본 논문에서는 직렬연접 길쌈부호를 사용한 다중레벨 부호변조방식을 제안하고 그 성능을 분석한다. 다중레벨 부호변조의 첫 번째 레벨에서 직렬연접 길쌈부호를 구성부호로 사용할 경우 높은 부호이득과 대역폭효율성을 얻을 수 있다. 모의실험 결과 Ambroze의 길쌈부호를 사용한 다중레벨 부호변조의 성능은 병렬연접 길쌈부호를 사용한 다중레벨 부호변조의 성능과 같이 성능이 포화된다. 그러나 Benedetto의 직렬연접 길쌈 부호를 사용한 다중레벨부호변조는 성능포화현상을 보이지 않을 뿐만 아니라 성능도 병렬연접 길쌈부호를 사용한 것과 Ambroze의 직렬연접 길쌈부호를 사용한 것보다 우수하다. 따라서 Benedetto의 직렬연접 길쌈부호를 사용한 다중레벨부호변조는 제한된 대역폭에서 고품질을 요구하는 시스템에 적합하다고 할 수 있다.
본지 2, 3월호에서 구술한 블록부호(선형부호 및 순회부호)에 이어 이번 호에서는 대합부호, 즉 길쌈부호(convolutional code)에 대해 기술하고자 한다. 길쌈부호는 그 부호법 중 역차 및 최근부호에 있어 그 구조적 표현이 대수학적(algebraic)이라기 보다는 오히려 위상학적(topological)이라는 점에서 주목할만한 특징을 지니고 있다. 길쌈부호를 응용한 예로는 1977년 NASA에 실시한 Voyager 우주탐사계획을 들 수 있다. 화성(Mars), 목성(Jupiter) 및 토성(Saturn) 등에서 일연의 과학 data 수집을 목적으로 했던 이 계획은 NASA소관 California공대 JPL연구소에서 개발한, 기억소자가 6단인(3, 1) 길쌈부호의 CODEC을 사용하였다.
천공이란 길쌈부호의 부호율을 증가시키는데 쓰이는 가장 보편적인 방법이며, 이때 천공하기 전의 길쌈부호를 마더부호라고 한다. 본 논문에서는 임의의 (N, K) 길쌈부호를 특정 (n, 1) 마더부호를 천공함으로써 만들 수 있는지 여부에 대하여 조사하였다. 동일한 부호어 집합을 갖는 두 개의 길쌈부호를 서로 동등(equivalent)하다고 할 때, 주어진 (N, K) 길쌈부호가(n, 1) 마더부호를 천공하여 얻은 천공된 길쌈부호와 동등하기 위한 두 개의 충분조건을 소개한다.
모든 채널부호는 다양한 방법에 따라 부호율의 조절이 가능하다. 부호율을 높이는 방법들 중 하나가 천공이며, 이 때, 천공에 사용되는 채널부호를 마더부호라 부른다. 임의의 (n,k) 길쌈부호는 항상 어떤 마더부호를 천공함으로써 만들 수 있을 것이고, 이때 천공패턴에 따른 마더부호를 구하는 과정은 최적의 복호화기를 설계하는데 필요하다. 본 논문에서는 주어진 천공패턴에서 (2,1) 길쌈부호가 (n,n-1) 길쌈부호의 마더부호이기 위한 조건과 마더부호로 가능한 길쌈부호들 사이의 동등 관계에 대하여 살펴본다.
본 논문에서는 참고문헌 11에서 제안한 세미랜덤 인터리버를 사용한 터보코드의 성능을 분석하였다. 그리고 현재 이동통신시스템에서 사용하고 있는 길쌈부호의 비터비 복호 알고리즘과 구속장이 일정할 때 두 부호의 복호 성능을 비교 분석하였다. 그 결과 길쌈부호와 터보코드가 BER = $10^{-4}$ , 구속 장이 5일 때 세미랜덤 인터리버를 사용한 터보코드가 길쌈부호보다 약 $E_{b/}$$N_{o}$ =4.7[㏈] 우수함을 입증하였다.다.
