KR100633989B1 - Trellis coded modulation encoder using a convolutional encoder - Google Patents
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Abstract
본 발명은 컨볼루션 부호기를 사용한 티씨엠 부호기에 관한 것이다. The present invention relates to a TCM encoder using a convolutional encoder.
본 발명은 5비트의 입력 데이터 중 1비트의 부호화 비트신호를 컨볼루션 부호화하여 2비트의 컨볼루션 신호로 출력하는 컨볼루션 부호기와; 시스템 클럭에 따라 상기 컨볼루션 부호기의 컨볼루션 신호와 입력 데이터 중 2비트의 비부호화 비트신호를 각기 매핑(mapping)하여 8PSK(8 Phase Shift Keying)로 변조하는 제1 및 제2 8PSK 변조기와; 멀티플렉스 클럭에 의해 구동되어, 상기 제1 및 제2 8PSK 변조기의 8PSK 변조출력을 선택적으로 부호화율 5/6인 변조신호로 출력하는 멀티플렉서를 포함하는 장치를 구비하여 구성된다. The present invention relates to a convolutional coder for convolutionally encoding a coded bit signal of one bit out of five bits of input data and outputting a convolutional signal of two bits; First and second 8PSK modulators for mapping a convolutional signal of the convolutional encoder and two unsigned bit signals of input data to 8 phase shift keying (8PSK) according to a system clock; And a multiplexer which is driven by a multiplex clock and selectively outputs 8PSK modulated outputs of the first and second 8PSK modulators as modulated signals having a coding rate of 5/6.
따라서, 본 발명은 무선신호의 전송시 채널 환경에 의해 발생하는 오류를 정정하기 위해 TCM(Trellis Coded Modulation) 방식을 사용하는 이동통신, 위성통신 등 무선 통신 시스템에 있어서, TCM 부호기에서 입력 데이터를 5비트로 입력받아 최하위 비트(LSB, Least Significant Bit)만을 2비트로 컨볼루션 부호화한 후 각기 부호화되지 않은 비트신호와 결합하여 8PSK(8 Phase Shift Keying) 변조한 다음, 시스템 클럭보다 2배의 주파수를 갖는 멀티플렉서에서 상기 8PSK 변조된 신호를 선택적으로 출력함으로써, 시스템 클럭에 따라 5개의 정보 비트가 입력될 때 각 I 및 Q 채널당 2개의 변조신호를 출력하여 부호화율을 높이게 되어, 채널 상태가 좋은 환경 하에서는 간단한 구성 요소의 추가만으로 고속의 데이터 전송을 가능케 하는 효과가 있다.Therefore, in the wireless communication system such as mobile communication, satellite communication, etc., which uses the Trellis Coded Modulation (TCM) method to correct an error caused by a channel environment when transmitting a radio signal, the TCM encoder inputs 5 input data. Convolutionally encodes only the least significant bit (LSB) into two bits after input, and modulates 8PSK (8 Phase Shift Keying) by combining the unsigned bit signals with each other and then doubles the frequency of the system clock. By selectively outputting the 8PSK modulated signal at, by outputting two modulated signals for each I and Q channel when five information bits are input according to a system clock, the coding rate is increased. The addition of an element has the effect of enabling high-speed data transfer.
Description
도1은 종래 부호화율 2/3인 컨볼루션 부호기를 사용한 TCM 부호기의 구성을 보인 블록도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a block diagram showing the configuration of a TCM encoder using a convolutional encoder having a conventional coding rate of 2/3.
도2는 본 발명 컨볼루션 부호기를 사용한 티씨엠 부호기의 구성을 보인 블록도.Figure 2 is a block diagram showing the configuration of a TCM encoder using the present invention convolutional encoder.
도3a 내지 도3d는 본 발명 컨볼루션 부호기를 사용한 티씨엠 부호기에서, 시스템 클럭 및 멀티플렉서 클럭에 따른 각 신호의 흐름을 보인 신호흐름도.Figures 3a to 3d is a signal flow diagram showing the flow of each signal according to the system clock and multiplexer clock in the TCM coder using the convolutional encoder of the present invention.
도4는 본 발명 컨볼루션 부호기를 사용한 티씨엠 부호기에서, 제1 및 제2 8PSK 변조기의 매핑 예를 보인 신호배치도.4 is a signal diagram showing a mapping example of a first and a second 8PSK modulator in a TCM encoder using a convolutional encoder of the present invention.
