FTN 전송기법으로 인하여 발생하는 ISI를 보상하기 위해 BCJR 등화기법을 사 용하기로 하였다. 하지만 변조 차수를 크게 하여 간섭을 일으키는 심볼의 수가 많아질 경우, 격자도의 상태수가 많아져 구현 복잡도가 크게 되는 단점이 있다.
이에 BCJR 등화기법의 구현 복잡도를 감소시키기 위하여 상태수를 줄여 복잡 도를 낮게 하는 M-BCJR 기법을 이용한다[11].
M-BCJR은 Fig. 3.6과 같이 MAP 알고리즘의 격자도에서 상태수를 감소시켜 복호를 수행하는 기법이다. 각 트렐리스 단계마다 M개의 가장 높은 metric값의 상태 노드만을 이용하며 그 외의 나머지들은 제거한다. 다시 말해, FSM값
와 BSM값
에서 M개의 가장 큰 값들을 남겨두고 나머지는 0으로 소거함으로써 그 이상의 path propagation을 방지한다.
Fig. 3.6. Process of trellis calculation based on M-BCJR (M=2)
M-BCJR 알고리즘에서, 를 생성하기 위한 의 FSM 과정은 식 (28)과 같으며, 값 중 M개의 가장 큰 값들만을 사용하고 나머지는 제거하거나 0으 로 지정한다. 그리고 이와 같은 방법을 식 (29)와 같은 BSM 과정에서도
값 중 M개의 가장 큰 값들만을 사용함으로써 적용할 수 있다.
(28)
(29)
(30)Pr
⋯
(31)그러나 LLR값을 계산하는 과정에서 식 (30)과 (31)가 와 로 구성되어 있 기 때문에, FSM 과정에서 M개의 선택되어진 값들에 대한 위치에서만 BSM과정 을 수행하는 것도 크게 상관없으며 계산과정이 더 간단하다.
그러나 이러한 접근 방식은 FSM과정을 수행할 때 올바른 node 선택이 되어 야만 오류 확률을 줄일 수 있다. 낮은 에너지를 가지는 채널 환경에서 알고리 즘의 성능 감소가 낮게 이루어진다.
1) 식 (28)에서 를 가 0이 아닌 M개의 값으로부터 계산한다. 여기에는 +1과 -1에 대응하는 각 M이 있다; 2M개의 값이 계산되어진다.(이 때, 는 n=0로 시작한다.)
2) 트렐리스 상에서 +1과 -1에 대한 path가 다음 stage에서 합병되어지고, 이 합병된 결과값에서 제거할 값을 찾아서 제거한다.
3) 남은 path들의 가장 큰 M을 찾아내고, 이를 다음 계산 과정으로 저장하
여 넘긴다.
BSM:에서 n=L로 시작, n=L,L-1...:
4) 위의 1)~3) 과정을 반복하여
를 계산한다. 이때, 과정에서 저장된 것과 상태가 겹쳐져야만 한다.(는 총 데이터길이가 L일 때 n=L로 시작한다.)5) LLR값을 계산한다. 만약 혹은 이 비어있는 값이라면, 이 값은 ± 으로 각각 대체한다. 이 ± 값은 사전에 선택한 임계값이다.
4)에서 M이 FSM과 BSM에서 반드시 같을 필요는 없으나, M이 다를 때 충분 하지 않은 성능이 나오는 것을 확인할 수 있다.
Fig. 3.7은 M에 따른 BER 성능을 나타낸 그래프로, memory-4인 코드를 사용 하였다. M-BCJR의 성능은 남아있는 path의 수에 따라 달라지며, M이 8인 full BCJR에서 가장 좋은 성능을 나타낸다. 이 때, path를 모두 사용한 M=8일 때의 BCJR의 복잡도 c=1이라 둔다면 M=6, M=4 일 때의 복잡도는 각각 c=0.75, c=0.5 라고 할 수 있다.
