차세대 위성 방송 시스템에서는 빠른 전송 효율과 신뢰도 있는 통신에 대한 요구가 지속적으로 증가하고 있다. 전송 효율을 높이고 성능을 향상시키기 위해 새로운 위성 표준 인 DVB-S3 (Digital Video Broadcasting - Satellite - Third Generation) 시스템에서는 Nyquist 전송률 보다 빠르게 전송하는 FTN (Faster Than Nyquist) 방식이 대두되고 있다. 이러한 요구에 맞춰 본 논문에서는 전송 효율 향상을 위한 세 가지 방식에 대한 성능을 비교 분석하였다. 기존의 LDPC 부호기에서 고 부호화율 방식과 LDPC복호화 과정에서 생선된 check node를 이용하여 bit node를 puncturing시켜 부호화율 증가 시키는 punctured LDPC 방식, 그리고 Nyquist 속도보다 빠르게 전송하는 FTN 방식이 고려된다. 시뮬레이션을 통해, 세 가지 방식을 동일 전송률 관점에서 성능을 비교한 결과 FTN 방식은 동일한 전송 효율을 유지하면서 성능 면에서 가장 효율적임을 확인하였다.
차세대 위성 방송 시스템에서는 빠른 전송 효율과 신뢰도 있는 통신에 대한 요구가 지속적으로 증가하고 있다. 전송 효율을 높이고 성능을 향상시키기 위해 새로운 위성 표준 인 DVB-S3 (Digital Video Broadcasting - Satellite - Third Generation) 시스템에서는 Nyquist 전송률 보다 빠르게 전송하는 FTN (Faster Than Nyquist) 방식이 대두되고 있다. 이러한 요구에 맞춰 본 논문에서는 전송 효율 향상을 위한 세 가지 방식에 대한 성능을 비교 분석하였다. 기존의 LDPC 부호기에서 고 부호화율 방식과 LDPC 복호화 과정에서 생선된 check node를 이용하여 bit node를 puncturing시켜 부호화율 증가 시키는 punctured LDPC 방식, 그리고 Nyquist 속도보다 빠르게 전송하는 FTN 방식이 고려된다. 시뮬레이션을 통해, 세 가지 방식을 동일 전송률 관점에서 성능을 비교한 결과 FTN 방식은 동일한 전송 효율을 유지하면서 성능 면에서 가장 효율적임을 확인하였다.
In next generation satellite broadcasting system, requirement of high throughput efficiency has been increasing continuously. To increase throughput efficiency and improve bit error performance simultaneously, FTN method and LDPC codes are employed in new sattelite standard, DVB-S3 system. This pape...
In next generation satellite broadcasting system, requirement of high throughput efficiency has been increasing continuously. To increase throughput efficiency and improve bit error performance simultaneously, FTN method and LDPC codes are employed in new sattelite standard, DVB-S3 system. This paper considered three kinds of methods for increase throughput efficiency. Firstly, as conventional one, high coding rate parity matrix in LDPC encoder is considered. Secondly, punctured coding scheme which delete the coded symbols according to appropriate rules is considered. Lastly, FTN method which transmit fater than Nyquist rate is considered. Among of three kinds of methods, FTN method is most efficient in aspect to performance while maintain same throughput efficiency.
In next generation satellite broadcasting system, requirement of high throughput efficiency has been increasing continuously. To increase throughput efficiency and improve bit error performance simultaneously, FTN method and LDPC codes are employed in new sattelite standard, DVB-S3 system. This paper considered three kinds of methods for increase throughput efficiency. Firstly, as conventional one, high coding rate parity matrix in LDPC encoder is considered. Secondly, punctured coding scheme which delete the coded symbols according to appropriate rules is considered. Lastly, FTN method which transmit fater than Nyquist rate is considered. Among of three kinds of methods, FTN method is most efficient in aspect to performance while maintain same throughput efficiency.
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문제 정의
본 논문에서는 전송 효율을 높이고 성능을 향상시키기 위해 새로운 위성 표준 인 DVB-S3 시스템에서 고려되는 FTN방법을 통해 LDPC 부호에 적용 가능한 세 가지 방법에 대하여 연구하였다. 첫 번째, 기존의 LDPC 부호기에서 패리티 검사 행렬을 원하는 부호화율에 맞추어 제약조건에 맞추어 생성하는 방식.
제안 방법
고부호화율 생성을 위해 우선 부호화 과정에서 접근하는 방식이 있다. LDPC 부호화 과정에서 쓰이는 패리티 검사 행렬 내부에 다양한 부호화율을 가지는 행렬을 포함할 수 있게 설계한다. 패리티 검사 행렬(H-Matrix)를 이용한 방법은 부호화율을 증가시킬 때마다 다음 그림 1과 같이 행렬의 column 과 row 길이를 늘려 조건에 맞춰주어 비트를 부호화를 하게 된다.
고부화율을 위하여 패리티 검사 행렬을 이용한 방법과 puncturing 기법을 이용한 방법, FTN 기법을 이용하여 전송률을 높이는 방법을 동일한 전송률 상에서 비교 하였다. FTN 방식 적용 시 동일한 전송률을 적용하기 위해 FTN의 간섭량 τ′과 부호화율의 관계는 다음과 같은 과정으로 알 수 있다.
본 논문에서는 전송률 향상을 위한 최적의 기법을 찾기 위해 LDPC 부호 방식에서 앞서 방식들을 시뮬레이션을 통해 비교, 분석하였다.
두 번째, 규칙에 따라 코딩 심볼을 삭제하는 punctured LDPC 방식. 세 번째, 기존의 LDPC부호에 Nyquist 속도보다 빠르게 전송하는 FTN전송기법을 적용시키는 방식에 대하여 성능을 비교 분석하였다.