***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명****** Description of the symbols for the main parts of the drawings ***
20 : 컨볼루션 부호기 21 : 제1 8PSK 변조기20: Convolutional Coder 21: First 8PSK Modulator
22 : 제2 8PSK 변조기 23 : 멀티플렉서22: second 8PSK modulator 23: multiplexer
본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 무선신호의 전송시 채널 환경에 의해 발생하는 오류를 정정하기 위해 TCM(Trellis Coded Modulation) 방식을 사용하는 이동통신, 위성통신 등 무선 통신 시스템에 있어서, TCM 부호기에서 입력 데이터를 5비트로 입력받아 최하위 비트(LSB, Least Significant Bit)만을 2비트로 컨볼루션 부호화한 후 각기 부호화되지 않은 비트신호와 결합하여 8PSK(8 Phase Shift Keying) 변조한 다음, 시스템 클럭보다 2배의 주파수를 갖는 멀티플렉서에서 상기 8PSK 변조된 신호를 선택적으로 출력함으로써, 시스템 클럭에 따라 5개의 정보 비트가 입력될 때 각 I 및 Q 채널당 2개의 변조신호를 출력하여 부호화율을 높이게 되어, 채널 상태가 좋은 환경 하에서는 간단한 구성 요소의 추가만으로 고속의 데이터 전송을 가능케 하는 컨볼루션 부호기를 사용한 티씨엠 부호기에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE
EGPRS(Enhanced General Packet Radio Service) 시스템은 패킷 교환 전송을 이용하여 데이터 전송 능력을 증가시킨 GSM(Global System for Mobile Communications) 기반의 통신 시스템으로, EDGE(Enhanced Data rate for GSM Evolution) 기술을 사용한다. The Enhanced General Packet Radio Service (EGPRS) system is a GSM-based communication system that increases data transmission capability by using packet switched transmission, and uses Enhanced Data Rate for GSM Evolution (EDGE) technology.
즉, 기존의 GSM에서 보통 사용되는 GMSK(Gaussian Minimum Shift Keying) 변 조 방식에 더하여 패킷 데이터 채널들을 위한 8PSK(8 Phase Shift Keying) 변조 방식을 사용하여, 파일 복사, 인터넷 브라우저의 사용과 같은 비-실시간 데이터 전송 서비스 뿐만 아니라, 음성 및 비디오 이미지들의 전송에서의 실시간 패킷-교환 서비스까지 구현 가능케 한다. That is, using 8PSK (8 Phase Shift Keying) modulation method for packet data channels in addition to GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) modulation method commonly used in GSM, non-copying such as file copying and the use of Internet browsers. In addition to real-time data transmission services, it also enables real-time packet-switched services in the transmission of voice and video images.
한편, 이동통신, 위성통신 등의 무선 통신 시스템에서 무선신호의 송수신시 채널에서 발생하는 오류를 정정하기 위한 오류정정부호 방식으로, 무선신호에 부가적인 심볼을 덧붙여서 전송한 후 채널에서 오류가 발생하면 수신측에서 대수학적 성질을 이용하여 채널 오류를 검출하거나 정정하는 FEC(Forward Error Correction) 방식이 주로 사용된다. Meanwhile, in a wireless communication system such as mobile communication or satellite communication, an error correcting code method for correcting an error occurring in a channel when a wireless signal is transmitted and received, and when an error occurs in a channel after adding an additional symbol to the wireless signal, The Forward Error Correction (FEC) scheme, which detects or corrects channel errors using algebraic properties at the receiving end, is mainly used.
상기 FEC 방식에는 블럭 부호(block code)와 컨볼루션 부호(convolution code)로 나눌 수 있는데, 컨볼루션 부호를 이용한 컨볼루션 부호기는 현재의 입력과 과거의 입력간의 상호연관성에 기반해서 부호화하는 방법을 사용하는 부호기로서, 산발성 오류(random error)를 정정하는데 효과적이다.The FEC method can be divided into a block code and a convolution code. A convolution coder using a convolution code uses a method of encoding based on a correlation between a current input and a past input. As an encoder, it is effective to correct a random error.
그리고, 상기 컨볼루션 부호기에 의해 오류정정 부호화된 데이터에는 오류정정을 위한 부가적인 정보가 부가되어, 한정된 대역폭당 전송할 수 있는 데이터의 양은 줄어들게 되는 단점이 있는 바, 이에 부호화와 변조를 따로 하지 않고 하나로 결합함으로써 데이터 전송률을 감소시키거나 대역폭을 증가시키지 않고도 큰 부호 이득(code gain)을 얻을 수 있는 전송 방법으로 TCM(Trellis Coded Modulation) 방식이 사용된다. In addition, additional information for error correction is added to data that is error corrected and encoded by the convolutional encoder, and thus the amount of data that can be transmitted per limited bandwidth is reduced. Therefore, the encoding and modulation are performed separately. By combining, the Trellis Coded Modulation (TCM) scheme is used as a transmission method that can obtain a large code gain without reducing the data rate or increasing the bandwidth.
