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KR102088528B1 - 무선 통신 시스템에서 주파수-직각 진폭 변조를 위한 복호화 및 부호화 방법 및 장치 - Google Patents

무선 통신 시스템에서 주파수-직각 진폭 변조를 위한 복호화 및 부호화 방법 및 장치 Download PDF

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KR102088528B1
KR102088528B1 KR1020130026376A KR20130026376A KR102088528B1 KR 102088528 B1 KR102088528 B1 KR 102088528B1 KR 1020130026376 A KR1020130026376 A KR 1020130026376A KR 20130026376 A KR20130026376 A KR 20130026376A KR 102088528 B1 KR102088528 B1 KR 102088528B1
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Abstract

본 발명은 무선 통신 시스템에서 FQAM(Frequency-Quadrature Amplitude Modulation)을 부호화 및 복호화를 위한 것으로, 송신단의 동작 방법은, 정보 비트열을 제1부분 및 제2부분으로 분할하는 과정과, 상기 제1부분을 제1부호화 방식으로, 상기 제2부분을 제2부호화 방식으로 부호화하는 과정과, 상기 제1부호화 방식 및 상기 제2부호화 방식은 서로 다른 차수(order)를 가지며, 상기 제1부호화의 결과 값 및 상기 제2부호화의 결과 값을 조합함으로써 FQAM 심벌을 생성하는 과정을 포함한다.

Description

무선 통신 시스템에서 주파수-직각 진폭 변조를 위한 복호화 및 부호화 방법 및 장치{APPARATUS AND METHOD FOR ENCODING AND DECODING FOR FREQUENCY-QUADRATURE AMPLITUDE MODULATION IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 무선 통신 시스템에서 부호화(encoding) 및 복호화(decoding)에 관한 것이다.
종래 기술은 낮은 복잡도로 복호를 수행하기 위하여 간섭 신호에 대하여 가우시안(Gaussian) 분포를 가정한다. 따라서, 간섭 신호의 특성을 최대한 가우시안에 가깝게 만들기 위하여, QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 계열의 변조 방식이 주로 사용되고 있다. 그러나, 가우시안 채널보다 비-가우시안(non-Gaussian) 채널의 채널 용량이 크다는 것이 일반적으로 알려져 있다. 따라서, 적절히 복호를 수행한다면, 가우시안 채널보다 비-가우시안 채널에서 더 높은 복호 성능이 얻어질 수 있다.
이에 따라, 간섭 신호를 비-가우시안 분포에 따르도록 하는 변조 방식의 개발이 필요해졌고, 그 결과 제안된 변조 방식이 FQAM(Frequency-QAM)이다. 상기 FQAM은 상기 QAM 및 FSK(Frequency Shift Keying)이 결합된 하이브리드(hybrid) 변조 방식으로서, 상기 QAM의 높은 스펙트럼 효율(spectral efficiency) 및 상기 FSK의 간섭 신호를 비-가우시안하게 만드는 장점들을 모두 가진다.
상기 FQAM은 비트 대 심벌(bit-to-symbol) 방식에 적합하지 아니한 특징을 가진다. 따라서, 상기 FQAM을 적용한 경우, BICM(bit-interleaved coded modulation) 채널 용량이 CM(Coded modulation) 채널 용량에 비하여 매우 낮다. 상기 CM 채널 용량은 채널 부호의 알파벳 크기(alphabet size)가 클수록 더 커지는 것이 일반적이므로, 상기 FQAM을 이용하여 좋은 성능을 얻기 위해서는 상기 알파벳 크기가 큰 비이진(non-binary) 채널 부호와 결합됨이 바람직하다. 상기 알파벳 크기는 부호화 출력 값의 후보 개수를 의미한다. 이때, 비이진 채널 부호의 복잡도는 상기 알파벳 크기가 커질수록 기하급수적으로 증가한다. 따라서, 결론적으로, 상기 FQAM의 장점을 이용하기 위해서는 매우 복잡도가 높은 채널 부호화 및 복호화 과정이 요구된다.
복호 성능의 향상을 위해 FQAM 기법이 고려될 수 있으나, 상기 FQAM의 효과적인 사용을 위해서는 복잡도가 높은 채널 부호화 및 복호화 과정이 요구된다. 따라서, 상기 FQAM의 장점은 유지하되, 부호화 및 복호화의 복잡도를 감소시키기 위한 대안이 제시되어야 한다.
따라서, 본 발명의 일 실시 예는 무선 통신 시스템에서 FQAM(Frequency-Quadrature Amplitude Modulation)을 위한 낮은 복잡도의 부호화 및 복호화를 수행하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 실시 예는 FQAM을 이용하는 무선 통신 시스템에서 CM(Coded modulation) 채널 용량(capacity)에 근접하는 부호화 및 복호화를 수행하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시 예는 FQAM을 이용하는 무선 통신 시스템에서 낮은 복잡도를 통해 CM 채널 용량에 근접하는 부호화 및 복호화를 수행하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시 예는 FQAM을 이용하는 무선 통신 시스템에서 다단 부호화 및 다단 복호화를 수행하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1견지에 따르면, FQAM(Frequency-Quadrature Amplitude Modulation)을 지원하는 무선 통신 시스템에서 송신단의 동작 방법은, 정보 비트열을 다수의 부분들로 분할하는 과정과, 상기 다수의 부분들 각각을 서로 다른 부호화 방식으로 부호화하는 과정과, 상기 부호화 방식들은 부호화 차수, 부호화율, 입력 크기, 부호화 기법 중 적어도 하나에 대하여 상이하게 정의되며, 상기 다수의 부분들의 부호화의 결과 값들을 조합함으로써 FQAM 심벌을 생성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2견지에 따르면, FQAM(Frequency-Quadrature Amplitude Modulation)을 지원하는 무선 통신 시스템에서 수신단의 동작 방법은, 송신단에서 송신된 FQAM 심벌을 수신하는 과정과, 상기 송신단에서 분할된 정보 비트열의 다수의 부분들 각각을 서로 다른 복호화 방식들로 복호화하는 과정과, 상기 복호화 방식들은 복호화 차수, 부호화율, 대응하는 부호화의 입력 크기, 복호화 기법 중 적어도 하나에 대하여 상이하게 정의되며, 상기 다수의 부분들의 복호화 결과들을 조합함으로써 정보 비트열을 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제3견지에 따르면, FQAM을 지원하는 무선 통신 시스템에서 송신단 장치는, 정보 비트열을 다수의 부분들로 분할하고, 상기 다수의 부분들 각각을 서로 다른 부호화 방식으로 부호화하고, 상기 다수의 부분들의 부호화의 결과 값들을 조합함으로써 FQAM 심벌을 생성하는 모뎀과, 상기 부호화 방식들은 부호화 차수, 부호화율, 입력 크기, 부호화 기법 중 적어도 하나에 대하여 상이하게 정의되며, 상기 FQAM 심벌을 송신하는 처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제4견지에 따르면, FQAM을 지원하는 무선 통신 시스템에서 수신단 장치는, 송신단으로부터 FQAM 심벌을 포함하는 신호를 수신하는 처리부와, 상기 송신단에서 분할된 정보 비트열의 다수의 부분들 각각을 서로 다른 복호화 방식들로 복호화하고, 상기 다수의 부분들의 복호화 결과들을 조합함으로써 정보 비트열을 결정하는 모뎀을 포함하며, 상기 복호화 방식들은 복호화 차수, 부호화율, 대응하는 부호화의 입력 크기, 복호화 기법 중 적어도 하나에 대하여 상이하게 정의되는 것을 특징으로 한다.
무선 통신 시스템에서 FQAM(Frequency-Quadrature Amplitude Modulation)의 특성을 고려한 부호화 및 복호화 기법을 제안함으로써, 적은 복잡도로 높은 복호 성능을 달성할 수 있다. 즉, 본 발명은 간섭이 심한 환경에서 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 대신 FQAM을 사용함으로써, 간섭 신호의 특성을 비가우시안하게 만들고, 이로 인해, 낮은 복잡도로 전체 시스템 전송률(total system throughput)을 증대시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 FQAM(Frequency-Quadrature Amplitude Modulation) 기법의 개념을 도시하는 도면,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 FQAM을 적용한 경우의 신호 구성 예를 도시하는 도면,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 시스템에서 FQAM 심벌 및 비트열 간 매핑(mapping) 예를 도시하는 도면,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 시스템에서 부호화 및 복호화 구조를 개념적으로 도시하는 도면,
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 시스템에서 부호화 및 복호화 구조를 개념적으로 도시하는 도면,
도 6는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 시스템에서 FQAM 심벌 및 비트열 간 매핑 예를 도시하는 도면,
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 시스템에서 부호화 및 복호화 구조를 개념적으로 도시하는 도면,
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 시스템에서 부호화 및 복호화 구조를 개념적으로 도시하는 도면,
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 송신단의 동작 절차를 도시하는 도면,
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 수신단의 동작 절차를 도시하는 도면,
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 송신단 및 수신단의 블록 구성을 도시하는 도면,
도 12 및 도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 부호화 및 복호화 기법의 성능을 도시하는 도면.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우, 그 상세한 설명은 생략한다.
