In this dissertation, we consider a bit-level error detection method of turbo codes and its applications to stopping of iterative decoding and a hybrid automatic repeat request (HARQ) system.
In turbo codes, most transceiver techniques such as decoding, early stopping, and retransmission schemes are performed frame by frame. However, the decoding reliability of each bit in a frame is not the same with the iterative decoding. Based on the decoding reliability, we propose adaptive correction or retransmission methods.
First, we consider a bit-level stopping scheme of iterative decoding which prevents the unnecessary decoding delay and computational complexity of frame-level stopping scheme. We investigate the average number of iterations and bit error rate performance. The proposed bit-level stopping scheme requires smaller number of iterations than the frame-level scheme while achieving the same BER performance. Therefore, the decoding delay and computational complexity can be reduced.
Second, we consider a parallel iterative decoding of turbo codes and its bit-level stopping scheme. We derive an optimum combining method of parallel decoding and propose a measure of decoding reliability based on the combined LLR. We find that the parallel decoding has improved error performance over the conventional serial decoding at the expense of increased computational complexity. The proposed stopping scheme based on the combined LLR can be a solution to a drawback of the parallel decoding while maintaining the improved coding gain over serial decoding.
Third, we consider bit-level hybrid ARQ systems where the unreliable bits are detected and retransmitted. Since the proposed bit-level HARQ systems adaptively retransmit only the unreliable bits, throughput efficiency improves. Furthermore, proposed schemes prevent the reliably decoded bits from being replaced by erroneous symbols after the retransmission. Therefore the error performance also improves, especially in a low SNR environment.
이 학위논문에서는 터보코드의 비트 단위 오류검출 기법을 고려하고, 반복 복호의 조기정지 기법과 재전송에 응용하는 방법을 제안하였다.
터보코드의 복호 및 조기정지 기법, 재전송 기법 등의 대부분의 송수신 기법은 프레임 단위로 수행된다. 하지만 반복 복호를 수행할 때, 프레임 내의 각 비트의 복호 신뢰도가 동일하지 않으며 이에 따라 적응적인 오류 정정 기법과 재전송 기법을 고려할 필요성이 있다.
첫째로, 기존의 반복 복호 조기정지 기법은 프레임 단위로 조기정지 여부를 결정하므로 불필요한 복호 지연 시간과 계산 복잡도를 갖는 비효율성을 갖는다. 이를 개선하기 위해 비트 단위 조기정지 기법을 제안하였다. 성능 평가 척도로서 평균 반복 회수와 비트오율을 조사하였으며, 제안한 비트 단위 조기정지 기법이 비트오율의 성능 열화를 유발하지 않고 평균 반복 복호 회수를 줄인다는 것을 알 수 있었다. 평균 반복 복호 회수를 줄임으로써 터보코드 복호의 문제점인 복호 지연 시간과 계산 복잡도를 줄일 수 있었다.
둘째로, 터보코드의 병렬 복호 방식을 고려하고 최적 결합 방식을 유도하였다. 또한 최적 결합된 대수우도비를 복호 신뢰도의 척도로 고려하여 조기정지 기법을 제안하였다. 유도된 최적 결합식을 사용한 터보코드 병렬 복호 방식은 기존의 복호 방식에 비해 오류 확률 성능을 개선하였으나 계산 복잡도가 증가하는 단점을 갖는다. 최적 결합된 대수우도비를 사용한 제안한 조기정지 기법은 반복 복호 회수를 줄임으로써 병렬 복호 방식의 단점인 계산 복잡도를 해결할 수 있다.
셋째로, 터보코드의 비트 단위 신뢰도 측정과 혼합 복호/재전송 방식을 제안하였다. 제안한 비트단위 재전송 방식은 신뢰도가 낮은 비트만을 재전송하므로, 기존의 프레임 단위 재전송 방식에 비해 전송 효율을 개선함을 알 수 있다. 또한, 제안한 방식은 이미 신뢰도 높게 복호된 비트가 재전송되는 경우를 방지할 수 있으므로 오류 확률을 줄일 수 있으며, 처리 이득은 채널 환경이 나쁜 경우에 더 크다는 것을 확인할 수 있었다.
