JP2010035249A - デジタル放送送信機 - Google Patents

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Abstract

【課題】 本発明は、残留側波帯（ＶＳＢ）データストリームに既知シーケンスを挿入して送信することで、受信システムの受信性能を向上させることができるデジタル放送送信機に関する。
【解決手段】 デジタル放送受信機にデータを送信するデジタル放送送信機であって、
データの所定位置に既知データを挿入する第１多重化部と、
前記多重化部で生成されたデータを、２／３の比率で８レベルのシンボルにトレリスエンコードするトレリスエンコーダ部と、
前記トレリスエンコーダ部でエンコードされたデータを残留側波帯方式により変調する変調部とを含み、
前記既知データは、送信側と受信側とで既知の予め決められたシーケンスである。
【選択図】 図３

Description

本発明は、デジタル放送送信機に関し、より詳細には残留側波帯（ＶＳＢ）データストリームに既知シーケンスを挿入して送信することで、受信システムの受信性能を向上させることができるデジタル放送送信機に関する。
米国向け地上波デジタル放送システムであるＡＴＳＣ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ）ＶＳＢ方式は、単一搬送波方式であり、３１２セグメント単位でフィールド同期信号が使われている。
図１は一般的な米国向け地上波デジタル放送システムであって、ＡＴＳＣ ＤＴＶ規格に基づいた送受信機を示すブロック図である。
図１のデジタル放送送信機は、ＭＰＥＧ−２（Ｍｏｖｉｎｇ Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ）伝送ストリーム（ＴＳ）をランダム化させるランダム化部１１０、伝送過程でチャネルの特性によって発生するビット誤りを訂正するために伝送ストリームにリードソロモンパリティバイトを追加するリードソロモン（以下、‘ＲＳ’という）エンコーダ部１２０、ＲＳエンコーダされたデータを所定のパターンに応じてインターリーブを行うインターリーブ部１３０、及びインターリーブされたデータに対して２／３の比率でトレリスエンコーダを行い８レベルのシンボルにマッピングを行うトレリスエンコーダ部１４０を含み、ＭＰＥＧ−２伝送ストリームに対して誤り訂正符号化を行う。
また、デジタル放送送信機は、誤り訂正符号化されたデータに対してセグメント同期信号及びフィールド同期信号を挿入する多重化部（ＭＵＸ）１５０、及びセグメント同期信号とフィールド同期信号が挿入されたデータシンボルに、所定のＤＣの値を付加してパイロットトーンを挿入し、パルス成形してＶＳＢの変調を行い、ＲＦチャネル帯域の信号に変換（アップコンバーティング）して伝送する変調／ＲＦアップコンバータ１６０を含む。
従って、デジタル放送送信機はＭＰＥＧ−２伝送ストリームをデータランダム化し、ランダム化されたデータを外符号化器（アウターコーダ）であるＲＳエンコーダ部１２０を通じて外符号化し、符号化されたデータはインターリーブ部１３０を通じてデータを分散させる。また、インターリーブされたデータを１２シンボルの単位でトレリスエンコーダ部１４０を通じて内符号化し、内符号化されたデータを８レベルシンボルにマッピングした後、フィールド同期信号とセグメント同期信号を挿入し、パイロットトーンを挿入してＶＳＢ変調を行い、ＲＦ信号に変換して伝送する。
一方、図１のデジタル放送受信機は、チャネルを通じて受信されたＲＦ信号を基底信号に変換するチューナー（チューナー／ＩＦ）２１０、変換された基底信号に対して同期検出及び復調を行う復調部２２０、復調された信号に対してマルチパスによって発生されたチャネル歪を補う等化部２３０、等化された信号に対して誤り訂正しシンボルデータに復号するトレリスデコーダ部２４０、デジタル放送送信機のインターリーブ部１３０によって分散されたデータを再整列するデインターリーブ部２５０、誤り訂正するＲＳデコーダ部２６０、ＲＳデコーダ部２６０を通じて訂正されたデータを逆ランダム化し、ＭＰＥＧ−２伝送ストリームを出力する逆ランダム化部２７０を含む。
