WO2015037833A1 - Ldpc-rs two-dimensional code for ground wave cloud broadcasting - Google Patents

Ldpc-rs two-dimensional code for ground wave cloud broadcasting Download PDF

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WO2015037833A1
WO2015037833A1 PCT/KR2014/007443 KR2014007443W WO2015037833A1 WO 2015037833 A1 WO2015037833 A1 WO 2015037833A1 KR 2014007443 W KR2014007443 W KR 2014007443W WO 2015037833 A1 WO2015037833 A1 WO 2015037833A1
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ldpc
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박성익
권선형
김흥묵
허남호
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한국전자통신연구원
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    • H03M13/13Linear codes
    • H03M13/15Cyclic codes, i.e. cyclic shifts of codewords produce other codewords, e.g. codes defined by a generator polynomial, Bose-Chaudhuri-Hocquenghem [BCH] codes
    • H03M13/151Cyclic codes, i.e. cyclic shifts of codewords produce other codewords, e.g. codes defined by a generator polynomial, Bose-Chaudhuri-Hocquenghem [BCH] codes using error location or error correction polynomials
    • H03M13/1515Reed-Solomon codes

Definitions

  • Embodiments of the present invention provide a low density parity check (LDPC) code and a reed solomon (RS) code to correct errors occurring in a wireless channel in a terrestrial cloud broadcasting system operating in a single frequency network. It relates to a constructed two-dimensional code.
  • LDPC low density parity check
  • RS reed solomon
  • a broadcaster may transmit the same or different broadcast content nationwide through a single broadcast channel.
  • the receiver should be able to receive one or more terrestrial cloud broadcast signals in an overlapping area, that is, an overlapping area in a single frequency network, and separately demodulate the received terrestrial cloud broadcast signals. It should be possible. That is, in the situation where co-channel interference exists and timing and frequency synchronization of respective transmission signals are not guaranteed, the receiver should be able to demodulate one or more cloud broadcast signals.
  • the terrestrial cloud broadcasting system must operate in an environment in which the power of noise is greater than that of the broadcast signal, that is, in a negative signal to noise ratio (SNR) environment.
  • SNR negative signal to noise ratio
  • terrestrial cloud broadcasting systems are generally designed with the worst case in mind to provide quality service to all viewers. That is, the viewer is designed to stably receive the terrestrial broadcast signal even at the edge (part of the end or boundary) of the broadcast zone. This means that most broadcast zones have a much higher SNR than the edges. For example, more than 80% of the broadcast area is known to have an SNR of at least 5 decibels (dB) above the edge. Therefore, the terrestrial cloud broadcasting system should be able to decode information with a low latency and complexity in a region with a high SNR than in a region with a low SNR.
  • the technical problem of the present invention can be operated in a negative signal to noise ratio (SNR) environment for terrestrial cloud broadcasting, and LDPC (which can decode information with minimum complexity and latency in a high SNR environment).
  • SNR signal to noise ratio
  • LDPC Low Density Parity Check
  • RS -Reed Solomon
  • Another object of the present invention is to provide a method and apparatus for adaptively decoding the LDPC-RS two-dimensional code.
  • a method for transmitting a terrestrial cloud broadcast signal includes encoding information to be transmitted into a two-dimensional code including a low density parity check (LDPC) code and a reed solomon (RS) code, and encoded by the two-dimensional code. And outputting information in rows.
  • LDPC low density parity check
  • RS reed solomon
  • the two-dimensional code may be a code in which a row corresponds to the RS code and a column corresponds to the LDPC code.
  • the LDPC code may be an LDPC code of a QC (Quasi-Cyclic) structure.
  • the LDPC code is an A matrix of size g ⁇ K, a B matrix of size g ⁇ g, a C matrix of size (NKg) ⁇ (K + g), and a size of (NKg) ⁇ ( NKg) and a matrix D of g ⁇ (NKg), where N is a length of a codeword, K is a length of information, and g is a value that varies according to a code rate.
  • the encoding may include encoding the information to be transmitted in a row unit by using the RS code and secondly by column by using the LDPC code.
  • the method may further include dividing the information encoded with the 2D code into a plurality of blocks based on the size of the cyclic sequence matrix constituting the LDPC code.
  • the outputting may include outputting information divided into the plurality of blocks in block units.
  • the outputting may include outputting the information divided into the plurality of blocks in units of bits.
  • the information encoded with the two-dimensional code may be restored by partial decoding using information of the LDPC codeword and a part of parity when the signal-to-noise ratio of the received signal is greater than or equal to the first threshold.
  • the information encoded with the 2D code may be restored to RS decoding only without LDPC decoding when the signal-to-noise ratio of the received signal is greater than or equal to a second threshold.
  • a transmitter for transmitting a terrestrial cloud broadcast signal includes an encoder and a two-dimensional code that encode information to be transmitted into a two-dimensional code including a low density parity check (LDPC) code and a reed solomon (RS) code. It may include an output unit for outputting the encoded information in a row unit.
  • LDPC low density parity check
  • RS reed solomon
  • a receiving apparatus for receiving an LDPC-RS two-dimensional code includes an estimator for estimating a signal-to-noise ratio for a received signal, and a low density parity check (LDPC) code and an RS based on the estimated signal-to-noise ratio (Reed Solomon) It may include a determination unit for determining a decoding algorithm to be applied to a codeword encoded with a two-dimensional code consisting of a code and a decoding unit for decoding the codeword using the determined decoding algorithm.
  • LDPC low density parity check
  • the two-dimensional code is a code in which a row corresponds to the RS code and a column corresponds to the LDPC code, or a row corresponds to the LDPC code and a column corresponds to the RS code. Can be.
  • the LDPC code may be an LDPC code of a QC (Quasi-Cyclic) structure.
  • the LDPC code may be configured as an identity matrix with a part of parity.
  • the codeword may be a codeword primarily encoded by the RS code in a row unit and secondly encoded by the LDPC code in a column unit.
  • the estimator may estimate the signal-to-noise ratio using any one of a preamble signal, a pilot signal, and a training signal.
  • the determiner may determine at least one of an LDPC decoding algorithm and an RS decoding algorithm as a decoding algorithm to be applied to the codeword.
  • the decision unit determines to apply the LDPC decoding algorithm to the codeword
  • the decision unit selects any one of an LDPC decoding algorithm using the entire codeword and an LDPC decoding algorithm using a portion of the codeword. It can be determined by the LDPC decoding algorithm to be applied to the codeword.
  • a method of decoding a codeword encoded with a two-dimensional code consisting of an LDPC code and an RS code, estimating a signal-to-noise ratio for a received signal, the codeword based on the estimated signal-to-noise ratio may include determining a decoding algorithm to be applied to and decoding the codeword using the determined decoding algorithm.
  • a decoding apparatus for decoding an LDPC-RS two-dimensional code is to be applied to a decoding algorithm applied to a codeword encoded with a two-dimensional code consisting of an LDPC code and an RS code based on an estimated signal-to-noise ratio for a received signal. And a decoding unit for decoding the codeword using the determined decoding algorithm.
  • LDPC Low Density Parity Check
  • RS Reed Solomon
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a parity check matrix of a QC-LDPC code applied to the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing the structure of an LDPC-RS two-dimensional code according to the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a process of encoding information using an LDPC-RS two-dimensional code according to the present invention.
  • FIG. 4 is a graph showing the BER performance in the AWGN channel of the LDPC-RS two-dimensional code according to the present invention.
  • FIG. 5 is a graph showing BER performance in the fading channel of the LDPC-RS two-dimensional code according to the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an LDPC-RS two-dimensional code in which information for RS encoding is arranged horizontally.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an LDPC-RS two-dimensional code in which information for RS encoding is arranged vertically.
  • FIGS. 6 and 7 are diagram illustrating that the LDPC-RS two-dimensional code of FIGS. 6 and 7 have the same form in terms of two-dimensional code.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining partial decoding of an LDPC-RS two-dimensional code according to the present invention.
  • FIG. 10 is a graph showing the performance of the complexity and latency of the LDPC-RS two-dimensional code applied to the present invention.
  • 11 and 12 are diagrams illustrating an information transmission method using an LDPC-RS two-dimensional code according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a flowchart illustrating a method of transmitting a terrestrial cloud broadcast signal according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a flowchart illustrating an adaptive decoding method of an LDPC-RS two-dimensional code according to an embodiment of the present invention.
  • 15 is a diagram illustrating a case where only RS decoding is performed on an LDPC-RS two-dimensional code applied to the present invention.
  • FIG. 16 is a block diagram showing a transmitting device for transmitting a codeword encoded with an LDPC-RS two-dimensional code, according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a block diagram illustrating a receiving apparatus for receiving a codeword encoded with an LDPC-RS two-dimensional code according to an embodiment of the present invention.
  • ⁇ unit means a unit for processing at least one function or operation, which may be implemented in hardware or software or a combination of hardware and software.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a parity check matrix of a QC-LDPC code applied to the present invention.
  • the Low Density Parity Check (LDPC) code is known as the error correction code closest to Shannon's limit in the Additive White Gaussian Noise (AWGN) channel, and is approximately better than Turbo's. And parallel decoding (parallelizable decoding) is possible.
  • the LDPC code is defined by a randomly generated low density parity check matrix (PCM).
  • PCM low density parity check matrix
  • the randomly generated LDPC code not only requires a lot of memory to store the PCM, but also takes a long time to access the memory.
  • a QC-LDPC code which is an LDPC code having a QC (Quasi-Cyclic) structure, may be used.
  • the QC-LDPC code is composed of a zero matrix or a circulant permutation matrix (CPM), and is defined by PCM H as shown in Equation 1 below.
  • P is a CPM whose size is L ⁇ L and is represented by Equation 2 below.
  • N denotes the length of a codeword and K denotes the length of information.
  • g is a value that varies with code rate.
  • the matrices A and C are g ⁇ K and (NKg) ⁇ (K + g), respectively, and are composed of a zero matrix and a cyclic permutation matrix of size L ⁇ L.
  • the matrix Z is a zero matrix of size g ⁇ (NKg) and the matrix D is an identity matrix of size (NKg) ⁇ (NKg).
  • the matrix B is a dual diagonal matrix having a size g ⁇ g, and is represented by Equation 3 below.
  • I L ⁇ L represents an identity matrix of size L ⁇ L.
  • the double diagonal matrix B is an element matrix constituting the double diagonal is an identity matrix and the remaining element matrix is a zero matrix.
  • the element matrix constituting the double diagonal of the double diagonal matrix B may be continuous with the element matrix constituting the diagonal of the identity matrix D.
  • the QC-LDPC code shown in FIG. 1 shows very good performance near the Shannon limit.
  • the code rate from the lower code rate mother code through puncturing or truncating technique is used. It can be easily converted to this high code.
  • the QC-LDPC code has a rate-compatible characteristic such as a Raptor code due to the special structure of the PCM as shown in FIG. 1.
  • the QC-LDPC code has an error floor in a region having a bit error rate (BER) of 10-8.
  • BER bit error rate
  • information can be encoded by using the LDPC-RS two-dimensional code as shown in FIG.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a structure of an LDPC-RS two-dimensional code according to the present invention
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a process of encoding information using an LDPC-RS two-dimensional code according to the present invention.
  • N RS_Info , N RS_Parity and N RS respectively indicate information, parity, and codeword lengths for an RS code
  • N LDPC_Info , N LDPC_Parity and N LDPC are LDPC codes, respectively. Indicates the length of information, parity, and codeword.
  • a row of the LDPC-RS two-dimensional code according to the present invention corresponds to an RS code and a column corresponds to an LDPC code.
  • the LDPC code corresponding to the sequence of the LDPC-RS two-dimensional code may have the same structure as that of the QC-LDPC code illustrated in FIG. 1, that is, the same PCM.
  • the transmitting apparatus for terrestrial cloud broadcasting encodes information to be transmitted in row by row using an RS code, as shown in FIG. 3, and secondarily, LDPC.
  • the code can be encoded in columns by column and then output.
  • the receiving device that receives the information (codeword) encoded by the LDPC-RS two-dimensional code can first decode the LDPC codeword and secondly decode the RS codeword.
  • FIG. 4 is a graph showing BER performance in the AWGN channel of the LDPC-RS two-dimensional code according to the present invention
  • Figure 5 is a graph showing the BER performance in the fading channel of the LDPC-RS two-dimensional code according to the present invention.
  • BER performance in an AWGN channel of LDPC code having a length of 16200 or 64800 bits and a code rate of 1/4, and an error of up to 160 bytes in length and up to 7 bytes are corrected.
  • the BER performance in the AWGN channel of the shortened RS code and the LDPC-RS two-dimensional code consisting of the LDPC code is shown, respectively.
  • QPSK Quadrattic Phase Shift Keying
  • LLR Log-likelihood Ratio
  • the hard coded hard-decision Berlekamp-Massey algorithm is commonly used to decode RS codewords.
  • the RS output of the LDPC-RS two-dimensional code (the output after decoding the LDPC codeword after decoding the LDPC code) in the AWGN channel not only shows better performance than the output of the existing LDPC code but also occurs in the LDPC code. It can be seen that it removes the error floor phenomenon. In addition, it can be seen that the BER performance of the LDPC-RS two-dimensional code exhibits a sharp-slope slope than the LDPC code.
  • the LDPC-RS two-dimensional codeword according to the present invention may be output in a column by column or in a row by row, as shown in Table 1 below.
  • Case I that is, output in column units (output in LDPC codeword order) does not have any interleaving effect
  • Case II that is, output in units of rows (output in RS codeword order) It has a time & frequency interleaving effect by a block interleaver. Accordingly, there is no performance difference between Case I and Case II in the AWGN channel, but shows a very large performance difference as shown in FIG. 5 in the fading channel.
  • the LDPC output shows the performance when only the LDPC codeword is decoded
  • the RS output shows the performance when both the LDPC codeword and the RS codeword are decoded.
  • the LDPC and RS codes used in FIG. 5 are the same as in FIG. 4, and the length of the LDPC code is 64800 bits, and the error correction capability of the RS code is fixed to 7 bytes, respectively.
  • a TU (Typical Urban) -6 channel at 120 km / h was considered for fading.
  • Case II has a much better performance than Case I in the fading channel.
  • Case I column by column output
  • Case II row by row output
  • the LDPC-RS two-dimensional codeword according to the present invention may be output in units of rows.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an LDPC-RS two-dimensional code in which information for RS encoding is arranged horizontally
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an LDPC-RS two-dimensional code in a form where information for RS encoding is arranged vertically
  • 8 is a diagram illustrating that the LDPC-RS two-dimensional code of FIGS. 6 and 7 have the same form in terms of two-dimensional code.