이하 본 발명은 무선 통신 시스템에서 FQAM(Frequency-Quadrature Amplitude Modulation)을 위한 낮은 복잡도의 부호화 및 복호화를 수행하기 위한 기술에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 FQAM 기법의 개념을 도시하고 있다. 상기 도 1은 4-QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 및 4-FSK(Frequency Shift Keying)이 결합된 FQAM을 나타낸다.
상기 도 1을 참고하면, (a)에 도시된 4-QAM은 직교 좌표계에서 4개의 성상도(contellation) 점들을 가짐으로써, 서로 다른 위상을 가지는 4개의 복소 심벌(complex symbol)들을 생성할 수 있다. (b)에 도시된 4-FSK는 4개의 주파수 값들을 사용함으로써, 서로 다른 주파수 값들을 가지는 4개의 복소 심벌들을 생성할 수 있다. (c)에 도시된 상기 FQAM은 상기 4-QAM 및 상기 4-FSK의 결합이다, 상기 (c)와 같이, FQAM 심벌들을 서로 다른 4개의 주파수 값들을 가질 수 있으며, 동시에 4개의 위상 값들을 가질 수 있으므로, 총 16개의 심벌들이 생성될 수 있다.
위와 같이, 상기 FQAM은 QAM 심벌을 어느 주파수에 매핑(mapping)하느냐를 이용하여, QAM만으로 표현 가능한 비트열의 개수를 주파수 개수만큼 확장한다. 다시 말해, 상기 FQAM은 FSK 심벌의 위상 및 크기를 이용하여, FSK만으로 표현 가능한 비트열의 개수를 QAM 심벌 개수만큼 확장한다. 즉, 상기 FQAM 심벌은 심벌의 위상 및 크기, 심벌이 매핑되는 주파수 상 위치의 조합으로서 식별된다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 FQAM을 적용한 경우의 신호 구성 예를 도시하고 있다. 상기 도 2는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)/OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 방식의 무선 통신 시스템에 상기 FQAM을 적용한 경우 프레임(frame)의 일부를 나타낸다. 상기 도 2는 상기 도 1과 같은 16-FQAM을 예로 든다.
상기 도 2에서, 가로축은 시간, 세로축은 주파수를 나타낸다. 시간축의 구분 단위는 심벌(symbol)이며, 주파수축의 구분 단위는 부반송파(subcarrier)이다. 그리고, 하나의 심벌 및 하나의 부반송파로 이루어지는 단위는 톤(tone)이라 지칭된다. 상기 도 2를 참고하면, 1개의 FQAM 블록은 하나의 심벌 및 4개의 부반송파들을 점유하는 4개의 톤들을 포함한다. 상기 도 2에서, 1개의 FQAM 블록에 포함되는 부반송파들은 인접하게 도시되었다. 하지만, 이는 일 예이며, 1개의 FQAM 블록에 포함되는 부반송파들은 물리적으로 연속하지 아니할 수 있다. 제1블록(201)을 살펴보면, 4개의 톤들 중 첫 번째 톤, 두 번째 톤, 네 번째 톤은 아무런 심벌이 매핑되지 아니하고, 세 번째 톤에 심벌이 매핑된다. 그리고, 상기 세 번째 톤에 매핑된 심벌은 '1+j'의 위상 값을 가진다. 즉, 상기 FQAM 심벌은 상기 심벌이 매핑된 톤의 주파수 축 상 위치 및 심벌 자체의 위상 값을 통해 4비트의 정보를 나타낼 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 시스템에서 FQAM 심벌 및 비트열 간 매핑 예를 도시하고 있다. 상기 도 3은 16-FQAM을 예로 든다.
상기 도 3을 참고하면, 주파수 f1에서, ρ+jρ 값의 QAM 심벌은 0000, -ρ+jρ 값의 QAM 심벌은 0001, ρ-jρ 값의 QAM 심벌은 0010, -ρ-jρ 값의 QAM 심벌은 0011과 매핑된다. 또한, 주파수 f2에서, ρ+jρ 값의 QAM 심벌은 0100, -ρ+jρ 값의 QAM 심벌은 0101, ρ-jρ 값의 QAM 심벌은 0110, -ρ-jρ 값의 QAM 심벌은 0111과 매핑된다. 또한, 주파수 f3에서, ρ+jρ 값의 QAM 심벌은 1100, -ρ+jρ 값의 QAM 심벌은 1101, ρ-jρ 값의 QAM 심벌은 1110, -ρ-jρ 값의 QAM 심벌은 1111과 매핑된다. 또한, 주파수 f4에서, ρ+jρ 값의 QAM 심벌은 1000, -ρ+jρ 값의 QAM 심벌은 1001, ρ-jρ 값의 QAM 심벌은 1010, -ρ-jρ 값의 QAM 심벌은 1011과 매핑된다.
즉, 전체 비트열에서, QAM 부분의 비트들 및 FSK 부분의 비트들이 서로 독립적으로 존재한다. 상기 도 3의 경우, 2개 MSB(Most Significant Bit)들은 FSK 부분의 비트들, 2개 LSB(Lease Significant Bit)들은 QAM 부분의 비트들이다. 일반적으로, 비트 당 에너지(energy)가 고정되므로, 상기 FQAM 심벌을 구성하는 QAM 심벌은 동일한 차수(order)의 통상적(ordinary) QAM 심벌보다 큰 심벌 당 에너지를 가진다. 왜냐하면, FQAM 심벌을 구성하는 FSK 비트들의 에너지가 QAM 심벌로 더해지기 때문이다. 그러므로, FQAM에서 FSK 부분을 성공적으로 검출(detection) 또는 복호(decoding)하면, QAM 부분을 성공적으로 검출 또는 복호할 확률은 매우 높아진다. 상술한 FQAM의 특징에 착안하여, 본 발명은 하기 도 4와 같은 부호화 및 복호화 구조를 제안한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 시스템에서 부호화 및 복호화 구조를 개념적으로 도시하고 있다.
상기 도 4를 참고하면, 송신단은 FQAM 심벌을 구성하는 FSK 심벌을 보다 강력한 부호(code)를 이용하여 부호화를 수행하고, QAM 심벌을 복호 과정이 간단한 부호를 이용하여 부호화한다. 이로 인해, 복호 성능은 유지하되, 복호 복잡도가 크게 감소된다. 상기 FSK 심벌에 적용되는 강력한 부호는 알파벳 크기(alphabet size)가 큰 채널 부호이거나, 또는, 프레임 크기(frame size)가 큰 채널 부호일 수 이거나, 또는, 부호화율(code rate)이 낮은 채널 부호일 수 있다. 즉, 상기 송신단은 전체 정보 비트열을 분할하고, 각 부분에 대해 서로 다른 차수의 제1부호화 및 제2부호화를 수행한다. 이에 대응하여, 수신단은 FSK 부분을 먼저 복호화한 후, 복호된 정보를 이용하여 QAM 부분을 복호하는 다단계 복호화를 수행한다.
구체적으로, 상기 송신단은 MF-진(MF-ary) 채널 부호화기(411), MF-진 FSK 변조기(412), MQ-진(MQ-ary) 채널 부호화기(413), MQ-진 QAM 변조기(414), M-진(M-ary) FQAM 변조기(415)를 포함한다. 송신 비트들은 FSK 부분 정보 비트들 및 QAM 부분 정보 비트들로 구분된다. 그리고, 상기 FSK 부분 정보 비트들은 상기 MF-진(MF-ary) 채널 부호화기(411)로 입력된다. 상기 MF-진(MF-ary) 채널 부호화기(411)는 차수가 MF인 부호화를 수행한다. 그리고, 상기 MF-진 FSK 변조기(412)는 FSK 변조를 수행하여 FSK 심벌을 생성한다. 상기 QAM 부분 정보 비트들은 MQ-진(MQ-ary) 채널 부호화기(413)로 입력된다. 상기 MQ-진(MQ-ary) 채널 부호화기(413)는 차수가 MQ인 부호화를 수행하여 QAM 심벌을 생성한다. 그리고, 상기 MQ-진 QAM 변조기(414)는 QAM 변조를 수행한다. 이후, 상기 M-진 FQAM 변조기(415)는 상기 FSK 심벌 및 상기 QAM 심벌을 결합함으로써 M-진 FQAM 심벌을 생성한다. 즉, 상기 M-진 FQAM 변조기(415)는 MF-진 부호화의 출력인 MF-진 심벌 및 MQ-진 부호화의 출력인 MQ-진 심벌을 조합함으로써 M-진 FQAM 심벌을 생성한다. 여기서, 상기 M은 상기 MF 및 상기 MQ의 곱과 동일하다.
