KR100276814B1

KR100276814B1 - 이동통신시스템에서 구성복호기의 상태값 정규화 장치 및방법

Info

Publication number: KR100276814B1
Application number: KR1019980062724A
Authority: KR
Inventors: 이영환; 김민구; 김병조; 김세형
Original assignee: 윤종용; 삼성전자주식회사
Priority date: 1998-12-31
Filing date: 1998-12-31
Publication date: 2001-01-15
Anticipated expiration: 2018-12-31
Also published as: EP1145458A1; WO2000041328A1; CA2354466A1; JP2003523105A; BR9916685A; CN1376337A; RU2214680C2; KR20000046049A

Abstract

본 발명은 이동통신시스템의 반복 복호화 방식을 이용하는 반복복호기 및 복호방법에 관한 것으로, 특히 반복복호기의 구성복호기에서 누적되는 상태값의 오버 플로워를 방지하기 위해 상기 각 누적된 상태값들이 모두 일정 기준값을 초과하면 소정의 값을 빼서 일정 수준의 상태값으로 정규화하여 출력하는 이동통신시스템 구성복호기의 상태값 정규화 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

이동통신시스템에서 구성복호기의 상태값 정규화 장치 및 방법

본 발명은 이동통신시스템의 반복 복호화 방식을 이용하는 반복복호기 및 복호방법에 관한 것으로, 특히 반복복호기의 구성복호기에서 누적되는 상태값을 정규화하여 출력하는 이동통신시스템 구성복호기의 상태값 정규화 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 IMT-2000시스템(CDMA2000), UMTS(NTT DoCoMo System) 등과 같은 이동통신시스템은 반복 복호(Iterative Decoding) 방식의 터보코드를 사용하고 있으며, 쇄상 컨벌루셔널 코드, 쇄상 블록 코드 또는 프로덕트(Product) 코드를 사용하는 딥 스페이스 통신시스템, 위성통신시스템 등도 반복 복호 방식을 사용하고 있다. 이 분야는 오류정정부호의 코드의 연판정(Soft Decision), 최적 수행(Optimal Performance) 등에 관련된 분야이다.

도1은 일반적인 두 개의 구성복호기를 구비하는 반복복호기의 블록 구성도를 나타낸 도면으로서, 이하 도1을 참조하여 반복복호기의 구성 및 동작을 설명한다.

제1구성복호기(101)는 시스템메트릭 정보인 부호어(Xk)와, 패리티 정보인 리던던시(Yk) 중 디먹스(107)를 통해 해당 리던던시(Y1k)를 입력받고, 소정의 추가정보를 입력받아 복호를 수행하여 1차 복호된 부호어(Xk)와 상기 복호된 결과에 대한 정보인 추가정보(Extrinsic Information)를 출력한다. 인터리버(103)는 상기 1차복호된 부호어(Xk)를 인터리빙하여 출력한다. 제2구성복호기(105)는 상기 인터리버(103)에서 출력하는 1차 복호된 부호어(Xk)와 제1구성복호기(101)에서 출력된 추가정보와 상기 리던던시(Yk) 중 디먹스(107)를 통해 해당 리던던시(Y2k)를 입력받아 상기 부호어(Xk)를 복호하여 2차 복호된 부호어(Xk)를 디인터리버(111)를 통해 출력한다. 또한 상기 제2구성복호기(105)는 상기 복호된 결과에 대한 정보인 추가정보를 디인터리버(109)를 통해 상기 제1구성복호기(101)의 입력단으로 출력한다.

상기 구성복호기는 도2에서 나타낸 바와 같이 브랜치 메트릭을 계산을 수행하는 브랜치 메트릭 계산부(Branch Metric Calculation: BMC)(113)와 각 상태에서의 메트릭 계산 및 비교를 수행하여 에러가 작은 경로를 선택하는 가산비교선택부(Add & Compare & Selection: ACS)(115)로 구성된다.