  • the code rate of the LDPC code is 1/4
  • the length is 64800 bits
  • the length of the RS code is 160 bytes (1280 bits) will be described.
  • the RS code encodes information in units of bytes. Accordingly, the LDPC-RS two-dimensional code has a form in which the input bytes (8 bits) for RS coding are arranged in rows as shown in FIGS. 6 and 7, and the input bytes for RS coding are arranged in columns. Arrangement is possible.
  • the LDPC-RS two-dimensional code applied to the present invention is composed of 8100 RS codewords and 160 LDPC codewords in both cases, and it can be seen that the LDPC-RS two-dimensional code is exactly the same in terms of two-dimensional code.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining partial decoding of an LDPC-RS two-dimensional code according to the present invention.
  • the LDPC code used for the above-described LDPC-RS two-dimensional code has a rate-compatible characteristic similar to that of the Raptor code, and thus the code rate is determined through puncturing or truncating. Can be variable.
  • the LDPC code can be successfully decoded only by the information constituting the LDPC codeword and a part of parity. Therefore, in a region where the received signal-to-noise ratio (SNR) is relatively good, instead of decoding using a whole LDPC codeword, that is, full decoding, a portion of the LDPC codeword (information portion and parity) may be used. Since only partial decoding can be performed, that is, partial decoding, complexity and latency can be greatly reduced.
  • the complexity refers to the amount of computation required during decoding
  • the latency refers to the time that the decoder must wait to begin decoding.
  • the LDPC codeword constituting the LDPC-RS two-dimensional codeword may be divided into a plurality of blocks as shown in FIG. 9. Since the LDPC code used for the LDPC-RS two-dimensional code has a QC structure and is composed of a CPM having a size L as described above, the size of the blocks may be determined as a multiple of L. For example, FIG. 9 illustrates a case where an LDPC codeword having a length of 64800 bits is divided into 2160 blocks having a length of 30 bits (the size of a CPM). Blocks of the divided LDPC codeword may be sequentially transmitted in the horizontal direction as shown in FIG. 9. That is, it may be output in a row by row in order to obtain the time and frequency interleaving effect.
  • the code rate and length of the received LDPC codeword are 23400 bits (16200 bits of information + 7200 bits of parity) and 2400 code rates of 32400 bits (16200 bits of information + 16200 bits of parity), respectively.
  • Table 2 below shows the LDPC mother code of code rate 1/4, the code rate, length, number of '1's in PCM, and complexity for puncturing or truncating LDPC codes.
  • the amount of reduction (proportional to the number of 1s of PCM) and the amount of latency reduction are respectively shown.
  • FIG. 10 is a graph showing the performance of the complexity and latency of the LDPC-RS two-dimensional code applied to the present invention.
  • BER performance according to the reception length of an LDPC codeword having a length of 64800 bits and a code rate of 1/4 in an AWGN channel is shown in comparison with SNR.
  • the receiving apparatus receives 780 blocks (540 information blocks + 240 parity blocks) from a total of 2160 blocks (540 information blocks + 1620 parity blocks) constituting the LDPC codeword.
  • the receiving device has received 1300 blocks (540 information blocks and 760 parity blocks) out of the total 2160 blocks constituting the LDPC codeword, it is 39000 bits long and has a code rate of 2/5.
  • the receiving apparatus receives 1620 blocks (540 information blocks and 10800 parity blocks) from a total of 2160 blocks constituting the LDPC codeword, this is 48600 bits in length and 1/3 in code rate.
  • the LDPC code of the LDPC-RS two-dimensional code applied to the present invention has different performances according to the received length, and the longer the length of the received codeword, the better the performance. In other words, the higher the reception complexity and latency, the better the performance.
  • 11 and 12 are diagrams illustrating an information transmission method using an LDPC-RS two-dimensional code according to an embodiment of the present invention.
  • 160 first blocks are sequentially transmitted among elementary blocks constituting the LDPC codeword, and then 160 second blocks are repeatedly transmitted to the last 160 blocks.
  • a method of transmitting sequentially is shown.
  • the first bits of 160 blocks 1, that is, 160 bits are transmitted, and the second 160 bits of blocks 1 are transmitted next, and the process is repeated.
  • a method of transmitting the thirtieth 160 bits of the blocks is shown.
  • the bitwise transmission method as shown in FIG. 12 has an additional bit interleaving effect as compared to the blockwise transmission method as shown in FIG. However, in this case, since the receiver has to wait 4800 bits to receive one block (30 bits) which is a basic block of the LDPC codeword, a longer delay occurs when the LDPC code is decoded.
  • FIG. 13 is a flowchart illustrating a method of transmitting a terrestrial cloud broadcast signal according to an embodiment of the present invention.
  • the terrestrial cloud broadcast signal transmission apparatus may encode information (input data) to be transmitted into a two-dimensional code consisting of an LDPC code and an RS code (1310).
  • the transmitting apparatus may first encode the information to be transmitted in the row unit using the RS code and secondly encode the information in the column unit using the LDPC code.
  • the two-dimensional code may be a code in which a row corresponds to the RS code and a column corresponds to the LDPC code.
  • the LDPC code may be an LDPC code of a QC structure.
  • the coded information (LDPC-RS codeword) may be output in units of rows (1320).
  • the transmitting apparatus divides the information encoded by the two-dimensional code into a plurality of blocks based on the size of the cyclic sequence matrix constituting the LDPC code, and outputs the information divided into the plurality of blocks in units of blocks or bits. Can be output in units. Faster decoding is possible when output in units of bits, and additional bit interleaving is achieved when output in units of blocks.
  • the information encoded by the LDPC-RS two-dimensional code according to the present invention can be successfully recovered by partial decoding using information constituting the LDPC codeword and a part of parity when the signal-to-noise ratio of the received signal is greater than or equal to the first threshold. have. In this case, RS decoding is not performed.
  • the information encoded by the LDPC-RS two-dimensional code according to the present invention can be recovered without error by only RS decoding without LDPC decoding when the signal-to-noise ratio of the received signal is greater than or equal to the second threshold.
  • FIG. 14 is a flowchart illustrating an adaptive decoding method of an LDPC-RS two-dimensional code according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 15 is a diagram illustrating a case where only RS decoding is performed on an LDPC-RS two-dimensional code applied to the present invention. to be.
  • the reception apparatus for receiving an LDPC-RS two-dimensional code first estimates a signal-to-noise ratio for the received signal using a signal previously promised between the transmitter and the receiver in order to adaptively decode the LDPC-RS two-dimensional codeword (1410).
  • the predetermined signal may be a preamble signal, a pilot signal, a training signal, or the like.
  • the receiving apparatus determines a decoding algorithm to be applied to the LDPC-RS two-dimensional codeword encoded by the LDPC-RS two-dimensional code composed of the LDPC code and the RS code based on the estimated signal-to-noise ratio (1420).
  • the LDPC-RS two-dimensional codeword may be a codeword primarily encoded in a row unit by an RS code and secondly encoded in a column unit by an LDPC code.
  • the receiving apparatus may determine at least one of an LDPC decoding algorithm and an RS decoding algorithm as a decoding algorithm to be applied to the LDPC-RS two-dimensional codeword.
  • the LDPC decoding algorithm complete decoding
  • the LDPC-RS two-dimensional codeword a part of the LDPC-RS two-dimensional codeword (information portion and
  • An LDPC decoding algorithm partial decoding
  • an LDPC decoding algorithm partial decoding
  • Partial decoding using a portion of the LDPC parity (partial decoding) is determined as an LDPC decoding algorithm to be applied to the LDPC-RS two-dimensional codeword
  • the LDPC-RS two-dimensional codeword is decoded using the determined decoding algorithm.
  • the receiving device may apply the LDPC-RS decoding method shown in Table 3 according to the SNR value.
  • the threshold means the performance limit of the LDPC-RS two-dimensional code, and is -3.4 dB in the AWGN channel as shown in FIG. This means that the received SNR must be at least -3.4 dB to receive information without error.
  • the threshold shown in Table 3 may vary depending on the length and code rate of the LDPC code, the length and error correction capability of the RS code.
  • the number of LDPC blocks to be used according to the interval for dividing the received SNR, that is, the received SNR may vary.
  • the LDPC-RS two-dimensional code according to the present invention can be successfully recovered through RS decoding only without LDPC decoding in a very high SNR environment (reception near the transmitter). For example, when 160 blocks 1 are received as shown in FIG. 15, the receiving device may decode 3 RS codewords from 3.75 RS codewords. Therefore, the receiving apparatus can recover information with minimal complexity and latency by performing RS decoding without LDPC decoding in an environment where SNR is very high (for example, a region near the transmitter).
  • FIG. 16 is a block diagram showing a transmitting device for transmitting a codeword encoded with an LDPC-RS two-dimensional code, according to an embodiment of the present invention.
  • the transmitter 1600 for transmitting the terrestrial cloud broadcast signal may include an encoder 1610 and an output unit 1620.
  • the encoder 1610 encodes the information to be transmitted into a two-dimensional code including an LDPC code and an RS code.
  • the two-dimensional code may be a code in which a row corresponds to the RS code and a column corresponds to the LDPC code, and the LDPC code may be a QC-LDPC code.
  • the encoder 1610 may first encode information to be transmitted in a row unit using the RS code and secondly encode the information to be transmitted in a column unit using the LDPC code.
  • the coded information may be divided into a plurality of blocks based on the size of the cyclic sequence matrix constituting the LDPC code.
  • the output unit 1620 outputs the information encoded by the encoder 1610 in units of rows.
  • the output unit 1620 may output information divided into a plurality of blocks in block units or in bit units.
  • the information encoded by the LDPC-RS two-dimensional code by the transmitting device 1600 is successfully restored by partial decoding using information constituting the LDPC codeword and a part of parity when the signal-to-noise ratio of the received signal is greater than or equal to the first threshold. If the signal-to-noise ratio for the received signal is greater than or equal to the second threshold, the signal may be successfully recovered by only RS decoding without LDPC decoding. In addition, in an area where the signal-to-noise ratio for the received signal is low (the edge of the broadcast zone), it can be successfully decoded through full decoding.
  • FIG. 17 is a block diagram illustrating a receiving apparatus for receiving a codeword encoded with an LDPC-RS two-dimensional code according to an embodiment of the present invention.
  • a receiver 1700 for receiving an LDPC-RS two-dimensional code may include a receiver 1710, an estimator 1720, a determiner 1730, and a decoder 1740. have.
  • the receiver 1710 receives an LDPC-RS two-dimensional codeword, a signal previously promised between the transmitter and the receiver, etc. from the transmitter.
  • the estimator 1720 estimates a signal-to-noise ratio for the received signal.
  • the estimator 1720 may estimate a signal-to-noise ratio for the received signal based on any one of a preamble signal, a pilot signal, and a training signal.
  • the determiner 1730 determines a decoding algorithm to be applied to a codeword encoded by a two-dimensional code consisting of an LDPC code and an RS code (LDPC-RS two-dimensional code) based on the signal-to-noise ratio estimated by the estimator 1720.
  • the LDPC-RS two-dimensional code may be a code in which a row corresponds to an RS code and a column corresponds to an LDPC code.
  • the LDPC-RS two-dimensional code may be a code in which a row corresponds to an LDPC code and a column corresponds to an RS code.
  • the LDPC code may be an LDPC code of a QC (Quasi-Cyclic) structure, and a part of parity may be configured as an identity matrix.
  • the codeword encoded with the LDPC-RS two-dimensional code may be a codeword primarily encoded by the RS code in a row unit and secondly encoded by the LDPC code in a column unit.
  • the determiner 1730 determines at least one of an LDPC decoding algorithm and an RS decoding algorithm as a decoding algorithm to be applied to the LDPC-RS two-dimensional codeword based on the signal-to-noise ratio estimated by the estimator 1720 as shown in Table 3 below. Can be.
  • the decision unit 1730 decides to apply the LDPC decoding algorithm to the LDPC-RS two-dimensional codeword
  • the LDPC decoding algorithm using the entire codeword (complete decoding) and the LDPC decoding algorithm using the portion of the codeword (partial) Decoding can be determined by the LDPC decoding algorithm to be applied to the codeword.
  • the decoder 1740 decodes the LDPC-RS two-dimensional codeword using the decoding algorithm determined by the determiner 1730.
  • the decoder 1740 may include an LDPC decoder 1742 and an RS decoder 1744.
  • the decoder 1740 may adaptively decode the LDPC-RS two-dimensional codeword according to the signal-to-noise ratio when the information on the signal-to-noise ratio and the LDPC-RS two-dimensional codeword are input.
  • the decoder 1740 may be implemented as an independent decoding device, and the decoding device may be applied to a codeword encoded with a two-dimensional code consisting of an LDPC code and an RS code based on an estimated signal-to-noise ratio for the received signal. It may include a determining unit for determining a decoding algorithm and a decoding unit for decoding the code word using the determined decoding algorithm.

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Abstract

A low density party check (LDPC) -reed Solomon (RS) two-dimensional code for ground wave cloud broadcasting is provided. A method for transmitting a ground cloud broadcasting signal may comprise the steps of: encoding information to be transmitted to a two-dimensional code configured by an LDPC code and an RC code; and outputting, line by line, the information encoded into the two-dimensional code.

Description

지상파 클라우드 방송을 위한 LDPC-RS 이차원 부호LDPC-RS two-dimensional code for terrestrial cloud broadcasting
본 발명의 실시예들은 단일주파수망(single frequency network)에서 동작하는 지상파 클라우드 방송 시스템에 있어서, 무선 채널에서 발생하는 오류를 정정하기 위하여 LDPC(Low Density Parity Check) 부호와 RS(Reed Solomon) 부호로 구성된 이차원 부호에 관한 것이다.Embodiments of the present invention provide a low density parity check (LDPC) code and a reed solomon (RS) code to correct errors occurring in a wireless channel in a terrestrial cloud broadcasting system operating in a single frequency network. It relates to a constructed two-dimensional code.