상기 수신단은 MF-진 LLR(Log-Likelihood Radio) 생성기(421), MF-진 채널 복호화기(422), MF-진 부호화기(423), MQ-진 LLR 생성기(424), MQ-진 복호화기(425), 비트 수집기(bit collector)(426)를 포함한다. 수신 신호는 상기 MF-진 LLR 생성기(421) 및 상기 MQ-진 LLR 생성기(424)로 입력된다. 상기 MF-진 LLR 생성기(421)는 수신된 M-진 FQAM 심벌로부터 MF-진 심벌의 LL(Log-Likelihood) 벡터(vector)를 결정한다. 상기 MF-진 채널 복호화기(422)는 MF-진 복호화를 수행하고, 복호화 결과를 상기 MF-진 부호화기(423) 및 상기 비트 수집기(426)으로 제공한다. 이때, 상기 MF-진 부호화기(423)로 제공되는 복호화 결과는 상기 MQ-진 LLR 생성기(424)의 LL 벡터 생성을 위한 것으로서, 경판정(hard decision) 방식 또는 연판정(soft decision) 방식에 따를 수 있다. 상기 MF-진 부호화기(423)는 상기 MF-진 채널 복호화기(422)의 복호화 결과를 다시 MF-진 부호화하고, 부호화 결과를 상기 MQ-진 LLR 생성기(424)로 제공한다. 상기 MF-진 부호화기(423)의 출력은 MF-진 시스터매틱(systematic) 심벌만을 나타낸다. 따라서, 상기 MF-진 부호화기(423)는 MF-진 패리티 심벌(parity symbol)을 추가 생성하고, 시스터매틱 심벌 및 패리티 심벌을 조합하여 상기 MQ-진 LLR 생성기(424)로 제공한다. 단, LDPC(Low Density Parity Code)와 같이 복호화 출력에서 MF-진 패리티 심벌을 바로 생성할 수 있는 경우, 상기 MF-진 부호화기(423)는 생략될 수 있다. 상기 MQ-진 LLR 생성기(424)는 상기 재부호화된 MF-진 부호 값 및 상기 수신 FQAM 심벌을 이용하여 MQ-진 심벌의 LL 벡터(vector)를 결정한다. 그리고, 상기 MQ-진 복호화기(425)는 MQ-진 복호화를 수행한다. 이후, 상기 비트 수집기(426)는 상기 MF-진 채널 복호화기(422)의 출력 및 상기 MQ-진 복호화기(425)의 출력을 조합함으로써, 정보 비트열을 복원한다.
상기 도 4에 도시된 실시 예에서, 부호화 및 복호화가 2개의 단계들로 구성된다. 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 상기 부호화 및 상기 복호화는 3 이상의 단계들로 구성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 시스템에서 부호화 및 복호화 구조를 개념적으로 도시하고 있다.
상기 도 5를 참고하면, 송신단은 N개의 부호화기들(511-1 내지 511-N)을 포함한다. 여기서, 상기 N은 3 이상이다. 상기 N개의 부호화기들(511-1 내지 511-N) 각각은 정보 비트들의 해당 부분을 입력받고, 각각의 차수 Mn에 따라 부호화를 수행한다. 그리고, 상기 N개의 부호화기들(511-1 내지 511-N)는 부호화된 비트들을 비트분배기(513)로 제공한다. 상기 비트분배기(513)는 부호화된 비트를 FSK 변조를 위한 비트들 및 QAM 변조기를 위한 비트들로 분할하고, 분할된 비트들을 MF-진 FSK 변조기(514) 및 MQ-진 QAM 변조기(515)로 제공한다. 상기 MF-진 FSK 변조기(514)는 FSK 변조를 수행하여 FSK 심벌을 생성하고, 상기 MQ-진 QAM 변조기(515)는 QAM 변조를 수행한다. 이후, 상기 M-진 FQAM 변조기(516)는 상기 FSK 심벌 및 상기 QAM 심벌을 결합함으로써 M-진 FQAM 심벌을 생성한다. 여기서, 상기 M은 상기 MF 및 상기 MQ의 곱과 동일하다.
상기 수신단은 N개의 LLR생성기들(521-1 내지 521-N), N개의 복호화기들(522-1 내지 522-N), N-1개의 부호화기들(523-1 내지 523-N-1)을 포함한다. 여기서, 상기 N은 3 이상이다. 수신 신호는 상기 LLR생성기들(521-1 내지 521-N) 각각으로 입력된다. M1-진 LLR 생성기(521-1)는 수신된 M-진 FQAM 심벌로부터 M1-진 심벌의 LL 벡터를 결정한다. 상기 M1-진 채널 복호화기(522-1)는 M1-진 복호화를 수행하고, 복호화 결과를 상기 M1-진 부호화기(523-1) 및 비트 수집기(524)으로 제공한다. 이때, 상기 M1-진 부호화기(523-1)는 상기 M1-진 채널 복호화기(522-1)의 복호화 결과를 다시 M1-진 부호화하고, 부호화 결과를 다음 단계의 상기 M2-진 LLR 생성기(521-2)로 제공한다. 이후, 유사한 과정이 각 단계에서 반복된다. 상기 비트 수집기(524)는 상기 복호화기들(522-1 내지 522-N)의 출력을 조합함으로써, 정보 비트열을 복원한다.
상기 도 4 및 상기 도 5에 도시된 실시 예에서, 부호화 및 복호화가 서로 다른 차수를 가지는 다수의 단계들로 구성된다. 그러나, 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 상기 부호화 및 상기 복호화의 각 단계는, 차수가 아닌, 서로 다른 부호화율(code rate)을 가질 수 있다. 또한, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따라, 상기 부호화 및 상기 복호화의 각 단계는, 차수가 아닌, 서로 다른 부호화 입력 크기를 가질 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시 예에 따라, 상기 부호화 및 상기 복호화의 각 단계는, 차수가 아닌, 서로 다른 부호화/복호화 기법을 이용할 수 있다. 예를 들어, 어느 하나의 부호화/복호화는 터보 부호(turbo code)를, 다른 하나의 부호화/복호화는 LDPC를 이용할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 송신단은 다수의 단계들로 부호화를 수행하며, 상기 부호화의 단계들은 차수, 부호화율, 입력 크기, 부호화 기법 중 적어도 하나로 구분될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 수신단은 다수의 단계들로 복호화를 수행하며, 상기 복호화의 단계들은 차수, 부호화율, 대응하는 부호화의 입력 크기, 복호화 기법 중 적어도 하나로 구분될 수 있다.
상기 FQAM의 성능은 FQAM 심벌 및 비트열 간 매핑 규칙의 최적화를 통해 향상될 수 있다. 상기 도 3에 도시된 바와 같은 매핑 규칙은 심벌 간 거리와 변경되는 비트의 관계가 최적화되지 아니하였다. 따라서, 본 발명은 하기 도 6과 같은 매핑 규칙을 더 제안한다.
도 6는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 시스템에서 FQAM 심벌 및 비트열 간 매핑 예를 도시하고 있다. 상기 도 6은 16-FQAM을 예로 든다.
상기 도 6을 참고하면, 주파수 f1에서, ρ+jρ 값의 QAM 심벌은 0000, -ρ+jρ 값의 QAM 심벌은 0001, ρ-jρ 값의 QAM 심벌은 1110, -ρ-jρ 값의 QAM 심벌은 1111과 매핑된다. 또한, 주파수 f2에서, ρ+jρ 값의 QAM 심벌은 1011, -ρ+jρ 값의 QAM 심벌은 0101, ρ-jρ 값의 QAM 심벌은 1010, -ρ-jρ 값의 QAM 심벌은 0100과 매핑된다. 또한, 주파수 f3에서, ρ+jρ 값의 QAM 심벌은 1100, -ρ+jρ 값의 QAM 심벌은 0010, ρ-jρ 값의 QAM 심벌은 1101, -ρ-jρ 값의 QAM 심벌은 0011과 매핑된다. 또한, 주파수 f4에서, ρ+jρ 값의 QAM 심벌은 0111, -ρ+jρ 값의 QAM 심벌은 0110, ρ-jρ 값의 QAM 심벌은 1001, -ρ-jρ 값의 QAM 심벌은 1000과 매핑된다.