일반적으로 이와 같이 반복 복호를 수행하는 복호기의 경우 이하 <수학식 1>에 의해 상태값(Metric Value: Mt)을 계산한다.

M_t: t 시간에 대한 계산된 메트릭

u_t: 부호어 비트에 대한 코드워드

X_t,j: 리던던시에 대한 코드워드

y_t,j: 채널로부터 수신된 값

Lc : 채널 신뢰 값

L_(ut): t 시간에 대한 선행 신뢰 값

상기 <수학식 1>에서 보이는 바와 같이 상태값 Mt는 값이 계속해서 두 번째, 세 번째, 네 번째 항에 의해서 누적이 된다. 기본적으로 하드웨어로 구현할 때에 이 값들은 어느 일정 범위내의 값을 가져야 오버플로우(Overflow) 문제없이 구현을 할 수 있다. 그러나 기본적으로 반복복호기에서는 디코딩 수행(BER/FER)을 개선하기 위해 반복복호 해야 함으로서 각 상태에 해당하는 상태값이 하드웨어 구현 시 고려하고 있는 일정 범위내를 벗어날 정도로 그 값이 계속해서 커지게 된다. 이렇게 되면 하드웨어 구현은 불가능하게 된다.

따라서 본 발명의 목적은 이동통신시스템 구성복호기에서 각 현재 상태의 누적된 상태값들이 모두 일정 기준값을 초과하면 소정의 값을 빼서 일정 수준으로 정규화하여 출력하는 이동통신시스템 구성복호기의 상태값 정규화 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기의 다른 목적을 달성하기 위해서 본 발명은 적어도 둘 이상의 구성복호기들이 직렬쇄상구조로 연결되어 반복 복호 방식에 의해 복호하는 이동통신시스템 반복복호기의 구성복호기에 있어서, 현재 상태에서 다음 상태로 천이하는 각 상태의 상태값을 검출하고, 상기 각 상태의 상태값이 일정 기준값을 초과하면 상기 상태값을 소정의 값으로 빼서 정규화시킨 다음, 상기 상태값을 다음 상태로 천이시킴을 특징으로 한다.

상기한 다름 목적을 달성하기 위해서 본 발명은 적어도 둘 이상의 구성복호기들이 직렬쇄상구조로 연결되어 반복 복호 방식에 의해 복호하는 이동통신시스템 구성복호기의 상태값 정규화 방법에 있어서, 다수의 현재 상태 각각의 누적 상태값을 검출하는 과정과, 상기 검출된 현재 상태의 모든 누적 상태값이 미리 설정된 기준값을 초과하는지를 검사하는 과정과, 상기 모든 누적 상태값이 미리 설정된 기준값을 초과하면 각각의 누적 상태값에서 소정 값을 빼서 누적 상태값을 정규화시킨 다음, 정상 동작을 수행하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 한다.

도1은 본 발명이 적용되는 두 개의 구성복호기를 구비하는 반복복호기의 블록 구성도를 나타낸 도면.

도2는 본 발명이 적용되는 구성복호기의 블록 구성도를 나타낸 도면.

도3은 본 발명의 제1실시 예에 따른 상태값 정규화 장치를 가지는 가산비교선택부의 구성도를 나타낸 도면.

도4는 본 발명의 제1실시 예에 따른 상태값 정규화 방법을 나타낸 흐름도.

도5는 본 발명의 제2실시 예에 따른 상태값 정규화 장치를 가지는 가산비교선택부의 구성도를 나타낸 도면.

도6은 상기 도5에 따라 상태값을 정규화하기 위한 상태값 저장 메모리의 포맷을 나타낸 도면.

도7은 본 발명의 제2실시 예에 따른 상태값 정규화 방법을 나타낸 흐름도.

도8a 및 도8b는 바른 경로와 오류 경로와 경로 차이를 설명하기 위한 도면.

도9a, 도9b 및 도9c는 신호 대 잡음비에 따른 바른 경로와 오류 경로를 나타낸 도면.