従って、図１のデジタル放送受信機はデジタル放送送信機の逆過程を行い、ＲＦ信号を基底帯域に変換（ダウンコンバーティング）し、変換された信号を復調及び等化した後、チャネルデコーダを行って元信号を復元する。
図２は米国向けデジタル放送（８−ＶＳＢ）システムのセグメント同期信号及びフィールド同期信号が挿入されたＶＳＢデータフレームを示す。
同図に示すように、１つのフレームは２つのフィールドで構成され、１つのフィールドは第１のセグメントである１つのフィールド同期信号セグメントと３１２個のデータセグメントで構成される。また、ＶＳＢデータフレームにおいて１つのセグメントはＭＰＥＧ−２パケット一つに対応され、１つのセグメントは４シンボルのセグメント同期信号と８２８個のデータシンボルで構成される。
同図において、同期信号であるセグメント同期信号とフィールド同期信号は、デジタル放送受信機側で同期及び等化のために使われる。つまり、フィールド同期信号及びセグメント同期信号はデジタル放送送信機及び受信機の間で既に知られたデータであって、受信機側で等化を行う時に基準信号として使われる。
図１に示すような米国向け地上波デジタル放送システムのＶＳＢ方式は単一搬送波方式であって、これはトップラーを有するマルチパスフェーディングチャネル環境に弱い短所を持っている。従って、受信機の性能はマルチパスを除去するための等化器の性能によって大きく左右される。
しかし、図２に示すような既存の伝送フレームによると、等化器の基準信号となるフィールド同期信号は３１３セグメント毎に一回ずつ現れるため、一つのフレームの信号に比べ非常に頻度が低く、等化性能が低下する短所がある。
韓国公開特許第２００２−００５４４５５号公報 韓国公開特許第２００２−００６２０７６号公報
特に、既存の等化器を使って、前記のように少量の既知データを利用してチャネルを推定し、マルチパスを除去して受信信号を等化することは容易ではない。従って、従来のデジタル放送受信機は劣悪なチャネル環境、特にドップラーフェーディングチャネル環境下で受信性能が低下する問題点がある。
本発明は従来の装置と関連した問題点及びその以外の問題点を解決するために開発されたものである。
本発明は、デジタル放送受信機にデータを送信するデジタル放送送信機であって、データの所定位置に既知データを挿入する第１多重化部と、第１多重化部で生成されたデータを、２／３の比率で８レベルのシンボルにトレリスエンコードするトレリスエンコーダ部と、トレリスエンコーダ部でエンコードされたデータを残留側波帯方式により変調する変調部とを含み、既知データは、送信側と受信側とで既知の予め決められたシーケンスに基づいて生成されている。
本発明は、既知データを含むデータをインターリーブするインターリーブ部を含み、
前記トレリスエンコーダ部は、前記インターリーブ部によりインターリーブされたデータをトレリスエンコードする。
本発明は、データをランダム化するランダム化部を含み、第１多重化部は、ランダム化部でランダム化されたデータに既知データを挿入する。
また、本発明は、既知データを生成するデータ生成部を含み、既知データは、デジタル放送受信機で送信データの相互干渉を除去するために用いられる。
さらに、本発明は、第１多重化部で生成された前記既知データを含むデータをリードソロモンエンコードするリードソロモンエンコーダ部を含む。
また、本発明は、既知データを含むデータに、セグメント同期信号及びフィールド同期信号、並びに、パイロット信号を挿入する第２多重化部を含む。
本発明の多様な実施形態によると、ＭＰＥＧ−２伝送ストリームにナルバイトを生成して挿入し、挿入されたナルバイトをデジタル放送送信機で既知データに代置して伝送し、デジタル放送受信機では既知データを検出して使うことで、デジタル放送受信機の同期獲得及び等化性能などの受信性能を向上させることができる。