도1은 종래 부호화율 2/3인 컨볼루션 부호기(Convolutional Encoder)를 사용 한 TCM 부호기(TCM Encoder)의 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시된 바와 같이, 컨볼루션 부호기(10)에서 입력되는 데이터의 부호화 비트신호(E1)를 입력받아 컨볼루션 부호화하여 두개의 출력신호(C1,C2)로 출력하면, 8PSK(8 Phase Shift Keying) 변조기(11)에서 시스템 클럭신호(CLK)에 따라 상기 입력되는 데이터의 비부호화 비트신호(NE) 및 상기 컨볼루션 부호기(10)의 출력신호(C1,C2)를 결합하여 트렐리스(Trellis) 부호화되도록 변조한 I신호 및 Q신호로 출력한다. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a TCM encoder (TCM Encoder) using a convolutional encoder having a conventional coding rate of 2/3. As shown therein, data input from the
이때, 비정상적인 채널 환경에서 부호화율 2/3인 컨볼루션 부호기(10)를 사용하는 무선 통신 시스템은 무선신호의 전송에서 발생하는 데이터 오류율을 줄일 수 있어 유용하지만, 채널 환경이 양호한 경우에는 작은 부호화율로 인해 더 많은 양의 데이터를 전송하지 못하여 채널 자원을 낭비하게 되는 문제점이 있었다. In this case, a wireless communication system using a
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안한 것으로, 무선신호의 전송시 채널 환경에 의해 발생하는 오류를 정정하기 위해 TCM(Trellis Coded Modulation) 방식을 사용하는 이동통신, 위성통신 등 무선 통신 시스템에 있어서, TCM 부호기에서 입력 데이터를 5비트로 입력받아 최하위 비트(LSB, Least Significant Bit)만을 2비트로 컨볼루션 부호화한 후 각기 부호화되지 않은 비트신호와 결합하여 8PSK(8 Phase Shift Keying) 변조한 다음, 시스템 클럭보다 2배의 주파수를 갖는 멀티플렉서에서 상기 8PSK 변조된 신호를 선택적으로 출력함으로써, 시스템 클럭에 따라 5개의 정보 비트가 입력될 때 각 I 및 Q 채널당 2 개의 변조신호를 출력하여 부호화율을 높이는 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
Accordingly, the present invention has been proposed to solve the above-described problems, such as mobile communication, satellite communication, etc. using a Trellis Coded Modulation (TCM) scheme to correct an error caused by a channel environment when transmitting a radio signal. In a wireless communication system, the TCM encoder receives input data as 5 bits and convolutionally encodes only the least significant bit (LSB) into 2 bits, and then combines the unsigned bit signals with 8 phase shift keying (PSK) modulation. Then, by selectively outputting the 8PSK modulated signal in a multiplexer having a frequency twice as large as the system clock, when 5 information bits are input according to the system clock, two modulated signals for each I and Q channel are output and encoded. The purpose is to provide a device for increasing the rate.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 5비트의 입력 데이터 중 1비트의 부호화 비트신호를 컨볼루션 부호화하여 2비트의 컨볼루션 신호로 출력하는 컨볼루션 부호기와; 시스템 클럭에 따라 상기 컨볼루션 부호기의 컨볼루션 신호와 입력 데이터 중 2비트의 비부호화 비트신호를 각기 매핑(mapping)하여 8PSK(8 Phase Shift Keying)로 변조하는 제1 및 제2 8PSK 변조기와; 멀티플렉스 클럭에 의해 구동되어, 상기 제1 및 제2 8PSK 변조기의 8PSK 변조출력을 선택적으로 부호화율 5/6인 변조신호로 출력하는 멀티플렉서를 포함하는 것을 특징으로 한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a convolutional coder for convolutionally encoding a coded bit signal of one bit among five bits of input data and outputting a convolutional signal of two bits; First and second 8PSK modulators for mapping a convolutional signal of the convolutional encoder and two unsigned bit signals of input data to 8 phase shift keying (8PSK) according to a system clock; And a multiplexer which is driven by a multiplex clock and selectively outputs 8PSK modulated outputs of the first and second 8PSK modulators as modulated signals having a code rate of 5/6.