도10은 에너지 대 잡음전력 비에 따라 Δ_max값이 포화됨을 설명하기 위한 도면.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명에 따른 구성복호기의 가산비교선택부(115)는 각 상태값들이 기준값을 초과하면 이를 소정의 값으로 감산하여 정규화시키는 기능을 수행한다.

본 발명에 실시 예에 따라 누적 상태값을 표준하시키기 위한 방법에는 두가지 방법이 있다. 첫 번째는 각 상태들의 누적 상태값이 모두 소정의 기준값을 초과했을 때, 상기 누적 상태값 중 가장 작은 누적 상태값을 이용하여 누적 상태값을 정규화시키는 방법이고, 두 번째는 누적 상태값이 모두 소정의 기준값을 초과했을 때, 일정 값을 이용하여 누적 상태값을 정규화시키는 방법이다.

우선 첫 번째 방법을 도3을 참조하여 설명하면, 상기 도3은 본 발명의 제1실시 예에 따라 구속장(K)이 3인 경우의 상태값 정규화 장치를 가지는 가산비교선택부의 구성도를 나타낸 도면이다. 본 발명에 따른 상태값 정규화 장치의 구성 및 동작을 도3을 참조하여 설명한다.

구속장 K=3 인 경우 메모리 수는 2가되고 상태수는 4가된다. 비교기(117)는 소정의 기준값을 가지고 있으며, 상기 각 현재 상태의 상태값을 각각 검출한다. 그리고 검출된 각각의 상태값이 상기 기준값을 모두 초과하면 비교기는 소정의 값을 상기 현재 상태와 다음 상태 사이에 각각 연결되는 감산기(125)로 출력한다. 그러면 각각의 감산기(125)는 해당 현재 상태의 누적 상태값에서 소정의 값을 빼 다음, 해당 다음 상태로 출력한다.

도4는 상기 첫 번째 방법에 의한 누적 상태값 정규화 방법을 도시한 도면이다.

이하 도4를 참조하여 설명하면, 우선 비교기(117)는 401단계에서 4개의 현재 상태에 대한 상태값을 각각 검출한다. 상기 상태값들이 각 검출하면 비교기(117)는 403단계에서 상기 각 상태값들이 미리 설정된 기준값을 넘는지를 검사한다. 상기 403단계에서 상기 상태값들 중 어느 하나라도 상기 기준값을 초과하지 않는 것이 있으면 비교기(1170)는 405단계로 진행하여 정상적인 가산, 비교, 선택의 동작을 수행한다. 그러나 상기 검출된 각 누적 상태값들이 상기 기준값을 초과하면 비교기(117)는 405단계로 진행하여 상기 누적 상태값들 중 가장 작은 누적 상태값을 감산기(125) 각각으로 출력한다. 그러면 각 감산기(125)는 상기 가장 작은 누적 상태값을 입력받아 각각의 누적 상태값에서 상기 가장 작은 누적 상태값을 빼고 다음 상태로 천이하며, 407단계에서 가산, 비교, 선택의 정상 동작을 수행한다.

이하 두 번째 방법을 도5와 도6과 도7을 참조하여 설명한다.

도5는 본 발명의 두 번째 방법에 따른 비교기(117)의 구성을 나타낸 도면이다. 이하 도5를 참조하여 설명하면, 상기 비교기(117)는 각 상태들의 누적 상태값을 저장하는 다수의 메모리(123, 125, 127, 129)와 상기 메모리(123, 125, 127, 129) 각각에 저장되어 있는 누적 상태값이 모두 기준값을 초과하는지를 판단하기 위한 앤드 게이트(121)과, 상기 앤드 게이트에서 하이 신호를 입력받아 상기 다수의 메모리(123, 125, 127, 129) 각각의 최상위 비트 값을 리셋시키기 위한 반전부(119)로 구성된다.

상기 비교기(117)의 동작을 설명하기 전에 도6을 참조하여 상기 메모리의 구성을 먼저 설명한다.