また、本発明の多様な実施形態によると、既知データのシーケンスを受信機の同期及び等化のために適切な量及びパターンで挿入されるように調節することで、等化器の動作性能を改善させ、デジタル放送受信性能を向上させることができる。
一般的な米国向けデジタル放送（ＡＴＳＣ ＶＳＢ）システムの送受信システムを示すブロック図である。 ＡＴＳＣ ＶＳＢデータフレームの構造を示す図面である。 本発明の一実施形態によるデジタル放送送受信システムを示すブロック図である。 本発明によるＭＰＥＧ−２パケットデータのフォーマットを示す図である。 ランダム化されたＭＰＥＧ−２パケットデータのフォーマットを示す図である。 図３のＲＳエンコーダ部から出力されたデータのフォーマットを示す図である。 図３のインターリーブ部から出力されたデータのフォーマットを示す図である。 図３のトレリスエンコーダ部から出力されたデータのフォーマットを示す図である。 図３の既知データ検出部の説明に提供される図である。 本発明の一実施形態によるデジタル放送送信機の動作説明に提供される流れ図である。 本発明の一実施形態によるデジタル放送受信機の動作説明に提供される流れ図である。
本発明の実施形態を添付の図面に基づいて詳説する。
以下の説明では他の図面にて使われた場合であっても同一要素に対して同一の参照番号が使われる。本説明に用いられた具体的な構成及び要素などの定義対象は、単に本発明の概念の理解を助けるためのものである。従って、こうした定義された対象がなくても本発明を具現することができることは明らかである。また、よく知られた機能や構成は、本発明の内容を不明瞭にすることがあるため詳細に説明しない。
図３は本発明の一実施形態によるデジタル放送送受信システムを示すブロック図である。
同図によると、デジタル放送送信機はデータ生成部３０５、ランダム化部３１０、第１多重化部３１５、ＲＳエンコーダ部３２０、インターリーブ部３３０、トレリスエンコーダ部３４０、第２多重化部３５０、及び変調／ＲＦ部３６０を含む。
ランダム化部３１０は割当てられたチャネル空間の活用度を高めるために、入力されたＭＰＥＧ−２伝送ストリームデータをランダム化する。ランダム化部３１０に入力されるデータは所定のバイト長さを有し、通常のデータを含まないナルバイトを所定の位置に挿入して構成されたデータフォーマットを有するが、それについては詳細に後述する。
データ生成部３０５は、送信側と受信側の間で予め約束されたデータ（以下、既知データと称する）を生成する。前記既知データはランダム化されたデータのナルバイトが付加された位置に挿入する所定のパターンを有する特定シーケンスであり、一般的なデータから容易に検出でき、受信側の同期及び等化に利用される。
第１多重化部３１５は、ランダム化部３１０でランダムされたデータのナルバイトを代置してナルバイトが挿入された位置に、データ生成部３０５で生成された既知データを挿入したデータストリームを生成する。
ＲＳエンコーダ部３２０は、チャネルによって発生する誤りを訂正するために、第１多重化部３２０から出力されたデータに対して所定バイトのパリティを付加する。
インターリーブ部３３０は、ＲＳエンコーダ部３２０から出力されたパリティが追加されたデータに対して所定のパターンでデータインターリーブを行う。
トレリスエンコーダ部３４０は、インターリーブ部３３０から出力されたデータをシンボルに変換し、２／３の比率のトレリス符号化を通じて８レベルのシンボルマッピングを行う。
第２多重化部３５０は、トレリスエンコーダ部３４０によってシンボルに変換されたデータに、図２のデータフォーマットのようにセグメント単位でセグメント同期信号を挿入しフィールド単位でフィールド同期信号を挿入し、所定レベルのデータ信号に所定のＤＣの値を付加し周波数スペクトラム上の低周波帯域のエッジ部分にパイロット信号を挿入する。
変調／ＲＦ部３６０は、パイロット信号が挿入された信号をパルス成形し、中間周波数（ＩＦ）搬送波に載せて振幅を変調するなどのＶＳＢ変調を行い、変調された信号をＲＦ変換して増幅し、所定の帯域に割当てられたチャネルを通じて伝送する。
