 수학식 11 및 수학식 12와 같이 표현됨을 특징으로 하는 신호 송신 장치의 신호 송신 방법.

상기 수학식 11에서,
이고, Dⁱ는 1인 엘리먼트들의 위치가 i인 행렬을 나타내며,
임.

상기 수학식 12에서, k = d+1임.
제5항에 있어서,

상기 패리티 벡터가 포함하는 심볼의 개수 M이 2의 지수승의 값을 가질 경우, 제k부분 행렬의 j번째 열 h_k,j는 하기 수학식 13 및 수학식 14와 같이 표현됨을 특징으로 하는 신호 송신 장치의 신호 송신 방법.

상기 수학식 13에서,
이고, Dⁱ는 1인 엘리먼트들의 위치가 i인 행렬을 나타내며,
임.

상기 수학식 14에서, k = d+1임.
제5항에 있어서,

상기 패리티 벡터가 포함하는 심볼의 개수 M이 2의 지수승과 다른 값을 가질 경우, 제k부분 행렬의 j번째 열 h_k,j는 하기 수학식 15 및 수학식 16과 같이 표현됨을 특징으로 하는 신호 송신 장치의 신호 송신 방법.

상기 수학식 15에서,
임.

상기 수학식 16에서, k = d+1임.

단, 상기 수학식 15에서
이고, γ(k)는 하기 수학식 17과 같이 나타낼 수 있으며, 그 초기값 γ(0)은 γ(0) = M임.
통신 시스템의 신호 송신 장치에 있어서,

정보 벡터를 저밀도 패리티 검사(LDPC: Low Density Parity Check) 부호화 방식으로 부호화하여 LDPC 부호어로 생성하는 부호화기와,

상기 LDPC 부호어를 부호화율에 상응하게 천공 방식을 사용하여 천공하는 천공기를 포함하며,

상기 천공 방식은 상기 LDPC 부호어에 포함된 하나 이상의 SR(Step-Recoverable) 노드들을 복호하기 위해 필요한 반복 횟수 및 다수의 부호화율을 기반으로 하는 천공 패턴을 사용하는 방식을 포함하는 신호 송신 장치.
제9항에 있어서,

상기 LDPC 부호어를 송신하는 송신기와,

상기 부호화율에 상응하게 상기 천공 방식을 결정하여 상기 천공기의 동작을 제어하는 제어기를 더 포함하는 신호 송신 장치.
제9항에 있어서,

상기 LDPC 부호화 방식은 상기 정보 벡터를 패리티 검사 행렬에 상응하게 부호화하여 상기 LDPC 부호어로 생성하는 방식이며, 상기 패리티 검사 행렬은 상기 정보 벡터에 대응되는 시스테메틱 파트와, 패리티 벡터에 대응되는 비시스테메틱 파트를 포함하며, 상기 비시스테메틱 파트는 적어도 k개의 부분 행렬을 포함함을 특징으로 하는 신호 송신 장치.
제11항에 있어서,

상기 적어도 k개의 부분 행렬 중 하나는 k(
,
) 스텝 회복 가능(k-SR: k Step Recoverable) 노드들을 포함하는 k-SR 노드 파트에 대응하며, 상기 k-SR 노드들 중 제1k-SR 노드에 이웃하는 적어도 하나의 검사 노드는 상기 제1k-SR 노드를 제외한 0~(k-1)-SR 노드들로 구성되는 가변 노드를 포함함을 특징으로 하는 신호 송신 장치.
제12항에 있어서,

상기 천공기는 상기 LDPC 부호어가 포함하는 패리티 벡터에서 k값이 최소값을 가지는 k-SR 노드 파트에 대응하는 제1부분 행렬 내지 k값이 최대값을 가지는 k-SR 노드 파트에 대응하는 제k부분 행렬 중 상기 제1부분 행렬에 대응하는 패리티 심벌부터 순차적으로 상기 제k부분 행렬에 대응하는 패리티 심벌까지 상기 부호화율이 획득될 때까지 천공 동작을 수행함을 특징으로 하는 신호 송신 장치.
제13항에 있어서,

상기 패리티 벡터가 포함하는 심볼의 개수 M이 2의 지수승의 값을 가질 경우, 제k부분 행렬의 j번째 열 h_k,j는 하기 수학식 18 및 수학식 19와 같이 표현됨을 특징으로 하는 신호 송신 장치.

상기 수학식 18에서,
이고, Dⁱ는 1인 엘리먼트들의 위치가 i인 행렬을 나타내며,
임.

상기 수학식 19에서, k = d+1임.
제13항에 있어서,

제k부분 행렬의 j번째 열 h_k,j는 하기 수학식 20 및 수학식 21과 같이 표현됨을 특징으로 하는 신호 송신 장치.