여기서 누적 상태값을 샘플 당 8비트의 값을 가는다고 하고, 여기서 누적 상태값의 오버 플로우를 방지하기 위하여 1비트가 추가된다고 가정한다. 따라서 누적 상태값은 총 한 샘플 당 9비트를 갖는다. 상기 앤드 게이트(121)는 메모리(123, 125, 127, 129)의 최상위비트(MSB) 값을 입력받는다. 앤드 게이트(121)는 모든 입력이 1이여야 신호를 발생한다. 따라서 다수의 메모리(123, 125, 127, 129)의 최상위비트가 하나로도 "1"의 값을 가지지 않으면 신호를 발생하지 않는다. 따라서 각 메모리의 상태값이 누적되어 상기 최상위비트의 값이 모두 "1"로 되면 앤드 게이트(121)는 신호(하이)를 발생하여 출력한다. 이때 반전부(119)는 상기 앤드 게이트(121)로부터 신호를 입력받아 리셋 신호를 상기 최상위비트로 출력하여 리셋시킨다. 이는 누적 상태값이 8비트로 표현될 경우 해당 누적 상태값에서 256의 값을 빼는 것과 동일한 효과를 나타낸다.

그리고 두 상태간의 누적 상태값의 차이를

Δ^k _m=(u^k _i-u^k _j)≤Δ_max

라 가정하고, 여기서 i,j,k 는 0, 1, 2, 3 중에 하나이다. 그리고 Δ_max= 255 = 2⁸-1이라 가정한다. 그리고 마지막으로 u^k ₁이 최소값을 갖는 누적 상태값이고, u^k ₃가 최대값의 누적 상태값이라 가정한다.

상기의 가정에서 u^k ₃의 MSB 1비트가 "1"이라면, 나머지 상태들의 MSB 1비트는 "0" 또는 "1"이 된다. 하지만 U^k _i, 0≤i≤3의 모든 MSB가 "1로 되기 이전에 u^k ₃가 또 한번의 캐리 아웃(Carry Out)이 발생하지는 않는다. 즉 모든 MSB가 "1"이 되는 시점까지 어느 u^k _i도 절대로 9 번째 비트에서 캐리 아웃을 발생하지 않는다. 만약 모든 상태들의 MSB가 모두 "1"이면 각각의 상태값에서 256을 뺀다. 왜냐하면 모든 상태의 상태값의 MSB가 "1"이면 그 값들의 최소값이 256이란 이야기 이므로 256을 뺀다고 해서 언더 플로우(Underflow)되지는 않는다.

도7은 상기 두 번째 방법에 따른 상태값 정규화 방법을 나타낸 흐름도이다.

이하 도7을 참조하여 구체적으로 설명하면, 비교기(117)의 앤드 게이트(121)는 501단계에서 각 현재 상태들의 누적 상태값들의 MSB의 값을 각각 검출, 즉 입력받는다. 상기 각 현재 상태들의 MSB의 값들이 입력되면 앤드 게이트(121)는 상기 각각의 MSB의 값이 1인지를 판단한다. 이때 누적 MSB의 값 중 어느 하나라도 "1"이 아니면 507단계로 진행하여 정상 동작을 수행하고, 상기 누적 상태값들의 MSB 값이 모두 "1"이면 반전부(119)로 소정의 신호(하이)를 출력한다. 그러면 505단계에서 반전부(119)는 상기 신호를 입력받아 각 누적 상태값들의 MSB로 리셋신호를 출력하여 MSB의 값을 리셋시킨다. 상기 MSB의 값이 리셋되면 507단계에서 상기 MSB의 값이 모두 "1"이 될 때까지 가산, 비교, 선택의 정상적인 동작을 수행한다.

상기 언급된 Δ_max에 대해 도8에서 도10을 참조하여 구체적으로 설명한다.

