KR100204593B1 - 이동통신 페이딩 채널에서의 디코딩 장치 - Google Patents

Abstract

이동통신에서 심볼간 간섭(Intersymbol interference)이 있는 페이딩 채널환경에 대처하기 위하여 결정궤환 등화기와 콘볼루션 복호기를 사용하는 수신기에서 등화기의 오류전파가 발생하여 시스팀의 성능을 크게 떨어뜨린다. 따라서, 이러한 오류전파에 강인한 디코딩 장치를 개발할 필요성이 있었다. 종래에는 결정궤환 등화기의 오류전파에 대응하기 위하여 결정궤환 등화기, 디인터리버, 디코더를 하나의 과정으로 결합한 형태를 생각하고 있으나, 시스팀의 복잡도가 굉장히 증가하고 성능도 크게 개선되지 못하였다.

따라서, 본 발명에서는 깊은 페이딩과 심볼간 간섭을 겪는 이동통신 채널에서는 결정궤환 등화기의 등화기 출력의 경판정 값의 오류가 한번 발생하면 등화기의 오류전파가 발생할 확률이 매우 크다는 점을 이용하여 등화기의 오류전파에 강인한 디코더 장치를 제시한다.

등화기의 출력값의 신뢰 정도를 구하는 등화기 출력 신뢰도 계수를 추정하여 비터비 디코딩 시에 디코딩 메트릭으로 활용함으로써 시스팀 성능을 크게 개선하는 효과를 갖게 하였다.

Description

이동통신 페이딩 채널에서의 디코딩 장치

이동통신에서 심볼간 간섭(Intersymbol interference)이 있는 페이딩 채널환경에 대처하기 위하여, 결정궤환 등화기(DFE : 이하, DFE라 함)와 디코더를 사용하는 경우에 등화기의 오류전파에 강인한 이동통신 페이딩 채널에서의 디코딩 장치에 관한 것이다.

본 발명기술은 이동통신의 무선접속기술 분야의 전파 수신신호 처리 기술에 속하며, 종래에는 결정궤환 등화기의 오류전파에 대응하기 위하여 결정궤환 등화기, 디인터리버, 디코더를 하나의 과정으로 결합한 형태를 생각하고 있으나 시스팀의 복잡도가 굉장히 증가하고 성능도 크게 개선되지 못하는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 종래의 방식에서 시스팀의 복잡도가 증가하고 성능이 크게 나아지지 않는 점을 개선하기 위하여 아주 간단하면서도 성능이 크게 개선된 이동통신 페이딩 채널에서의 디코딩 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 등화기의 오류전파에 강인하도록 하게 하기 위해 수신부의 결정궤환 등화기 및 디인터리버 간에 등화기의 출력 값의 신뢰 정도를 구하기 위한 등화기 출력 신뢰도 추정 수단이 접속되는 것을 특징으로 한다.

제1도는 기존의 이동통신 페이딩 채널에서의 디코딩 장치의 구성도.

제2도는 본 발명에 따른 이동통신 페이딩 채널에서의 디코딩 장치의 구성도.

제3도는 전송 심볼열 프레임 구조도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

101 : 콘볼루션 코더 102 : 인터리버

103 : 트레이닝 심볼 삽입 104 : 전송필터

105 : 송신 안테나 106 : 수신 안테나

107 : 결정궤환 등화기(DFE) 108 : DFE 전방필터

109 : DFE 후방필터 110 : DFE 경판정

111 : 디인터리버 112 : 비터비 디코더

201 : 콘볼루션 코더 202 : 인터리버

203 : 트레이닝 심볼 삽입 204 : 전송필터

205 : 송신 안테나 206 : 수신 안테나

207 : 결정궤환등화기(DFE) 208 : DFE 전방필터

209 : DFE 후방필터 210 : DFE 경판정

211 : 등화기출력 신뢰도 계산부 112 : 디인터리버

213 : 비터비 디코더

이동통신에서 다중파에 의하여 야기되는 심볼간 간섭(Intersymbol Interference, ISI)에 대처하기 위해서 등화기의 사용을 생각할 수 있다. 깊은 골(null)을 갖는 주파수 선택적 페이딩 채널에서는 비 선형 등화기가 시스팀 성능면에서 효율적이다. 대표적인 비 선형 등화기의 하나인 결정궤환 등화기(Decision Feedback Equalizer, DFE)를 사용하고, 페이딩이 존재하는 이동통신 환경에서 시스팀의 성능을 개선하기 위하여 채널 부호기로 콘볼루션 부호기(convolutional coder)를 사용하는 송수신기를 생각한다.

