본 논문에서는 이중이진 터보부호를 오류정정부호로 사용하는 이중이진 터보 incremental redundancy(IR)-hybrid ARQ(HARQ)기법을 제안한다. 또한 HARQ의 성능파라미터인 처리율의 기본적 해석 방법을 제시한다. 제안된 이중이진 터보 IR-HARQ는 이진 터보부호를 사용하는 IR-HARQ에 비해 모든 $E_s/N_0$ 영역에서 향상된 처리율을 보이며 오류정정부호만을 사용하는 경우에 비해 부호화 이득을 향상시킨다.
이중 이진 구조의 터보부호는 우수한 성능을 기반으로 무선 도심영역네트워크(wireless metropolitan area networks, WMAN)를 포함한 각종 차세대 통신 시스템의 표준으로 채택되고 있다. 이러한 이중 이진 구조 터보부호를 구성하는 요소 중의 하나가 인터리버인데 802.16 d/e 시스템의 경우 유사정형순환(almost regular permuation, ARP) 인터리버를 사용하고 있으나 파라미터들이 최적화 되어 있지 않다. 이에 본 논문에서는 인터리빙 파라미터 최적화를 위해 인터리빙 전, 후의 공간적 거리, 스프레드, 부호어 간의 최소 거리를 고려한 세 가지 최적화 방안을 제시하고 각각의 경우에 있어서 최적의 파라미터들을 찾는다. 성능 평가를 위해 가산성 백색가우시안 잡음 환경에서 시뮬레이션을 수행하였으며 기존 파라미터에 의한 성능과 제안 방법들에 의해 최적화된 파라미터들을 적용한 성능들을 비교, 분석하였다. 제안 파라미터를 적용할 경우 블록 크기에 따라 최대 1.0 dB의 전력 이득을 얻을 수 있음을 검증하였으며, 이러한 이득은 단순한 파라미터 변경 만으로 이루어지므로 기존 시스템의 복잡도를 전혀 증가시키지 않는다.
본 논문에서는 다중 안테나 (Multiple-Antenna)를 적용한 초광대역 무선통신 (UWB: Ultra Wide-Band) 시스템에서 이중 이진 터보 부호의 성능을 보인다. 본 논문에서는 PPM-TH (Pulse Position Modulation-Time Hopping) 방식과 PAM-DS (Pulse Amplitude Modulation-Direct Sequence) 방식의 UWB 시스템을 모두 고려하였으며, 다중 안테나 기술로 시공간 블록 부호 (STBC : Space Time Block Code) 송신 다이버시티와 수신 다이버시티 기술을 적용하였다. 그리고 이진 터보 부호에 비해서 부호어 사이의 최소 거리 (Minimum Distance)가 길어서 복호 성능이 좋으며 처리량 (Throughput)이 높아서 복호 처리 시간이 짧은 장점을 가지고 있는 이진 이중 터보 부호를 적용하였다. 본 논문의 결과는 UWB 시스템을 구현하는데 적용될 수 있다.
본 논문에서는 다중 사용자 간섭이 존재하는 환경에서 초광대역 (UWB: Ultra Wide Band) 기반의 전술이동통신 시스템의 성능을 분석하고 모의 실험을 통해 성능을 검증하였다. 본 논문에서 고려한 시스템은 채널에서 발생하는 오류를 정정하기 위해 이중 이진 터보 부호를 채널 부호로 채택한 시스템이다. 무선 채널은 수정된 SV (Saleh and Valenzuela) 모델로 모델링되었다. 또한 시스템 성능을 향상시키기 위해 시공간 블록 부호화 (STBC: Space Time Block Coding) 개념을 적용하였다. 시스템 성능은 비트 오류 확률 측면에서 분석되었다. 모의 실험 결과, 이중 이진 터보 부호로 부호화된 UWB 기반의 전술이동통신 시스템은 다중 사용자 간섭이 존재하는 환경에서 적절한 부호화 및 복호화 복잡도를 가지면서도 상당한 부호화 이득을 가질 수 있는 것을 확인하였다. 또한 고정된 부호화율에서 UWB 기반의 전술이동통신 시스템의 비트 오류 확률 성능은 반복 복호 횟수를 증가시킴에 따라 향상되는 것을 확인하였다. 그리고 이중 이진 터보 부호는 요구되는 비트 오류 확률을 유지하면서 동시 사용자 수를 증가시키는데 매우 효과적임이 검증되었다.