Δ_max는 로우(Low) Eb/No에서 작은 값을 가지며, 하이 Eb/No에서 큰 값을 갖는다. 그러므로 문제는 하이 Eb/No에서는 Δ_max를 얼마로 설정하느냐는 것이다. 물론 단순한 생각으로는 Eb/No →무한대 일 때, Δ_max도 무한대로 생각할 수 있으나, SOVA에서와 같이 메트릭 디퍼런스(Metric Difference)는 D_free에 의해서 포화(Saturation)된다.

예를 들어, 4(비트/샘플)을 가정하고 코드 레이트 R=1/3(K=9)인 컨벌루셔널 코드에서 올 제로 코드워드('000')를 전송한다고 가정하면, 도8a에서와 도시한 바와 같이 하이 Eb/No인 경우, 모든 에러는 대부분 올 제로 경로(All Zero Path)와 d_free경로와의 비교/선택에서 발생하는 에러들이다. 여기서 브랜치 메트릭값은 <수학식 2>에 의해 계산되고, 경로 메트릭값은 <수학식 3>에 의해서 계산된다.

단, I=0, 1, 2, 3

이것은 Δ^k _i= u^s,k _i- u^c,k _i여기서 's'는 생존 경로(Survivor Path), 'c'는 경쟁 경로(Competition Path)이다. 임의의 상태(i)에서 두 경로 메트릭의 차이가 존재하는데 여기서는 올 제로 경로와 d_free경로 이므로 두 경로의 차이는 d_free코드 심볼만큼의 차이가 난다는 것을 도8b에서 나타내고 있다.

따라서 위 경우의 메트릭 차이는 다음과 같다.

(K=9, R=1/3, C.C의 d_free= 18)

Δ^N=|u^s,N _o- u^c,N _o|

=|M-(M+d_free× 15)|

=|d_free×15| = 18 ×15=270

이다. 따라서 Δ_max≤270이다. 따라서 신호 대 잡음 비(S/N)에 따라 도9와 같이 나타남을 알 수 있다.

도9a는 하이(High) 레벨의 신호 대 잡음비에서의 Δ_max를 나타낸 것이고, 그 Δ_max값은 이하 수학식 4에 의해 계산된다.

(수학식 4)

Δ_max=d_free×Max(Q[ctot])

Q는 양자화 레벨을 의미하고 Max(Q[.])는 '0'과 '1'의 거리를 의미한다. 예를 들어, Q=16이면 Max(Q[.]) =15이고, Q=8이면 Max{(Q[.])=7이다.

, 도9b는 중간(Midium) 레벨의 신호 대 잡음비에서의 Δ_max를 나타낸 도면이고, 이때의 Δ_max는 이하 수학식 5에 의해 계산된다.

(수학식 5)

Δ_max=(d_free+δ)×Max(Q[ctot])

상기 δ는 아주 작은 값이다. 이 값은 C.C에서는 2 ×d_free×Max(Q[.])보다 작거나 같다.

도9c는 로우(Low) 레벨의 신호 대 잡음 비에서의 Δ_max를 나타낸 도면이고, 이때의 Δ_max는 이하 수학식 6에 의해 계산된다.

(수학식 6)

Δ_max=(d_free-δ)×Max(Q[ctot])

따라서 우리가 고려하고 있는 Δ_max는 Eb/No가 증가함에 따라 조금씩 증가하다가 어느 지점부터는 도 10과 같이 그 값이 포화(Saturation)된다는 것을 알 수 있다.

이하 CDMA 200에서의 C.C의 특성을 예를 들어 설명한다.

K=9인 경우, R=1/2일 때, d_free= 12, 다음⇒14, 16, 18, 20,....

R=1/3일 때, d_free= 18, 다음 ⇒20, 22,.....

R=1/4일 때, d_free= 24, 다음⇒26, 18,......

이다. 상기 C.C에서 Δ_max를 이하 표1에 나타내었다.