제1도에는 주파수 선택적 페이딩 채널에서 결정궤환 등화기와 콘볼루션 부호기를 갖는 종래의 시스팀의 블럭도를 나타내었다. 송신부에서는 콘볼루션 부호기(101)에서 보내고자하는 정보를 콘볼루션 부호화하며, 채널에서 발생하는 연속에러를 분산하기 위하여 인터리버(102)를 사용하며, 채널에서 발생하는 ISI를 등화하기 위하여 트레이닝 심볼 삽입구(103)에서 트레이닝 심볼열을 일정 주기마다(전송 프레임 마다)삽입한 후, 전송필터(104)를 거쳐 송신안테나를 통하여 출력한다. 수신부에서는 DFE(107)에서 전송된 트레이닝 심볼열을 이용하여 DFE(107)의 초기 필터계수를 구하고, 이 필터계수값과 등화기의 경판정(110)출력을 이용한 DFE(107)의 필터계수조정을 해당 전송 프레임 끝까지 계속한다. 이러한 등화기의 출력은 디인터리버(111)에서 인터리버(102)의 역과정을 거쳐 비터비 디코더(112)에 보내며, 비터비 디코더(112)에서 전송과정에서 발생한 에러를 정정하여 전송정보비트를 최종 결정하게 된다. 위에서 인터리버와 디인터리버를 사용한 이유는 다음과 같다. 콘볼루션 코드는 에러가 산발적으로 나타날 때에 에러를 효과적으로 바로잡을 수 있는 기능을 갖으나 에러가 연속적으로 발생하는 경우는 성능이 크게 떨어 진다. 이동통신채널은 깊은 페이딩 현상으로 전송신호의 에러가 연속적으로 발생하므로 콘볼루션코드들 사용하여도 성능개선이 어렵다. 따라서 인터리버(102)와 디인터리버(111)를 사용하여 연속적인 에러를 산발적인 에러로 바구어 비터비 디코더(112)에 줌으로서 성능을 개선시켜왔다. 비터비 디코더(112)에서는 등화기의 출력을 경판정(hard decision)한 결과를 이용하는 것보다 연판정(soft decision)한 결과를 사용하여 디코더의 메트릭 값을 계산하면 향상된 시스팀 성능을 볼 수 있음이 잘 알려져 있다.

TDL(tapped delay line) 구조를 갖는 결정궤환 등화기는 제1도의 DFE(107)와 같이 전방필터(108), 후방필터(109) 그리고, 경판정(hard decision)부분(110)으로 구성되어 있다. 전방 필터 입력은 수신신호이며 후방궤환 필터 입력은 앞서 결정된 심볼이다. 후방필터의 기능은 현재의 심볼의 예측치에서 앞서 결정된 심볼에 의한 상호간섭항을 제거해 주는 역할을 한다. 이 등화기는 등화기과 경판정한과 같다는 가정하에 등화기과 경판정의 오차e(K)가 최소가 되도록 DFE(107) 계수를 조정하기 때문에 일단 경판정 값이 잘못되면 DFE(107) 출력의 신뢰도를 떨어뜨리는 결과를 낳는다.

결정궤환 등화기는 특히 이동통신과 같은 페이딩 환경에서 M-QAM과 같이 변조 심볼의 크기가 다른 경우에 궤환될 경판정 값이 잘못 결정되었을 때에는 대개 이후 모든 심볼에 대하여 오류전파(error propagation)를 일으켜 시스팀의 성능을 크게 떨어뜨린다. 이러한 문제점을 개선하기 위하여 본 발명에서는 등화기의 연판정(soft decision)출력과 경판정(hard decision)출력 정보를 이용하여 시스팀의 성능을 개선하는 방안을 고안하였다.

이러한 오류전파의 문제를 개선하기 위한 시스템의 블럭도를 제2도에 나타냈다.