一方、図３のデジタル放送受信機は、チューナー４１０、復調部４２０、等化部４３０、トレリスデコーダ部４４０、デインターリーブ部４５０、ＲＳデコーダ部４６０、逆ランダム化部４７０、及び既知データ検出部４８０を含み、図３のデジタル放送送信機の逆過程を行う。
チューナー４１０は、受信された信号を選局し、選局された帯域の信号を基底帯域の信号に変換する。
復調部４２０は、基底帯域の信号に挿入されたパイロット信号及び同期信号に応じて同期を検出し復調を行う。そして、等化部４３０は、復調された信号からチャネルのマルチパスによるチャネル歪を補って受信されたシンボルの相互干渉を除去する。
トレリスデコーダ部４４０は、誤り訂正を行い、誤り訂正されたシンボルに対して復号を行いシンボルデータを出力する。復号されたデータはデインターリーブ４５０を通じて、デジタル放送送信機のインターリーブ部３３０によって分散されたデータを再整列する。
デインターリーブされたデータはＲＳデコーダ部４６０を通じて誤りが訂正され、ＲＳデコーダ部４６０を通じて訂正されたデータは逆ランダム化部４７０を通じて逆ランダム化され、ＭＰＥＧ−２伝送ストリームのデータが復元される。
一方、既知データ検出部４８０は、復調されたデータから既知データの位置を検出及び出力し、復調部４２０の同期検出及び等化部４３０のチャネル歪の補償に提供する。既知データ検出部４８０については詳細に後述する。
図４は本発明によるＭＰＥＧ−２パケットデータのフォーマットを示す図面である。同図によると、ＭＰＥＧ−２パケットデータのヘッダは同期信号である第１のバイトとＰＩＤ（パケットアイデンティティ）を含む３つのバイトで構成され、続いて所定バイトで構成された変形フィールド部分のうち、最初２つのバイトは変形フィールドの長さ情報を含む制御情報ビットで構成される。
また、本発明の一実施形態によると、２バイトの制御情報ビット以後の変形フィールドのうち、所定個数のバイトをナルバイトで構成し、制御情報ビットにナルバイトの位置についての情報を挿入する。ナルバイトのスタート位置は固定されているため、ナルバイトの位置についての情報はナルバイトの長さについての情報で表現される。一方、ナルバイト以後のバイトは伝送しようとする通常のデータ（ペイロードデータ）で構成される。
図５は既知データが挿入されたＭＰＥＧ−２パケットデータのフォーマットを示す図面である。同図によると、第１多重化部３１５はランダム化部３１０によってランダム化されたデータのうち、ナルバイトの位置にデータ生成部３０５から生成された既知データを挿入し、図４に示すようなフォーマットを有するデータストリームを出力する。
図５には便宜上、既知データが２つのバイトで表示されているが、既知データの長さはそれより長くなることができる。既知データは送信側と受信側の間で既に知られたデータであって、ランダム化の後に挿入することで、ランダム化された通常のデータと区別され容易に検出でき、受信側で同期及び等化に利用する。
図６は図３のＲＳエンコーダ部から出力されたデータのフォーマットを示す図面である。ＲＳエンコーダ部３２０は、チャネルによって発生する誤りを訂正するために、第１多重化部３２０から出力されたデータに対して所定バイトのパリティを付加する。同図によると、ＲＳエンコーダ部３２０から出力されたデータストリームの１８７バイトの後段に２０バイトのＲＳパリティバイトが付加されていることが分かる。
図７は図３のインターリーブ部から出力されたデータのフォーマットを示す図面である。インターリーブ部３３０はデータストリームの順序を攪乱させ、伝送信号が干渉に強くなるように時間軸上でデータを分散させる。
こうしたインターリーブ部３３０のデータ分散方式によると、図６では縦方向の相互異なるセグメントの同一の位置にあるバイトが、５２個の単位で横方向の連続するデータストリームとして出力される。
図６において、既知データの位置情報を含む制御情報ビットで構成された各セグメントの第４及び第５のバイトは、インターリーブが行われた後、図７に示すように横方向の連続するデータストリーム（ここでは、それぞれＭ５６〜Ｍ５（Ｂ３）及びＭ５７〜Ｍ６（Ｂ４）で表示されることが分かる。従って、制御情報ビットが連続的に出力される。
