성상도에 따라 설정된 펑처링 패턴을 기초로 컨볼루셔널엔코더 및 터보 코더를 이용한 신호의 부호화 방법

성상도에 따라 설정된 펑처링 패턴을 기초로 컨볼루셔널 엔코더 및 터보 코더를 이용한 신호의 부호화 방법{Method for coding of signal using convolutional encoder and turbo coder based on puncturing pattern determined according to constellation}

본 발명은 디지털방송 시스템의 오류정정 부호화 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 정적 및 동적인 수신 환경에 대해 보다 안정된 수신이 가능하도록 방송데이터의 오류 정정 부호화를 수행하는 디지털방송 시스템의 오류정정 부호화 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 디지털 고화질 텔레비전(High Definition Television : HDTV)의 방송 시스템은 크게 영상 부호화부와 변조부로 나눌 수 있다. 영상 부호화부는 고화질의 영상 소스로부터 얻어지는 약 1Gbps의 디지털 데이터를 15~18 Mbps의 데이터로 압축한다. 변조부는 수십 Mbps의 디지털 데이터를 6~8 MHz의 제한된 대역 채널을 통하여 수신측으로 전송한다. 디지털방식의 고화질 텔레비전 방송은 기존의 텔레비전 방송용으로 할당된 VHF(Very High Frequency)/UHF(Ultra High Frequency) 대의 채널을 이용하는 지상 동시 방송 방식을 채택하고 있다.

유럽에서는 대역폭당의 전송 속도 향상과 간섭 방지의 이중 효과를 얻을 수 있는 디지털 변조 방식인 오에프디엠(Orthogonal Frequency Division Multiplexing : OFDM)방식을 차세대 고화질 텔레비전 지상 방송 방식으로 채택하고 있다. 한편, 미국에서는 차세대 고화질 텔레비전 지상 방송 방식으로서 잔류측파대(Vestigial Side Band : VSB)변조 방식을 채택하고 있다.

일반적으로, 디지털 통신에서 데이터 전송시 발생되는 오류를 정정해 수행하는 기능을 오류 정정 부호화(Error Correcting Coding : ECC)라 한다. 오류 정정 부호화에는 크게 블럭 코드(Block code)와 컨볼루셔널 코드(Convolutional code, 길쌈 부호)로 나눌 수 있다.

블럭 코드는 데이터를 블록단위로 부호화와 복호화를 수행한다. 컨볼루셔널 코드는 일정 용량의 메모리를 이용해 이전 데이터와 현재 데이터를 통한 부호화를 수행한다. 이 가운데 블럭 코드의 대표적인 방법이 RS 코딩(Reed-Solomon coding)이다. 특히, RS 코딩은 연집에러에 강한 특징을 가지고 있다. RS 코딩은 전송할 메시지와 에러 정정을 위한 검색 바이트로 구성된다.

한편, 컨볼루셔널 코드의 대표적인 복호 방법은 비터비 알고리즘(Viterbi algorithm)이다. 비터비 알고리즘은 제한길이(Constraint Length : K)의 크기에 따라 복잡도가 지수승으로 증가하게 된다. 현재 K=7 또는 K=9가 실제로 가장 많이 이용된다

일반적으로, 지상파 디지털 멀티미디어 텔레비전 방송 시스템(terrestrial digital multimedia television broadcasting system)에 적용되는 내부코드(inner code)는 각 성상도(constellation)에 따라 서로 다른 구성을 갖는 내부코드로 구성된다. 이에 따라, QPSK 성상도 심볼에 대해 1/2율을 갖는 컨볼루셔널 엔코더 및 컨볼루셔널 터보 코더가 이용된다. 16QAM 성상도 심볼에 대해 1/2율을 갖는 트렐리스 엔코더 및 트렐리스 터보 코더가 이용된다. 64QAM 성상도 심볼에 대해 2/3율을 갖는 트렐리스 엔코더 및 트렐리스 터보 코더가 이용된다.

도 1은 QPSK를 위한 컨볼루셔널 엔코더의 예를 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이, 컨볼루셔널 엔코더에 1비트가 입력되면, 1/2율의 컨볼루셔널 엔코더를 통해 2비트가 출력된다.

도 2는 QPSK를 위한 컨볼루셔널 터보 코더의 예를 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이, 컨볼루셔널 터보 코더에 1비트가 입력되면, 1/2율의 컨볼루셔널 터보 코더를 통해 2비트가 출력된다. 이때, 출력되는 Q0 및 Q1은 I에 대응하여 각각 번갈아서 출력된다.