현재의 지상파 TV 방송은 서비스 반경의 3배에 달하는 동일채널간섭(co-channel interference)을 발생시키기 때문에, 서비스 반경의 3배 이내 지역에서는 같은 주파수를 재사용할 수 없다. 이처럼 같은 주파수를 재사용할 수 없는 지역을 화이트 스페이스(white space)라고 하는데, 화이트 스페이스의 발생으로 인하여 스펙트럼 효율은 매우 낮은 상황이다. 따라서, 스펙트럼 효율을 향상시키기 위한 방안으로, 전송용량 증대뿐만 아니라 수신 강인성에 중점을 둔 화이트 스페이스 제거 및 주파수 재사용이 용이한 전송기술 개발의 필요성이 대두되었다.Current terrestrial TV broadcasts generate co-channel interference, which is three times the service radius, so that the same frequency cannot be reused in an area within three times the service radius. The area where such frequencies cannot be reused is called a white space, and the spectral efficiency is very low due to the occurrence of the white space. Therefore, in order to improve spectral efficiency, a need has arisen for the development of a transmission technology that facilitates white space removal and frequency reuse that focuses not only on increasing transmission capacity but also on reception robustness.
이에 따라 2012년 9월 IEEE Transactions on Broadcasting, vol. 58, no. 3을 통해 공개된 학술 문헌 "Cloud Transmission: A New Spectrum-Reuse Friendly Digital Terrestrial Broadcasting Transmission System"에서는 주파수 재사용이 용이하고 화이트 스페이스를 발생시키지 않으며, 단일주파수망 구축 및 운용이 용이한 지상파 클라우드 방송 기술이 제안되었다.Accordingly, September 2012 IEEE Transactions on Broadcasting, vol. 58, no. In the academic literature "Cloud Transmission: A New Spectrum-Reuse Friendly Digital Terrestrial Broadcasting Transmission System" published in 3, terrestrial cloud broadcasting technology, which is easy to reuse frequency and does not generate white space, is easy to build and operate a single frequency network. Proposed.
이와 같은 지상파 클라우드 방송 기술을 이용하면, 방송사는 하나의 방송채널을 통해 전국적으로 동일하거나 또는 각 지역별로 서로 다른 방송 콘텐츠를 전송할 수 있다. 그러나, 이를 위해서는 수신기가 단일주파수망에서 서로 다른 송신기로부터 송출된 신호가 겹치는 지역, 즉 중첩지역에서 하나 이상의 지상파 클라우드 방송 신호를 수신할 수 있어야 하며, 수신한 지상파 클라우드 방송 신호들을 각각 구분하여 복조할 수 있어야 한다. 즉, 동일채널간섭이 존재하고, 각 송신신호들의 타이밍 및 주파수 동기가 보장되지 않은 상황에서 수신기는 하나 이상의 클라우드 방송 신호를 복조할 수 있어야 한다. 이를 위해 지상파 클라우드 방송 시스템은 잡음의 전력이 방송 신호의 전력보다 큰 환경, 즉, 네거티브(negative) SNR(Signal to Noise Ratio) 환경에서도 작동해야만 한다.Using such terrestrial cloud broadcasting technology, a broadcaster may transmit the same or different broadcast content nationwide through a single broadcast channel. However, in order to do this, the receiver should be able to receive one or more terrestrial cloud broadcast signals in an overlapping area, that is, an overlapping area in a single frequency network, and separately demodulate the received terrestrial cloud broadcast signals. It should be possible. That is, in the situation where co-channel interference exists and timing and frequency synchronization of respective transmission signals are not guaranteed, the receiver should be able to demodulate one or more cloud broadcast signals. For this purpose, the terrestrial cloud broadcasting system must operate in an environment in which the power of noise is greater than that of the broadcast signal, that is, in a negative signal to noise ratio (SNR) environment.
뿐만 아니라, 일반적으로 지상파 클라우드 방송 시스템은 모든 시청자에게 양질의 서비스를 제공하기 위해 최악의 경우를 고려하여 설계된다. 즉, 방송구역의 가장자리(끝이나 경계에 해당되는 부분)에서도 시청자가 지상파 방송 신호를 안정적으로 수신할 수 있도록 설계된다. 이것은 대부분의 방송구역에서는 가장자리보다 훨씬 높은 SNR을 가짐을 의미한다. 예를 들어, 방송구역의 80% 이상은 가장자리보다 5 데시벨(dB) 이상 높은 SNR을 가진다고 알려져 있다. 따라서, 지상파 클라우드 방송시스템은 SNR이 높은 지역에서는 SNR이 낮은 지역에서보다 낮은 레이턴시(latency)와 복잡도로도 정보를 복호할 수 있어야 한다.In addition, terrestrial cloud broadcasting systems are generally designed with the worst case in mind to provide quality service to all viewers. That is, the viewer is designed to stably receive the terrestrial broadcast signal even at the edge (part of the end or boundary) of the broadcast zone. This means that most broadcast zones have a much higher SNR than the edges. For example, more than 80% of the broadcast area is known to have an SNR of at least 5 decibels (dB) above the edge. Therefore, the terrestrial cloud broadcasting system should be able to decode information with a low latency and complexity in a region with a high SNR than in a region with a low SNR.
본 발명의 기술적 과제는 지상파 클라우드 방송을 위해 네거티브(negative) SNR(Signal to Noise Ratio) 환경에서도 동작 가능하며, SNR이 높은 환경에서는 최소한의 복잡도와 레이턴시(latency)로 정보를 복호할 수 있는 LDPC(Low Density Parity Check)-RS(Reed Solomon) 이차원 부호를 제공함에 있다.The technical problem of the present invention can be operated in a negative signal to noise ratio (SNR) environment for terrestrial cloud broadcasting, and LDPC (which can decode information with minimum complexity and latency in a high SNR environment). Low Density Parity Check) -Reed Solomon (RS) two-dimensional code.
본 발명의 다른 기술적 과제는 상기 LDPC-RS 이차원 부호를 적응적으로 복호하는 방법 및 장치를 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a method and apparatus for adaptively decoding the LDPC-RS two-dimensional code.
본 발명의 일 양태에 따르면, 지상파 클라우드 방송 신호를 송신하는 방법은 전송할 정보를 LDPC(Low Density Parity Check) 부호와 RS(Reed Solomon) 부호로 구성된 이차원 부호로 부호화하는 단계 및 상기 이차원 부호로 부호화된 정보를 행 단위로 출력하는 단계를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, a method for transmitting a terrestrial cloud broadcast signal includes encoding information to be transmitted into a two-dimensional code including a low density parity check (LDPC) code and a reed solomon (RS) code, and encoded by the two-dimensional code. And outputting information in rows.
일 실시예로서, 상기 이차원 부호는 행(row)이 상기 RS 부호에 대응되고 열(column)이 상기 LDPC 부호에 대응되는 부호일 수 있다.In an embodiment, the two-dimensional code may be a code in which a row corresponds to the RS code and a column corresponds to the LDPC code.
다른 실시예로서, 상기 LDPC 부호는 QC(Quasi-Cyclic) 구조의 LDPC 부호일 수 있다.In another embodiment, the LDPC code may be an LDPC code of a QC (Quasi-Cyclic) structure.
또 다른 실시예로서, 상기 LDPC 부호는 크기가 g×K인 A 행렬, 크기가 g×g인 B 행렬, 크기가 (N-K-g)×(K+g)인 C 행렬, 크기가 (N-K-g)×(N-K-g)인 D 행렬 및 크기가 g×(N-K-g)인 Z 행렬로 구성되고, 상기 N 은 부호어의 길이, 상기 K 는 정보의 길이, 상기 g 는 부호율에 따라 변하는 값을 각각 나타낼 수 있다.In another embodiment, the LDPC code is an A matrix of size g × K, a B matrix of size g × g, a C matrix of size (NKg) × (K + g), and a size of (NKg) × ( NKg) and a matrix D of g × (NKg), where N is a length of a codeword, K is a length of information, and g is a value that varies according to a code rate.
또 다른 실시예로서, 상기 부호화하는 단계는 상기 전송할 정보를 1차적으로 상기 RS 부호를 이용하여 행 단위로 부호화하고 2차적으로 상기 LDPC 부호를 이용하여 열 단위로 부호화하는 단계일 수 있다.In another embodiment, the encoding may include encoding the information to be transmitted in a row unit by using the RS code and secondly by column by using the LDPC code.
또 다른 실시예로서, 상기 부호화하는 단계 이후에 상기 이차원 부호로 부호화된 정보를 상기 LDPC 부호를 구성하는 순환순열행렬의 크기에 기초하여 복수개의 블록으로 분할하는 단계를 더 포함할 수 있다.As another embodiment, after the encoding, the method may further include dividing the information encoded with the 2D code into a plurality of blocks based on the size of the cyclic sequence matrix constituting the LDPC code.
또 다른 실시예로서, 상기 출력하는 단계는 상기 복수개의 블록으로 분할된 정보를 블록 단위로 출력하는 단계일 수 있다.As another embodiment, the outputting may include outputting information divided into the plurality of blocks in block units.
또 다른 실시예로서, 상기 출력하는 단계는 상기 복수개의 블록으로 분할된 정보를 비트 단위로 출력하는 단계일 수 있다.As another embodiment, the outputting may include outputting the information divided into the plurality of blocks in units of bits.
또 다른 실시예로서, 상기 이차원 부호로 부호화된 정보는 수신 신호에 대한 신호대 잡음비가 제1 임계치 이상인 경우, LDPC 부호어를 구성하는 정보와 일부분의 패러티를 사용하는 부분 복호에 의해 복원될 수 있다.As another embodiment, the information encoded with the two-dimensional code may be restored by partial decoding using information of the LDPC codeword and a part of parity when the signal-to-noise ratio of the received signal is greater than or equal to the first threshold.
또 다른 실시예로서, 상기 이차원 부호로 부호화된 정보는 수신 신호에 대한 신호대 잡음비가 제2 임계치 이상인 경우 LDPC 복호 없이 RS 복호만으로 복원될 수 있다.As another embodiment, the information encoded with the 2D code may be restored to RS decoding only without LDPC decoding when the signal-to-noise ratio of the received signal is greater than or equal to a second threshold.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 지상파 클라우드 방송 신호를 송신하는 송신 장치는 전송할 정보를 LDPC(Low Density Parity Check) 부호와 RS(Reed Solomon) 부호로 구성된 이차원 부호로 부호화하는 부호화부 및 상기 이차원 부호로 부호화된 정보를 행 단위로 출력하는 출력부를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, a transmitter for transmitting a terrestrial cloud broadcast signal includes an encoder and a two-dimensional code that encode information to be transmitted into a two-dimensional code including a low density parity check (LDPC) code and a reed solomon (RS) code. It may include an output unit for outputting the encoded information in a row unit.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, LDPC-RS 이차원 부호를 수신하는 수신 장치는 수신 신호에 대한 신호대 잡음비를 추정하는 추정부, 상기 추정한 신호대 잡음비를 기초로 LDPC(Low Density Parity Check) 부호와 RS(Reed Solomon) 부호로 구성된 이차원 부호로 부호화된 부호어에 적용할 복호 알고리즘을 결정하는 결정부 및 상기 결정된 복호 알고리즘을 이용하여 상기 부호어를 복호하는 복호부를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, a receiving apparatus for receiving an LDPC-RS two-dimensional code includes an estimator for estimating a signal-to-noise ratio for a received signal, and a low density parity check (LDPC) code and an RS based on the estimated signal-to-noise ratio (Reed Solomon) It may include a determination unit for determining a decoding algorithm to be applied to a codeword encoded with a two-dimensional code consisting of a code and a decoding unit for decoding the codeword using the determined decoding algorithm.
일 실시예로서, 상기 이차원 부호는 행(row)이 상기 RS 부호에 대응되고 열(column)이 상기 LDPC 부호에 대응되거나, 행이 상기 LDPC 부호에 대응되고 열이 상기 RS 부호에 대응되는 부호일 수 있다.In one embodiment, the two-dimensional code is a code in which a row corresponds to the RS code and a column corresponds to the LDPC code, or a row corresponds to the LDPC code and a column corresponds to the RS code. Can be.
다른 실시예로서, 상기 LDPC 부호는 QC(Quasi-Cyclic) 구조의 LDPC 부호일 수 있다.In another embodiment, the LDPC code may be an LDPC code of a QC (Quasi-Cyclic) structure.
또 다른 실시예로서, 상기 LDPC 부호는 패리티(parity)의 일부분이 항등행렬로 구성될 수 있다.In another embodiment, the LDPC code may be configured as an identity matrix with a part of parity.
또 다른 실시예로서, 상기 부호어는 1차적으로 상기 RS 부호에 의해 행 단위로 부호화되고 2차적으로 상기 LDPC 부호에 의해 열 단위로 부호화된 부호어일 수 있다.In another embodiment, the codeword may be a codeword primarily encoded by the RS code in a row unit and secondly encoded by the LDPC code in a column unit.
또 다른 실시예로서, 상기 추정부는 프리앰블(preamble) 신호, 파일럿(pilot) 신호, 트레이닝(training) 신호 중 어느 하나를 이용하여 상기 신호대 잡음비를 추정할 수 있다.In another embodiment, the estimator may estimate the signal-to-noise ratio using any one of a preamble signal, a pilot signal, and a training signal.
또 다른 실시예로서, 상기 결정부는 LDPC 복호 알고리즘과 RS 복호 알고리즘 중 적어도 하나를 상기 부호어에 적용할 복호 알고리즘으로 결정할 수 있다.In another embodiment, the determiner may determine at least one of an LDPC decoding algorithm and an RS decoding algorithm as a decoding algorithm to be applied to the codeword.
또 다른 실시예로서, 상기 결정부는 상기 부호어에 대해 상기 LDPC 복호 알고리즘을 적용하기로 결정한 경우, 상기 부호어 전체를 이용하는 LDPC 복호 알고리즘과 상기 부호어의 일부분을 이용하는 LDPC 복호 알고리즘 중 어느 하나를 상기 부호어에 적용할 LDPC 복호 알고리즘으로 결정할 수 있다.In still another embodiment, when the decision unit determines to apply the LDPC decoding algorithm to the codeword, the decision unit selects any one of an LDPC decoding algorithm using the entire codeword and an LDPC decoding algorithm using a portion of the codeword. It can be determined by the LDPC decoding algorithm to be applied to the codeword.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, LDPC 부호와 RS 부호로 구성된 이차원 부호로 부호화된 부호어를 복호하는 방법은 수신 신호에 대한 신호대 잡음비를 추정하는 단계, 상기 추정한 신호대 잡음비를 기초로 상기 부호어에 적용할 복호 알고리즘을 결정하는 단계 및 상기 결정된 복호 알고리즘을 이용하여 상기 부호어를 복호하는 단계를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, a method of decoding a codeword encoded with a two-dimensional code consisting of an LDPC code and an RS code, estimating a signal-to-noise ratio for a received signal, the codeword based on the estimated signal-to-noise ratio The method may include determining a decoding algorithm to be applied to and decoding the codeword using the determined decoding algorithm.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, LDPC-RS 이차원 부호를 복호하는 복호 장치는 수신 신호에 대해 추정된 신호대 잡음비를 기초로 LDPC 부호와 RS 부호로 구성된 이차원 부호로 부호화된 부호어에 적용할 복호 알고리즘을 결정하는 결정부 및 상기 결정된 복호 알고리즘을 이용하여 상기 부호어를 복호하는 복호부를 포함할 수 있다.According to still another aspect of the present invention, a decoding apparatus for decoding an LDPC-RS two-dimensional code is to be applied to a decoding algorithm applied to a codeword encoded with a two-dimensional code consisting of an LDPC code and an RS code based on an estimated signal-to-noise ratio for a received signal. And a decoding unit for decoding the codeword using the determined decoding algorithm.