이하, 본 발명에 따른 일실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도2는 본 발명 컨볼루션 부호기를 사용한 티씨엠 부호기의 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시한 바와 같이, 5비트의 입력 데이터 중 1비트의 부호화 비트신호(E1)를 컨볼루션 부호화하여 2비트의 컨볼루션 신호(enout1,enout2)로 출력하는 컨볼루션 부호기(20)와; 시스템 클럭(CLK)에 따라 상기 컨볼루션 부호기(20)의 제2 컨볼루션 신호(enout2)와 입력 데이터 중 2비트의 비부호화 비트신호(NE1,NE2)를 매핑(mapping)하여 8PSK(8 Phase Shift Keying)로 변조하는 제1 8PSK 변조기(21)와; 시스템 클럭(CLK)에 따라 상기 컨볼루션 부호기(20)의 제1 컨볼루션 신호 (enout1)와 입력 데이터 중 2비트의 비부호화 비트신호(NE3,NE4)를 매핑하여 8PSK로 변조하는 제2 8PSK 변조기(22)와; 소정의 주파수를 갖는 멀티플렉서 클럭(CLK1)에 의해 구동되어, 선택신호(MUX_SEL)에 따라 상기 제1 및 제2 8PSK 변조기(21,22)의 8PSK 변조출력(I1,Q1,I2,Q2)을 선택하여 부호화율 5/6인 변조신호(I,Q)로 출력하는 멀티플렉서(23)로 구성한다. FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a TCM encoder using the convolutional encoder of the present invention. As shown in FIG. 2, two bits of the 5-bit input data are convolutionally encoded by convolutional coding of a 1-bit encoded bit signal E1. A
본 발명은 무선신호의 전송시 채널 환경에 의해 발생하는 오류를 정정하기 위해 TCM(Trellis Coded Modulation) 방식을 사용하는 이동통신, 위성통신 등 무선 통신 시스템에 적용할 수 있으며, 본 발명이 적용된 무선통신 시스템은 간단한 구성 요소의 추가만으로 8PSK 변조기법을 사용하는 부호화율 5/6을 갖는 TCM 부호기를 설계하여, 부호화율 2/3을 가졌던 기존의 TCM 부호기에 비해 양호한 채널 환경에서 고속의 데이터 전송을 가능케 된다. The present invention can be applied to a wireless communication system, such as mobile communication, satellite communication using the Trellis Coded Modulation (TCM) method in order to correct an error caused by a channel environment when transmitting a wireless signal, the wireless communication to which the present invention is applied The system design a TCM encoder with a code rate of 5/6 using the 8PSK modulation scheme with the simple addition of simple components, enabling high-speed data transmission in a good channel environment compared to the conventional TCM coders with a code rate of 2/3. do.
즉, 본 발명은 TCM 부호기에서 입력 데이터를 5비트로 입력받아 최하위 비트(LSB, Least Significant Bit)를 부호화되는 비트신호(E1)로, 나머지 비트열을 부호화되지 않은 비트신호(NE1∼NE4)로 나누고, 상기 부호화 비트신호(E1)를 컨볼루션 부호기(20)에서 2비트로 부호화한 후 이를 상기 비부호화 비트신호(NE1∼NE4)와 결합하여 8PSK 변조한 다음, 시스템 클럭(CLK)의 2배속을 갖는 멀티플렉서(23)에서 상기 8PSK 변조된 신호(I1,Q1,I2,Q2)를 선택적으로 출력함으로써, 5개의 정보 비트(E1,NE1∼NE4)가 입력될 때 각 I 및 Q 채널당 2개의 변조신호를 출력하게 된다. That is, according to the present invention, the TCM encoder receives the input data as 5 bits and divides the least significant bit (LSB) into a bit signal E1 that is encoded, and divides the remaining bit strings into uncoded bit signals NE1 to NE4. After encoding the encoded bit signal E1 into two bits in the
한편, 도3a의 신호흐름도와 같이, 컨볼루션 부호기(20)는 시스템 클럭(CLK)에 따라 입력 데이터 중 최하위 비트(LSB)에 해당하는 부호화 비트신호(E1)를 컨볼루션 부호화하여 2비트의 컨볼루션 신호(enout1,enout2)로 출력하는데, 이때 제1 컨볼루션 신호(enout1)는 비부호화 비트신호(NE3,NE4)와 결합하여 8PSK 변조되고, 제2 컨볼루션 신호(enout2)는 비부호화 비트신호(NE1,NE2)와 결합하여 8PSK 변조된다. Meanwhile, as shown in the signal flow diagram of FIG. 3A, the
즉, 도3b와 같이 제1 8PSK 변조기(21)에서 시스템 클럭(CLK)에 따라 상기 컨볼루션 부호기(20)의 제2 컨볼루션 신호(enout2)와 입력 데이터 중 2비트의 비부호화 비트신호(NE1,NE2)를 매핑(mapping)하여 8PSK로 변조된 8PSK 변조출력(I1,Q1)을 출력하고, 도3c와 같이 제2 8PSK 변조기(22)에서 시스템 클럭(CLK)에 따라 상기 컨볼루션 부호기(20)의 제1 컨볼루션 신호(enout1)와 입력 데이터 중 2비트의 비부호화 비트신호(NE3,NE4)를 매핑하여 8PSK로 변조된 8PSK 변조출력(I2,Q2)을 출력한다.