도 3은 16QAM을 위한 트렐리스 엔코더의 예를 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이, 트렐리스 엔코더에 I와 Q가 각각 1비트씩 입력되면, 1/2율을 갖는 두개의 트렐리스 엔코더를 통해 각각 2비트가 출력되어 총 4비트가 출력된다.

도 4는 16QAM을 위한 트렐리스 터보 코더의 예를 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이, 트렐리스 터보 코더에 2비트가 입력되면, 1/2율의 트렐리스 터보 코더를 통해 4비트가 출력된다.

도 5는 64QAM을 위한 트렐리스 엔코더의 예를 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이, 트렐리스 엔코더에 I 및 Q가 각각 2비트씩 입력되면, 2/3율을 갖는 두개의 트렐리스 엔코더를 통해 각각 3비트가 출력되어 총 6비트가 출력된다.

도 6은 64QAM을 위한 트렐리스 터보 코더의 예를 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이 트렐리스 터보 코더에 4비트가 입력되면, 2/3율을 갖는 트렐리스 터보 코더를 통해 6비트가 출력된다.

이와 같이, 각 성상도 심볼 맵핑에 따라 내부 코드가 다르게 구성된다. 이러한 구현을 위해서는 성상도 심볼 맵핑에 따라 인코더 및 디코더를 각각 마련하여야 한다. 이에 따라, 성상도 심볼 맵핑에 따른 신호의 부호화를 위해 송신측의 인코더와 수신측의 디코더의 하드웨어가 복잡해지고 제품의 생산 비용이 증가하는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 성상도 심볼 맵핑에 따른 신호의 부호화를 수행함에 있어서 컨볼루셔널 엔코더 및 터보 코더의 하드웨어를 간단히 구성하고 제품의 생산 비용을 절감할 수 있는 지상파 디지털 멀티미디어 텔레비전 방송 시스템의 컨볼루셔널 엔코더 및 터보 코더를 이용한 부호화 방법을 제공하는데 있다.

도 1은 QPSK를 위한 컨볼루셔널 엔코더의 예를 도시한 도면,

도 2는 QPSK를 위한 컨볼루셔널 터보 코더의 예를 도시한 도면,

도 3은 16QAM을 위한 트렐리스 엔코더의 예를 도시한 도면,

도 4는 16QAM을 위한 트렐리스 터보 코더의 예를 도시한 도면,

도 5는 64QAM을 위한 트렐리스 엔코더의 예를 도시한 도면,

도 6은 64QAM을 위한 트렐리스 터보 코더의 예를 도시한 도면,

도 7은 각 성상도에 따른 설정된 펑처링 패턴을 기초로 부호화를 수행하는 컨볼루셔널 엔코더의 바람직한 실시예를 도시한 도면,

도 8은 도 7에 따른 컨볼루셔널 엔코딩을 위해 설정된 펑처링 패턴의 바람직한 예를 도시한 도면,

도 9는 각 성상도에 따른 설정된 펑처링 패턴을 기초로 부호화를 수행하는 터보 코더의 바람직한 실시예를 도시한 도면, 그리고

도 10은 도 9에 따른 터보 코딩을 위해 설정된 펑처링 패턴의 바람직한 예를도시한 도면이다.

상기와 같은 목적은 본 발명에 따라, 성상도 심볼 맵핑에 따른 신호의 부호화를 수행하는 컨볼루셔널 엔코더를 이용한 신호의 부호화 방법에 있어서, 성상도에 따라 부호화된 신호의 출력 여부를 나타내는 펑처링 값 X 및 Y에 대한 유효 출력 및 무효 출력을 설정하고, 성상도에 따라 설정된 X 및 Y의 펑처링 패턴을 기초로 부호화된 신호를 출력하는 컨볼루셔널 엔코더를 이용한 신호의 부호화 방법에 의해 달성된다.

이때, 펑처링 값 X 및 Y에 대해, 유효 출력은 1로 나타내고 무효 출력은 0으로 나타낸다. 성상도의 종류로는, QPSK, 16QAM, 및 64QAM 등이 있다.

바람직하게는, 성상도가 QPSK인 경우, 입력 신호는 1비트이며, X의 펑처링값이 1이고 Y의 펑처링 값이 1인 펑처링 패턴이 설정된다. 이에 의해, QPSK를 위해 컨볼루셔널 엔코딩되어 출력되는 유효 출력 값은 [X1, Y1]이다.