시뮬레이션은 전송률이 25%, 33%일 때에 세 가지 방법을 시행하여 비교하였으며, 각 전송률에 따른 부호화율은 다음과 같다.
LDPC 기법에서 다양한 부호화율을 생성할 수 있는 방법은 크게 3가지로 나누어진다. 첫 번째 방법은 부호화 과정에서 쓰이는 패리티 검사 행렬(H-matrix)을 원하는 부호화율에 맞추어 제약 조건에 맞게 생성하는 방식이다. 두 번째 방법은 복호화 과정에서 생성된 check node를 이용하여 적절한 순위의 bit node를 puncturing시켜 부호화율을 조정할 수 있는 punctured LDPC 방식이다.
본 논문에서는 전송 효율을 높이고 성능을 향상시키기 위해 새로운 위성 표준 인 DVB-S3 시스템에서 고려되는 FTN방법을 통해 LDPC 부호에 적용 가능한 세 가지 방법에 대하여 연구하였다. 첫 번째, 기존의 LDPC 부호기에서 패리티 검사 행렬을 원하는 부호화율에 맞추어 제약조건에 맞추어 생성하는 방식. 두 번째, 규칙에 따라 코딩 심볼을 삭제하는 punctured LDPC 방식.
성능/효과
부호화 방식에서 고부호화율을 통해 전송률을 조정할 수 있는 패리티 검사행렬을 사용한 방식보다 송신 비트 puncturing 기법이 더 나은 성능을 보이고 있지만, FTN 기법이 가장 좋은 성능을 보이는 것을 알 수 있다.
시뮬레이션 분석 결과, 부호화율 2/3 기준으로, FTN 전송 기법을 적용한 LDPC 부호가 다른 두 가지 방식에 비해 BER 10-6에서 각각 1.3 dB, 1.7 dB만큼 성능이 향상됨을 확인하였다.
이러한 가운데 고전송률을 위한 방법으로 LDPC 부호기에서 고부호화율의 패리티 행렬을 이용하는 방법, LDPC 복호기를 이용한 punctured LDPC 기법으로 고부화율을 적용시키는 방법[3]과 주파수 대역에서 주어지는 Nyquist 속도보다 빠르게 신호를 전송하여 전송률을 향상시키는 FTN (Faster Than Nyquist) 방식을 이용한 방안들이 대두되고 있다[4-6]. 이에 본 논문에서는 시뮬레이션을 통하여 위 세 가지 방식을 비교하여 전송률과 성능을 동시에 향상시키는 최적의 방식이 FTN 기법임을 보였다.
그림 7은 각각의 동일한 전송률에 따라 BER 성능을 비교한 결과이다. 전송률이 25%일 때 FTN 전송방식에서는 약 1.3 dB의 성능을 보이고 있으며 이는 H-matirx와 puncturing 기법을 사용하여 부호화율이 2/3일 때와 각각 1.3 dB, 1.7 dB의 성능 차이를 보이고 있다. 또한, 전송률이 약 33%일 때에는 FTN 전송방식에서 약 1.
후속연구
따라서, 향후 높은 전송 효율을 요구하는 무선 통신에서 FTN 전송 기법을 유용하게 사용할 수 있으리라 사료 되며, FTN 기법과 punctured LDPC 결합하여, 전송 효율을 더욱 향상 시킬 수 있을 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
고전송률을 위한 방법에는 어떤 것이 있는가?
이에 현 시점에서 새로운 위성 방송 표준안의 필요성이 대두되고 있으며, 이는 DVB-S3라는 표준안의 활발한 개발을 요구하고 있다. 이러한 가운데 고전송률을 위한 방법으로 LDPC 부호기에서 고부호화율의 패리티 행렬을 이용하는 방법, LDPC 복호기를 이용한 punctured LDPC 기법으로 고부화율을 적용시키는 방법 [3] 과 주파수 대역에서 주어지는 Nyquist 속도보다 빠르게 신호를 전송하여 전송률을 향상시키는 FTN (Faster Than Nyquist) 방식을 이용한 방안들이 대두되고 있다 [4-6] . 이에 본 논문에서는 시뮬레이션을 통하여 위 세 가지 방식을 비교하여 전송률과 성능을 동시에 향상시키는 최적의 방식이 FTN 기법임을 보였다.
FTN 전송 방법이란?
FTN 전송 방법은 주파수 대역에 의해 주어지는 Nyquist 속도보다 빠르게 신호를 전송하는 방법이다. 예를 들어 어느 정해진 시간동안 Nyquist 속도에 따라 전송하면 10,000개의 데이터를 전송한다고 했을 때, FTN 방식을 사용하여 50%로 축소하면 동일한 시간동안 20,000개의 데이터를 전송할 수 있어 전송률이 2배로 증가할 수 있다.
LDPC 기법에서 다양한 부호화율을 생성할 수 있는 방법 세 가지는?
LDPC 기법에서 다양한 부호화율을 생성할 수 있는 방법은 크게 3가지로 나누어진다. 첫 번째 방법은 부호화 과정에서 쓰이는 패리티 검사 행렬(H-matrix)을 원하는 부호화율에 맞추어 제약 조건에 맞게 생성하는 방식이다. 두 번째 방법은 복호화 과정에서 생성된 check node를 이용하여 적절한 순위의 bit node를 puncturing시켜 부호화율을 조정할 수 있는 punctured LDPC 방식이다. 세 번째 방안으로 기존의 LDPC 부호에 FTN 전송 기법을 적용하는 방법이 있다. 이에 본 장에서는 세 가지 방식에 대해 분석한다.
참고문헌 (8)
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