That is, as shown in FIG. 3B, the second convolution signal enout2 of the
여기서, 상기 제1 및 제2 8PSK 변조기(21,22)는 도4와 같이 매핑된 비트열의 최하위 비트(LSB)가 '0'과 '1'값을 반복하도록 매핑하며, 상기 도3b 및 도3c에서 각 8PSK 변조출력(I1,Q1,I2,Q2) 내부에 표시된 숫자는 각 신호의 임의의 출력값이다. Here, the first and
그러면, 상기 제1 및 제2 8PSK 변조기(21,22)의 8PSK 변조출력(I1,Q1,I2,Q
2)가 멀티플렉서(23)로 입력되고, 소정의 주파수를 갖는 멀티플렉스 클럭(CLK1)로 구동되는 상기 멀티플렉서(23)에서 선택신호(MUX_SEL)에 따라 상기 8PSK 변조출력 (I1,Q1,I2,Q2)을 선택하여 부호화율 5/6인 변조신호(I,Q)로 출력하게 된다. Then, the 8PSK modulation outputs I 1 , Q 1 , I 2 , and Q 2 of the first and
예를 들어, 도3d와 같이 상기 멀티플렉서(23)에서 시스템 클럭(CLK)보다 2배의 주파수를 갖는 멀티플렉서 클럭(CLK1)이 하강에지(falling edge)가 될 때 '하이(high)' 상태의 선택신호(MUX_SEL)에서 8PSK 변조출력(I1,Q1)을 선택하고, '로우(low)' 상태의 선택신호(MUX_SEL)에서 8PSK 변조출력(I2,Q2)를 선택하는 방식으로, 시스템 클럭(CLK)에 따라 5개의 정보 비트(E1,NE1∼NE4)가 입력될 때 각 I 및 Q 채널당 2개의 변조신호를 출력함으로써, 부호화율 5/6인 TCM 부호기 효과를 가져올 수 있게 된다.For example, when the multiplexer clock CLK1 having a frequency twice as large as the system clock CLK in the
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 무선신호의 전송시 채널 환경에 의해 발생하는 오류를 정정하기 위해 TCM(Trellis Coded Modulation) 방식을 사용하는 이동통신, 위성통신 등 무선 통신 시스템에 있어서, TCM 부호기에서 입력 데이터를 5비트로 입력받아 최하위 비트(LSB, Least Significant Bit)만을 2비트로 컨볼루션 부호화한 후 각기 부호화되지 않은 비트신호와 결합하여 8PSK(8 Phase Shift Keying) 변조한 다음, 시스템 클럭보다 2배의 주파수를 갖는 멀티플렉서에서 상기 8PSK 변조된 신호를 선택적으로 출력함으로써, 시스템 클럭에 따라 5개의 정보 비트가 입력될 때 각 I 및 Q 채널당 2개의 변조신호를 출력하여 부호화율을 높이게 되어, 채널 상태가 좋은 환경 하에서는 간단한 구성 요소의 추가만으로 고속의 데 이터 전송을 가능케 하는 효과가 있다. As described above, the present invention provides a wireless communication system using a Trellis Coded Modulation (TCM) scheme to correct an error caused by a channel environment during transmission of a radio signal. Receives 5 bits of input data and convolutionally encodes only the least significant bit (LSB) into 2 bits, then modulates 8 Phase Shift Keying (8PSK) by combining the unsigned bit signals with each other. By selectively outputting the 8PSK modulated signal in a multiplexer having a frequency, when two information bits are input according to a system clock, two modulated signals are output for each I and Q channel to increase the coding rate, thereby providing a good channel condition. Under the circumstances, there is an effect that high-speed data transmission is possible by simply adding components.
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- 2004-08-24 KR KR1020040066800A patent/KR100633989B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
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