고부화율 LDPC 부호화 기법
LDPC 천공 기법
원하는 인코딩 속도에 따라 펀치할 비트 수를 지정합니다. 각 제어 노드에 특정 수의 카운트를 설정합니다. 가장 앞에 있는 제어 노드를 우선적으로 카운트가 0이 될 때까지 1~6단계를 반복하여 가장 높은 카운트를 가진 제어 노드가 선택됩니다.
제어 노드에 연결된 노드 차수가 가장 작은 비트 노드가 펑크 사이트로 결정됩니다. 그리고 1단계에서 결정된 펑크 비트 수에 도달할 때까지 1~6단계를 반복합니다. 위와 같은 과정을 통해 결정된 천공 위치에 따라 전송 비트열을 천공하여 전송한다.
FTN 기법
선택된 비트노드에 연결된 제어노드들 중에서 노드차수가 작은 제어노드를 선택한다. 채널을 통과한 후 비트 노드의 초기값을 0으로 설정하고 BNU, CNU 과정을 반복하여 수신된 데이터를 LDPC 디코더에서 디코딩한다. FTN 적용으로 인해 나이퀴스트 속도보다 얼마나 빠른지 간섭 지점을 나타냅니다.
간섭률을 다르게 정의하면 전송 속도가 '만큼 향상된다는 의미이다. 간섭과 잡음으로 인해 왜곡된 신호는 오류정정코딩을 적용하여 보상할 수 있으나 한계가 있다. 그러나 = 0.8의 경우 FTN으로 인해 인접 기호가 서로 영향을 미치게 되며, 각 데이터 결정 지점에서 원으로 표시된 부분이 원본 데이터에 추가되어 데이터에 영향을 미치게 된다. 간섭으로 인해 파형에 변화가 있음을 알 수 있다. .
전송률 향상을 위한 최적의 기법
FTN 기법의 LDPC 코딩 속도와 간섭률. FTN 전송 방식으로 인해 발생하는 간섭량은 그림 1과 같이 BCJR 등화 기법을 사용하여 수신단에서 복호화하였다. 본 논문에서는 전송 속도를 향상시키기 위한 최적의 기법으로 FTN 전송 기법을 사용하고, 3장에서는 간섭량을 최소화하면서 최대 BER 성능을 달성할 수 있는 디코딩 방법을 제안합니다.
기존 방식은 LDPC 복호화 방식을 사용하고 있으나, FTN 기법 적용으로 인해 ISI 해결에 어려움이 있다. 따라서 차세대 DVB-S3에서는 기존 DVB-S2에서 사용하는 LDPC 코드와 2장에서 설명한 FTN 기술을 결합하여 전송 속도를 향상시키면서 최대 BER 성능을 달성하기 위해 다양한 디코딩 방법을 시도한다. 본 장에서는 SIC 기술에 대해 설명하고, BCJR 등화 기법을 제안하고 두 가지 방법에 비해 BER 성능을 높이기 위해 LDPC 디코딩 신호 분리를 사용하는 반복 디코딩 기법을 제안합니다.
SIC 기법
인터리버에서 비트열 C를 재배열한 후 FTN 매퍼를 통해 전송률이 향상되고 간섭량이 추가된 전송 신호 가 생성된다. 이렇게 수신된 신호는 디인터리빙되어 LDPC 디코더를 통과합니다. 이 과정에서 수신 신호는 채널 추정값을 얻기 위한 초기화 과정, 체크 노드 확률을 얻기 위한 CNU 과정, 비트 노드 확률을 얻기 위한 BNU 과정의 3단계를 거쳐 계산된다. 따라서 수학식 12와 같은 LLR 값(Log-Likelihood Ratio)을 얻을 수 있다. SIC 기술은 이러한 간섭량을 찾는 데 사용됩니다.
간섭량이 제거된 신호 를 다시 LDPC 디코더에 공급하여 반복 디코딩을 통해 성능을 향상시킨다. 그러나 전송 속도가 계속 증가함에 따라 간섭이 발생합니다. 그 양이 일정 수준 이상이 되면 LDPC 디코더를 통과한 수신 신호의 왜곡 정도가 심해지기 때문에 SIC 기술을 사용하여 얻은 간섭의 양은 정확하지 않습니다.
BCJR 등화기법
FTN에 따른 ISI만을 포함하는 데이터는 수신단에서 예측이 가능하다. BCJR 기반 Viterbi 이퀄라이저는 이 데이터를 사용하여 BM(Branch Metric)을 획득하고 이를 BSM(Backward State Metric) 및 FSM(Forward State Metric) 프로세스를 통해 전달합니다. 그런 다음 ISI를 보상하기 위해 LLR 값을 사용합니다.
LDPC 신호 분리를 이용한 기법 제안
이것이 반복될수록 외부 입력값은 상태에 따라 나누어 더해지며, 반복 횟수가 늘어날수록 업데이트된 오류 정정 값이 원래 신호에 가까워져 성능이 향상됩니다.
계산량 감소를 위한 M-BCJR 기법 적용
본 논문에서는 FTN의 '에 따른 SIC 기법과 BCJR 등화 기법의 성능을 측정하고, 이를 제안하는 방법인 LDPC 복호 신호의 비트 분리 기법의 성능과 비교한다. 그리고 제안한 방법은 반복 복호 시 사용되는 외부 입력 값을 원래 신호에 가깝게 업데이트하므로 BCJR 등화 기법보다 더 효율적임을 알 수 있다. 그러나 디코딩 속도를 향상시켜 전송 속도를 높이는 이 방법은 높은 목표 전송 속도에 한계가 있다.
따라서 성능을 최대한 유지하면서 전송률을 높이는 방법을 연구하는 것이 가장 중요하다. 본 논문에서는 FTN 전송 기법에서 ISI를 향상시키기 위해 LDPC 복호 신호 분리 및 BCJR 등화기와의 연결을 이용한 기법을 적용하였다. 기존 BCJR 등화 방식에서는 디코딩된 신호를 BCJR 입력값에 그대로 추가한 반면, 제안 방식에서는 디코딩된 신호를 0과 1에 대한 확률값으로 나누어 이를 BCJR 입력값으로 사용하였다.
제안한 방법의 성능 향상을 기존 FTN 신호 디코딩 방법과 비교한다. 그리고 제안 방법은 반복 복호 시 사용되는 외부 입력 값을 원래 신호에 가깝게 업데이트하므로 BCJR 등화 기법보다 더 효율적이라는 점은 분명하다.
