지구 근접 위성 통신을 위한 LDPC 부호기의 FPGA 설계 및 구현

Abstract

현재 운용 중인 인공위성들은 저궤도, 중궤도, 정지궤도 등의 지구궤도를 돌며 기상, 군사, 과학, 항법 등 다양한 분야에서 지상국과의 멀티미디어 통신 서비스를 제공하고 있다. 이러한 위성 통신 시스템에서는 대용량의 데이터 전송을 위한 신뢰도가 확보되어야 하며, 이를 위해 오류 검출 및 정정을 위한 채널 부호화 기법이 요구 된다. CCSDS에서는 지구 근접 위성 통신을 위한 오류 정정 및 검출을 위한 채널 부호화 기법으로써 LDPC, 터보 및 연접 부호들을 권고하고 있다. 이러한 채널 부호들 중 샤논의 채널용량 한계에 가까운 성능을 나타내는 LDPC 부호는 약 에 달하는 길이의 부호어를 가지기 때문에 연산량 및 복잡도가 증가하므로 효율적인 부호기 설계에 대한 연구가 필요하다. 따라서 본 논문은 CCSDS 권고 표준을 고려하여 지구 근접 위성 통신을 위한 약 7/8 부호율을 갖는 LDPC 부호기를 FPGA 설계 및 구현한다. 정보 비트들은 LDPC 부호의 패리티 검사 행렬이 갖는 준 순환 구조를 이용하여 시프트 레지스터를 통해 계층적 구조의 저장 공간을 효율적으로 활용하는 생성 행렬들을 설계하여 행렬 곱셈 연산을 통해 부호화한다. 구현된 FPGA LDPC 부호기 모듈은 Verilog HDL을 사용하여 Xilinx Virtex5-LX110T를 타겟 디바이스로 설계 및 구현하고, Modelsim 또는 ISim을 통한 모의실험 및 MATLAB SimulinkⓇ 로 구현한 소프트웨어 LDPC 부호기와의 상호 검증을 거친 후 BER 성능을 도출한다.