본 논문은 오류정정부호의 하나인 LDPC 패리티검사 행렬을 생성 하는 방법에 관한 논문으로 또 다른 오류정정부호의 하나인 길쌈부호를 이용하여 LDPC 패리티검사 행렬을 생성하면 터보부호처럼 LDPC 부호에서도 다양한 부호율을 쉽게 얻을 수 있다는 장점을 가진다. 또한 복호기에서 LDPC에서의 복호방식 뿐 아니라 길쌈부호의 복호방식인 비터비알고리즘도 적용할 수 있는 장점을 가진다. 또한 보통의 오류정정부호의 경우 프레임크기가 커야 오류정정성능이 안정적으로 나오는데, 새로 제시하는 방식을 통해 프레임크기가 작은 부호의 경우에도 성능열화를 어느 정도 막을 수 있다.
위성을 이용한 DAMA-SCPC 지구국시스템의 경우 대체적으로 전송경로상에서 발생되는 에러를 제어하는 방법으로 FEC 기법을 채택하고 있다. 본 고에서는 DAMA -SCPC 지구국 시스템의 설계에 적용할 수 있도록 길쌈부호와 Viterbi 복호법, 그리고 (m-1)/m의 부호율을 위한 소기식 길쌈부호에 대해 살펴보고, 상용화 FEC CODEC 제품 중 가격이 비교적 저렴하고 다양한 기능을 제공하는 QUALCOM사의 Q0256 CODEC의 구성 및 제공 기능에 대해 분석한 후, 이 FEC CODEC을 DAMA-SCPC 지구국 시스템의 채널부에 적용시킬 때의 내장 부가 장치와 제공 기능들의 설계 및 이용 방안에 대해 고찰하였다.
본 논문에서는 직렬연접 길쌈부호의 새로운 연접방법을 제시하고 그 성능을 분석하였다. 제시된 직렬연접 길쌈부호에서는 외부부호의 정보비트와 패러티비트가 각각 인터리버와 역인터리버를 거쳐서 내부부호로 입력된다. 따라서 인터리버와 역인터리버의 크기는 입력프레임의 크기와 동일하다. 제안된 직렬연접 길쌈부호에서는 인터리버의 크기가 Benedetto 구조에 비하여 반으로 줄어들기 때문에 반복복호시 매번 거쳐야 하는 인터리버의 지연시간을 줄일 수 있다. 또한 제시된 구조에서는 다중화기와 역다중화기가 사용되지 않기 때문에 복호기의 복잡도가 Benedetto 구조보다 상대적으로 더 간단하다. 모의실험 결과 인터리버의 크기가 동일한 경우 제시된 직렬연접 길쌈부호의 성능이 Benedetto 구조의 성능보다 더 우수하였다. 또한 Eb/No가 증가할수록 제시된 구조와 Benedetto 구조의 성능차이가 더욱 증가하였다. 입력프레임의 크기가 동일한 경우에는 제시된 직렬연접 길쌈부호의 성능이 인터리버의 크기가 반으로 줄어듦에도 불구하고 Benedetto 구조와 거의 동일한 성능을 나타내었다.
본 논문은 수중 주파수 선택적 채널에서 블록 인터리빙 기법을 적용한 길쌈부호기법의 통신성능을 평가하였다. 블록 인터리빙은 디지털 데이터 열을 확산 분산하고 재배치하는 기법으로 주파수 선택적 채널에서 연집오류(burst error)의 집중을 분산시켜 성능을 향상하게 시키는 기법으로 블록 인터리빙 기법이 적용되고 있다. 수조 실험에서 블록 인터리빙이 적용된 길쌈부호의 성능을 평가한 결과 주파수 비 선택적 채널에서 블록 인터리빙을 적용한 길쌈부호의 성능의 차이가 없었다. 하지만 주파수 선택적 채널에서는 블록 인터리빙이 적용된 길쌈부호가 길쌈부호보다 2 dB 이득이 발생하였으며, 이로 인해 수중 음향 통신 성능향상에 기여함을 확인하였다.
이 논문에서는 여러 반송파 직접수열 부호분할 다중접속 시스템에서 적응 부호율 길쌈부호화 방법을 살펴본다. 여러 가지 부호율을 쉽게 다를 수 있고 부호기와 복호기 얼개가 간단하도록 부호율 호환 구멍 뚫은 길쌈부호를(rate compatible punctured convolutional code: RCPC code) 쓴다. 데이터 처리량이 가장 많아지도록, 신호 대간섭과 잡음비 추정을 바탕으로 하는 적응 부호율 시스템을 제안한다. 제안한 적응 부호율 여러 반송파 직접수열부호분할 다중접속 시스템을 쓰면 주파수 대역 효율을 높이고 주파수 다양성을 얻을 수 있음을 보인다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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