RS부호의 복호 기법은 전체 통신 시스템의 성능 및 복잡도에 큰 영향을 미친다. 지금까지 RS부호의 복호 기법은 다양한 방법에 있으나Euclid알고리즘과 변환복호기법을 이용한 복호 기법은 오류정정능력이 큰 복호 기법으로 널리 적용되고 있다. 본 논문에서는 오류정정능력이 5이상인 RS부호의 복호 알고리즘에 적용될 수 있는 효율적인 복호 알고리즘을 제시하고, 이를 이용하여 5중 오류 정정(31, 21)RS 부호기 및 복호기를 설계하고VHDL을 사용한 컴퓨터 시뮬레션을 통해서 그 타당성을 검증하였다.
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.
본 논문에서는 광 부호분할다중접속(OCDMA) 시스템 구현을 위해 각 가입자의 시간ㆍ파장영역의 2차원 부호 할당과 변경이 가능하고 다중 사용자의 암호화된 데이터의 동시 전송과 모든 수신 노드에서 복원이 가능한 배열형 가변 부호기/복호기(RAE/RAD)를 갖는 OCDMA구조를 제안하였다. 수신노드에서 부호화된 데이터의 레벨을 일정하게 제한하는 1차 하드리미터의 기능을 제한증폭기를 사용하여 구현하였고, 부호화된 데이터의 위치 검출 및 복원을 위한 2차 하드리미터의 기능을 AND 검출기를 사용하여 이중 하드리미터(Double Hard Limiter)를 최초로 구현하였다. FPGA와 4개의 서로 다른 파장을 갖는 DFB-LD를 부호다중화된 16채널의 신호중에서 특정 채널의 신호를 복원하는 실험을 성공적으로 수행하였다. 1-D OCDMA 시스템에서의 채널 증가에 따른 부호길이 증가문제를 시간과 파장 영역의 2차원 부호다중화를 사용함으로써 개선하였고, 채널 증가에 따른 MAI로 인한 기존의 문턱값 검출기의 식별력(Autocorrelation peak-to-sideloobe ratio) 저하와 비트 오류 문제를 제한증폭기와 AND 검출기를 갖는 이중 하드리미터를 적용하여 개선하였다.
본 논문에서는 음성신호의 부호화 방식 중에서 지수적 입신 델타 변조이론을 실현한다는 부호기의 새로운 설계법을 제안하였다. 즉 부호기에 포함되어 잇는 국부 부호기의 부분회로는 2중 적분기를 사용함으로써 스텝폭의 입신논리회로를 구성하는 부분회로소자의 지속 스위칭 특성으로 인한 문제점을 보완하고 광범위한 여러 가지 크기의 입력신호 성분에 대해서 일정한 신호대 잡음비(SQNR)를 얻음으로써 넓은 dynanmic range를 커버하였다.
1993년 Shannon 한계에 근접하는 우수한 성능을 가진 터보 부호가 발표된 이후 그에 대한 많은 연구들이 이루어져 왔지만, 한편으로는 반복 복호의 복잡도와 이로 인한 복호 지연을 고려할 때 실제 시스템에 적용이 가능할 것인가에 대한 의문 역시 함께 제기되어 왔다. 그러나 터보 부호를 구현하고자 하는 노력은 계속되었으며, 현재는 터보 부.복호기를 구현한 제품들이 시장에 등장한 상태이다. 특히 위성통신시스템에서의 적용을 위한 노력이 증가하고 있으며 곧 그 구현을 앞두고 있는 IMT-2000 시스템에서도 터보 부호는 일부 서비스에서 활용될 예정 등으로 앞으로 그 활용도는 급격히 늘어날 전망이다. 터보 부.복호기를 한 칩에 구현한 제품들도 이미 출시되어 있는 상태이다. 터보 부.복호기를 하드웨어로 구현한 제품들은 크게 길쌈 터보 부호를 사용한 것과 블록 터보 부호를 사용한 것으로 양분된다. 본 논문에서는 실제 상용 하드웨어로 구현되어 있는 터보 부호의 특징과 성능을 분석한 내용을 기술하고자 한다.
