본 논문에서는 비대칭 터보부호를 사용 무선 ATM환경에서 ATM셀을 전송할 때 비트 오류확률, 셀 손실확률을 대칭 터보부호와 비교하였다. 일반적으로 터보부호기는 동일한 재귀 컨벌루션코드(Resursive Systematic Convolution Code)로 구성된다. 비대칭 터보부호와 대칭적 터보부호를 비교하기 위한 생성다항식을 Primitive Polynomial과 Non-Primitive Polynomial 의 4가지 조합을 고려하여 시뮬레이션을 수행하였다. Feedback 다항식이 Primitive 다항식인 사용된 터보부호기가 Non-Primitive다항식이 사용된 터보부호기와 비교하여 1.2dB이상 성능 향상을 보였고, Primitive Polynomial과 Non-Primitive Polynomial이 같이 사용된 비대칭 터보부호기는 Non-Primitive Polynomial이 사용된 대칭 터보부호기와 비교하여 0.7dB 성능 향상을 보였다.
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.
본 논문에서는 성능을 향상시키기 위해 터보부호화기를 이용한 터보등화기법의 성능을 수중 실험의 데이터를 이용하여 분석 하였다. 다중 경로전달로 인해 왜곡된 데이터를 보상하기 위해 LMS-DFE 등화기와 터보 채널 부호기를 연접하여 서로간의 반복적인 연산을 통하여 성능을 개선하는 반복 기반의 터보 등화기 구조를 적용하였다. 문경시 경천호에서의 실제 수중 실험을 통하여 터보부호 기반의 터보등화기의 오류확률이 93%를 나타내었다.
터보부호의 일반적인 성능은 높은 SNR에 대해 부호기의 유호자유거리에 따른 근사적인 error-floor bound를 따르는 것으로 알려져 있지만, 낮은 SNR인 water-fall 영역에서의 성능에 대한 연구는 그다지 많이 수행되지 않았다. 본 논문에서는 두 개의 구성부호기의 구속장이 다른 비대칭구조의 터보부호를 제안하고, SOVA(soft output Viterbi algorithm) 복호방식을 이용하여 구속장이 3에서 5까지 가질 수 있도록 설계된 비대칭구조의 터보부호에 대하여 작은 프레임 크기에서 그 성능을 분석하였다.
긴 블럭 크기의 터보부호는 AWGN(Additive White Gaussian Noise) 채널 환경에서 매우 좋은 성능을 보이는 것으로 알려져 있으며, 또한 3GPP(3rd Generation Partnership Project)의 W-CDMA(Wideband Code Division Multiple Access)에서는 터보부호를 에러 정정 코드로 강력하게 권장하고 있다. 최근 실시간 통신 시스템을 위해서 짧은 블럭 크기를 갖는 터보부호에 대한 관심이 고조되고 있다. 따라서 본 논문에서는 ITU-R 실측 채널 모델에서 1/3의 부호화율과 192 비트의 짧은 프레임 크기를 갖는 터보부호를 고려하였다. 본 논문에서는 MRC(Maximal Ratio Combining) 다이버시티와 SOVA(Soft Output Viterbi Algorithm)에 기초한 터보부호를 동시에 갖는 RAKE 수신기를 적용한 10MHz 시스템 대역폭을 갖는 W-CDMA 시스템의 성능을 분석하였다.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제40권1호
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pp.45-49
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2016
수중에서의 음향 통신의 성능은 신호의 다중경로 전달과정에 의해 발생하는 지역 확산 현상으로 인하여 인접 심볼간 간섭의 영향을 받는다. 이러한 다중경로의 영향으로 신호는 왜곡되고 원활한 수신을 방해하게 된다. 이러한 다중경로 환경에서 본 논문에서는 수신 신호의 성능을 향상시키고자 수중통신에 적합한 반복부호를 설정하였다. 적용 가능한 반복부호로는 터보 부호와 BCJR 기반의 컨볼루션 부호가 있으며, 동일한 부호화율 및 비슷한 부호어 길이에서 터보부호의 성능을 비교 분석하였다. 본 논문에서는 경북 문경시 경천호에서의 실제 수중 실험을 통하여 두 가지 방식의 성능을 분석하였다. 송수신 거리가 400m 그리고 데이터 속도를 1Kbps에서 측정된 실제 데이터를 이용하였다. 실험 결과 컨볼루션 부호 기반의 BCJR 복호기는 81%의 성공률, 터보 부호 기반의 터보 등화기는 93%의 성공률을 나타내는 것으로 보아 터보 부호 기반의 터보 등화기가 성능이 약간 우수함을 알 수 있다.
터보 부호는 AWGN 환경에서 비교적 간단한 복호 알고리즘을 가지면서 낮은 신호대 잡음비에서 뛰어난 에러 성능을 보이는 채널부호이다. 터보 부호는 기본적으로 길쌈 부호를 병렬 연접하는 방식으로, 두 개 이상의 구성 부호화기에 같은 시퀀스의 서로 다른 배열을 적용하는 것이다. 본 논고에서는 터보 부호화 및 복호화의 기본 원리에 대하여 설명하고, 이를 여러 형태의 무선 채널에 적용하는 기술에 대하여 언급하고자 한다. 그리고 연구 방향에 대하여 간략히 제시하고자 한다.
본 논문에서는 무선 ATM환경에서 ATM 셀을 전송할 때 터보부호와 BCH 부호를 이용한 연쇄 부호를 제안하여 비트 오류확률, 셀 손실 확률을 분석하였다. 사용된 연쇄부호는 부호율이 1/2인 터보부호와 오류정정 능력이 5비트와 15비트를 갖는 BCH부호를 이용하였다. 연쇄부호를 사용할 경우 터보코드를 사용 할 때와 비교하여 비트 오류확률이 0.001에서 0.2㏈ 와 0.4㏈ 비트 오류확률 성능향상을 보였다. 또한 셀 손실률이 0.01에서 연쇄부호를 사용할 경우 터보코더를 사용할 때 보다는 0.1㏈ 및 0.2㏈ 개선됨을 보였다.
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.
터보 부호는 종료 알고리즘(termination algorithm)과 반복복호 알고리즘(iterative decoding algorithm)을 사용함으로써 AWGN 채널환경에서 BER 성능이 우수한 것으로 알려져 있다. 그러나 터보 부호는 복호과정에서 큰 복호지연을 요구하며 음성 신호를 전송할 때 프레임의 크기가 작아서 성능의 열화가 생긴다. 또한, 높은 SNR에서는 BER 성능의 개선이 없는 Error Floor 현상이 나타나기 때문에 오류정정 능력의 한계에 도달하는 큰 단점을 가진다. Flattening Effect는 종료 알고리즘을 사용하는 터보 부호(terminated conditions : TC)보다는 종료 알고리즘을 사용하지 않는 터보 부호(non terminated conditions : NTC)에서 상대적으로 많이 나타난다. 따라서 본 논문에서는 NTC 하에서 터보 부호의 Flattening Effect를 개선시키기 위한 새로운 블록 인터리빙 방법을 제시한다. 모의실험결과, 새로운 블록 인터리빙 방법을 적용함으로써 효과적으로 Flattening Effect를 제거할 수 있음을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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