LDPC(Low Density Parity Check) 부호와 RS(Reed Solomon) 부호로 구성된 이차원 부호를 이용함에 따라 네거티브(negative) SNR(Signal to Noise Ratio) 환경에서도 정보를 복호할 수 있고 SNR이 높은 환경에서는 일부분의 패리티만으로도 정보를 성공적으로 복호할 수 있다.By using a two-dimensional code consisting of a Low Density Parity Check (LDPC) code and a Reed Solomon (RS) code, information can be decoded even in a negative signal to noise ratio (SNR) environment, and partly parity in a high SNR environment. Only the information can be successfully decrypted.
SNR에 따라 적응적으로 복잡도와 레이턴시(latency)가 다른 복호 알고리즘을 사용하므로 SNR가 높은 환경에서는 최소한의 복잡도와 레이턴시로 정보를 복호할 수 있다.Since a decoding algorithm that has a different complexity and latency is adaptively used according to the SNR, information can be decoded with a minimum complexity and latency in an environment with high SNR.
도 1은 본 발명에 적용되는 QC-LDPC 부호의 패리티 검사 행렬을 나타내는 도면이다.1 is a diagram illustrating a parity check matrix of a QC-LDPC code applied to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 LDPC-RS 이차원 부호의 구조를 나타내는 도면이다.2 is a diagram showing the structure of an LDPC-RS two-dimensional code according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 LDPC-RS 이차원 부호를 이용하여 정보를 부호화하는 과정을 나타내는 도면이다.3 is a diagram illustrating a process of encoding information using an LDPC-RS two-dimensional code according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 LDPC-RS 이차원 부호의 AWGN 채널에서의 BER 성능을 나타내는 그래프이다.4 is a graph showing the BER performance in the AWGN channel of the LDPC-RS two-dimensional code according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 LDPC-RS 이차원 부호의 페이딩 채널에서의 BER 성능을 나타내는 그래프이다.5 is a graph showing BER performance in the fading channel of the LDPC-RS two-dimensional code according to the present invention.
도 6은 RS 부호화를 위한 정보가 가로로 배치되는 형태의 LDPC-RS 이차원 부호를 나타내는 도면이다.FIG. 6 is a diagram illustrating an LDPC-RS two-dimensional code in which information for RS encoding is arranged horizontally. FIG.
도 7은 RS 부호화를 위한 정보가 세로로 배치되는 형태의 LDPC-RS 이차원 부호를 나타내는 도면이다.7 is a diagram illustrating an LDPC-RS two-dimensional code in which information for RS encoding is arranged vertically.
도 8은 도 6과 도 7의 LDPC-RS 이차원 부호가 이차원 부호 관점에서 동일한 형태임을 나타내는 도면이다.8 is a diagram illustrating that the LDPC-RS two-dimensional code of FIGS. 6 and 7 have the same form in terms of two-dimensional code.
도 9은 본 발명에 따른 LDPC-RS 이차원 부호의 부분 복호를 설명하기 위한 도면이다.9 is a diagram for explaining partial decoding of an LDPC-RS two-dimensional code according to the present invention.
도 10은 본 발명에 적용되는 LDPC-RS 이차원 부호의 복잡도와 레이턴시에 따른 성능을 나타내는 그래프이다.10 is a graph showing the performance of the complexity and latency of the LDPC-RS two-dimensional code applied to the present invention.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 있어서, LDPC-RS 이차원 부호를 이용한 정보 전송 방법을 나타내는 도면이다.11 and 12 are diagrams illustrating an information transmission method using an LDPC-RS two-dimensional code according to an embodiment of the present invention.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 지상파 클라우드 방송 신호를 송신하는 방법을 나타내는 흐름도이다.13 is a flowchart illustrating a method of transmitting a terrestrial cloud broadcast signal according to an embodiment of the present invention.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 있어서, LDPC-RS 이차원 부호의 적응적 복호 방법을 나타내는 흐름도이다.14 is a flowchart illustrating an adaptive decoding method of an LDPC-RS two-dimensional code according to an embodiment of the present invention.
도 15는 본 발명에 적용되는 LDPC-RS 이차원 부호에 대해 RS 복호만을 수행하는 경우를 나타내는 도면이다.15 is a diagram illustrating a case where only RS decoding is performed on an LDPC-RS two-dimensional code applied to the present invention.
도 16은 본 발명의 일실시예에 있어서, LDPC-RS 이차원 부호로 부호화된 부호어를 송신하는 송신 장치를 나타내는 블록도이다.FIG. 16 is a block diagram showing a transmitting device for transmitting a codeword encoded with an LDPC-RS two-dimensional code, according to an embodiment of the present invention.
도 17은 본 발명의 일실시예에 있어서, LDPC-RS 이차원 부호로 부호화된 부호어를 수신하는 수신 장치를 나타내는 블록도이다.FIG. 17 is a block diagram illustrating a receiving apparatus for receiving a codeword encoded with an LDPC-RS two-dimensional code according to an embodiment of the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "~부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Throughout the specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it can further include other components, without excluding other components unless specifically stated otherwise. In addition, the term "~ unit" described in the specification means a unit for processing at least one function or operation, which may be implemented in hardware or software or a combination of hardware and software.
도 1은 본 발명에 적용되는 QC-LDPC 부호의 패리티 검사 행렬을 나타내는 도면이다.1 is a diagram illustrating a parity check matrix of a QC-LDPC code applied to the present invention.
LDPC(Low Density Parity Check) 부호는 AWGN(Additive White Gaussian Noise) 채널에서 샤논의 한계(Shannon limit)에 가장 근접하는 오류 정정 부호로 알려져 있으며, 터보(Turbo) 부호보다 근사적으로(asymptotically) 우수한 성능을 제공하고 병렬 복호(parallelizable decoding)가 가능하다는 장점이 있다. 일반적으로, LDPC 부호는 랜덤(random)하게 생성된 낮은 밀도의 패리티 검사 행렬(PCM: Parity Check Matrix)에 의해 정의된다. 하지만, 랜덤하게 생성된 LDPC 부호는 PCM을 저장하기 위해 많은 메모리(memory)를 필요로 할 뿐만 아니라, 메모리에 액세스(access)하는데도 많은 시간이 소요된다.The Low Density Parity Check (LDPC) code is known as the error correction code closest to Shannon's limit in the Additive White Gaussian Noise (AWGN) channel, and is approximately better than Turbo's. And parallel decoding (parallelizable decoding) is possible. In general, the LDPC code is defined by a randomly generated low density parity check matrix (PCM). However, the randomly generated LDPC code not only requires a lot of memory to store the PCM, but also takes a long time to access the memory.
따라서, 이러한 메모리 문제를 해결하기 위해 QC(Quasi-Cyclic) 구조를 가지는 LDPC 부호인 QC-LDPC 부호가 사용될 수 있다. QC-LDPC 부호는 영행렬(Zero matrix) 또는 순환순열행렬(CPM: Circulant Permutation Matrix)로 구성되며, 다음의 수학식 1과 같은 PCM H 에 의해 정의된다.Therefore, in order to solve such a memory problem, a QC-LDPC code, which is an LDPC code having a QC (Quasi-Cyclic) structure, may be used. The QC-LDPC code is composed of a zero matrix or a circulant permutation matrix (CPM), and is defined by PCM H as shown in Equation 1 below.
수학식 1
Figure PCTKR2014007443-appb-M000001
Equation 1
Figure PCTKR2014007443-appb-M000001
여기서, P 는 크기가 L×L 인 CPM이며 다음의 수학식 2와 같다.Here, P is a CPM whose size is L × L and is represented by Equation 2 below.
수학식 2
Figure PCTKR2014007443-appb-M000002
Equation 2
Figure PCTKR2014007443-appb-M000002
여기서, P i 는 크기가 L×L 인 항등행렬(Identity Matrix) I(=P 0)를 오른쪽으로 i(0≤i<L) 번 이동시킨 CPM이며, P 는 크기가 L×L 인 영행렬(zero matrix)이다. 따라서, QC-LDPC 부호는 P i 를 저장하기 위해 지수(exponent) i 만 저장하면 되기 때문에, PCM을 저장하기 위해 요구되는 메모리가 상당히 줄어든다.Where P i is the CPM shifting the identity matrix I (= P 0 ) to the right i (0≤i <L) times, and P is the zero of size L × L It is a matrix. Thus, since the QC-LDPC code only needs to store exponent i to store P i , the memory required to store PCM is significantly reduced.
따라서, 본 발명에는 도 1에 도시된 것과 같은 PCM에 의해 정의되는 QC-LDPC 부호가 적용될 수 있다. 도 1에서, N 은 부호어(codeword)의 길이, K 는 정보(information)의 길이를 각각 나타낸다. g는 부호율에 따라 변하는 값이다. 행렬 AC 는 크기가 각각 g×K 와 (N-K-g)×(K+g) 이며, 크기가 L×L 인 영행렬과 순환순열행렬로 구성된다. 행렬 Z 는 크기가 g×(N-K-g) 인 영행렬이고, 행렬 D 는 크기가 (N-K-g)×(N-K-g) 인 항등행렬(Identity Matrix)이다. 행렬 B 는 크기가 g×g 인 이중 대각행렬(Dual Diagonal Matrix)이며, 다음의 수학식 3과 같다.Therefore, the QC-LDPC code defined by the PCM as shown in FIG. 1 may be applied to the present invention. In FIG. 1, N denotes the length of a codeword and K denotes the length of information. g is a value that varies with code rate. The matrices A and C are g × K and (NKg) × (K + g), respectively, and are composed of a zero matrix and a cyclic permutation matrix of size L × L. The matrix Z is a zero matrix of size g × (NKg) and the matrix D is an identity matrix of size (NKg) × (NKg). The matrix B is a dual diagonal matrix having a size g × g, and is represented by Equation 3 below.
수학식 3
Figure PCTKR2014007443-appb-M000003
Equation 3
Figure PCTKR2014007443-appb-M000003
여기서, I L×L 는 크기가 L×L 인 항등행렬을 나타낸다. 이중 대각행렬 B 는 수학식 3과 같이, 이중 대각선을 구성하는 요소 행렬은 항등행렬이고 나머지 요소 행렬은 영행렬이다. 이중 대각행렬 B 의 이중 대각선을 구성하는 요소 행렬은 항등행렬 D 의 대각선을 구성하는 요소 행렬과 연속될 수 있다.Where I L × L represents an identity matrix of size L × L. As shown in Equation 3, the double diagonal matrix B is an element matrix constituting the double diagonal is an identity matrix and the remaining element matrix is a zero matrix. The element matrix constituting the double diagonal of the double diagonal matrix B may be continuous with the element matrix constituting the diagonal of the identity matrix D.
도 1에 도시된 QC-LDPC 부호는 샤논 한계에 근접하는 매우 우수한 성능을 보인다. 뿐만 아니라 패리티의 일부분(행렬 D 에 대응되는 부분)이 항등행렬로 구성되어 있기 때문에, 펑처링(puncturing) 또는 트런케이팅(truncating) 기법을 통해 부호율이 낮은 모부호(mother code)로부터 부호율이 높은 부호로 쉽게 변환될 수 있다. 다시 말해, 상기 QC-LDPC 부호는 도 1에 도시된 것과 같은 특수한 구조의 PCM으로 인하여 랩터(Raptor) 부호와 같은 부호율 호환(rate-compatible) 특성이 있다. 하지만, 상기 QC-LDPC 부호는 BER(Bit Error Rate)이 10-8 인 영역에서 오류마루(error floor) 현상이 나타난다. 또한, 페이딩(fading) 채널에서 군집오류(burst error)가 발생하기 때문에, 페이딩 채널에서의 성능을 보장하기 위해 복잡한 비트 및 프리퀀시 인터리버(bit and frequency interleaver)를 사용해야 한다. 따라서, 본 발명에서는 도 2에 도시된 것과 같은 LDPC-RS 이차원 부호를 사용하여 정보를 부호화할 수 있다.The QC-LDPC code shown in FIG. 1 shows very good performance near the Shannon limit. In addition, since a part of parity (part corresponding to matrix D ) is composed of the identity matrix, the code rate from the lower code rate mother code through puncturing or truncating technique is used. It can be easily converted to this high code. In other words, the QC-LDPC code has a rate-compatible characteristic such as a Raptor code due to the special structure of the PCM as shown in FIG. 1. However, the QC-LDPC code has an error floor in a region having a bit error rate (BER) of 10-8. In addition, because burst errors occur in the fading channel, a complex bit and frequency interleaver must be used to ensure performance in the fading channel. Therefore, in the present invention, information can be encoded by using the LDPC-RS two-dimensional code as shown in FIG.
도 2는 본 발명에 따른 LDPC-RS 이차원 부호의 구조를 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 LDPC-RS 이차원 부호를 이용하여 정보를 부호화하는 과정을 나타내는 도면이다.FIG. 2 is a diagram illustrating a structure of an LDPC-RS two-dimensional code according to the present invention, and FIG. 3 is a diagram illustrating a process of encoding information using an LDPC-RS two-dimensional code according to the present invention.
도 2에서, NRS_Info, NRS_Parity 및 NRS 는 각각 RS 부호를 위한 정보(information), 패리티(parity) 및 부호어(codeword)의 길이를 나타내고, NLDPC_Info, NLDPC_Parity 및 NLDPC 는 각각 LDPC 부호를 위한 정보, 패리티 및 부호어의 길이를 나타낸다. 도 2에 도시된 것과 같이 본 발명에 따른 LDPC-RS 이차원 부호의 행(row)은 RS 부호에 대응되고 열(column)은 LDPC 부호에 대응된다. 여기서, LDPC-RS 이차원 부호의 열에 대응되는 LDPC 부호는 도 1에 도시된 QC-LDPC 부호와 동일한 구조, 즉 동일한 PCM으로 구성될 수 있다.In FIG. 2, N RS_Info , N RS_Parity and N RS respectively indicate information, parity, and codeword lengths for an RS code, and N LDPC_Info , N LDPC_Parity and N LDPC are LDPC codes, respectively. Indicates the length of information, parity, and codeword. As shown in FIG. 2, a row of the LDPC-RS two-dimensional code according to the present invention corresponds to an RS code and a column corresponds to an LDPC code. Here, the LDPC code corresponding to the sequence of the LDPC-RS two-dimensional code may have the same structure as that of the QC-LDPC code illustrated in FIG. 1, that is, the same PCM.