C.C 특성	Δ_max(d_free=12)	다음 d_free
k=9, R=1/2	15×12=180	210(15×14) ~ 240(15×16)
R=1/3	15×18=270	300(15×20) ~ 330(15×22)
R=1/4	15×24×360	390(15×26) ~ 420(15×28)

따라서, 상기한 상태값에 할당된 8비트/샘플의 오버 플로우를 방지하기 위해서 첨부되어야 할 비트 수는 다음과 같다.

R=1/2에서 1비트(왜냐하면, 2⁸=256, 240<256)이고, R=1/3에서 2비트(2⁹=512, 330<512) 그리고 R=1/4일 때 2비트(2⁹=512, 420<512)이다. 그러므로 오버 플로우를 방지하기 위해 2비트 정도의 여유만 있으면 가능하다.

상기한 바와 같이 본 발명은 복호를 위해 수행되는 누적 상태값을 정규화시킴으로써 오버 플로우에 의한 에러를 없앨 수 있으며, 메모리를 효율적으로 사용할 수 있는 이점이 있다.

Claims

적어도 둘 이상의 구성복호기들이 직렬쇄상구조로 연결되어 반복 복호 방식에 의해 복호하는 이동통신시스템 반복복호기의 구성복호기에 있어서,

현재 상태에서 다음 상태로 천이하는 각 상태의 상태값을 검출하고, 상기 각 상태의 상태값이 일정 기준값을 초과하면 상기 상태값을 소정의 값으로 빼서 정규화시킨 다음, 상기 상태값을 다음 상태로 천이시킴을 특징으로 하는 구성복호기의 상태값 정규화 장치.
제1항에 있어서, 상기 상태값을 정규화시키는 것이 가산비교선택부임을 특징으로 하는 정규화장치.
제1항에 있어서, 가산비교선택부가,

다수의 현재 상태에서 상기 현재 상태 각각에 대응하는 다음 상태 사이에 각각 연결되고, 상기 현재 상태에서 입력하는 상태값과 소정의 음의 값을 입력받아 합산하여 정규화된 상태값을 상기 다음 상태로 각각 출력하는 상기 상태수와 동일한 수의 가산기와,

상기 현재 상태의 각 누적 상태값을 검출하고, 상기 현재 상태의 각 상태값 모두 기준값을 초과하면 소정의 음의 값을 상기 각 가산기로 출력하는 비교기로 구성됨을 특징으로 하는 상태값 정규화 장치.
제3항에 있어서, 상기 소정의 음의 값이 상기 각 누적 상태값 중 가장 작은 누적 상태값임을 특징으로 하는 상태값 정규화 장치.
제3항에 있어서, 상기 소정의 음의 값이 미리 설정된 임의의 값임을 특징으로 하는 상태값 정규화 장치.
제3항에 있어서, 상기 가산비교선택부가,

상기 다수의 현재 상태 각각의 최상위 비트를 입력받아 논리곱하는 앤드게이트와,

상기 앤드게이트에서 출력되는 신호가 하이이면 리셋 신호를 상기 각 현재상태의 최상위 비트로 인가하여 리셋시키는 반전부로 구성됨을 특징으로 한다.
적어도 둘 이상의 구성복호기들이 직렬쇄상구조로 연결되어 반복 복호 방식에 의해 복호하는 이동통신시스템 구성복호기의 상태값 정규화 방법에 있어서,

다수의 현재 상태 각각의 누적 상태값을 검출하는 과정과,

상기 검출된 현재 상태의 모든 누적 상태값이 미리 설정된 기준값을 초과하는지를 검사하는 과정과,

상기 모든 누적 상태값이 미리 설정된 기준값을 초과하면 각각의 누적 상태값에서 소정 값을 빼서 누적 상태값을 정규화시킨 다음, 정상 동작을 수행하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 방법.
제5항에 있어서, 상기 소정 값이 상기 현재 상태의 누적 상태값 중 가장 작은 값임을 특징으로 하는 방법.
제5항에 있어서, 상기 소정 값이 미리 설정된 임의의 값임을 특징으로 하는 방법.