저밀도 패리티 검사 부호를 사용하는 통신 시스템에서 신호수신 장치 및 방법 document_id A220623049058

차세대 통신 시스템은 이동 단말기(MS: Mobile Station, 이하 'MS'라 칭하기로 한다)들에게 다양한 고속 대용량 서비스를 제공하는 형태로 발전해나가고 있다. 차세대 통신 시스템의 대표적인 예로는 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16 통신 시스템과, Mobile WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access) 통신 시스템 등이 있다. 한편, 통신 시스템에서 채널을 통해 효율적이고 신뢰성있게 신호를 송수신하는 것은 통신 시스템 성능을 좌우하는 매우 중요한 요인으로 작용한다. 그런데, 통신 시스템에서 신호를 송수신할 경우 채널의 상황에 따라 잡음, 간섭, 페이딩 등으로 인해 불가피하게 에러가 발생하는 경우가 존재하며, 이런 에러 발생으로 인한 정보 손실을 감소시키기 위해서 사용되는 대표적인 방식들이 등화기(equalizer)를 사용하는 방식과 에러 제어 방식(error-control scheme)이다. 상기 등화기는 신호 수신 장치에서 수신한 수신 신호와 채널 정보를 사용하여 신호 송신 장치에서 송신한 송신 심벌을 추정한다. 여기서, 상기 등화기는 복호기(decoder)에서 제공하는 부가 정보를 사용하여 등화 동작을 수행할 수 있는데, 이렇게 부가 정보를 사용하는 등화기가 터보 등화기(turbo equalizer)이다. 또한, 대표적인 에러 제어 방식이 에러 정정 부호(error correction code)를 사용하는 방식이며, 차세대 통신 시스템에서는 에러 정정 부호로서 LDPC 부호를 사용하는 것을 적극적으로 고려하고 있다. 그러면 여기서 도 1 및 도 2를 참조하여 에러 정정 부호로서 LDPC 부호를 사용하고, 터보 등화기를 사용하는 통신 시스템의 구조에 대해서 설명하기로 한다. 도 1은 에러 정정 부호로서 LDPC 부호를 사용하고, 터보 등화기를 사용하는 통신 시스템에서 신호 송신 장치의 구조를 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 상기 신호 송신 장치는 LDPC 부호화기(111)와, BPSK(Binary Phase Shift Keying) 변조기(113)와, 송신기(115)를 포함한다. 먼저, 정보 벡터(information vector) z 가 상기 LDPC 부호화기(111)로 전달되면, 상기 LDPC 부호화기(111)는 상기 정보 벡터 z 를 부호화하여 부호어 벡터(codeword vector) x 로 생성한 후 상기 BPSK 변조기(113)로 출력한다. 여기서, 상기 정보 벡터 z 는 길이가 K인 binary 벡터이며, 상기 LDPC 부호화기(111)는 부호율(code rate) R을 사용하고, 상기 부호어 벡터 x 는 길이가 N인 binary 벡터라고 가정하기로 한다. 상기 BPSK 변조기(113)는 상기 부호어 벡터 x 를 BPSK 변조 방식을 사용하여 변조함으로써 변조 심볼 w 를 생성한 후 상기 송신기(115)로 출력한다. 상기 송신기(115)는 상기 변조 심볼 w 를 미리 설정되어 있는 송신 처리 방식을 사용하여 송신 처리한 후 신호 수신 장치로 송신한다. 도 2는 도 1에 대응하는 신호 수신 장치 구조를 도시한 도면이다. 도 2를 참조하면, 상기 신호 수신 장치는 수신기(211)와, 등화기(213)와, LDPC 복호기(215)를 포함한다. 먼저, 신호 송신 장치에서 송신한 신호는 상기 신호 상기 신호 수신 장치의 수신기(211)로 입력되고, 상기 수신기(211)는 미리 설정되어 있는 수신 처리 방식에 상응하게 입력된 수신 신호를 수신 처리한 후 상기 등화기(213)로 출력한다. 여기서, 상기 수신기(211)에서 출력하는 신호를 수신 벡터 y 라고 칭하기로 한다. 상기 신호 송신 장치에서 상기 부호어 벡터 를 상기 BPSK 방식을 사용하여 변조하여 송신할 경우, 상기 수신기(211)에서 t번째로 수신한 심볼 yt는 하기 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다. 상기 수학식 1에서, wt는 t번째 심볼 구간에서 송신된 심볼을 나타내고, hl은 채널 계수를 나타내며, L은 심벌간 간섭(ISI: Inter Symbol Interference, 이하 'ISI'라 칭하기로 한다) 채널의 길이를 나타낸다. 또한, 상기 수학식 1에서 가산성 백색 가우시안 잡음(AWGN: Additive White Gaussian Noise, 이하 'AWGN'이라 칭하기로 한다) nt는 평균이 0이고 분산이 σ2인 가우시안 확률 변수이다. 