따라서, 본 발명에 따른 지상파 클라우드 방송을 위한 송신 장치는 전송할 정보들을 도 3에 도시된 것과 같이 1차적으로 RS 부호를 이용하여 행 단위(row by row)로 부호화(coding)하고, 2차적으로 LDPC 부호를 이용하여 열 단위(column by column)로 부호화한 후 출력할 수 있다. LDPC-RS 이차원 부호에 의해 부호화된 정보(부호어)를 수신한 수신 장치는 1차적으로 LDPC 부호어를 복호(decoding)하고, 2차적으로 RS 부호어를 복호할 수 있다.Accordingly, the transmitting apparatus for terrestrial cloud broadcasting according to the present invention encodes information to be transmitted in row by row using an RS code, as shown in FIG. 3, and secondarily, LDPC. The code can be encoded in columns by column and then output. The receiving device that receives the information (codeword) encoded by the LDPC-RS two-dimensional code can first decode the LDPC codeword and secondly decode the RS codeword.
도 4는 본 발명에 따른 LDPC-RS 이차원 부호의 AWGN 채널에서의 BER 성능을 나타내는 그래프이고, 도 5는 본 발명에 따른 LDPC-RS 이차원 부호의 페이딩 채널에서의 BER 성능을 나타내는 그래프이다.4 is a graph showing BER performance in the AWGN channel of the LDPC-RS two-dimensional code according to the present invention, Figure 5 is a graph showing the BER performance in the fading channel of the LDPC-RS two-dimensional code according to the present invention.
도 4에는 일 예로, 길이가 16200 또는 64800 비트(bit)이고 부호율이 1/4인 LDPC 부호의 AWGN 채널에서의 BER 성능과, 길이가 160 바이트(byte)이고 7 바이트까지의 오류를 정정할 수 있는 축약된(shortened) RS 부호와 상기 LDPC 부호로 구성된 LDPC-RS 이차원 부호의 AWGN 채널에서의 BER 성능이 각각 도시되어 있다. 변조 방식으로는 QPSK(Quadratic Phase Shift Keying)이 사용되었으며, LDPC 부호어의 복호에는 50번의 반복 복호를 수행하는 LLR(Log-likelihood Ratio) 기반의 합곱(sum-product) 알고리즘이 사용되었다. RS 부호어의 복호에는 일반적으로 많이 사용되는 경판정(hard-decision) 벌리캠프-메시(Berlekamp-Massey) 알고리즘이 사용되었다.In FIG. 4, for example, BER performance in an AWGN channel of LDPC code having a length of 16200 or 64800 bits and a code rate of 1/4, and an error of up to 160 bytes in length and up to 7 bytes are corrected. The BER performance in the AWGN channel of the shortened RS code and the LDPC-RS two-dimensional code consisting of the LDPC code is shown, respectively. As a modulation method, QPSK (Quadratic Phase Shift Keying) is used, and a LLR (Log-likelihood Ratio) based sum-product algorithm that performs 50 iterative decoding is used to decode the LDPC codeword. The hard coded hard-decision Berlekamp-Massey algorithm is commonly used to decode RS codewords.
도 4를 참조하면, AWGN 채널에서 LDPC-RS 이차원 부호의 RS 출력(LDPC 부호어를 복호한 후 RS 부호어를 복호한 출력)은 기존 LDPC 부호의 출력보다 우수한 성능을 나타낼 뿐만 아니라 LDPC 부호에서 발생하는 오류마루 현상을 제거함을 알 수 있다. 또한, LDPC-RS 이차원 부호의 BER 성능은 LDPC 부호 보다 가파른(sharp-slope) 기울기를 나타냄을 알 수 있다.Referring to FIG. 4, the RS output of the LDPC-RS two-dimensional code (the output after decoding the LDPC codeword after decoding the LDPC code) in the AWGN channel not only shows better performance than the output of the existing LDPC code but also occurs in the LDPC code. It can be seen that it removes the error floor phenomenon. In addition, it can be seen that the BER performance of the LDPC-RS two-dimensional code exhibits a sharp-slope slope than the LDPC code.
한편, 본 발명에 따른 LDPC-RS 이차원 부호어는 다음의 표 1과 같이 열 단위(column by column)로 출력되거나, 행 단위(row by row)로 출력될 수 있다.Meanwhile, the LDPC-RS two-dimensional codeword according to the present invention may be output in a column by column or in a row by row, as shown in Table 1 below.
표 1
2차원 부호의 출력 효과
Case Ⅰ(column by column)LDPC 부호어 순서로 출력 No interleaving
Case Ⅱ(row by row)RS 부호어 순서로 출력 Time & frequency interleaving
Table 1
Output of two-dimensional code effect
Case I (column by column) output in LDPC codeword order No interleaving
Case II (row by row) RS codeword output Time & frequency interleaving
표 1을 참조하면, Case I 즉, 열 단위의 출력(LDPC 부호어 순서로 출력)은 어떠한 인터리빙(interleaving) 효과도 가지지 못하지만, Case Ⅱ 즉, 행 단위의 출력(RS 부호어 순서로 출력)은 블록 인터리버(block interleaver)에 의한 시간 및 주파수 인터리빙(time & frequency interleaving) 효과를 가진다. 이에 따라 AWGN 채널에서는 Case I과 Case II 간에 성능 차이가 없지만, 페이딩(fading) 채널에서는 도 5와 같이 매우 큰 성능 차이를 나타낸다.Referring to Table 1, Case I, that is, output in column units (output in LDPC codeword order) does not have any interleaving effect, while Case II, that is, output in units of rows (output in RS codeword order) It has a time & frequency interleaving effect by a block interleaver. Accordingly, there is no performance difference between Case I and Case II in the AWGN channel, but shows a very large performance difference as shown in FIG. 5 in the fading channel.
도 5에서, LDPC output은 LDPC 부호어만을 복호했을 때의 성능을 나타내며, RS output은 LDPC 부호어와 RS 부호어를 모두 복호했을 때의 성능을 나타낸다. 도 5에 사용된 LDPC 및 RS 부호는 도 4와 동일하고, LDPC 부호의 길이는 64800 비트로, RS 부호의 오류정정 능력은 7 바이트로 각각 고정되었다. 또한, 페이딩을 위해 시속 120km/h의 TU(Typical Urban)-6 채널이 고려되었다.In FIG. 5, the LDPC output shows the performance when only the LDPC codeword is decoded, and the RS output shows the performance when both the LDPC codeword and the RS codeword are decoded. The LDPC and RS codes used in FIG. 5 are the same as in FIG. 4, and the length of the LDPC code is 64800 bits, and the error correction capability of the RS code is fixed to 7 bytes, respectively. In addition, a TU (Typical Urban) -6 channel at 120 km / h was considered for fading.
도 5에 나타난 것과 같이, 페이딩 채널에서는 Case Ⅱ가 Case I 보다 매우 우수한 성능을 보인다. 그 이유는 Case I(column by column 출력)의 경우 페이딩 채널에서 대량으로 발생하는 군집오류를 적절히 분산시킬 수 없는 반면, Case II (row by row 출력)의 경우 군집오류를 시간 및 주파수 인터리빙 효과를 가지는 블록 인터리버를 통해 적절히 분산시킬 수 있기 때문이다. 따라서, 페이딩 패널에서 발생하는 군집오류를 효과적으로 분산시키기 위하여 본 발명에 따른 LDPC-RS 이차원 부호어는 행 단위로 출력될 수 있다.As shown in FIG. 5, Case II has a much better performance than Case I in the fading channel. The reason for this is that Case I (column by column output) cannot properly distribute a large number of cluster errors in the fading channel, whereas Case II (row by row output) has a time and frequency interleaving effect. This is because it can be properly distributed through the block interleaver. Therefore, in order to effectively distribute the clustering error occurring in the fading panel, the LDPC-RS two-dimensional codeword according to the present invention may be output in units of rows.
도 6은 RS 부호화를 위한 정보가 가로로 배치되는 형태의 LDPC-RS 이차원 부호를 나타내는 도면이고, 도 7은 RS 부호화를 위한 정보가 세로로 배치되는 형태의 LDPC-RS 이차원 부호를 나타내는 도면이며, 도 8은 도 6과 도 7의 LDPC-RS 이차원 부호가 이차원 부호 관점에서 동일한 형태임을 나타내는 도면이다. 이하, 일 예로 LDPC 부호의 부호율은 1/4, 길이는 64800 비트이고, RS 부호의 길이는 160 바이트(1280 비트)인 경우에 대해 설명한다.FIG. 6 is a diagram illustrating an LDPC-RS two-dimensional code in which information for RS encoding is arranged horizontally, and FIG. 7 is a diagram illustrating an LDPC-RS two-dimensional code in a form where information for RS encoding is arranged vertically. 8 is a diagram illustrating that the LDPC-RS two-dimensional code of FIGS. 6 and 7 have the same form in terms of two-dimensional code. Hereinafter, a case where the code rate of the LDPC code is 1/4, the length is 64800 bits, and the length of the RS code is 160 bytes (1280 bits) will be described.
RS 부호는 정보를 바이트(byte) 단위로 부호화한다. 따라서, LDPC-RS 이차원 부호는 도 6 및 7에 도시된 것과 같이, RS 부호화를 위한 입력 바이트(8비트)를 가로(row)로 배치하는 형태 및 RS 부호화를 위한 입력 바이트를 세로(column)로 배치하는 형태가 가능하다. 도 8을 참조하면, 본 발명에 적용되는 LDPC-RS 이차원 부호는 두 경우 모두 8100개의 RS 부호어와 160개의 LDPC 부호어로 구성되며, 이차원 부호 관점에서 정확히 동일한 형태임을 알 수 있다.The RS code encodes information in units of bytes. Accordingly, the LDPC-RS two-dimensional code has a form in which the input bytes (8 bits) for RS coding are arranged in rows as shown in FIGS. 6 and 7, and the input bytes for RS coding are arranged in columns. Arrangement is possible. Referring to FIG. 8, the LDPC-RS two-dimensional code applied to the present invention is composed of 8100 RS codewords and 160 LDPC codewords in both cases, and it can be seen that the LDPC-RS two-dimensional code is exactly the same in terms of two-dimensional code.
도 9는 본 발명에 따른 LDPC-RS 이차원 부호의 부분 복호를 설명하기 위한 도면이다.9 is a diagram for explaining partial decoding of an LDPC-RS two-dimensional code according to the present invention.
상술한 LDPC-RS 이차원 부호에 사용되는 LDPC 부호는 랩터(Raptor) 부호와 같은 부호율 호환(rate-compatible) 특성을 가지므로, 펑처링(puncturing) 또는 트런케이팅(truncating)을 통해 부호율을 가변시킬 수 있다. 다시 말해, LDPC 부호는 LDPC 부호어를 구성하는 정보와 일부분의 패리티 만으로 성공적으로 복호될 수 있다. 따라서, 수신 신호대 잡음비(SNR: Signal to Noise Ratio)가 상대적으로 좋은 지역에서는 전체(whole) LDPC 부호어를 사용한 복호 즉, 완전 복호(full decoding) 대신, LDPC 부호어의 일부(정보 부분과 패리티의 일부분)만을 사용한 복호 즉, 부분 복호(partial decoding)가 가능하기 때문에, 복잡도와 레이턴시(latency)를 크게 줄일 수 있다. 여기서, 복잡도는 복호 시 요구되는 연산량을 의미하며, 레이턴시는 복호기가 복호를 시작하기 위해 기다려야 하는 시간을 의미한다. 이하, 도 9를 참조하여 본 발명에 따른 LDPC-RS 이차원 부호의 부분 복호에 대해 보다 상세히 설명한다.The LDPC code used for the above-described LDPC-RS two-dimensional code has a rate-compatible characteristic similar to that of the Raptor code, and thus the code rate is determined through puncturing or truncating. Can be variable. In other words, the LDPC code can be successfully decoded only by the information constituting the LDPC codeword and a part of parity. Therefore, in a region where the received signal-to-noise ratio (SNR) is relatively good, instead of decoding using a whole LDPC codeword, that is, full decoding, a portion of the LDPC codeword (information portion and parity) may be used. Since only partial decoding can be performed, that is, partial decoding, complexity and latency can be greatly reduced. Here, the complexity refers to the amount of computation required during decoding, and the latency refers to the time that the decoder must wait to begin decoding. Hereinafter, partial decoding of the LDPC-RS two-dimensional code according to the present invention will be described in more detail with reference to FIG. 9.
LDPC-RS 이차원 부호어를 구성하는 LDPC 부호어는 도 9에 도시된 것과 같이 복수개의 블록으로 분할될 수 있다. LDPC-RS 이차원 부호에 사용되는 LDPC 부호는 상술한 바와 같이 QC 구조를 가지며 크기가 L 인 CPM으로 구성되어 있기 때문에, 상기 블록들의 크기는 L 의 배수로 결정될 수 있다. 일 예로, 도 9에는 64800 비트의 길이를 가지는 LDPC 부호어를 30 비트(CPM의 크기)의 길이로 구성된 2160개의 블록으로 분할한 경우가 도시되어 있다. 분할된 LDPC 부호어의 블록들은 도 9에 도시된 것과 같이 가로방향으로 순차적으로 전송될 수 있다. 즉, 시간 및 주파수 인터리빙 효과를 획득하기 위해 행 단위(row by row)로 출력될 수 있다.The LDPC codeword constituting the LDPC-RS two-dimensional codeword may be divided into a plurality of blocks as shown in FIG. 9. Since the LDPC code used for the LDPC-RS two-dimensional code has a QC structure and is composed of a CPM having a size L as described above, the size of the blocks may be determined as a multiple of L. For example, FIG. 9 illustrates a case where an LDPC codeword having a length of 64800 bits is divided into 2160 blocks having a length of 30 bits (the size of a CPM). Blocks of the divided LDPC codeword may be sequentially transmitted in the horizontal direction as shown in FIG. 9. That is, it may be output in a row by row in order to obtain the time and frequency interleaving effect.