바람직하게는, 성상도가 16QAM인 경우, 입력 신호는 2비트이며, X의 펑처링 값이 (1, 1)이고 Y의 펑처링 값이 (1, 1)인 펑처링 패턴이 설정된다. 이에 의해, 16QAM을 위해 컨볼루셔널 엔코딩되어 출력되는 유효 출력 값은 [X1, Y1, X2, Y2]이다.

바람직하게는, 성상도가 64QAM인 경우, 입력 신호는 4비트이며, X의 펑처링 값이 (1, 0, 1, 0)이고 Y의 펑처링 값이 (1, 1, 1, 1)인 펑처링 패턴이 설정된다. 이에 의해, 64QAM을 위해 컨볼루셔널 엔코딩되어 출력되는 유효 출력 값은 [X1, Y1, Y2, X3, Y3, Y4]이다.

상기와 같은 목적은 본 발명에 따라, 성상도 심볼 맵핑에 따른 신호의 부호화를 수행하는 터보 코더를 이용한 신호의 부호화 방법에 있어서, 성상도에 따라 부호화된 신호의 출력 여부를 나타내는 펑처링 값 X, Y, 및 Z에 대한 유효 출력 및 무효 출력을 설정하고, 성상도에 따라 설정된 X, 상기 Y, 및 Z의 펑처링 패턴을 기초로 부호화된 신호를 출력하는 터보 코더를 이용한 신호의 부호화 방법에 의해 달성된다.

펑처링 값 X, Y, 및 Z에 대해, 유효 출력은 1로 나타내고, 무효 출력은 0으로 나타낸다. 성상도의 종류로는, QPSK, 16QAM, 및 64QAM 등이 있다.

바람직하게는, 성상도가 QPSK인 경우, 입력 신호는 2비트이며, X의 펑처링 값이 (1, 1)이고 Y의 펑처링 값이 (1, 0)이며 Z의 펑처링 값이 (0, 1)인 펑처링 패턴이 설정된다. 이에 의해, QPSK를 위해 터보 코딩되어 출력되는 유효 출력 값은 [X1, Y1] 및 [X2, Z2]이다.

바람직하게는, 성상도가 16QAM인 경우, 입력 신호는 2비트이며, X의 펑처링 값이 (1, 1)이고 Y의 펑처링 값이 (1, 0)이며 Z의 펑처링 값이 (0, 1)인 펑처링 패턴이 설정된다. 이에 의해, 16QAM을 위해 터보 코딩되어 출력되는 유효 출력 값은 [X1, Y1, X2, Z2]이다.

바람직하게는, 성상도가 64QAM인 경우, 입력 신호는 4비트이며, X의 펑처링 값이 (1, 1, 1, 1)이고 Y의 펑처링 값이 (0, 1, 0, 0)이며 Z의 펑처링 값이 (0, 0, 1, 0)인 펑처링 패턴이 설정된다. 이에 의해, 64QAM을 위해 터보 코딩되어 출력되는 유효 출력 값은 [X1, X1, Y2, X3, Z3, X4]이다.

본 발명에 따르면, 하나의 컨볼루셔널 코더 및 하나의 터보 코더를 이용하여 각각의 성상도에 따라 펑처링 패턴을 적용함으로써, 신호의 부호화를 위한 구현을 단순화할 수 있고 하드웨어의 복잡도의 감소 및 제품의 생산 비용이 절감될 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 7은 각 성상도에 따른 설정된 펑처링 패턴을 기초로 부호화를 수행하는 컨볼루셔널 엔코더의 바람직한 실시예를 도시한 도면이고, 도 8은 도 7에 따른 컨볼루셔널 엔코딩을 위해 설정된 펑처링 패턴의 바람직한 예를 도시한 도면이다.

본 실시예에서는 컨볼루셔널 엔코딩을 위한 성상도로서, QPSK, 16QAM, 및 64QAM을 예로 설명한다. 각 성상도에 따라 입력되는 신호를 보면, QPSK의 경우 1비트(U0), 16QAM의 경우 2비트(U0, U1), 및 64QAM의 경우 4비트(U0, U1, U2, U3)가 입력된다.

컨볼루셔널 엔코딩을 위한 펑처링 패턴에서 X 및 Y는 부호화된 신호의 출력을 위한 펑처링 값이다. 이때, X 및 Y의 펑처링 값이 1이면 유효 출력을 나타내고, 0이면 무효 출력을 나타낸다.