즉, 동일한 주파수에 매핑되는 경우라도, 2개 MSB 비트들은 상이할 수 있다. 즉, 전체 비트열은 FSK 부분 및 QAM 부분으로 구분되지 아니한다. 따라서, 상기 도 6과 같은 매핑 규칙을 적용하는 경우, 상기 도 4와 같은 부호화 및 복호화 구조를 적용할 수 없다. 따라서, 상기 도 6와 같은 매핑 규칙이 사용되는 경우, 본 발명은 이하 도 7과 같은 부호화 및 복호화 구조를 제안한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 시스템에서 부호화 및 복호화 구조를 개념적으로 도시하고 있다.
비이진 부호화된 FQAM의 경우, 알파벳 크기가 커질수록 복호 성능이 향상된다. 그러나, 상기 알파벳 크기가 커질수록, 알파벳 크기 증가에 의한 성능 향상 정도는 점점 작아진다. 이러한 특성을 이용하여, 본 발명의 실시 예에 따른 송신단은 상기 도 7과 같이 심벌을 구성하는 비트들을 log2MF개 비트들의 제1부분 및 log2MQ개 비트들의 제2부분으로 분할한 후, 상기 제1부분을 MF-진(MF-ary) 채널 부호로, 상기 제2부분을 MQ-진(MQ-ary) 채널 부호로 각각 부호화한다. 즉, 상기 송신단은 전체 정보 비트열을 분할하고, 각 부분에 대해 서로 다른 차수의 제1복호화 및 제2복호화를 수행한다. 예를 들어, 상기 MF는 M/2, 상기 MQ는 2일 수 있다. 이에 대응하여, 수신단은 제1부호화로 부호화된 제1부분을 먼저 복호화한 후, 복호된 제1부분을 이용하여 제2부분을 복호하는 다단계 복호화를 수행한다.
구체적으로, 상기 송신단은 비트 분할기(711), MF-진 채널 부호화기(712), MQ-진 채널 부호화기(713), M-진 FQAM 변조기(714)를 포함한다. 상기 비트 분할기(711)는 입력되는 정보 비트열을 log2MQ 대 log2MF의 비율로 분할한다. log2MF에 해당하는 제1부분 비트열은 상기 MF-진 채널 부호화기(712)로, log2MQ에 해당하는 제2부분 비트열은 상기 MQ-진 채널 부호화기(713)로 입력된다. 상기 MF-진 채널 부호화기(712)는 상기 제1부분 비트열을 MF-진 부호화하고, 상기 MQ-진 채널 부호화기(713)는 상기 제2부분 비트열을 MQ-진 부호화한다. 그리고, 상기 M-진 FQAM 변조기(714)는 부호화된 비트들을 이용하여 M-진 FQAM 심벌을 생성한다.
상기 수신단은 MF-진 LLR 생성기(721), MF-진 채널 복호화기(722), MF-진 부호화기(723), MQ-진 LLR 생성기(724), MQ-진 복호화기(725), 비트 수집기(bit collector)(726)를 포함한다. 수신 신호는 상기 MF-진 LLR 생성기(721) 및 상기 MQ-진 LLR 생성기(724)로 입력된다. 상기 MF-진 LLR 생성기(721)는 수신된 M-진 FQAM 심벌로부터 MF-진 심벌의 LL(Log-Likelihood) 벡터(vector)를 결정한다. 상기 MF-진 채널 복호화기(722)는 MF-진 복호화를 수행하고, 복호화 결과를 상기 MF-진 부호화기(723) 및 상기 비트 수집기(726)으로 제공한다. 이때, 상기 MF-진 부호화기(723)로 제공되는 복호화 결과는 상기 MQ-진 LLR 생성기(724)의 LL 벡터 생성을 위한 것으로서, 경판정 방식 또는 연판정 방식에 따를 수 있다. 상기 MF-진 부호화기(723)는 상기 MF-진 채널 복호화기(722)의 복호화 결과를 다시 MF-진 부호화하고, 부호화 결과를 상기 MQ-진 LLR 생성기(724)로 제공한다. 상기 MF-진 부호화기(723)의 출력은 MQ-진 시스터매틱 심벌만을 나타낸다. 따라서, 상기 MF-진 부호화기(723)는 MF-진 패리티 심벌을 추가 생성하고, 시스터매틱 심벌 및 패리티 심벌을 조합하여 상기 MQ-진 LLR 생성기(724)로 제공한다. 단, LDPC와 같이 복호화 출력에서 MF-진 패리티 심벌(parity symbol)을 바로 생성할 수 있는 경우, 상기 MF-진 부호화기(723)는 생략될 수 있다. 상기 MQ-진 LLR 생성기(724)는 상기 재부호화된 MF-진 부호 값 및 상기 수신 FQAM 심벌을 이용하여 MF-진 심벌의 LL 벡터(vector)를 결정한다. 그리고, 상기 MQ-진 복호화기(725)는 MF-진 복호화를 수행한다. 이후, 상기 비트 수집기(726)는 상기 MF-진 채널 복호화기(722)의 출력 및 상기 MQ-진 복호화기(725)의 출력을 조합함으로써, 정보 비트열을 복원한다.
상기 도 7에 도시된 실시 예는 부호화 및 복호화가 2개의 단계들로 구성된다. 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 상기 부호화 및 상기 복호화는 3 이상의 단계들로 구성될 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 시스템에서 부호화 및 복호화 구조를 개념적으로 도시하고 있다.
상기 도 8을 참고하면, 송신단은 N개의 부호화기들(812-1 내지 812-N)을 포함한다. 여기서, 상기 N은 3 이상이다. 상기 N개의 부호화기들(812-1 내지 812-N) 각각은 정보 비트들의 해당 부분을 입력받고, 각각의 차수 Mn에 따라 부호화를 수행한다. 그리고, 상기 N개의 부호화기들(812-1 내지 812-N)는 부호화된 비트들을 M-진 FQAM 변조기(813)로 제공한다. 이후, 상기 M-진 FQAM 변조기(813)는 부호화된 비트들을 이용하여 M-진 FQAM 심벌을 생성한다.
상기 수신단은 N개의 LLR생성기들(821-1 내지 821-N), N개의 복호화기들(822-1 내지 822-N), N-1개의 부호화기들(823-1 내지 823-N-1)을 포함한다. 여기서, 상기 N은 3 이상이다. 수신 신호는 상기 LLR생성기들(821-1 내지 821-N) 각각으로 입력된다. M1-진 LLR 생성기(821-1)는 수신된 M-진 FQAM 심벌로부터 M1-진 심벌의 LL 벡터를 결정한다. 상기 M1-진 채널 복호화기(822-1)는 M1-진 복호화를 수행하고, 복호화 결과를 상기 M1-진 부호화기(823-1) 및 비트 수집기(824)으로 제공한다. 이때, 상기 M1-진 부호화기(823-1)는 상기 M1-진 채널 복호화기(822-1)의 복호화 결과를 다시 M1-진 부호화하고, 부호화 결과를 다음 단계의 상기 M2-진 LLR 생성기(821-2)로 제공한다. 이후, 유사한 과정이 각 단계에서 반복된다. 상기 비트 수집기(824)는 상기 복호화기들(822-1 내지 822-N)의 출력을 조합함으로써, 정보 비트열을 복원한다.
상기 도 7 및 상기 도 8에 도시된 실시 예에서, 부호화 및 복호화가 서로 다른 차수를 가지는 다수의 단계들로 구성된다. 그러나, 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 상기 부호화 및 상기 복호화의 각 단계는, 차수가 아닌, 서로 다른 부호화율을 가질 수 있다. 또한, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따라, 상기 부호화 및 상기 복호화의 각 단계는, 차수가 아닌, 서로 다른 부호화 입력 크기를 가질 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시 예에 따라, 상기 부호화 및 상기 복호화의 각 단계는, 차수가 아닌, 서로 다른 부호화/복호화 기법을 이용할 수 있다. 예를 들어, 어느 하나의 부호화/복호화는 터보 부호를, 다른 하나의 부호화/복호화는 LDPC를 이용할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 송신단은 다수의 단계들로 부호화를 수행하며, 상기 부호화의 단계들은 차수, 부호화율, 입력 크기, 부호화 기법 중 적어도 하나로 구분될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 수신단은 다수의 단계들로 복호화를 수행하며, 상기 복호화의 단계들은 차수, 부호화율, 대응하는 부호화의 입력 크기, 복호화 기법 중 적어도 하나로 구분될 수 있다.