이와 같이 세로방향의 LDPC 부호어를 복수개의 블록으로 분할한 후 가로방향으로 전송하면 LDPC-RS 이차원 부호의 블록 인터리버로 인한 시간 및 주파수 인터리빙 효과뿐만 아니라, LDPC 부호의 부호율 호환(rate-compatible) 특성으로 인해 복잡도와 레이턴시가 낮은 빠른 복호(fast decoding)가 가능하다.In this way, when the vertical LDPC codeword is divided into a plurality of blocks and then transmitted in the horizontal direction, not only the time and frequency interleaving effects due to the block interleaver of the LDPC-RS two-dimensional code but also the rate-compatible code of the LDPC code are available. This feature allows for fast decoding with low complexity and low latency.
예를 들어, 수신 장치가 LDPC 부호어를 구성하는 전체 2160개의 블록들(540개의 정보블록 + 1620개의 패리티블록) 중에서 780개의 블록들(540개의 정보블록 + 240개의 패리티블록), 1080개의 블록들(540개의 정보블록과 540개의 패리티블록), 1300개의 블록들(540개의 정보블록과 760개의 패리티블록) 및 1620개의 블록들(540개의 정보블록과 1080개의 패리티블록)을 각각 수신하였다고 가정하면, 수신된 LDPC 부호어의 부호율 및 길이는 각각 2/3 부호율의 23400 비트(16200 비트의 정보 + 7200 비트의 패리티), 1/2 부호율의 32400 비트(16200 비트의 정보 + 16200 비트의 패리티), 2/5 부호율의 39000 비트(16200 비트의 정보 + 22800 비트의 패리티), 1/3 부호율의 48600 비트(16200 비트의 정보 + 32400 비트의 패리티)이다. 즉, LDPC 부호어를 구성하는 전체 2160개의 블록들 중에서 일부분만을 수신하여 부분 복호하면, 기존 1/4 부호율 및 64800 비트 길이의 LDPC 부호를 완전 복호(full decoding)하는 것보다 복잡도와 레이턴시를 크게 줄일 수 있다.For example, 780 blocks (540 information blocks + 240 parity blocks) and 1080 blocks among a total of 2160 blocks (540 information blocks + 1620 parity blocks) constituting the LDPC codeword. (540 information blocks and 540 parity blocks), 1300 blocks (540 information blocks and 760 parity blocks) and 1620 blocks (540 information blocks and 1080 parity blocks), respectively. The code rate and length of the received LDPC codeword are 23400 bits (16200 bits of information + 7200 bits of parity) and 2400 code rates of 32400 bits (16200 bits of information + 16200 bits of parity), respectively. ), 39000 bits (16200 bits of information + 22800 bits of parity) at 2/5 code rates, and 48600 bits (16200 bits of information + 32400 bits of parity) at 1/3 code rates. That is, when only a part of the 2160 blocks constituting the LDPC code is received and partially decoded, complexity and latency are greater than full decoding of the existing 1/4 code rate and 64800 bit long LDPC code. Can be reduced.
아래의 표 2는 부호율 1/4의 LDPC 모부호(mother code)와, 펑처링(puncturing) 또는 트런케이팅(truncating)된 LDPC 부호들의 부호율, 길이, PCM에서 '1'의 개수, 복잡도 감소량(PCM의 1의 개수에 비례) 및 레이턴시 감소량을 각각 나타낸다.Table 2 below shows the LDPC mother code of code rate 1/4, the code rate, length, number of '1's in PCM, and complexity for puncturing or truncating LDPC codes. The amount of reduction (proportional to the number of 1s of PCM) and the amount of latency reduction are respectively shown.
표 2
부호율 길이(N) PCM에서 1의 개수 복잡도 감소량 레이턴시 감소량
1/4 64800 277,170 - -
1/3 48600 199,260 28% 25.0%
2/5 39000 160,260 42% 37.5%
1/2 32400 121,190 56% 50.0%
2/3 23400 82,590 70% 62.5%
TABLE 2
Code rate Length (N) Number of 1 in PCM Complexity reduction Latency reduction
1/4 64800 277,170 - -
1/3 48600 199,260 28% 25.0%
2/5 39000 160,260 42% 37.5%
1/2 32400 121,190 56% 50.0%
2/3 23400 82,590 70% 62.5%
도 10은 본 발명에 적용되는 LDPC-RS 이차원 부호의 복잡도와 레이턴시에 따른 성능을 나타내는 그래프이다. 도 10에는 일 예로, AWGN 채널에서 길이가 64800 비트이고 부호율이 1/4인 LDPC 부호어의 수신 길이에 따른 BER 성능이 SNR에 대비하여 도시되어 있다.10 is a graph showing the performance of the complexity and latency of the LDPC-RS two-dimensional code applied to the present invention. As an example, BER performance according to the reception length of an LDPC codeword having a length of 64800 bits and a code rate of 1/4 in an AWGN channel is shown in comparison with SNR.
도 10에 도시된 것과 같이, 수신 장치가 LDPC 부호어를 구성하는 전체 2160개의 블록들(540개의 정보블록 + 1620개의 패리티블록) 중에서 780개의 블록(540개의 정보블록 + 240개의 패리티블록)들을 수신하였다고 가정하면, 이는 길이가 23400 비트이고 부호율이 2/3인 LDPC 부호에 해당하며, SNR이 4.5 dB 근처일 때 BER = 10-6 의 성능을 나타낸다.As shown in FIG. 10, the receiving apparatus receives 780 blocks (540 information blocks + 240 parity blocks) from a total of 2160 blocks (540 information blocks + 1620 parity blocks) constituting the LDPC codeword. Suppose it is, this corresponds to the LDPC code of 23400 bits in length and 2/3 code rate, and shows the performance of BER = 10 -6 when the SNR is around 4.5 dB.
다음으로, 수신 장치가 LDPC 부호어를 구성하는 전체 2160개의 블록들 중에서 1080개의 블록들(540개의 정보블록과 540개의 패리티블록)을 수신하였다고 가정하면, 이는 길이가 32400 비트이고 부호율이 1/2인 LDPC 부호에 해당하며, SNR이 2 dB 근처일 때 BER = 10-6 의 성능을 나타낸다.Next, assuming that the receiving device receives 1080 blocks (540 information blocks and 540 parity blocks) out of the total 2160 blocks constituting the LDPC codeword, it is 32400 bits long and has a code rate of 1 /. Corresponds to the LDPC code of 2, and exhibits a performance of BER = 10 -6 when the SNR is near 2 dB.
마찬가지로, 수신 장치가 LDPC 부호어를 구성하는 전체 2160개의 블록들 중에서 1300개의 블록들(540개의 정보블록과 760개의 패리티블록)을 수신하였다고 가정하면, 이는 길이가 39000 비트이고 부호율이 2/5인 LDPC 부호에 해당하며, SNR이 0 dB 근처일 때 BER = 10-6 의 성능을 나타낸다.Similarly, assuming that the receiving device has received 1300 blocks (540 information blocks and 760 parity blocks) out of the total 2160 blocks constituting the LDPC codeword, it is 39000 bits long and has a code rate of 2/5. Corresponds to the LDPC code, and shows the performance of BER = 10 -6 when the SNR is near 0 dB.
그리고, 수신 장치가 LDPC 부호어를 구성하는 전체 2160개의 블록들 중에서 1620개의 블록들(540개의 정보블록과 10800개의 패리티블록)을 수신하였다고 가정하면, 이는 길이가 48600 비트이고 부호율이 1/3인 LDPC 부호에 해당하며, SNR이 -1.5 dB 근처일 때 BER = 10-6 의 성능을 나타낸다.In addition, assuming that the receiving apparatus receives 1620 blocks (540 information blocks and 10800 parity blocks) from a total of 2160 blocks constituting the LDPC codeword, this is 48600 bits in length and 1/3 in code rate. Corresponds to the LDPC code, and shows the performance of BER = 10 -6 when the SNR is around -1.5 dB.
마지막으로, 수신 장치가 LDPC 부호어를 구성하는 2160개의 블록들 전체를 수신하였다고 가정하면, 이는 길이가 64800 비트이고 부호율이 1/4인 모(mother) LDPC 부호에 해당하고 SNR이 -3 dB 근처에서 BER = 10-6 의 성능을 나타낸다.Finally, assuming that the receiving device has received all 2160 blocks that make up the LDPC codeword, this corresponds to a mother LDPC code of 64800 bits in length and 1/4 code rate and an SNR of -3 dB. It shows the performance of BER = 10 -6 in the vicinity.
이와 같이 본 발명에 적용되는 LDPC-RS 이차원 부호의 LDPC 부호는 수신된 길이에 따라 서로 다른 성능을 보이며, 수신된 부호어의 길이가 길수록 우수한 성능을 나타낸다. 다시 말해, 수신 복잡도와 레이턴시가 높을수록 우수한 성능을 나타낸다.As described above, the LDPC code of the LDPC-RS two-dimensional code applied to the present invention has different performances according to the received length, and the longer the length of the received codeword, the better the performance. In other words, the higher the reception complexity and latency, the better the performance.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 있어서, LDPC-RS 이차원 부호를 이용한 정보 전송 방법을 나타내는 도면이다.11 and 12 are diagrams illustrating an information transmission method using an LDPC-RS two-dimensional code according to an embodiment of the present invention.
먼저 도 11에는 LDPC 부호어를 구성하는 기본 블록(elementary block) 중 160개의 1번 블록들을 순차적으로 전송하고, 다음으로 160개의 2번 블록들을 전송하는 과정을 반복하여 마지막 160개의 2160번 블록들까지 순차적으로 전송하는 방법이 도시되어 있다. 이에 반해, 도 12에는 160개의 1번 블록들의 첫 번째 비트들, 즉 160개의 비트들을 전송하고, 다음으로 1번 블록들의 2번째 160 비트들이 전송하고, 이 과정을 반복한 후, 마지막으로 2160번 블록들의 30번째 160 비트들을 전송하는 방법이 도시되어 있다. 도 12와 같은 비트 단위 전송 방법은 도 11과 같은 블록 단위 전송 방법에 비해 추가적인 비트 인터리빙(bit interleaving) 효과가 있다. 하지만, 이 경우 수신기는 LDPC 부호어의 기본 블록인 하나의 블록(30 bits)을 수신하기 위해 4800 비트들을 기다려야 하기 때문에 LDPC 부호의 복호 시 좀 더 긴 딜레이가 발생된다.First, in FIG. 11, 160 first blocks are sequentially transmitted among elementary blocks constituting the LDPC codeword, and then 160 second blocks are repeatedly transmitted to the last 160 blocks. A method of transmitting sequentially is shown. On the contrary, in FIG. 12, the first bits of 160 blocks 1, that is, 160 bits are transmitted, and the second 160 bits of blocks 1 are transmitted next, and the process is repeated. A method of transmitting the thirtieth 160 bits of the blocks is shown. The bitwise transmission method as shown in FIG. 12 has an additional bit interleaving effect as compared to the blockwise transmission method as shown in FIG. However, in this case, since the receiver has to wait 4800 bits to receive one block (30 bits) which is a basic block of the LDPC codeword, a longer delay occurs when the LDPC code is decoded.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 지상파 클라우드 방송 신호를 송신하는 방법을 나타내는 흐름도이다.13 is a flowchart illustrating a method of transmitting a terrestrial cloud broadcast signal according to an embodiment of the present invention.
도 13을 참조하면, 본 발명에 따른 지상파 클라우드 방송 신호 송신 장치는 전송할 정보(입력 데이터)를 LDPC 부호와 RS 부호로 구성된 이차원 부호로 부호화할 수 있다(1310). 상기 송신 장치는 일 예로, 상기 전송할 정보를 1차적으로 상기 RS 부호를 이용하여 행 단위로 부호화하고 2차적으로 상기 LDPC 부호를 이용하여 열 단위로 부호화할 수 있다. 상기 이차원 부호는 행이 상기 RS 부호에 대응되고 열이 상기 LDPC 부호에 대응되는 부호일 수 있다. 그리고, 상기 LDPC 부호는 QC 구조의 LDPC 부호일 수 있다.Referring to FIG. 13, the terrestrial cloud broadcast signal transmission apparatus according to the present invention may encode information (input data) to be transmitted into a two-dimensional code consisting of an LDPC code and an RS code (1310). For example, the transmitting apparatus may first encode the information to be transmitted in the row unit using the RS code and secondly encode the information in the column unit using the LDPC code. The two-dimensional code may be a code in which a row corresponds to the RS code and a column corresponds to the LDPC code. The LDPC code may be an LDPC code of a QC structure.
이후, 페이딩 패널에서 발생하는 군집오류를 효과적으로 분산시키기 위하여 상기 부호화된 정보(LDPC-RS 부호어)를 행 단위로 출력할 수 있다(1320). 이 때, 송신 장치는 상기 이차원 부호로 부호화된 정보를 상기 LDPC 부호를 구성하는 순환순열행렬의 크기에 기초하여 복수개의 블록으로 분할하고, 상기 복수개의 블록으로 분할된 정보를 블록 단위로 출력하거나 비트 단위로 출력할 수 있다. 비트 단위로 출력되는 경우 보다 빠른 복호가 가능하며, 블록 단위로 출력되는 경우 추가적인 비트 인터리빙의 효과가 있다.Thereafter, in order to effectively distribute the clustering error occurring in the fading panel, the coded information (LDPC-RS codeword) may be output in units of rows (1320). At this time, the transmitting apparatus divides the information encoded by the two-dimensional code into a plurality of blocks based on the size of the cyclic sequence matrix constituting the LDPC code, and outputs the information divided into the plurality of blocks in units of blocks or bits. Can be output in units. Faster decoding is possible when output in units of bits, and additional bit interleaving is achieved when output in units of blocks.
본 발명에 따른 LDPC-RS 이차원 부호로 부호화된 정보는 수신 신호에 대한 신호대 잡음비가 제1 임계치 이상인 경우, LDPC 부호어를 구성하는 정보와 일부분의 패러티를 사용하는 부분 복호에 의해 성공적으로 복원될 수 있다. 이 경우, RS 복호는 수행되지 않는다. 또한, 본 발명에 따른 LDPC-RS 이차원 부호로 부호화된 정보는 수신 신호에 대한 신호대 잡음비가 제2 임계치 이상인 경우 LDPC 복호 없이 RS 복호만으로도 오류 없이 복원될 수 있다.The information encoded by the LDPC-RS two-dimensional code according to the present invention can be successfully recovered by partial decoding using information constituting the LDPC codeword and a part of parity when the signal-to-noise ratio of the received signal is greater than or equal to the first threshold. have. In this case, RS decoding is not performed. In addition, the information encoded by the LDPC-RS two-dimensional code according to the present invention can be recovered without error by only RS decoding without LDPC decoding when the signal-to-noise ratio of the received signal is greater than or equal to the second threshold.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 있어서 LDPC-RS 이차원 부호의 적응적 복호 방법을 나타내는 흐름도이고, 도 15는 본 발명에 적용되는 LDPC-RS 이차원 부호에 대해 RS 복호만을 수행하는 경우를 나타내는 도면이다.14 is a flowchart illustrating an adaptive decoding method of an LDPC-RS two-dimensional code according to an embodiment of the present invention, and FIG. 15 is a diagram illustrating a case where only RS decoding is performed on an LDPC-RS two-dimensional code applied to the present invention. to be.