제2도는 제1도의 DFE(107) 및 디인터리버(111)간에 등화기 출력 신뢰도 추정(211) 부분이 추가된다. 이러한 신뢰도 추정 값은 DFE(207) 출력신호와 함께 디인터리버(212)를 거쳐 비터비 디코더(213)에 입력되며, 비터비 디코더(213)에서는 신뢰도 계수와 신호의 디인터리버 출력값을 이용하여 디코딩을 수행한다. 전송 프레임 형식은 제3도에 나타내었다.

상기 과정을 상세히 설명하자면 다음과 같다. 시스템의 등화기의 연판정 출력을 I(K), 경판정추력을라 하고,와사이의 오차를e(k)라고 할 때, 이들은 다음 [수학식 1]과 같다.

여기서,i는 동위상 성분을q는 직교위상 성분을 나타내며,k는 하나의 전송 프레임에서 정보 심볼열의 심볼 단위의 시간 인덱스이다.

신호의 성상점(constellation point)간의 최소 거리가 d인 경우에 동위상 성분 오차나 직교위상 성분 오차의 크기가 d/2 보다 큰 경우에는 거의 결정 오류가 발생했다고 볼 수 있다. 페이딩 환경에서 M-QAM과 같이 신호 레벨이 다른 변조기를 사용하는 경우에 결정궤환 등화기의 경판정 값의 오류가 한번 발생하면 거의 연속된 오류 전파(error propagation)가 발생할 확률이 매우 크다는 성질을 이용하여 등화기의 연판정 값의 신뢰 정도를 위의 오차신호를 보고 추정해낼 수 있다(등화기 신뢰도 추정에서 수행). 이것을 나타내는 값을 신뢰도 계수라 하면, 이 신뢰도 계수는 디코딩시의 메트릭(metric) 가중치로 이용된다(비터비 디코더에서 수행). 등화기의 연 판정값의 신뢰도 계수는인 경우, 그 순간의 심볼로부터 해당 정보 프레임의 끝까지 모든 심볼의 신뢰도를 0으로 하고, 그밖의 경우는 1로 한다(등화기 신뢰도 추정에서 수행). 즉, 오류전파가 진행되고 있을 확률이 높은 심볼열은 디코더의 디코딩 과정에 참여하지 못하도록 하는 것과 같다. 이것을 다음과 같은 [수학식 2]로 나타낼 수 있다.

여기서, N은 하나의 정보 심볼열의 심볼 수이다.

이러한 신뢰도 계수와 등화기 연판정 출력 값은 디인터리버(212)에 보내지며, 비터비 디코더(213)는 디인터리버(212)로 부터의 두 출력을 이용하여 디코딩을 수행한다. 디코더에서, 경로 메트릭 M은 임의의 경로를 따라 다음 [수학식 3]처럼 주어지는 수정된 가지 메트릭을 더하여 얻는다(비터비 디코더에서 수행).

여기서은 주어진 경로에서 n번째 가지에 해당하는 전송심볼이며,과 w'(n)은 각각 디인터리버를 거친 등화기의 연판정 출력과 신뢰도 계수이다. L은 디코더의 판정 블럭 크기 즉, 결정 깊이(decision depth)이다.

상술한 바와 같이 본 발명은 깊은 페이딩과 심볼간 간섭을 겪는 이동통신 채널에서 등화기의 오류전파에 강인하도록 하게 하기 위하여 등화기의 출력값의 신뢰정도를 구하는 등화기 출력 신뢰도 계수를 이용하여 비터비 디코딩 시에 디코딩 메트릭의 Weisht로 활용하여 시스템 성능을 크게 개선하는 효과를 갖는다.

Claims (1)

1. 주파수 선택적 페이딩 채널에서 콘볼루션 부호기, 인터리버 및 트레이닝 심볼열 삽입 기능으로 구성된 송신부와, 결정궤환 등화기, 디인터리버 및 비터비 디코더로 이루어진 수신부로 구성된 디코딩 장치에 있어서, 등화기의 오류전파에 강인하도록 하게 하기 위해 상기 수신부의 결정궤환 등화기와 디인터리버 간에 등화기의 출력 값의 신뢰 정도를 구하기 위한 등화기 출력 신뢰도 추정 수단이 접속되어 구성된 것을 특징으로 하는 이동통신 페이딩 채널에서의 디코딩 장치.