1962년 Gallager에 의해 처음 제안된 LDPC 부호는 복호를 수행하는 부호방식으로 패리티 행렬(H)의 대부분이 0으로 구성되어 복호시에 적은 연산량을 요구하며, shannon의 한계에 도달하는 복호 능력으로, 차세대 통신의 주된 부호 방식으로 고려되고 있다. 하지만, LDPC는 부호화에 있어서 여타 다른 부호방식에 비해 복잡한 특성을 가지고 있으므로, 이를 개선하기 위한 부호방식의 적용이 필요하다. 본 논문에서는 효율 적인 부호화를 위하여 Dual-diagonal H parity행렬을 구성 하고, 쉽게 부호 길이를 확장 할 수 있는 Quasi-Cyclic 방식을 적용한 복호기를 구현하였다.
터보 코드는 Shannon의 한계 이론에 가까운 성능을 보이나 알고리듬의 특성상 반복 복호와 대용량 메모리의 사용으로 구현이 복잡하며 전력 소모가 크다. 본 논문에서는 병렬 구조 방식을 적용할 경우 출력 주파수가 감소되어 결과적으로 전력 소모가 감소된다는 사실을 이용하여 터보 부호기에 병렬 구조 방식을 적용한 설계를 제안하였다. 하드웨어의 복잡도를 줄이기 위해 Max-Log-MAP 방식을 사용하였으며, 병렬 구조가 적용된 터보 부호기를 위한 새로운 인터리버 구조를 제안하였다. 제안된 인터리버의 사용으로 병렬 구조화된 각각의 SISO 부호기들이 인터리버에 대해 읽기/쓰기 동작을 수행할 경우 발생할 수 있는 메모리 충돌을 방지할 수 있다. 실험 결과 기존의 구조와 비교하였을 경우 인터리버 제어기에 의한 면적의 증가는 무시할 정도이며, 전력 소모는 약 40%정도 감소되었다.
분산 동영상 부호화 시스템에서는 복호기에서 Wyner-Ziv 프레임을 복원하기 위해서 부호기에서 생성된 패리티비트를 사용하게 된다. 이때 오류 정정 부호로 터보 부호나 LDPC 부호가 사용되는데 복호기에서는 원 Wyner-Ziv 프레임을 모르기 때문에 오류 정정을 위한 효과적인 상관 잡음 모델링이 필요하다. 본 논문에서는 복호기에서 Wyner-Ziv 프레임과 부가정보 간의 상관 잡음을 효과적으로 모델링하기 위한 방법을 제안하고 추정한 상관 잡음 모델이 분산 동영상 부호화 시스템에 미치는 영향을 분석한다. 또한 모의실험을 위해 H.264 intraframe 부호화 방법으로 부호화된 키 프레임을 사용하였는데 부호기에서 동적으로 키 프레임 양자화 파라미터 값을 추정하기 위한 방법을 제안하고 성능을 해석한다.
Reed-Solomon(RS) 부호의 복호에서 오류위치다항식을 구하기 위한 알고리듬 중 Peterson에 의해 제안되고 Gorenstein과 Zierler가 개선한 알고리듬은 오류정정능력 t가 비교적 작을 경우 BerlekampMassey의 반복 알고리듬, Euclid 알고리듬을 이용한 복호, 변환영역에서의 복호보다 오류위치다항식의 계산이 간단하고 장치화에 이점이 있다. 본 논문에서는 Peterson-Gorenstein-Zieler의 알고리듬 RS부호의 부호화와 복호과정을 체계적으로 연구, 분석하고 실제로 통신 시스템에 응용할 수 있도록 유한체 GF($2^5$)의 심볼로 이루어지는 2중 오류정정(31,27)RS 부호의 부호기와 복호기를 설계하여 TTL IC로 장치화 하였다.
H.264/AVC 부호기에서 각 모드 결정에 사용되는 방법인 율-왜곡 최적화(RDO(Rate-distortion optimization))는 부호기의 높은 성능 향상을 보이지만 많은 계산량을 요구하는 문제점을 가진다. 이러한 계산량을 줄이기 위해 원본 영상의 각 블록에 DCT(Discrete Cosine Transform) 계수 분포를 통해 각 블록의 방향성을 예측하여 부호기의 RDO 수행에 참여하는 후보 모드 수를 줄이는 방법을 제안한다. 제안하는 방법은 H.264/AVC에 부호화 방법에 비해 적은 PSNR 손실 및 비트의 증가에도 불구하고 평균 68.40%의 부호기 속도 향상을 가진다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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