컨볼루셔널 엔코딩을 위한 성상도가 QPSK인 경우, 펑처링 패턴은 X 및 Y의 펑처링 값이 1이다. 이에 따라, QPSK를 위한 컨볼루셔널 엔코딩되어 출력되는 유효 출력 값은 [X1 Y1]이다.

컨볼루셔널 엔코딩을 위한 성상도가 16QAM인 경우, 펑처링 패턴은 X의 펑처링 값이 (1, 1)이고 Y의 펑처링 값이 (1, 1)이다. 이에 따라, 16QAM을 위한 트렐리스 엔코딩되어 출력되는 유효 출력 값은 [X1, Y1, X2, Y2]이다.

컨볼루셔널 엔코딩을 위한 성상도가 64QAM인 경우, 펑처링 패턴은 X의 펑처링 값이 (1, 0, 1, 0)이고 Y의 펑처링 값이 (1, 1, 1, 1)이다. 이에 따라, 64QAM을 위한 트렐리스 엔코딩되어 출력되는 유효 출력 값은 [X1, Y1, Y2, X3, Y3, Y4]이다.

따라서, 하나의 컨볼루셔널 엔코더를 이용하여 각각의 성상도에 따라 펑처링 패턴을 적용함으로써, 신호의 부호화를 위한 구현을 단순화할 수 있고 하드웨어의 복잡도의 감소 및 제품의 생산 비용이 절감될 수 있다.

도 9는 각 성상도에 따른 설정된 펑처링 패턴을 기초로 부호화를 수행하는 터보 코더의 바람직한 실시예를 도시한 도면이고, 도 10은 도 9에 따른 터보 코딩을 위해 설정된 펑처링 패턴의 바람직한 예를 도시한 도면이다.

본 실시예에서는 터보 코딩을 위한 성상도로서, QPSK, 16QAM, 및 64QAM를 예로 설명한다. 각 성상도에 따라 입력되는 신호를 보면, QPSK의 경우 2비트(U0, U1), 16QAM의 경우 2비트(U0, U1), 및 64QAM의 경우 4비트(U0, U1, U2, U3)가 입력된다.

터보 코딩을 위한 펑처링 패턴에서 X, Y 및 Z는 부호화된 신호의 출력을 위한 펑처링 값이다. 이때, X, Y 및 Z의 펑처링 값이 1이면 유효 출력을 나타내고, 0 이면 무효 출력을 나타낸다.

터보 코딩을 위한 성상도가 QPSK인 경우, 펑처링 패턴은 X의 펑처링 값이 (1, 1)이고, Y의 펑처링 값이 (1, 0)이며, Z의 펑처링 값이 (0, 1)이다. 이에 따라, QPSK를 위한 터보 코딩되어 출력되는 유효 출력 값은 [X1,Y1] 및 [X2, Z2]이다.

터보 코딩을 위한 성상도가 16QAM인 경우, 펑처링 패턴은 X의 펑처링 값이 (1, 2), Y의 펑처링 값이 (1, 0), 및 Z의 펑처링 값이 (0, 1)이다. 이에 따라, 16QAM을 위한 터보 코딩되어 출력되는 유효 출력 값은 [X1, Y1, X2, Z2]이다.

터보 코딩을 위한 성상도가 64QAM인 경우, 펑처링 패턴은 X의 펑처링 값이 (1, 1, 1, 1)이고 Y의 펑처링 값이 (0, 1, 0, 0)이며 Z의 펑처링 값이 (0, 0, 1, 0)이다. 이에 따라, 64QAM을 위한 터보 코딩되어 출력되는 유효 출력 값은 [X1, X2, Y2, X3, Z3, X4]이다.

따라서, 하나의 터보 코더를 이용하여 각각의 성상도에 따라 펑처링 패턴을적용함으로써, 신호의 부호화를 위한 구현을 단순화할 수 있고 하드웨어의 복잡도의 감소 및 제품의 생산 비용이 절감될 수 있다.

본 발명에 따르면, 하나의 컨볼루셔널 코더 및 하나의 터보 코더를 이용하여 각각의 성상도에 따라 펑처링 패턴을 적용함으로써, 신호의 부호화를 위한 구현을 단순화할 수 있고 하드웨어의 복잡도의 감소 및 제품의 생산 비용이 절감될 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.