본 발명에 따른 LDPC-RS 이차원 부호를 수신하는 수신 장치는 LDPC-RS 이차원 부호어를 적응적 복호하기 위하여 먼저 송신기와 수신기 간에 미리 약속된 신호를 이용하여 수신 신호에 대한 신호대 잡음비를 추정한다(1410). 여기서, 미리 약속된 신호는 프리앰블(preamble) 신호, 파일럿(pilot) 신호, 트레이닝(training) 신호 등일 수 있다.The reception apparatus for receiving an LDPC-RS two-dimensional code according to the present invention first estimates a signal-to-noise ratio for the received signal using a signal previously promised between the transmitter and the receiver in order to adaptively decode the LDPC-RS two-dimensional codeword (1410). ). Here, the predetermined signal may be a preamble signal, a pilot signal, a training signal, or the like.
이후, 수신 장치는 추정한 신호대 잡음비를 기초로 LDPC 부호와 RS 부호로 구성된 LDPC-RS 이차원 부호로 부호화된 LDPC-RS 이차원 부호어에 적용할 복호 알고리즘을 결정한다(1420). 여기서, 상기 LDPC-RS 이차원 부호어는 1차적으로 RS 부호에 의해 행 단위로 부호화되고 2차적으로 LDPC 부호에 의해 열 단위로 부호화된 부호어일 수 있다.Thereafter, the receiving apparatus determines a decoding algorithm to be applied to the LDPC-RS two-dimensional codeword encoded by the LDPC-RS two-dimensional code composed of the LDPC code and the RS code based on the estimated signal-to-noise ratio (1420). Here, the LDPC-RS two-dimensional codeword may be a codeword primarily encoded in a row unit by an RS code and secondly encoded in a column unit by an LDPC code.
구체적으로, 수신 장치는 LDPC 복호 알고리즘과 RS 복호 알고리즘 중 적어도 하나를 상기 LDPC-RS 이차원 부호어에 적용할 복호 알고리즘으로 결정할 수 있다. 이 때, 수신 장치는 상기 부호어에 대해 LDPC 복호 알고리즘을 적용하기로 결정한 경우, LDPC-RS 이차원 부호어 전체를 이용하는 LDPC 복호 알고리즘(완전복호)과 LDPC-RS 이차원 부호어의 일부분(정보 부분과 LDPC 패러티의 일부분)을 이용하는 LDPC 복호 알고리즘(부분복호) 중 어느 하나를 상기 LDPC-RS 이차원 부호어에 적용할 LDPC 복호 알고리즘으로 결정하고, 결정된 복호 알고리즘을 이용하여 LDPC-RS 이차원 부호어를 복호한다(1430).In detail, the receiving apparatus may determine at least one of an LDPC decoding algorithm and an RS decoding algorithm as a decoding algorithm to be applied to the LDPC-RS two-dimensional codeword. In this case, when the receiver determines to apply the LDPC decoding algorithm to the codeword, the LDPC decoding algorithm (complete decoding) using the entire LDPC-RS two-dimensional codeword and a part of the LDPC-RS two-dimensional codeword (information portion and An LDPC decoding algorithm (partial decoding) using a portion of the LDPC parity (partial decoding) is determined as an LDPC decoding algorithm to be applied to the LDPC-RS two-dimensional codeword, and the LDPC-RS two-dimensional codeword is decoded using the determined decoding algorithm. (1430).
예를 들어, 수신 장치는 SNR 값에 따라 다음의 표 3과 같은 LDPC-RS 복호 방법을 적용할 수 있다.For example, the receiving device may apply the LDPC-RS decoding method shown in Table 3 according to the SNR value.
표 3
SNR 값 1차 LDPC 복호 2차 RS 복호
수신 SNR < 임계치 + 0.5 dB 완전복호(2160 개의 블록을 이용하여 복호) RS 복호
임계치 + 0.5 dB ≤ 수신 SNR < 임계치 + 2.5 dB 완전복호(2160 개의 블록을 이용하여 복호) 생략
임계치 + 2.5 dB ≤ 수신 SNR < 임계치 + 4.0 dB 부분복호(1620 개의 블록을 이용하여 복호) 생략
임계치 + 4.0 dB ≤ 수신 SNR < 임계치 + 5.5 dB 부분복호(1300 개의 블록을 이용하여 복호) 생략
임계치 + 5.5 dB ≤ 수신 SNR < 임계치 + 8.5 dB 부분복호(1080 개의 블록을 이용하여 복호) 생략
임계치 + 8.5 dB ≤ 수신 SNR < 임계치 + 23.5 dB 부분복호(780 개의 블록을 이용하여 복호) 생략
임계치 + 23.5 dB ≤ 수신 SNR 생략 RS 복호
TABLE 3
SNR value Primary LDPC Decoding 2nd RS Decoding
Receive SNR <Threshold + 0.5 dB Complete Decode (Decode using 2160 blocks) RS decoding
Threshold + 0.5 dB ≤ received SNR <threshold + 2.5 dB Complete Decode (Decode using 2160 blocks) skip
Threshold + 2.5 dB ≤ received SNR <threshold + 4.0 dB Partial decoding (decoded using 1620 blocks) skip
Threshold + 4.0 dB ≤ received SNR <threshold + 5.5 dB Partial Decoding (Decoded using 1300 blocks) skip
Threshold + 5.5 dB ≤ received SNR <threshold + 8.5 dB Partial decoding (decoding using 1080 blocks) skip
Threshold + 8.5 dB ≤ received SNR <threshold + 23.5 dB Partial Decoding (Decoded Using 780 Blocks) skip
Threshold + 23.5 dB ≤ receive SNR skip RS decoding
여기서, 임계치(threshold)는 LDPC-RS 이차원 부호의 성능 한계를 의미하며, AWGN 채널에서는 도 4에 나타난 것처럼 -3.4 dB이다. 이는 수신 SNR이 최소 -3.4 dB 이상이 되어야 오류 없이 정보를 수신할 수 있음을 의미한다.Here, the threshold means the performance limit of the LDPC-RS two-dimensional code, and is -3.4 dB in the AWGN channel as shown in FIG. This means that the received SNR must be at least -3.4 dB to receive information without error.
표 3에 나타난 임계치는 LDPC 부호의 길이 및 부호율, RS 부호의 길이 및 오류정정능력 등에 따라 다르게 나타날 수 있다. 뿐만 아니라, 수신된 SNR을 나누는 구간, 즉 수신된 SNR에 따라 몇 개의 LDPC 블록을 이용할지는 정의하기에 따라 다양하게 나타날 수 있다.The threshold shown in Table 3 may vary depending on the length and code rate of the LDPC code, the length and error correction capability of the RS code. In addition, the number of LDPC blocks to be used according to the interval for dividing the received SNR, that is, the received SNR may vary.
본 발명에 따른 LDPC-RS 이차원 부호는 매우 높은 SNR 환경(송신기 근처에서의 수신)에서는 LDPC 복호없이 RS 복호 만을 통해 성공적으로 복원될 수 있다. 일 예로, 수신 장치는 도 15에서 도시된 것처럼 160개의 1번 블록들이 수신되면, 3.75개의 RS 부호어들 중에서 3개의 RS 부호어를 복호할 수 있다. 따라서, 수신 장치는 SNR이 매우 높은 환경(예를 들어, 송신기 근방 지역)에서는 LDPC 복호없이 RS 복호만을 수행함으로써 최소한의 복잡도와 레이턴시로 정보들을 복원할 수 있다.The LDPC-RS two-dimensional code according to the present invention can be successfully recovered through RS decoding only without LDPC decoding in a very high SNR environment (reception near the transmitter). For example, when 160 blocks 1 are received as shown in FIG. 15, the receiving device may decode 3 RS codewords from 3.75 RS codewords. Therefore, the receiving apparatus can recover information with minimal complexity and latency by performing RS decoding without LDPC decoding in an environment where SNR is very high (for example, a region near the transmitter).
도 16은 본 발명의 일실시예에 있어서, LDPC-RS 이차원 부호로 부호화된 부호어를 송신하는 송신 장치를 나타내는 블록도이다.FIG. 16 is a block diagram showing a transmitting device for transmitting a codeword encoded with an LDPC-RS two-dimensional code, according to an embodiment of the present invention.
도 16을 참조하면, 본 발명에 따른 지상파 클라우드 방송 신호를 송신하는 송신 장치(1600)는 부호화부(1610) 및 출력부(1620)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 16, the transmitter 1600 for transmitting the terrestrial cloud broadcast signal according to the present invention may include an encoder 1610 and an output unit 1620.
부호화부(1610)는 전송할 정보를 LDPC 부호와 RS 부호로 구성된 이차원 부호로 부호화한다. 상기 이차원 부호는 행이 상기 RS 부호에 대응되고 열이 상기 LDPC 부호에 대응되는 부호일 수 있으며, 상기 LDPC 부호는 QC-LDPC 부호일 수 있다. 일 예로, 부호화부(1610)는 전송할 정보를 1차적으로 상기 RS 부호를 이용하여 행 단위로 부호화하고 2차적으로 상기 LDPC 부호를 이용하여 열 단위로 부호화할 수 있다. 그리고, 부호화된 정보를 LDPC 부호를 구성하는 순환순열행렬의 크기에 기초하여 복수개의 블록으로 분할할 수 있다.The encoder 1610 encodes the information to be transmitted into a two-dimensional code including an LDPC code and an RS code. The two-dimensional code may be a code in which a row corresponds to the RS code and a column corresponds to the LDPC code, and the LDPC code may be a QC-LDPC code. As an example, the encoder 1610 may first encode information to be transmitted in a row unit using the RS code and secondly encode the information to be transmitted in a column unit using the LDPC code. The coded information may be divided into a plurality of blocks based on the size of the cyclic sequence matrix constituting the LDPC code.
출력부(1620)는 부호화부(1610)에서 부호화된 정보를 행 단위로 출력한다. 출력부(1620)는 복수개의 블록으로 분할된 정보를 블록 단위로 출력하거나 비트 단위로 출력할 수 있다.The output unit 1620 outputs the information encoded by the encoder 1610 in units of rows. The output unit 1620 may output information divided into a plurality of blocks in block units or in bit units.
송신 장치(1600)에 의해 LDPC-RS 이차원 부호로 부호화된 정보는 수신 신호에 대한 신호대 잡음비가 제1 임계치 이상인 경우 LDPC 부호어를 구성하는 정보와 일부분의 패러티를 사용하는 부분 복호에 의해 성공적으로 복원될 수 있으며, 수신 신호에 대한 신호대 잡음비가 제2 임계치 이상인 경우에는 LDPC 복호 없이 RS 복호만으로 성공적으로 복원될 수 있다. 또한, 수신 신호에 대한 신호대 잡음비가 낮은 지역(방송구역의 가장자리)에서는 완전 복호를 통해 성공적으로 복호될 수 있다.The information encoded by the LDPC-RS two-dimensional code by the transmitting device 1600 is successfully restored by partial decoding using information constituting the LDPC codeword and a part of parity when the signal-to-noise ratio of the received signal is greater than or equal to the first threshold. If the signal-to-noise ratio for the received signal is greater than or equal to the second threshold, the signal may be successfully recovered by only RS decoding without LDPC decoding. In addition, in an area where the signal-to-noise ratio for the received signal is low (the edge of the broadcast zone), it can be successfully decoded through full decoding.
도 17은 본 발명의 일실시예에 있어서, LDPC-RS 이차원 부호로 부호화된 부호어를 수신하는 수신 장치를 나타내는 블록도이다.FIG. 17 is a block diagram illustrating a receiving apparatus for receiving a codeword encoded with an LDPC-RS two-dimensional code according to an embodiment of the present invention.
도 17을 참조하면, 본 발명에 따른 LDPC-RS 이차원 부호를 수신하는 수신 장치(1700)는 수신부(1710), 추정부(1720), 결정부(1730) 및 복호부(1740)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 17, a receiver 1700 for receiving an LDPC-RS two-dimensional code according to the present invention may include a receiver 1710, an estimator 1720, a determiner 1730, and a decoder 1740. have.
수신부(1710)는 송신기로부터 LDPC-RS 이차원 부호어, 송신기와 수신기 간에 미리 약속된 신호 등을 수신한다.The receiver 1710 receives an LDPC-RS two-dimensional codeword, a signal previously promised between the transmitter and the receiver, etc. from the transmitter.
추정부(1720)는 수신 신호에 대한 신호대 잡음비를 추정한다. 일 예로, 추정부(1720)는 프리앰블(preamble) 신호, 파일럿(pilot) 신호, 트레이닝(training) 신호 중 어느 하나를 기초로 수신 신호에 대한 신호대 잡음비를 추정할 수 있다.The estimator 1720 estimates a signal-to-noise ratio for the received signal. As an example, the estimator 1720 may estimate a signal-to-noise ratio for the received signal based on any one of a preamble signal, a pilot signal, and a training signal.
결정부(1730)는 추정부(1720)에서 추정된 신호대 잡음비를 기초로 LDPC 부호와 RS 부호(LDPC-RS 이차원 부호)로 구성된 이차원 부호로 부호화된 부호어에 적용할 복호 알고리즘을 결정한다. 여기서, 상기 LDPC-RS 이차원 부호는 행(row)이 RS 부호에 대응되고 열(column)이 LDPC 부호에 대응되는 부호일 수 있다. 또는, 상기 LDPC-RS 이차원 부호는 행이 LDPC 부호에 대응되고 열이 RS 부호에 대응되는 부호일 수도 있다. 이때, 상기 LDPC 부호는 QC(Quasi-Cyclic) 구조의 LDPC 부호일 수 있으며, 패리티(parity)의 일부분이 항등행렬로 구성될 수 있다. 상기 LDPC-RS 이차원 부호로 부호화된 부호어는 1차적으로 상기 RS 부호에 의해 행 단위로 부호화되고 2차적으로 상기 LDPC 부호에 의해 열 단위로 부호화된 부호어일 수 있다.The determiner 1730 determines a decoding algorithm to be applied to a codeword encoded by a two-dimensional code consisting of an LDPC code and an RS code (LDPC-RS two-dimensional code) based on the signal-to-noise ratio estimated by the estimator 1720. Here, the LDPC-RS two-dimensional code may be a code in which a row corresponds to an RS code and a column corresponds to an LDPC code. Alternatively, the LDPC-RS two-dimensional code may be a code in which a row corresponds to an LDPC code and a column corresponds to an RS code. In this case, the LDPC code may be an LDPC code of a QC (Quasi-Cyclic) structure, and a part of parity may be configured as an identity matrix. The codeword encoded with the LDPC-RS two-dimensional code may be a codeword primarily encoded by the RS code in a row unit and secondly encoded by the LDPC code in a column unit.