상기 도 4, 상기 도 5, 상기 도 7 및 상기 도 8을 참고하여 설명한 수신단의 복호화 과정은 LL 벡터 결정 과정을 포함한다. 여기서, 상기 LL 벡터는 다음과 같이 결정될 수 있다. 이하, 본 발명은, 상기 도 4 및 상기 도 7과 같이, 2 단계의 부호화 및 복호화가 수행되는 경우를 예로 들어 설명한다.
상기 도 4의 MF-진 LLR 생성기(421) 및 상기 도 7의 MF-진 LLR 생성기(721)는 하기 <수학식 1>과 같이 LL 벡터를 생성한다.
Figure 112013021546152-pat00001
상기 <수학식 1>에서, 상기
Figure 112013021546152-pat00002
는 k번째 FQAM 심벌에 대한 길이 MF의 LL 벡터, 상기
Figure 112013021546152-pat00003
는 제1부호화의 차수, 상기
Figure 112013021546152-pat00004
는 k번째 FQAM 심벌에 대한 수신 신호, 상기
Figure 112013021546152-pat00005
는 k번째 FQAM 심벌에 대한 채널 계수 벡터, 상기
Figure 112013021546152-pat00006
는 b번째 심벌 후보에 대한 LL 값, 상기
Figure 112013021546152-pat00007
는 제2부호화의 차수, 상기
Figure 112013021546152-pat00008
는 제1부호화의 MF-진 심벌들 집합 중 b번째 심벌, 상기
Figure 112013021546152-pat00009
은 제2부호화의 MQ-진 심벌들 집합 중 l번째 심벌, 상기
Figure 112013021546152-pat00010
는 제1부호화의 MF-진 심벌들 집합, 상기
Figure 112013021546152-pat00011
는 제2부호화의 MQ-진 심벌들 집합을 의미한다.
상기 도 4의 MQ-진 LLR 생성기(424) 및 상기 도 7의 MQ-진 LLR 생성기(724)는 하기 <수학식 2>과 같이 LL 벡터를 생성한다.
Figure 112013021546152-pat00012
상기 <수학식 2>에서, 상기
Figure 112013021546152-pat00013
는 k번째 FQAM 심벌에 대한 길이 MQ의 LL 벡터, 상기
Figure 112013021546152-pat00014
는 제2부호화의 차수, 상기
Figure 112013021546152-pat00015
는 k번째 FQAM 심벌에 대한 수신 신호, 상기
Figure 112013021546152-pat00016
는 k번째 FQAM 심벌에 대한 채널 계수 벡터, 상기
Figure 112013021546152-pat00017
는 b번째 심벌 후보에 대한 LL 값, 상기
Figure 112013021546152-pat00018
는 제1복호화의 결과를 재부호화함으로써 생성된 제1부호화의 결과 값, 상기
Figure 112013021546152-pat00019
는 제2부호화의 MQ-진 심벌들 집합 중 b번째 심벌을 의미한다.
즉, LLR을 생성하는데 있어서, 수신단은 각 후보 심벌에 대한 확률들을 나타내는 LL 벡터를 생성한다. 그리고, 상기 수신단은 제1부호화만을 고려한 LL 벡터 및 제2부호화만을 고려한 LL 벡터를 각각 생성한다. 예를 들어, 상기 수신단은 수신 신호 값에서 후보 심벌 값을 감산함으로써 간섭 및 잡음의 크기를 산출하고, 간섭 및 잡음의 pdf(probablity density function)로부터 산출된 크기의 간섭 및 잡음이 발생할 확률을 결정함으로써, 상기 후보 심벌에 대한 확률을 산출할 수 있다.
상기 제1부호화만을 고려한 LL 벡터 생성 시, 상기 수신단은 제1부호화의 결과 값이 동일하되 서로 다른 제2부호화 결과 값을 가지는 심벌 후보들에 대한 확률을 합산한다. 예를 들어, 상기 도 3과 같은 매핑 규칙에 따르는 경우, 제1부호화를 통해 2개 MSB들이 결정된다면, 상기 제1부호화만을 고려한 LL 벡터는 제1부호화의 결과 값이 '00'일 확률로서 '0000'의 심벌이 송신될 확률, '0001'의 심벌이 송신될 확률, '0010'의 심벌이 송신될 확률, '0011'의 심벌이 송신될 확률의 합, 제1부호화의 결과 값이 '01'일 확률로서 '0100'의 심벌이 송신될 확률, '0101'의 심벌이 송신될 확률, '0110'의 심벌이 송신될 확률, '0111'의 심벌이 송신될 확률의 합, 제1부호화의 결과 값이 '11'일 확률로서 '1100'의 심벌이 송신될 확률, '1101'의 심벌이 송신될 확률, '1110'의 심벌이 송신될 확률, '1111'의 심벌이 송신될 확률의 합, 제1부호화의 결과 값이 '10'일 확률로서 '1000'의 심벌이 송신될 확률, '1001'의 심벌이 송신될 확률, '1010'의 심벌이 송신될 확률, '1011'의 심벌이 송신될 확률의 합을 포함한다.
그리고, 상기 제2부호화만을 고려한 LL 벡터 생성 시, 상기 수신단은 제1부분을 재부호화를 통해 생성된 결과 값으로 전제하고, 서로 다른 제2부호화 결과 값을 가지는 심벌 후보들에 대한 확률을 산출한다. 예를 들어, 상기 도 3과 같은 매핑 규칙에 따르는 경우, 제1부호화의 결과 값이 '11'로 결정되었다면, 상기 제2부호화만을 고려한 LL 벡터는 '1100'의 심벌이 송신될 확률, '1101'의 심벌이 송신될 확률, '1110'의 심벌이 송신될 확률, '1111'의 심벌이 송신될 확률을 포함한다.
이하 본 발명은 상술한 바와 같이 복호 매트릭을 생성하는 수신단의 동작 및 구성에 대하여 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 송신단의 동작 절차를 도시하고 있다.
상기 도 9을 참고하면, 상기 송신단은 901단계에서 정보 비트열을 N개의 부분들로 분할한다. 여기서, 상기 N은 2 이상의 정수이다. 본 발명의 실시 예에 따라, 상기 송신단은 상기 정보 비트열을 FSK 심벌을 통해 송신되는 제1부분 및 QAM 심벌을 통해 송신되는 제2부분으로 분할할 수 있다. 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 상기 정보 비트열은 FSK 심벌 및 QAM 심벌과 무관하게 미리 정의된 비율로 분할될 수 있다.
이어, 상기 송신단은 903단계로 진행하여 상기 N개의 각 부분들을 서로 다른 부호화 방식으로 부호화한다. 여기서, 상기 부호화 방식은 부호화 차수, 부호화율, 입력 크기, 부호화 기법 중 적어도 하나로 구분된다. 상기 정보 비트열이 2개의 부분들로 분할된 경우, 본 발명의 실시 예에 따라, 상기 송신단은 상기 제1부분을 FSK 변조 차수와 같은 차수의 제1부호화 방식으로, 상기 제2부분을 QAM 변조 차수와 같은 차수의 제2부호화 방식으로 부호화할 수 있다. 또는, 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 상기 송신단은 상기 제1부분을 FQAM 변조 차수의 1/2의 차수를 가지는 제1부호화 방식으로, 상기 제2부분을 2의 차수를 가지는 제2부호화 방식으로 부호화할 수 있다.
이후, 상기 송신단은 905단계로 진행하여 상기 각 부호화 방식에 따른 부호화의 결과들을 조합함으로써 FQAM 심벌을 생성한다. 예를 들어, 상기 정보 비트열이 2개의 부분들로 분할된 경우, 상기 송신단은 상기 제1부호화의 결과 및 상기 제2부호화의 결과를 조합함으로써 FQAM 심벌로 매핑될 송신 비트열을 결정하고, 미리 정의된 매핑 규칙에 따라 상기 송신 비트열을 상기 FQAM 심벌로 매핑한다. 예를 들어, 상기 매핑 규칙은 상기 도 3 또는 상기 도 6와 같이 정의될 수 있다.