상기 수학식 20에서,
이고, Dⁱ는 1인 엘리먼트들의 위치가 i인 행렬을 나타내며,
이고, M은 상기 패리티 벡터가 포함하는 심벌의 개수를 나타냄.

상기 수학식 21에서, k = d+1임.
제13항에 있어서,

상기 패리티 벡터가 포함하는 심볼의 개수 M이 2의 지수승과 다른 값을 가질 경우, 제k부분 행렬의 j번째 열 h_k,j는 하기 수학식 22 및 수학식 23과 같이 표현됨을 특징으로 하는 신호 송신 장치.

상기 수학식 22에서,
임.

상기 수학식 23에서, k = d+1임.

단, 상기 수학식 22에서
이고, γ(k)는 하기 수학식 24와 같이 나타낼 수 있으며, 그 초기값 γ(0)은 γ(0) = M임.
통신 시스템의 신호 수신 장치에서 신호를 수신하는 방법에 있어서,

수신 신호에 신호 송신 장치측에서 사용한 부호화율에 상응하게 0 심벌들을 삽입하는 과정과,

상기 0 심벌들이 삽입된 신호를 상기 신호 송신 장치측에서 사용한 저밀도 패리티 검사(LDPC: Low Density Parity Check) 부호화 방식에 상응하는 복호 방식 으로 복호하여 정보 벡터로 검출하는 과정을 포함하는 신호 수신 장치의 신호 수신 방법.
제17항에 있어서,

상기 LDPC 부호화 방식은 상기 정보 벡터를 패리티 검사 행렬에 상응하게 부호화하여 상기 LDPC 부호어로 생성하는 방식이며, 상기 패리티 검사 행렬은 상기 정보 벡터에 대응되는 시스테메틱 파트와, 패리티 벡터에 대응되는 비시스테메틱 파트를 포함하며, 상기 비시스테메틱 파트는 적어도 k개의 부분 행렬을 포함함을 특징으로 하는 신호 수신 장치의 신호 수신 방법.
제18항에 있어서,

상기 적어도 k개의 부분 행렬 중 하나는 k(
,
) 스텝 회복 가능(k-SR: k Step Recoverable) 노드들을 포함하는 k-SR 노드 파트에 대응하며, 상기 k-SR 노드들 중 제1k-SR 노드에 이웃하는 적어도 하나의 검사 노드는 상기 제1k-SR 노드를 제외한 0~(k-1)-SR 노드들로 구성되는 가변 노드를 포함함을 특징으로 하는 신호 수신 장치의 신호 수신 방법.
제19항에 있어서,

상기 수신 신호에 상기 부호화율에 상응하게 0 심벌들을 삽입하는 과정은;

상기 부호화율에 상응하게 상기 신호 송신 장치측에서 상기 LDPC 부호어에서 천공한 패리티 심벌들 위치에 0 심벌을 삽입하는 과정을 포함하며,

상기 천공한 패리티 심벌들 위치는 상기 부호화율이 획득될 때까지 상기 LDPC 부호어에서 천공된 패리티 심벌들의 위치를 나타내며, 상기 천공된 패리티 심벌들은 상기 부호화율이 획득될 때까지 천공된, 상기 LDPC 부호어가 포함하는 패리티 벡터에서 k값이 최소값을 가지는 k-SR 노드 파트에 대응하는 제1부분 행렬 내지 k값이 최대값을 가지는 k-SR 노드 파트에 대응하는 제k부분 행렬 중 상기 제1부분 행렬에 대응하는 패리티 심벌부터 순차적으로 상기 제k부분 행렬에 대응하는 패리티 심벌들임을 특징으로 하는 신호 수신 장치의 신호 수신 방법.
제20항에 있어서,

상기 패리티 벡터가 포함하는 심볼의 개수 M이 2의 지수승의 값을 가질 경우, 제k부분 행렬의 j번째 열 h_k,j는 하기 수학식 25 및 수학식 26과 같이 표현됨을 특징으로 하는 신호 수신 장치의 신호 수신 방법.

상기 수학식 25에서,
이고, Dⁱ는 1인 엘리먼트들의 위치가 i인 행렬을 나타내며,
임.

상기 수학식 26에서, k = d+1임.
제20항에 있어서,

상기 패리티 벡터가 포함하는 심볼의 개수 M이 2의 지수승의 값을 가질 경우, 제k부분 행렬의 j번째 열 h_k,j는 하기 수학식 27 및 수학식 28과 같이 표현됨을 특징으로 하는 신호 수신 장치의 신호 수신 방법.

상기 수학식 27에서,
이고, Dⁱ는 1인 엘리먼트들의 위치가 i인 행렬을 나타내며,
임.

상기 수학식 28에서, k = d+1임.
제20항에 있어서,

상기 패리티 벡터가 포함하는 심볼의 개수 M이 2의 지수승과 다른 값을 가질 경우, 제k부분 행렬의 j번째 열 h_k,j는 하기 수학식 29 및 수학식 30과 같이 표현됨을 특징으로 하는 신호 수신 장치의 신호 수신 방법.