また、既知データである各セグメントの第５バイト及び第６バイトは、インターリーブが行われた後、図７に示すように横方向の連続するデータストリーム、即ち、それぞれＭ５８〜Ｍ７（Ｂ５）及びＭ５９−Ｍ８（Ｂ６）で表示されることが分かる。従って、それぞれのセグメントに挿入された既知データの同一バイトが、５２個の単位で連続するストリームとして出力される。
図８は図３のトレリスエンコーダ部から出力されたデータのフォーマットを示す図面である。トレリスエンコーダ部３４０はインターリーブ部３３０から出力されたデータの一つのバイトを８レベルの４個のシンボルに符号化する。
図８において、同一位置の既知データバイトは５２個のセグメント毎に一つのセグメント内で、所定長さ分連続するシンボルで表示される。また、１フィールドには既知データシーケンスが６個表示される。つまり、伝送ストリームで１０バイトのナルバイトを含むと、フィールドには１０×６＝６０個の既知データシーケンスが表示される。従って、既知データシーケンスは通常のデータストリームから容易に検出することができる。
図９は図３の既知データ検出部の説明に提供される図面である。
図３のデジタル放送受信機の既知データ検出部４８０は、第１相関器４８０−１、第２相関器４８０−２乃至第ｎ相関器４８０−ｎ、及び比較器４８３を含む。
第１相関器４８０−１、第２相関器４８０−２乃至第ｎ相関器４８０−ｎは、受信された信号のデータストリームと所定の基準信号の相関値を算出する。第１相関器４８０−１、第２相関器４８０−２乃至第ｎ相関器４８０−ｎ、それぞれにおいて使う基準信号は既知データを送信側で符号化する過程で発生し得る全ての場合の数を現す。
つまり、送信側のトレリスエンコーダ部３４０は、その自体のメモリーの初期値に応じて、同一既知データに対するトレリスエンコーダによるシンボルが違ってくる。ここで、自体メモリーの初期値として可能な場合の数は、例えば４つの有限の数であり、これにより既知データに対するトレリスエンコーダ実行によるシンボルデータは有限に決定され容易に算出できる。
従って、第１相関器４８０−１、第２相関器４８０−２乃至第ｎ相関器４８０−ｎを使って、可能な全ての場合の数を表示する複数の基準信号と受信信号に対してそれぞれの相関値を算出する。
比較器４８３は、第１相関器４８０−１、第２相関器４８０−２乃至第ｎ相関器４８０−ｎの出力値を比較し、複数の基準信号のうち実際に受信信号に含まれた既知データと一致するいずれか一つとの相関値において、最大値（ピーク）が発生すると最大値が発生した位置から既知データが検出される。
図１０は図３に示されたデジタル放送送信機の動作説明に提供される流れ図である。
まず、ランダム化部３１０は、入力された所定のバイト長さを有するナルバイトを含むＭＰＥＧ−２伝送ストリームをランダム化する（Ｓ５１０）。ランダム化部３１０に入力されたデータは、図４に示すようなデータフォーマットを有し、同期信号である第１バイトと３バイトのＰＩＤで構成されたヘッダ部分、ナルバイトの位置についての情報を含む２バイトの制御情報ビット、及び所定長さのバイトで構成されたナルバイトを含み、その以外のバイトは伝送しようとする通常のデータで構成される。
続いて、第１多重化部３１５は、ランダム化部３１０でランダムされたデータに含まれたナルバイトの位置に、データ生成部３０５から生成された既知データを挿入し、データストリームを生成する（Ｓ５２０）。既知データは送信側と受信側の間で既に知られた所定のパターンを有する特定のシーケンスであって、一般的なデータと区別され容易に検出することができる。
以後、既知データが挿入されたデータに対してチャネルによって発生する誤りを訂正するために、第１多重化部３２０から出力されたデータに対して所定バイトのパリティを付加し、所定のパターンでデータインターリーブを行い、インターリーブされたデータをシンボルに変換し、２／３の比率のトレリス符号化を通じて８レベルのシンボルマッピングを行い、誤り訂正符号化を行う（Ｓ５３０）。