이어, 상기 송신단은 907단계로 진행하여 상기 FQAM 심벌을 송신한다. 즉, 상기 송신단은 상기 FQAM 심벌을 수신단과의 통신을 위해 할당된 자원에 매핑하고, RF(Radio Frequenchy) 대역의 신호로 상향 변환한 후, 적어도 하나의 안테나를 통해 송신한다. 이때, 상기 송신단은 송신 빔에 방향성을 부과하기 위한 빔포밍(beamforming)을 수행할 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 수신단의 동작 절차를 도시하고 있다.
상기 도 10을 참고하면, 상기 수신단은 1001단계에서 송신단으로부터의 FQAM 심벌을 수신한다. 즉, 상기 수신단은 적어도 하나의 안테나를 통해 RF 신호를 수신하고, 상기 RF 신호를 기저대역 신호로 하향 변환한 후, 상기 송신단과의 통신을 위해 할당된 자원에서 신호를 추출한다. 이때, 상기 수신단은 수신 빔에 방향성을 부과하기 위한 빔포밍을 수행할 수 있다.
이후, 상기 수신단은 1003단계로 진행하여 n번째 부분에 대한 복호화를 수행한다. 여기서, 상기 n은 본 절차 시작 시 1로 초기화된다. 상기 n번째 부분은 정보 비트열의 일부로서, 상기 송신단에서 제n부호화 방식으로 부호화된 일부이다. 즉, 상기 수신단은 송신단에서 N개의 부분들로 분할되고, 각 부분이 서로 다른 부호화 방식으로 부호화됨으로써 생성된 신호를 수신한다. 이에 따라, 상기 수신단은 N개의 부분들을 위해 서로 다른 복호화 방식들을 적용한다. 여기서, 상기 복호화 방식들은 복호화 차수, 부호화율, 대응하는 부호화의 입력 크기, 복호화 기법 중 적어도 하나로 구분될 수 있다. 상기 1003단계에서, 상기 수신단은 상기 제1부분만을 위한 LL 벡터, 다시 말해, 상기 제1부호화만을 고려한 LL 벡터를 생성하고, 상기 제1복호화 방식에 따라 상기 제1부분을 먼저 판단한다. 상기 제1부호화만을 고려한 LL 벡터를 생성하기 위해, 상기 수신단은 제1부호화의 결과 값이 동일하되 제2부호화의 값이 서로 다른 심벌 후보들에 대한 확률을 합산한다. 예를 들어, 상기 수신단은 상기 <수학식 1>과 같이 상기 제1부호화만을 고려한 상기 LL 벡터를 생성할 수 있다.
이어, 상기 수신단은 1005단계로 진행하여 상기 n번째 부분에 대한 복호화 결과를 전제로 n+1번째 부분에 대한 복호화를 수행한다. 즉, 상기 수신단은 상기 제n부호화의 결과 값을 상기 1003단계의 복호화 결과에 대응하는 값으로 전제하고, 상기 n+1번째 부분만을 위한 LL 벡터, 다시 말해, 상기 제n+1부호화만을 고려한 LL 벡터 생성하고, 제n+1복호화 방식에 따라 상기 n+1번째 부분을 판단한다. 상기 제n+1부호화만을 고려한 LL 벡터 생성하기 위해, 상기 수신단은 상기 제n부호화의 결과 값이 상기 1003단계의 복호화 결과에 대응하는 값을 가지며, 서로 다른 제n+1부호화의 결과 값을 가지는 심벌 후보들에 대한 확률을 산출한다. 예를 들어, 상기 수신단은 상기 <수학식 2>와 같이 상기 제2부호화만을 고려한 상기 LL 벡터를 생성할 수 있다. 상기 1003단계의 복호화 결과에 대응하는 값은, 상기 복호화 결과를 제n부호화에 따라 재부호화한 값을 포함한다. 따라서, 상기 수신단은 상기 제n+1복호화 방식에 따른 복호화의 결과 값을 제1부호화 방식에 따라 재부호화할 수 있다.
상기 제n+1복호화를 수행한 후, 상기 수신단은 1007단계로 진행하여 모든 부분들에 대한 복호화를 완료하였는지 판단한다. 만일, 복호화되지 아니한 부분이 존재하면, 상기 수신단은 1009단계로 진행하여 상기 n을 1만큼 증가시키고, 상기 1005단계로 되돌아간다.
반면, 모든 부분들에 대한 복호화를 완료하였으면, 상기 수신단은 1011단계로 진행하여 상기 N개의 부분들에 대한 복호화의 결과들을 조합함으로써, 정보 비트열을 결정한다. 상기 정보 비트열은 상기 송신단에서의 복호화 전의 비트열을 의미한다. 즉, 상기 수신단은 상기 송신단에서의 정보 비트열 분할의 패턴을 역으로 적용함으로써, 상기 정보 비트열을 복원한다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 송신단 및 수신단의 블록 구성을 도시하고 있다. 이하, 본 발명은 상기 송신단 및 상기 수신단을 통칭하여 '통신 장치'라 지칭한다.
상기 도 11를 참고하면, 상기 통신 장치는 RF처리부(1110), 모뎀(1120), 제어부(1130)를 포함한다.
상기 RF처리부(1110)는 신호의 대역 변환, 증폭 등 무선 채널을 통해 신호를 송수신하기 위한 기능을 수행한다. 즉, 상기 RF처리부(1110)는 상기 모뎀(1120)으로부터 제공되는 기저대역 신호를 RF 대역 신호로 상향변환한 후 안테나를 통해 송신하고, 상기 안테나를 통해 수신되는 RF 대역 신호를 기저대역 신호로 하향변환한다. 예를 들어, 상기 RF처리부(1110)는 증폭기, 믹서(mixer), 오실레이터(oscillator), DAC(Digital to Analog Convertor), ADC(Analog to Digital Convertor) 등을 포함할 수 있다. 상기 도 11에 도시되지 아니하였으나, 상기 RF처리부(1110)은 송신 빔 또는 수신 빔에 방향성을 부여하기 위한 빔포밍을 수행하는 구성 요소를 더 포함할 수 있다. 상기 빔포밍을 수행하는 구성 요소는 각 안테나를 통해 송신되는 신호의 위상을 조절한다.
상기 모뎀(1120)은 시스템의 물리 계층 규격에 따라 기저대역 신호 및 비트열 간 변환 기능을 수행한다. 예를 들어, OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식에 따르는 경우, 데이터 송신 시, 상기 모뎀(1120)은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성하고, 상기 복소 심벌들을 부반송파들에 매핑한 후, IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 연산 및 CP(Cyclic Prefix) 삽입을 통해 OFDM 심벌들을 구성한다. 또한, 데이터 수신 시, 상기 모뎀(1120)은 상기 RF처리부(1110)로부터 제공되는 기저대역 신호를 OFDM 심벌 단위로 분할하고, FFT(Fast Fourier Transform) 연산을 통해 부반송파들에 매핑된 신호들을 복원한 후, 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다.
상기 제어부(1130)는 상기 통신 장치의 전반적인 동작들을 제어한다. 예를 들어, 상기 제어부(1130)는 상기 모뎀(1120) 및 상기 RF처리부(1110)을 통해 신호를 송수신한다. 또한, 상기 제어부(1130)는 상기 모뎀(1120)의 복조 및 복호에 필요한 설정을 결정한다. 상기 제어부(1130)는 적어도 하나의 프로세서(processsor)를 포함할 수 있다.
특히, 본 발명의 실시 예에 따라, 상기 모뎀(1120)은 FQAM 심벌을 위한 부호화 또는 복호화를 수행한다. 상기 FQAM 심벌을 송신 및 수신하기 위한 상기 모뎀(1120)의 구체적 동작은 다음과 같다.
상기 통신 노드가 송신단으로 동작하는 경우, 상기 모뎀(1120)은 다음과 같이 동작한다. 상기 모뎀(1120)은 정보 비트열을 N개의 부분들로 분할하고, 상기 N개의 부분들을 서로 다른 부호화 방식으로 부호화한다. 여기서, 상기 부호화 방식은 부호화 차수, 부호화율, 입력 크기, 부호화 기법 중 적어도 하나로 구분된다. 예를 들어, 상기 모뎀(1120)은 상기 정보 비트열을 2개의 부분들로 분할할 수 있다. 이 경우, 본 발명의 실시 예에 따라, 제1부분은 FSK 심벌을 통해 송신되는 비트들, 제2부분은 QAM 심벌을 통해 송신되는 비트들을 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 상기 정보 비트열은 FSK 심벌 및 QAM 심벌과 무관하게 미리 정의된 비율로 분할될 수 있다. 이후, 상기 모뎀(1120)은 N개의 부호화의 결과들을 조합함으로써 FQAM 심벌로 매핑될 송신 비트열을 결정하고, 미리 정의된 매핑 규칙에 따라 상기 송신 비트열을 상기 FQAM 심벌로 매핑한다. 예를 들어, 상기 매핑 규칙은 상기 도 3 또는 상기 도 6와 같이 정의될 수 있다.