본 논문은 DVB-RCS NG(Next Generation) 에서 제안된 3차원 터보 부호와 터보 ${\Phi}$부호를 각 부호화율에 따라 성능 비교 분석하였다. 터보 ${\Phi}$ 부호에 있어서 기존의 이중 바이너리 구조에서 3진 바이너리 구조로 확장 될 때, 최적의 치환 패턴과 천공 패턴 분석을 제시하였다. 또한 3차원 터보 부호에서, post-encoder의 형태, 인터리빙 기법에 따라 성능이 달라지므로 각 파라메타에 대한 최적의 값을 제시하였다. 최적의 파라메타 설정을 근거로 성능분석 결과 터보 ${\Phi}$ 부호와 3차원 터보 부호가 기존의 DVB-RCS 터보 부호가 가지고 있었던 오류 마루 현상을 극복함을 알 수 있었고 터보 ${\Phi}$ 부호가 3차원 터보 부호에 비해 성능이 약간 우수하나 계산량 측면에서는 약 18% 정도가 복잡한 것을 알 수 있었다.
본 논문은 다중 입력을 가진 터보 코드 구조에 대한 연구로서 tail-biting 기법에서 효율적으로 Latency를 줄이는 터보 부호 알고리즘 및 하드웨어를 제안하였다. Mobile WiMAX 및 DVB-RCS 등에 적용된 이중 입력 터보 부호기의 고유 특성을 이용, 병렬 처리 하드웨어로 구현한 결과 tail-biting 기법을 위해 필요한 Latency를 기존 대비 약 47%로 줄이는 동시에 파워 소모량도 감소를 시켰다.
전력선 통신(PLC : Power Line Communication) 기술은 유선 액세스 네트워크 솔류션 중 높은 잠재력을 갖고 있는 후보로서 논의되고 있다. 본 논문에서는 PLC 채널에서 이중 이진 터보 부호(DBTC : Double Binary Turbo Code) 성능에 대해 연구하였다. PLC 채널 환경을 만들기 위해 Bernoulli-Gaussian 잡음을 고려하였다. 시스템 성능은 비트 오류 확률 측면에서 분석되었다. 실험 결과로부터 이중 이진 터보 부호화는 상당한 부호화 이득을 제공하는 것을 확인할 수 있었다. 또한 터보 복호 과정에서 복호 횟수를 증가시킴에 따라서 시스템 성능이 향상되는 것을 확인할 수 있었다.
본 논문에서, 고속 PLC 시스템을 위한 반복 부호화 기법인 이중 이진 터보 코드의 성능을 분석하고 실험하였다. PLC 시스템은 고속 데이터 전송에 열악한 환경을 가지므로, 이를 보상하기 위한 강력한 에러 정정 기법은 반드시 필요하다. PLC 채널 모델로서 M. Zimmerman가 안한 모델을 사용하였으며, 노이즈 모델로 Middleton Class A 모델을 적용하였다. 시스템 성능은 비트오류율 (BER) 측면에서 평가하였다. 모의실험 결과로부터 이중 이진 터보 코딩이 PLC 시스템에 상당한 코딩 이득을 제공한다는 것을 확인하였다. 또한 복호화 프로세스에서 사용된 반복 횟수가 증가할수록 BER 성능이 현저하게 향상된다는 것을 알 수 있었으며, 부호율이 증가할수록 시스템 성능이 감소하고, 부호율이 감소할수록 시스템 성능이 증가한다는 것도 확인하였다.
최근 3세대 이동통신의 오류정정부호의 표준으로 채택된 터보 코드는 샤논의 한계에 가까운 성능을 보이며, 반복적인 디코딩 과정의 특성상 이동통신 시스템에서 전력 소모가 많은 블록 중 하나이다. 따라서 이동통신 기기의 전력 소모를 최소화하기 위한 노력으로 터보 디코더의 전력 소모를 줄이는 방법들에 대한 연구가 진행되어왔다. 본 논문에서는 디코딩 가능 임계값과 불가능 임계값 등 두개의 정지 기준을 적용함으로써 기존의 반복 디코딩 정지 기준 알고리즘을 개선하여, 오류정정 성능과 전력 소모면에서 기존의 방법보다 효율적인 새로운 터보 디코더 기술을 개발하였다. 실험 결과, 제안한 방법은 기존의 대표적인 방법에 비하여, 전체 12500회 실험 중 잘못된 오류정정 횟수는 평균적으로 89% 감소시키고 반복 디코딩 횟수는 29% 감소시킬 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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