상기 수학식 29에서,
임.

상기 수학식 30에서, k = d+1임.

단, 상기 수학식 29에서
이고, γ(k)는 하기 수학식 31과 같이 나타낼 수 있으며, 그 초기값 γ(0)은 γ(0) = M임.
통신 시스템의 신호 수신 장치에 있어서,

수신 신호에 신호 송신 장치측에서 사용한 부호화율에 상응하게 0 심벌들을 삽입하는 0 삽입기와,

상기 0 심벌들이 삽입된 신호를 상기 신호 송신 장치측에서 사용한 저밀도 패리티 검사(LDPC: Low Density Parity Check) 부호화 방식에 상응하는 복호 방식으로 복호하여 정보 벡터로 검출하는 복호기를 포함하는 신호 수신 장치.
제24항에 있어서,

상기 부호화율에 상응하게 상기 0 심벌들이 삽입되는 위치를 제어하는 제어기를 더 포함하는 신호 수신 장치.
제25항에 있어서,

상기 LDPC 부호화 방식은 상기 정보 벡터를 패리티 검사 행렬에 상응하게 부호화하여 상기 LDPC 부호어로 생성하는 방식이며, 상기 패리티 검사 행렬은 상기 정보 벡터에 대응되는 시스테메틱 파트와, 패리티 벡터에 대응되는 비시스테메틱 파트를 포함하며, 상기 비시스테메틱 파트는 적어도 k개의 부분 행렬을 포함함을 특징으로 하는 신호 수신 장치.
제26항에 있어서,

상기 적어도 k개의 부분 행렬 중 하나는 k(
,,
) 스텝 회복 가능(k-SR: k Step Recoverable) 노드들을 포함하는 k-SR 노드 파트에 대응하며, 상기 k-SR 노드들 중 제1k-SR 노드에 이웃하는 적어도 하나의 검사 노드는 상기 제1k-SR 노드를 제외한 0~(k-1)-SR 노드들로 구성되는 가변 노드를 포함함을 특징으로 하는 신호 수신 장치.
제27항에 있어서,

상기 제어기는 상기 0 삽입기가 상기 부호화율에 상응하게 상기 신호 송신 장치측에서 상기 LDPC 부호어에서 천공한 패리티 심벌들 위치에 0 심벌을 삽입하도록 제어하며,

상기 천공한 패리티 심벌들 위치는 상기 부호화율이 획득될 때까지 상기 LDPC 부호어에서 천공된 패리티 심벌들의 위치를 나타내며, 상기 천공된 패리티 심벌들은 상기 부호화율이 획득될 때까지 천공된, 상기 LDPC 부호어가 포함하는 패리티 벡터에서 k값이 최소값을 가지는 k-SR 노드 파트에 대응하는 제1부분 행렬 내지 k값이 최대값을 가지는 k-SR 노드 파트에 대응하는 제k부분 행렬 중 상기 제1부분 행렬에 대응하는 패리티 심벌부터 순차적으로 상기 제k부분 행렬에 대응하는 패리티 심벌들임을 특징으로 하는 신호 수신 장치.
제28항에 있어서,

상기 패리티 벡터가 포함하는 심볼의 개수 M이 2의 지수승의 값을 가질 경우, 제k부분 행렬의 j번째 열 h_k,j는 하기 수학식 32 및 수학식 33과 같이 표현됨을 특징으로 하는 신호 수신 장치.

상기 수학식 32에서,
이고, Dⁱ는 1인 엘리먼트들의 위치가 i인 행렬을 나타내며,
임.

상기 수학식 33에서, k = d+1임.
제28항에 있어서,

상기 패리티 벡터가 포함하는 심볼의 개수 M이 2의 지수승의 값을 가질 경우, 제k부분 행렬의 j번째 열 h_k,j는 하기 수학식 34 및 수학식 35와 같이 표현됨을 특징으로 하는 신호 수신 장치.

상기 수학식 34에서,
이고, Dⁱ는 1인 엘리먼트들의 위치가 i인 행렬을 나타내며,
임.

상기 수학식 35에서, k = d+1임.
제28항에 있어서,

상기 패리티 벡터가 포함하는 심볼의 개수 M이 2의 지수승과 다른 값을 가질 경우, 제k부분 행렬의 j번째 열 h_k,j는 하기 수학식 36 및 수학식 37과 같이 표현됨을 특징으로 하는 신호 수신 장치의 신호 수신 장치.

상기 수학식 36에서,
임.

상기 수학식 37에서, k = d+1임.

단, 상기 수학식 36에서
이고, γ(k)는 하기 수학식 38과 같이 나타낼 수 있으며, 그 초기값 γ(0)은 γ(0) = M임.