상기 통신 노드가 수신단으로 동작하는 경우, 상기 모뎀(1120)은 다음과 같이 동작한다. 송신단으로부터 FQAM 심벌이 수신되면, 상기 모뎀(1120)은 N개의 부분들에 대하여 순차적, 단계적으로 복호화를 수행한다. 즉, 상기 모뎀(1120)은 최초 제1부분에 대한 복호화를 수행하고, 상기 제1부분에 대한 복호화 결과를 이용하여 제2부분에 대한 복호화를 수행한다. 이러한 과정은 n번째 부분까지 반복된다. 구체적으로, 상기 모뎀(1120)은 상기 제1부분에 대한 복호화를 수행한다. 이를 위해, 상기 모뎀(1120)은 상기 제1부분만을 위한 LL 벡터, 다시 말해, 상기 제1부호화만을 고려한 LL 벡터를 생성한다. 구체적으로, 상기 모뎀(1120)은 제1부호화의 결과 값이 동일하되 나머지 N-1개의 부분들에 대한 부호화 결과 값이 서로 다른 심벌 후보들에 대한 확률을 합산한다. 예를 들어, 상기 정보 비트열이 2개의 부분들로 분할된 경우, 상기 모뎀(1120)은 상기 <수학식 1>과 같이 상기 제1부호화만을 고려한 상기 LL 벡터를 생성할 수 있다. 이어, 상기 모뎀(1120)은 상기 제1부분에 대한 복호화 결과를 전제로 상기 제2부분에 대한 복호화를 수행한다. 즉, 상기 모뎀(1120)은 상기 제1부호화의 결과 값을 상기 1003단계의 복호화 결과에 대응하는 값으로 전제하고, 상기 제2부분만을 위한 LL 벡터, 다시 말해, 상기 제2부호화만을 고려한 LL 벡터 생성하고, 제2복호화 방식에 따라 상기 제2부분을 판단한다. 예를 들어, 상기 모뎀(1120)은 상기 <수학식 2>와 같이 상기 제2부호화만을 고려한 상기 LL 벡터를 생성할 수 있다. 이에 더하여, 상기 모뎀(1120)은 상기 제1복호화 방식에 따른 복호화의 결과 값을 제1부호화 방식에 따라 재부호화할 수 있다. 상기 제2복호화를 수행한 후, 상기 모뎀(1120)은 상기 제1복호화 및 상기 제2복호화의 결과들을 조합함으로써, 정보 비트열을 결정한다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 부호화 및 복호화 기법의 성능을 도시하고 있다. 상기 도 12 및 상기 도 13은 종래 기술 및 본 발명의 부호화를 적용한 경우의 모의 실험 결과를 도시한다. 상기 모의 실험에서, 16-FSK 및 2-QAM을 결합한 32-FQAM이 사용되었고, 프레임 길이는 240 비트로 정의되었다.
상기 도 12 및 상기 도 13은 채널의 Eb/N0 에 따른 프레임 오류 확률(frame error probability)를 나타낸다. 상기 도 12은 상기 도 3과 같은 매핑 규칙을 적용한 경우, 상기 도 13은 상기 도 6와 같은 매핑 규칙을 적용한 경우이다.
종래 기술로서 M-진(M-ary) 터보 코드(turbo code), 이진(binary) 터보 코드가 적용되었고, 본 발명으로서 이진 코드 및 16-진 코드의 다단계 부호화가 적용되었다. 상기 도 12 및 상기 도 13을 참고하면, 본 발명의 부호화 기법은, 이진 부호에 비하여, 최적의 부호화인 M-진 부호에 더 근접한 성능을 나타낸다.
본 발명의 청구항 및/또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합의 형태로 구현될(implemented) 수 있다.
소프트웨어로 구현하는 경우, 하나 이상의 프로그램(소프트웨어 모듈)을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체가 제공될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장되는 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치(device) 내의 하나 이상의 프로세서에 의해 실행 가능하도록 구성된다(configured for execution). 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치로 하여금, 본 발명의 청구항 및/또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들을 실행하게 하는 명령어(instructions)를 포함한다.
이러한 프로그램(소프트웨어 모듈, 소프트웨어)은 랜덤 액세스 메모리 (random access memory), 플래시(flash) 메모리를 포함하는 불휘발성(non-volatile) 메모리, 롬(ROM, Read Only Memory), 전기적 삭제가능 프로그램가능 롬(EEPROM, Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), 자기 디스크 저장 장치(magnetic disc storage device), 컴팩트 디스크 롬(CD-ROM, Compact Disc-ROM), 디지털 다목적 디스크(DVDs, Digital Versatile Discs) 또는 다른 형태의 광학 저장 장치, 마그네틱 카세트(magnetic cassette)에 저장될 수 있다. 또는, 이들의 일부 또는 전부의 조합으로 구성된 메모리에 저장될 수 있다. 또한, 각각의 구성 메모리는 다수 개 포함될 수도 있다.
또한, 상기 프로그램은 인터넷(Internet), 인트라넷(Intranet), LAN(Local Area Network), WLAN(Wide LAN), 또는 SAN(Storage Area Network)과 같은 통신 네트워크, 또는 이들의 조합으로 구성된 통신 네트워크를 통하여 접근(access)할 수 있는 부착 가능한(attachable) 저장 장치(storage device)에 저장될 수 있다. 이러한 저장 장치는 외부 포트를 통하여 본 발명의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수 있다. 또한, 통신 네트워크상의 별도의 저장장치가 본 발명의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수도 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (36)

  1. FQAM(Frequency-Quadrature Amplitude Modulation)을 지원하는 무선 통신 시스템에서 송신단의 동작 방법에 있어서,
    정보 비트열을 다수의 부분들로 분할하는 과정과,
    상기 다수의 부분들 각각을 서로 다른 부호화 방식들로 부호화하는 과정과, 상기 부호화 방식들은 부호화 차수, 부호화율, 입력 크기, 부호화 기법 중 적어도 하나에 대하여 상이하게 정의되며,
    상기 다수의 부분들의 부호화의 결과 값들을 조합함으로써 FQAM 심벌을 생성하는 과정을 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 FQAM 심벌의 차수는, 상기 다수의 부분들 각각에 적용되는 부호화 차수들의 곱과 동일한 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 정보 비트열은, 제1부분 및 제2부분으로 분할되는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1부분은, 상기 FQAM 심벌을 구성하는 FSK 심벌에 매핑되는 적어도 하나의 비트를 포함하며,
    상기 제2부분은, 상기 FQAM 심벌을 구성하는 QAM 심벌에 매핑되는 적어도 하나의 비트를 포함하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 FQAM 심벌을 생성하는 과정은,
    상기 제1부분에 적용되는 제1부호화의 결과 값을 변조함으로써 FSK 심벌을 생성하는 과정과,
    상기 제2부분에 적용되는 제2부호화의 결과 값을 변조함으로써 QAM 심벌을 생성하는 과정과,
    상기 FSK 심벌 및 상기 QAM 심벌을 결합함으로써 상기 FQAM 심벌을 생성하는 과정을 포함하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1부호화의 차수는, 상기 FSK 심벌의 차수와 동일하고,
    상기 제2부호화의 차수는, 상기 QAM 심벌의 차수와 동일한 방법.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 FQAM 심벌을 생성하는 과정은,
    상기 제1부분에 적용되는 제1부호화의 결과 값 및 상기 제2부분에 적용되는 제2부호화의 결과 값을 조합함으로써 FQAM 심벌에 매핑될 송신 비트열을 결정하는 과정과,
    미리 정의된 매핑 규칙에 따라 상기 송신 비트열을 상기 FQAM로 매핑하는 과정을 포함하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1부분은 및 상기 제2부분의 비트 개수 비율은, log2{상기 제1부호화의 차수} 대 log2{상기 제2부호화의 차수}인 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1부호화의 차수는, {상기 FQAM 심벌의 차수/2}이며,
    상기 제2부호화의 차수는, 2인 방법.