Fig. 3.7. Performance of M-BCJR algorithm according to M
제 4 장 시뮬레이션 결과 및 성능 분석
본 논문에서는 FTN의
′
에 따라 SIC기법과 BCJR 등화기법의 성능을 측정하 고, 제안하는 방식인 LDPC 복호 신호의 비트 분리 기법의 성능과 비교한다. 채 널 환경은 일반적인 AWGN(Additive White Gaussian Noise)을 고려하였으며, LDPC 부호화율은 1/2, 총 데이터량은 K=324000개, 필터는 roll-off factor가 0.35, 탭수가 1인 SRRC 필터를 사용했다. 반복수는 inner iteration(LDPC) 60회, outer iteration은 5회로 고정하였다. 파라미터에 의한 Fig. 3.1의 방식(SIC 방식) 과 Fig. 3.2의 방식(기존의 BCJR 등화기법) Fig. 3.5의 방식(제안하는 방식)의 ′
에 따른 성능을 비교한 것은 다음과 같다.(a)
′
=10%(b)
′
=20%(c)
′
=30%(d)
′
=40%Fig. 4.1. Bit error performance according to
′
Fig. 4.1을 보면,
′
가 10%일 경우, 즉′
이 낮은 경우에는 기존 SIC방식과 제안하는 방식은 성능의 차이가 없고 BCJR 등화기법은 0.2 dB의 성능 열화를 보인다. 그리고′
이 커질수록 제안하는 방식의 성능이 나머지 두 방식보다 성 능이 향상됨을 알 수 있다. 특히′
=40% 이상일 때, 제안하는 방식이 기존 SIC 방식과 약 2 dB의 큰 성능 차이를 보이며, BCJR 등화기법보다 0.2 dB 향상됨을 보인다. SIC방식은 간섭량이 많아 질 때, 왜곡된 신호로 LDPC 복호를 하기 때 문에 정확한 간섭량을 구할 수 없어′
의 증가에 따라 급격한 성능 하락을 보 인다. 그리고 제안방식이 BCJR 등화기법에 비하여 반복 복호 시에 사용하는 외 부 입력값을 원신호에 더 가깝게 갱신시키기 때문에 더 효율적임을 알 수 있 다.제 5 장 결론
위성 및 방송 통신에서 데이터의 고전송률에 대한 요구는 계속 늘어나고 있 는 반면, 대역폭이 한정되어 있어 효율적으로 전송률을 높이기 위한 여러 방안 들이 연구되어지고 있다. 따라서 DVB-S2에서 고 전송효율을 갖는 위성 방송 전송을 위해 LDPC 채널 부·복호화의 고속화 등 전송기술 고도화를 위한 연구 에 대한 관심이 집중되고 있다. 그러나 이러한 복호 속도를 개선시켜 전송률을 높이는 방안은 목표로 하는 고전송률에 한계를 갖고 있다. 또한, 전송률과 성능 의 향상은 서로 trade-off 관계이므로 두 가지를 모두 충족시키는 것은 많은 어 려움이 있다. 그러므로 성능을 최대한 유지하며 전송률을 증가시킬 수 있는 방 식들을 연구하는 것이 가장 중요하다. 이에 현 시점에서 새로운 위성 방송 표 준안의 필요성이 대두되고 있으며, 이는 DVB-S3라는 표준안의 활발한 개발을 요구하고 있다. 이러한 가운데 DVB-S3에서는 고전송률을 위해 LDPC 복호 속 도 개선, 고부화율, 고차 변조방식을 적용시켜 전송률을 높이는 방안 보다는 주 파수 대역에서 주어지는 Nyquist 속도보다 빠르게 신호를 전송하여 전송률을 향상시키는 FTN 방식을 이용한 방안들이 대두되고 있다. 그리고 FTN 기법 적 용으로 인한 인접 심볼간 간섭 발생을 대처하는 복호 기법이 연구되고 있다.
본 논문에서는 FTN 전송기법에서 ISI를 개선하기 위하여 LDPC복호 신호 분 리를 이용하여 BCJR 등화기와 연접한 기법을 적용하였다. 기존의 BCJR 등화기 법은 복호 신호를 그대로 BCJR의 입력값에 더한 반면에, 제안 방식은 복호 신 호를 0과 1일 때의 확률값으로 나누어 BCJR 입력값에 사용하였다. 또한 변조 차수를 크게 하여 전송할 때, 격자도에서 상태수가 많아지면서 계산량이 많아 져 복잡도가 증가하는 것을 방지하기 위해 복호 확률이 높은 path만을 지정하 여 BCJR 복호를 하는 M-BCJR 기법을 적용하였다.
제안 방식에서의 성능 향상을 비교하기 위해 기존의 FTN 신호 복호 방법으
로써 2가지 방법을 선정하였다. 수신단에서 FTN mapper를 통해 간섭량을 추정 하여 수신 신호에서 제거하는 SIC 방식과 BCJR 등화기를 연접하여 외부 입력 값을 일괄적으로 BCJR 입력값에 더하는 기존의 BCJR 등화기법을 제안하는 방 식과 비교 분석하였다.
그 결과,
′
을 10%부터 40%까지 시뮬레이션하여 측정한 성능 그래프를 비교 하였을 때, 제안하는 방식이 기존 방식보다 약 0.2 dB 정도 더 우수함을 확인 할 수 있었다. 그리고 SIC를 이용한 기존의 방식과 비교하였을 때는 10%에서는 SIC를 이용한 복호 기법과 비슷한 성능을 보였으나 40%까지 간섭량을 증가하 였을 때 제안하는 방식이 더 우수한 성능을 보이는 것을 알 수 있었다. SIC방 식은 간섭량이 많아질 때, 왜곡된 신호로 LDPC 복호를 하기 때문에 정확한 간 섭량을 구할 수 없어′
이 증가하면서 BCJR 등화기법과 제안 방식에 비하여 급격한 성능 하락을 보였다. 그리고 제안 방식이 BCJR 등화기법에 비하여 반 복 복호 시에 사용하는 외부 입력값을 원 신호에 더 근접하게 갱신시키기 때문 에 더 효율적임을 알 수 있다.본 논문에서 제시한 FTN 기법을 이용한 효율적인 복호방식은 향후 DVB-S3 기반의 위성방송 시스템의 전송기법, 지상파 TV 전송방식으로 널리 유용하리라 사료된다.
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