Iterative receivers (IR) have a feedback between demapper and channel decoder and iteratively improve estimation of the transmitted information. On the contrary, in conventional receivers, demapper and channel decoder work their functions independently. In such conventional systems, powerful error control codes (turbo codes, for example) usually promise better performance. However, we will show that in IR with multilevel modulation, powerful error control codes do not always guarantee better performance. That is, when we design IR, a careful attention to combining mapping and error control code must be paid.
In this paper, we design IR for communication systems with both turbo codes and convolutional codes having various constraint length. In performance comparisons, we will show that in some cases the IR for the system with convolutional code can have better performance than that of the turbo code. Our work answers why the turbo code has poor performance and present a good mapping which gives insights into a general design rule for mapping with powerful error control codes such as turbo and convolutional codes. The results from this paper is only obtained on the SISO channel. However, the design rule in this paper can be applied to the MIMO channel naturally.
본논문에서는 SISO 채널환경에서 반복수신기 (Iterative Receiver) 의 복조기와 복호기 사이의 상호최적화에 대하여 분석하였다. 16-QAM Demapper가복조기로 사용되었고 복호기로는 길쌈부호 복호기와 터보복호기가 사용되었다.
반복수신기에서 최적의 복조기 형태는 사용되는 복호기에따라 결정된다. 본 연구에서는 구속장의 길이가2,3,7인 길쌈부호 복호기와 구속장의 길이가2,3인 터보복호기를 반복수신기의 복호기로 사용하였고 각각의 복호기에 따른 최적의 복조방식에 대해 연구하였다. 반복수신기에서 복조기와 복호기 사이의 상호 관계는 EXIT Chart를 통해 분석할수 있다. 복조기와 복호기를 EXIT Chart 를 통해 분석하게 되면 입력신호와 출력신호 사이의 EI 값을 구할 수 있고 이것을 통해 BER 성능을 예측할 수 있다.
복조기의 특성은 송신단에서 사용하는 Mapping방식에 의해 결정 된다. 본 논문에서는 기존에 알려진 Gray Mapping, Antigray Map-ping, Natural Mapping과 다른 3가지의 16-QAM에 사용되는 Mapping 방식을 제안하였다. 제안된 Mapping들은 기존의 Mapping들을 적절히 섞어 만들 수 있었고 또한 랜덤하게 발생시킨 많은 수의 16-QAM Mapping들중에서 사용되는 복호기에 적합하도록 찾을 수 있었다. 구속장의 길이가 다양한 복호기를 사용한 반복수신기 구조에 위와 같은 방법으로 찾은 Mapping을 적용했을 때 기존의 Mapping방식을 적용한 반복수신기보다 비슷하거나 또는 더 좋은 BER 성능개선을 얻을 수 있었다. 예를 들어, 길쌈부호를 반복수신기에 사용한 경우 제안된 Mapping을 사용할 경우 구속장의 길이가 7인 길쌈부호의 사용과 구속장의 길이가2인 길쌈부호의 사용은 BER 성능 개선에서 별다른 차이가 없는 것이 확인되었고 이것을 통해 반복수신기 구조에서는 복잡도가 큰 채널부호가 반드시 성능개선으로 이뤄지지 않을 수도 있는 것을 알 수 있었다. 또한 터보부호를 반복수신기에 사용한 경우 구속장의 길이가2와3인 경우에서는 동일한 수신기의 반복횟수에서는 길이가3인 경우에 성능이 좋았으나 수신기의 반복횟수를 크게 할 경우 둘의 성능차이는 미미한 것을 확인했다.
요약하면, 첫째로는 반복수신기에서 최적인 Mapping의 형태는 사용되는 복호기에 따라 결정 할 수 있고 이것은 반복수신기에서 최적의 복조기와 복호기의 설계에 대한 답이 될 수 있다. 둘째로는 반복수신기에서 복잡도가 높은 채널부호의 사용이 반드시 성능개선으로 이루어지는 것은 아니다. 즉，반복수신기에서 채널부호의 사용은 수신기의 반복회수와 송신단에서 사용되는 Mapping 방법을 고려해야 한다. 셋째로는 본 논문에서의 반복수신기 설계 방법은 SISO 채널 뿐만 아니라 MIMO 채널 환경에서도 마찬가지로 적용될 수 있다.