상기 채널 계수 hl은 AWGN 채널 환경에서는 상수가 되고, 레일리(Rayleigh) 페이딩 채널에서는 평균이 0이고 분산이 인 복소 가우시안 확률 변수가 된다. 상기 AWGN 채널 및 레일리 페이딩 채널에서 채널 계수들은 을 만족한다고 가정하기로 한다. 한편, 상기 등화기(213)는 상기 수신기(211)에서 출력한 수신 벡터 y 를 입력하여 상기 LDPC 복호기(215)에서 출력하는 부가 정보(extrinsic information)를 사용하여 등화한 후 상기 LDPC 복호기(215)로 출력한다. 상기 수신 벡터 y 가 상기 수신기(211)에서 최초로 수신 처리한 수신 벡터일 경우에는 상기 LDPC 복호기(215)에서 출력하는 복원 정보 벡터가 존재하지 않으므로, 상기 등화기(213)로 제공되는 부가 정보가 존재하지 않음은 물론이다. 상기 LDPC 복호기(215)는 상기 등화기(213)에서 출력한 신호를 복호하여 복원 정보 벡터로 생성한 후 출력한다. 다음으로 도 3을 참조하여 도 2의 등화기(213) 및 LDPC 복호기(215)의 내부 구조에 대해서 설명하기로 한다. 도 3은 도 2의 등화기(213) 및 LDPC 복호기(215)의 내부 구조를 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면, 상기 등화기(213)는 소프트 입력 소프트 출력(SISO: Soft Input Soft Output, 이하 'SISO'라 칭하기로 한다) 등화기(311)와, 가산기(313)를 포함하며, 상기 LDPC 복호기(215)는 변수 노드 복호기(variable node decoder)(321)와, 검사 노드 복호기(check node decoder)(323)를 포함한다. 먼저, 상기 등화기(213)는 수신 심볼들 과 상기 LDPC 복호기(215)에서 출력하는 부가 정보, 즉 상기 변수 노드 복호기(321)에서 출력하는 부가 정보인 를 사용하여 심볼 wt의 사후 정보(a posteriori information) 를 계산한다. 여기서, 상기 는 하기 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다. 상기 수학식 2에서, 와 는 각각 심볼 wt에 대한 상기 등화기(213)에서 제공하는 부가 정보 과 상기 등화기(213)로 제공되는 사전 정보(a priori information)인 를 나타낸다. 여기서, 상기 등화기(213)로 제공되는 사전 정보는 결국 상기 변수 노드 복호기(321)에서 출력하는 부가 정보와 동일하며, 다만 설명의 편의상 그 명칭만을 다르게 한 것임에 유의하여야만 한다. 또한, 상기 부가 정보 는 상기 변수 노드 복호기(321)로 출력되고, 상기 변수 노드 복호기(321)는 상기 부가 정보 를 채널 로그우도비(LLR: Log Likelihood Ratio, 이하 'LLR'이라 칭하기로 한다)로 사용한다. 이렇게, LDPC 복호기(215)에서 출력한 부가 정보 를 사용하여 상기 등화기(213)에서 등화하는 동작을 '외부 반복 동작'이라 칭하기로 하며, 상기 변수 노드 복호기(321)와 검사 노드 복호기(323)간의 메시지 업데이트(message update) 동작을 '내부 반복 동작'이라 칭하기로 한다. 또한, 외부 반복 동작을 수행하는 등화기는 '터보 등화기'라고도 칭해진다. 여기서, 상기 LDPC 복호기(215)는 미리 설정된 횟수의 내부 반복 동작을 수행하여 상기 부가 정보 를 출력한다. 여기서, 상기 부가 정보 부가 정보 는 하기 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다. 상기 수학식 3에서 는 심볼 심볼 wt에 해당되는 변수 노드 vt의 차수(degree)를 나타내며, 는 상기 변수 노드 vt에 연결된 검사 노드들의 집합을 나타낸다. 상기 수학식 3에서, 는 검사 노드 c에서 변수 노드 vt로 전달되는 메시지를 나타낸다. 또한, 첫 번째 외부 반복 동작의 경우 상기 등화기(213)로 전달되는 사전 정보 는 0임은 물론이다. 한편, 일반적으로 상기 터보 등화기의 수렴 특성을 분석하기 위해서 EXIT 도표가 사용된다. 상기 EXIT 도표를 사용하여 분석할 경우 상기 터보 등화기의 스케쥴링(scheduling) 특성에 대한 수렴 특성을 분석할 수 있으며, 각 스케쥴링 방식에 따른 외부 반복 동작 횟수와 내부 반복 동작 횟수는 하기 표 1에 나타낸 바와 같다. 일반적으로 등화 알고리즘의 복잡도가 복호 알고리즘의 복잡도보다 매우 크기 때문에 성공적인 복호가 가능한 스케쥴링 방식들 중에서 등화 동작을 적게 수행하는 스케쥴링 방식이 효율적이다. 따라서, 상기 표 1에 나타낸 스케쥴링 방식들중에서는 스케쥴링 방식 3을 선택할 경우 그 외부 반복 횟수가 적어 효율적이게 된다.