  10. FQAM(Frequency-Quadrature Amplitude Modulation)을 지원하는 무선 통신 시스템에서 수신단의 동작 방법에 있어서,
    송신단에서 송신된 FQAM 심벌을 수신하는 과정과,
    상기 송신단에서 분할된 정보 비트열의 다수의 부분들 각각을 서로 다른 복호화 방식들로 복호화하는 과정과, 상기 복호화 방식들은 복호화 차수, 부호화율, 대응하는 부호화의 입력 크기, 복호화 기법 중 적어도 하나에 대하여 상이하게 정의되며,
    상기 다수의 부분들의 복호화 결과들을 조합함으로써 정보 비트열을 결정하는 과정을 포함하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 다수의 부분들 각각을 서로 다른 복호화 방식들로 복호화하는 과정은,
    제1복호화 방식에 따라, 수신된 FQAM 심벌로부터 송신단에서 제1부호화 방식으로 부호화된 제1부분을 복호화하는 과정과,
    상기 제1부호화의 결과가 상기 제1부분의 복호화 결과에 대응하는 값이라는 전제 하에, 제2복호화 방식에 따라, 상기 송신단에서 제2부호화 방식으로 부호화된 제2부분을 복호화하는 과정을 포함하는 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 FQAM 심벌의 차수는, 상기 다수의 부분들 각각에 적용되는 부호화 차수들의 곱과 동일한 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 정보 비트열은, 제1부분 및 제2부분으로 분할되는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1부분에 적용되는 제1복호화의 차수는, 상기 FQAM 심벌을 구성하는 FSK 심벌의 차수와 동일하고,
    상기 제2부분에 적용되는 제2복호화의 차수는, 상기 FQAM 심벌을 구성하는 QAM 심벌의 차수와 동일한 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제1부분에 적용되는 제1복호화의 차수는, {상기 FQAM 심벌의 차수/2}이며,
    상기 제2부분에 적용되는 제2복호화의 차수는, 2인 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 제1부분을 복호화하는 과정은,
    상기 제1부분에 적용된 제1부호화만을 고려한 LL(Log Likelilhood) 벡터(vector)를 생성하는 과정을 포함하며,
    상기 LL 벡터를 생성하는 과정은,
    상기 송신단에서의 제1부호화 결과 값이 동일하되 상기 제2부분에 적용된 제2부호화 결과 값이 서로 다른 심벌 후보들에 대한 확률을 합산하는 과정을 포함하는 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제2부분을 복호화하는 과정은,
    상기 제2부분에 적용된 제2부호화만을 고려한 LL 벡터를 생성하는 과정을 포함하며,
    상기 LL 벡터를 생성하는 과정은,
    상기 제1부분에 적용된 제1부호화 결과 값이, 상기 제1부분을 복호화한 결과인 제1복호화 결과에 대응하는 값을 가지며, 서로 다른 제2부호화 결과 값을 가지는 심벌 후보에 대한 확률을 산출하는 과정을 포함하는 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1복호화 결과에 대응하는 값은, 상기 제1복호화를 통해 판단된 상기 제1부분을 제1부호화에 따라 재부호화한 값을 포함하는 방법.
  19. FQAM(Frequency-Quadrature Amplitude Modulation)을 지원하는 무선 통신 시스템에서 송신단 장치에 있어서,
    정보 비트열을 다수의 부분들로 분할하고, 상기 다수의 부분들 각각을 서로 다른 부호화 방식들로 부호화하고, 상기 다수의 부분들의 부호화의 결과 값들을 조합함으로써 FQAM 심벌을 생성하는 모뎀과, 상기 부호화 방식들은 부호화 차수, 부호화율, 입력 크기, 부호화 기법 중 적어도 하나에 대하여 상이하게 정의되며,
    상기 FQAM 심벌을 송신하는 처리부를 포함하는 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 FQAM 심벌의 차수는, 상기 다수의 부분들 각각에 적용되는 부호화 차수들의 곱과 동일한 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 정보 비트열은, 제1부분 및 제2부분으로 분할되는 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제1부분은, 상기 FQAM 심벌을 구성하는 FSK 심벌에 매핑되는 적어도 하나의 비트를 포함하며,
    상기 제2부분은, 상기 FQAM 심벌을 구성하는 QAM 심벌에 매핑되는 적어도 하나의 비트를 포함하는 장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 모뎀은, 상기 제1부분에 적용되는 제1부호화의 결과 값을 변조함으로써 FSK 심벌을 생성하고, 상기 제2부분에 적용되는 제2부호화의 결과 값을 변조함으로써 QAM 심벌을 생성하고, 상기 FSK 심벌 및 상기 QAM 심벌을 결합함으로써 상기 FQAM 심벌을 생성하는 장치.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 제1부호화의 차수는, 상기 FSK 심벌의 차수와 동일하고,
    상기 제2부호화의 차수는, 상기 QAM 심벌의 차수와 동일한 장치.
  25. 제22항에 있어서,
    상기 모뎀은, 상기 제1부분에 적용되는 제1부호화의 결과 값 및 상기 제2부분에 적용되는 제2부호화의 결과 값을 조합함으로써 FQAM 심벌에 매핑될 송신 비트열을 결정하고, 미리 정의된 매핑 규칙에 따라 상기 송신 비트열을 상기 FQAM로 매핑하는 장치.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 제1부분은 및 상기 제2부분의 비트 개수 비율은, log2{상기 제1부호화의 차수} 대 log2{상기 제2부호화의 차수}인 장치.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 제1부호화의 차수는, {상기 FQAM 심벌의 차수/2}이며,
    상기 제2부호화의 차수는, 2인 장치.
  28. FQAM(Frequency-Quadrature Amplitude Modulation)을 지원하는 무선 통신 시스템에서 수신단 장치에 있어서,
    송신단으로부터 FQAM 심벌을 포함하는 신호를 수신하는 처리부와,
    상기 송신단에서 분할된 정보 비트열의 다수의 부분들 각각을 서로 다른 복호화 방식들로 복호화하고, 상기 다수의 부분들의 복호화 결과들을 조합함으로써 정보 비트열을 결정하는 모뎀을 포함하며,
    상기 복호화 방식들은 복호화 차수, 부호화율, 대응하는 부호화의 입력 크기, 복호화 기법 중 적어도 하나에 대하여 상이하게 정의되는 장치.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 모뎀은, 제1복호화 방식에 따라, 수신된 FQAM 심벌로부터 송신단에서 제1부호화 방식으로 부호화된 제1부분을 복호화하고, 상기 제1부호화의 결과가 상기 제1부분의 복호화 결과에 대응하는 값이라는 전제 하에, 제2복호화 방식에 따라, 상기 송신단에서 제2부호화 방식으로 부호화된 제2부분을 복호화하는 장치.
  30. 제28항에 있어서,
    상기 FQAM 심벌의 차수는, 상기 다수의 부분들 각각에 적용되는 부호화 차수들의 곱과 동일한 장치.
  31. 제28항에 있어서,
    상기 정보 비트열은, 제1부분 및 제2부분으로 분할되는 장치.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 제1부분에 적용되는 제1복호화의 차수는, 상기 FQAM 심벌을 구성하는 FSK 심벌의 차수와 동일하고,
    상기 제2부분에 적용되는 제2복호화의 차수는, 상기 FQAM 심벌을 구성하는 QAM 심벌의 차수와 동일한 장치.
  33. 제31항에 있어서,
    상기 제1부분에 적용되는 제1복호화의 차수는, {상기 FQAM 심벌의 차수/2}이며,
    상기 제2부분에 적용되는 제2복호화의 차수는, 2인 장치.
  34. 제31항에 있어서,
    상기 모뎀은, 상기 제1부분을 복호화 하기 위해, 상기 제1부분에 적용된 제1부호화만을 고려한 LL(Log Likelilhood) 벡터(vector)를 생성하고,
    상기 LL 벡터를 생성하기 위해, 상기 송신단에서의 제1부호화 결과 값이 동일하되 상기 제2부분에 적용된 제2부호화 결과 값이 서로 다른 심벌 후보들에 대한 확률을 합산하는 장치.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 모뎀은, 상기 제2부분에 적용된 제2부호화만을 고려한 LL 벡터를 생성하며,
    상기 모뎀은, 상기 LL 벡터를 생성하기 위해, 상기 제1부분에 적용된 제1부호화 결과 값이, 상기 제1부분을 복호화한 결과인 제1복호화 결과에 대응하는 값을 가지며, 서로 다른 제2부호화 결과 값을 가지는 심벌 후보에 대한 확률을 산출하는 장치.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 제1복호화 결과에 대응하는 값은, 상기 제1복호화를 통해 판단된 상기 제1부분을 제1부호화에 따라 재부호화한 값을 포함하는 장치.
KR1020130026376A 2013-03-12 2013-03-12 무선 통신 시스템에서 주파수-직각 진폭 변조를 위한 복호화 및 부호화 방법 및 장치 Active KR102088528B1 (ko)

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