そして、シンボルデータのセグメント単位でセグメント同期信号を挿入し、フィールド単位でフィールド同期信号を挿入し、周波数スペクトラム上でパイロット信号を挿入する（Ｓ５４０）。
続いて、変調／ＲＦ部３６０は、パイロット信号が挿入された信号をパルス成形し、中間周波数搬送波に載せて振幅を変調するなどのＶＳＢ変調を行い、変調された信号をＲＦ変換して増幅し、割当てられたチャネルを通じて伝送する（Ｓ５５０）。
図１１は本発明の一実施形態によるデジタル放送受信機の動作説明に提供される流れ図である。
まず、チューナー４１０は、受信された信号を選局し、選局された帯域の信号を受信して基底帯域の信号に変換する（Ｓ６１０）。
続いて、復調部４２０は、基底帯域の信号に挿入されたパイロット信号及び同期信号に応じて同期を検出し復調を行う（Ｓ６２０）。
そして、等化部４３０は、復調された信号からチャネル歪を補って受信されたシンボルの相互干渉を除去し等化を行う（Ｓ６３０）。
一方、既知データ検出部４８０は等化されたデータから既知データの位置を検出して既知データを出力する（Ｓ６４０）。既知データ検出部４８０の第１相関器４８０−１、第２相関器４８０−２乃至第ｎ相関器４８０−ｎは、複数の基準信号と受信信号に対してそれぞれの相関値を算出し、比較器４８３は、相関値を比較して最大値が発生する位置から既知データを検出し、検出された既知データを等化部４３０のチャネル歪の補償のために提供する。また、検出された既知データは復調部４２０の同期検出のために提供されることができる。
続いて、同期及び等化が行われたデータに対して誤り訂正を行い、誤り訂正されたシンボルに対して復号を行い、デインターリーブを通じてデータを再整列し、ＲＳデコーダを通じて誤りを訂正する（Ｓ６５０）。
そして、誤り訂正されたデータに対して逆ランダム化を行い、ＭＰＥＧ−２伝送ストリームのデータを出力する（Ｓ６６０）。
３０５ データ生成部
３１０ ランダム化部
３１５ 第１多重化部
３２０ ＲＳエンコーダ部
３３０ インターリーブ部
３４０ トレリスエンコーダ部
３５０ 第２多重化部
３６０ 変調／ＲＦ部
４１０ チューナー
４２０ 復調部
４３０ 等化部
４４０ トレリスデコーダ部
４５０ デインターリーブ部
４６０ ＲＳデコーダ部
４７０ 逆ランダム化部
４８０ 既知データ検出部

Claims (6)

  1. デジタル放送受信機にデータを送信するデジタル放送送信機であって、
    データの所定位置に既知データを挿入する第１多重化部と、
    前記多重化部で生成されたデータを、２／３の比率で８レベルのシンボルにトレリスエンコードするトレリスエンコーダ部と、
    前記トレリスエンコーダ部でエンコードされたデータを残留側波帯方式により変調する変調部とを含み、
    前記既知データは、送信側と受信側とで既知の予め決められたシーケンスであるデジタル放送送信機。
  2. 前記既知データを含むデータをインターリーブするインターリーブ部を含み、
    前記トレリスエンコーダ部は、前記インターリーブ部によりインターリーブされたデータをトレリスエンコードする請求項１記載のデジタル放送送信機。
  3. データをランダム化するランダム化部を含み、
    前記第１多重化部は、前記ランダム化部でランダム化されたデータに前記既知データを挿入する請求項１記載のデジタル放送送信機。
  4. 前記既知データを生成するデータ生成部を含み、
    前記既知データは、前記デジタル放送受信機で送信データの相互干渉を除去するために用いられる請求項１記載のデジタル放送送信機。
  5. 前記第１多重化部で生成された前記既知データを含むデータをリードソロモンエンコードするリードソロモンエンコーダ部を含む請求項１記載のデジタル放送送信機。
  6. 前記既知データを含むデータに、セグメント同期信号及びフィールド同期信号、並びに、パイロット信号を挿入する第２多重化部を含む請求項１記載のデジタル放送送信機。
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