일 예로, 결정부(1730)는 표 3과 같이 추정부(1720)에서 추정된 신호대 잡음비를 기초로 LDPC 복호 알고리즘과 RS 복호 알고리즘 중 적어도 하나를 LDPC-RS 이차원 부호어에 적용할 복호 알고리즘으로 결정할 수 있다. 결정부(1730)는 LDPC-RS 이차원 부호어에 대해 LDPC 복호 알고리즘을 적용하기로 결정한 경우, 상기 부호어 전체를 이용하는 LDPC 복호 알고리즘(완전복호)과 상기 부호어의 일부분을 이용하는 LDPC 복호 알고리즘(부분복호) 중 어느 하나를 상기 부호어에 적용할 LDPC 복호 알고리즘으로 결정할 수 있다.For example, the determiner 1730 determines at least one of an LDPC decoding algorithm and an RS decoding algorithm as a decoding algorithm to be applied to the LDPC-RS two-dimensional codeword based on the signal-to-noise ratio estimated by the estimator 1720 as shown in Table 3 below. Can be. When the decision unit 1730 decides to apply the LDPC decoding algorithm to the LDPC-RS two-dimensional codeword, the LDPC decoding algorithm using the entire codeword (complete decoding) and the LDPC decoding algorithm using the portion of the codeword (partial) Decoding) can be determined by the LDPC decoding algorithm to be applied to the codeword.
복호부(1740)는 결정부(1730)에서 결정된 복호 알고리즘을 이용하여 LDPC-RS 이차원 부호어를 복호한다. 이를 위하여 복호부(1740)는 LDPC 복호기(1742) 및 RS 복호기(1744)를 포함할 수 있다.The decoder 1740 decodes the LDPC-RS two-dimensional codeword using the decoding algorithm determined by the determiner 1730. To this end, the decoder 1740 may include an LDPC decoder 1742 and an RS decoder 1744.
한편, 도 17에는 결정부(1730)가 수신 장치(1700)에 포함되는 경우에 대해 설명하였지만, 필요에 따라 상기 결정부(1730)는 복호부(1740)에 포함될 수도 있다. 이 경우, 복호부(1740)는 신호대 잡음비에 대한 정보와 LDPC-RS 이차원 부호어가 입력되는 경우 자체적으로 신호대 잡음비에 따라 적응적으로 상기 LDPC-RS 이차원 부호어를 복호할 수 있다. 이 경우, 복호부(1740)는 독립된 복호 장치로 구현될 수 있으며, 상기 복호 장치는 수신 신호에 대해 추정된 신호대 잡음비를 기초로 LDPC 부호와 RS 부호로 구성된 이차원 부호로 부호화된 부호어에 적용할 복호 알고리즘을 결정하는 결정부와 상기 결정된 복호 알고리즘을 이용하여 상기 부호어를 복호하는 복호부를 포함할 수 있다.In FIG. 17, the case where the determination unit 1730 is included in the reception device 1700 has been described. However, the determination unit 1730 may be included in the decoding unit 1740 as necessary. In this case, the decoder 1740 may adaptively decode the LDPC-RS two-dimensional codeword according to the signal-to-noise ratio when the information on the signal-to-noise ratio and the LDPC-RS two-dimensional codeword are input. In this case, the decoder 1740 may be implemented as an independent decoding device, and the decoding device may be applied to a codeword encoded with a two-dimensional code consisting of an LDPC code and an RS code based on an estimated signal-to-noise ratio for the received signal. It may include a determining unit for determining a decoding algorithm and a decoding unit for decoding the code word using the determined decoding algorithm.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains may make various modifications and changes without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

Claims (20)

  1. 지상파 클라우드 방송 신호를 송신하는 방법에 있어서,In the method for transmitting a terrestrial cloud broadcast signal,
    전송할 정보를 LDPC(Low Density Parity Check) 부호와 RS(Reed Solomon) 부호로 구성된 이차원 부호로 부호화하는 단계; 및Encoding information to be transmitted into a two-dimensional code including a Low Density Parity Check (LDPC) code and a Reed Solomon (RS) code; And
    상기 이차원 부호로 부호화된 정보를 행 단위로 출력하는 단계Outputting the information encoded by the two-dimensional code in units of rows
    를 포함하는 송신 방법.Transmission method comprising a.
  2. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 이차원 부호는,The two-dimensional code is,
    행(row)이 상기 RS 부호에 대응되고 열(column)이 상기 LDPC 부호에 대응되는 부호인 것을 특징으로 하는 송신 방법.And a row corresponds to the RS code and a column corresponds to the LDPC code.
  3. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 LDPC 부호는,The LDPC code is,
    QC(Quasi-Cyclic) 구조의 LDPC 부호인 것을 특징으로 하는 송신 방법.A transmission method characterized by an LDPC code of a QC (Quasi-Cyclic) structure.
  4. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 LDPC 부호는,The LDPC code is,
    크기가 g×K인 A 행렬, 크기가 g×g인 B 행렬, 크기가 (N-K-g)×(K+g)인 C 행렬, 크기가 (N-K-g)×(N-K-g)인 D 행렬 및 크기가 g×(N-K-g)인 Z 행렬로 구성되고,A matrix of size g × K, B matrix of size g × g, C matrix of size (NKg) × (K + g), D matrix of size (NKg) × (NKg), and g × of size Consisting of a Z matrix of (NKg),
    상기 N 은 부호어의 길이, 상기 K 는 정보의 길이, 상기 g 는 부호율에 따라 변하는 값을 각각 나타내는 것을 특징으로 하는 송신 방법.And N denotes a length of a codeword, K denotes a length of information, and g denotes a value which varies according to a code rate.
  5. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 부호화하는 단계는,The step of encoding,
    상기 전송할 정보를 1차적으로 상기 RS 부호를 이용하여 행 단위로 부호화하고 2차적으로 상기 LDPC 부호를 이용하여 열 단위로 부호화하는 단계인 것을 특징으로 하는 송신 방법.And firstly encoding the information to be transmitted on a row-by-row basis using the RS code and secondly on a column-by-column basis using the LDPC code.
  6. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 부호화하는 단계 이후에,After the encoding step,
    상기 이차원 부호로 부호화된 정보를 상기 LDPC 부호를 구성하는 순환순열행렬의 크기에 기초하여 복수개의 블록으로 분할하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 송신 방법.And dividing the information encoded by the two-dimensional code into a plurality of blocks based on the size of a cyclic sequence matrix constituting the LDPC code.
  7. 제6항에 있어서,The method of claim 6,
    상기 출력하는 단계는,The outputting step,
    상기 복수개의 블록으로 분할된 정보를 블록 단위로 출력하는 단계인 것을 특징으로 하는 송신 방법.And transmitting the information divided into the plurality of blocks in block units.
  8. 제6항에 있어서,The method of claim 6,
    상기 출력하는 단계는,The outputting step,
    상기 복수개의 블록으로 분할된 정보를 비트 단위로 출력하는 단계인 것을 특징으로 하는 송신 방법.And transmitting the information divided into the plurality of blocks in bit units.
  9. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 이차원 부호로 부호화된 정보는,The information encoded by the two-dimensional code,
    수신 신호에 대한 신호대 잡음비가 제1 임계치 이상인 경우, LDPC 부호어를 구성하는 정보와 일부분의 패러티를 사용하는 부분 복호에 의해 복원되는 것을 특징으로 하는 송신 방법.And if the signal-to-noise ratio for the received signal is equal to or greater than the first threshold, the transmission method is recovered by partial decoding using information constituting the LDPC codeword and a part of parity.
  10. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 이차원 부호로 부호화된 정보는,The information encoded by the two-dimensional code,
    수신 신호에 대한 신호대 잡음비가 제2 임계치 이상인 경우 LDPC 복호 없이 RS 복호만으로 복원되는 것을 특징으로 하는 송신 방법.And if the signal-to-noise ratio for the received signal is greater than or equal to the second threshold, the system recovers only RS decoding without LDPC decoding.
  11. LDPC(Low Density Parity Check) 부호와 RS(Reed Solomon) 부호로 구성된 이차원 부호로 부호화된 부호어를 복호하는 방법에 있어서,In the method of decoding a codeword encoded by a two-dimensional code consisting of a low density parity check (LDPC) code and a Reed Solomon (RS) code,
    수신 신호에 대한 신호대 잡음비를 추정하는 단계;Estimating a signal-to-noise ratio for the received signal;
    상기 추정한 신호대 잡음비를 기초로 상기 부호어에 적용할 복호 알고리즘을 결정하는 단계; 및Determining a decoding algorithm to be applied to the codeword based on the estimated signal to noise ratio; And
    상기 결정된 복호 알고리즘을 이용하여 상기 부호어를 복호하는 단계Decoding the codeword using the determined decoding algorithm
    를 포함하는 복호 방법.Decoding method comprising a.
  12. 제11항에 있어서,The method of claim 11,
    상기 이차원 부호는,The two-dimensional code is,
    행(row)이 상기 RS 부호에 대응되고 열(column)이 상기 LDPC 부호에 대응되는 부호이거나, 행이 LDPC 부호에 대응되고 열이 RS 부호에 대응되는 부호인 것을 특징으로 하는 복호 방법.And the row corresponds to the RS code and the column corresponds to the LDPC code, or the row corresponds to the LDPC code and the column corresponds to the RS code.
  13. 제11항에 있어서,The method of claim 11,
    상기 LDPC 부호는,The LDPC code is,
    패리티(parity)의 일부분이 항등행렬로 구성되는 QC(Quasi-Cyclic) 구조의 LDPC 부호인 것을 특징으로 하는 복호 방법.And a part of parity is an LDPC code of a QC (Quasi-Cyclic) structure composed of an identity matrix.
  14. 제11항에 있어서,The method of claim 11,
    상기 부호어는,The codeword,
    1차적으로 상기 RS 부호에 의해 행 단위로 부호화되고 2차적으로 상기 LDPC 부호에 의해 열 단위로 부호화된 부호어인 것을 특징으로 하는 복호 방법.And a codeword encoded first in row units by the RS code and secondly encoded in column units by the LDPC code.
  15. 제11항에 있어서,The method of claim 11,
    상기 추정하는 단계는,The estimating step,
    프리앰블(preamble) 신호, 파일럿(pilot) 신호, 트레이닝(training) 신호 중 어느 하나를 이용하여 상기 신호대 잡음비를 추정하는 단계인 것을 특징으로 하는 복호 방법.Estimating the signal-to-noise ratio using any one of a preamble signal, a pilot signal, and a training signal.
  16. 제11항에 있어서,The method of claim 11,
    상기 결정하는 단계는,The determining step,
    LDPC 복호 알고리즘과 RS 복호 알고리즘 중 적어도 하나를 상기 부호어에 적용할 복호 알고리즘으로 결정하는 단계인 것을 특징으로 하는 복호 방법.And determining at least one of an LDPC decoding algorithm and an RS decoding algorithm as a decoding algorithm to be applied to the codeword.
  17. 제16항에 있어서,The method of claim 16,
    상기 결정하는 단계는,The determining step,
    상기 부호어에 대해 상기 LDPC 복호 알고리즘을 적용하기로 결정한 경우, 상기 부호어 전체를 이용하는 LDPC 복호 알고리즘과 상기 부호어의 일부분을 이용하는 LDPC 복호 알고리즘 중 어느 하나를 상기 부호어에 적용할 LDPC 복호 알고리즘으로 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복호 방법.When the LDPC decoding algorithm is determined to be applied to the codeword, any one of an LDPC decoding algorithm using the entire codeword and an LDPC decoding algorithm using a portion of the codeword is applied to the codeword. Decoding method further comprising the step of determining.
  18. 수신 신호에 대해 추정된 신호대 잡음비를 기초로 LDPC(Low Density Parity Check) 부호와 RS(Reed Solomon) 부호로 구성된 이차원 부호로 부호화된 부호어에 적용할 복호 알고리즘을 결정하는 결정부; 및A decision unit for determining a decoding algorithm to be applied to a codeword encoded by a two-dimensional code consisting of a Low Density Parity Check (LDPC) code and a Reed Solomon (RS) code based on the estimated signal-to-noise ratio for the received signal; And
    상기 결정된 복호 알고리즘을 이용하여 상기 부호어를 복호하는 복호부Decoding unit for decoding the codeword using the determined decoding algorithm
    를 포함하는 복호 장치.Decoding device comprising a.
  19. 제18항에 있어서,The method of claim 18,
    상기 부호어는,The codeword,
    1차적으로 상기 RS 부호에 의해 행 단위로 부호화되고 2차적으로 상기 LDPC 부호에 의해 열 단위로 부호화된 부호어인 것을 특징으로 하는 복호 장치.And a codeword encoded primarily by row by the RS code and secondly encoded by column by the LDPC code.
  20. 제18항에 있어서,The method of claim 18,
    상기 결정부는,The determining unit,
    LDPC 복호 알고리즘과 RS 복호 알고리즘 중 적어도 하나를 상기 부호어에 적용할 복호 알고리즘으로 결정하고, 상기 부호어에 대해 상기 LDPC 복호 알고리즘을 적용하기로 결정한 경우 상기 부호어 전체를 이용하는 LDPC 복호 알고리즘과 상기 부호어의 일부분을 이용하는 LDPC 복호 알고리즘 중 어느 하나를 상기 부호어에 적용할 LDPC 복호 알고리즘으로 결정하는 것을 특징으로 하는 복호 장치.Determine at least one of an LDPC decoding algorithm and an RS decoding algorithm as a decoding algorithm to be applied to the codeword, and if it is determined to apply the LDPC decoding algorithm to the codeword, the LDPC decoding algorithm and the code using the entire codeword. And an LDPC decoding algorithm for applying the codeword to any one of the LDPC decoding algorithms using a part of the word.
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