KR100771601B1 - 비터비 복호기를 포함한 디지털 멀티미디어 방송 수신장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비터비 복호기(viterbi decoder)에 관한 것으로, 본 발명에 따라 구성한 비터비 복호기의 일 예는, 병렬로 입력되는 각 채널 데이터에 식별할 수 있는 정보를 부가하여 직렬화하는 먹스 로직을 구비한 먹스부; 상기 먹스부를 거쳐 직렬화된 각 채널 데이터의 전송율을 머더 전송율로 만드는 디펑쳐부; 상기 디펑쳐부로부터 출력되는 입력 비트의 브랜치 메트릭 값을 계산하는 브랜치 메트릭 유닛부; 상기 계산된 브랜치 메트릭 값으로부터 경로 메트릭 값을 계산하고, 계산된 경로 메트릭들을 비교하여 가장 작은 경로 메트릭 값을 가지는 경로를 선택하는 덧셈 비교 선택부; 상기 덧셈 비교 선택부에서 선택한 경로 메트릭 값을 각 채널 데이터에 부가된 식별 정보를 이용하여 채널별로 병렬화하는 디먹스 로직을 구비한 디먹스부; 및상기 병렬화된 경로 메트릭 값으로부터 출력인 복호 값을 찾는 역추적부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에 따르면 비터비 복호기의 연산 로직의 자원을 공유하여 수신장치 전체 게이트 크기를 줄일 수 있는 효과가 있다.

디지털 멀티미디어 방송, 순방향 오류 정정 부호화부, 비터비 복호기, 먹스, 디먹스

Description

비터비 복호기를 포함한 디지털 멀티미디어 방송 수신장치{Viterbi decoder in digital multimedia broadcasting a receiving set}

도 1은 본 발명에 따른 비터비 복호기를 포함하는 디지털 방송 수신기의 개념적인 구성 블록도를 도시한 것

도 2는 본 발명에 따른 1개의 데이터 채널에 대한 비터비 복호기의 구성 블럭도

도 3은 본 발명에 따른 비터비 복호기의 자원 공유 구조를 나타낸 구성 블럭도

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

21 : 비터비 복호기 105 : 먹스부

110 : 디펑쳐부 120 : 브랜치 메트릭 유닛부

130 : 덧셈 비교 선택부 135 : 디먹스부

140 : 역추적부

본 발명은 비터비 복호기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 디지털 방송 수신기 내 비터비 복호기에 관한 것이다.

디지털 멀티미디어 방송(digital multimedia broadcasting)은 크게 지상파 디지털 멀티미디어 방송과 위성 디지털 멀티미디어 방송으로 나눌 수 있다.

지상파 디지털 멀티미디어 방송은 직교 주파수 분할 다중화 방식(Orthogonal frequency division multiplexing; 이하 ‘OFDM’이라 한다)을 기반으로 하여 이동 중에 오디오 및 비디오 서비스를 제공하며, 위성 디지털 멀티미디어 방송은 부호 분할 다중화 방식(Code division multiplexing; 이하 'CDM’이라 한다)을 기반으로 하여 위성체와 상기 위성체로부터 전파를 직접 받지 못하는 음영지역을 해소하는데 쓰이는 중계기인 지상의 갭 필러를 이용하여 이동 중에 오디오 및 비디오 서비스를 가능하게 하는 것이다.

현재 위성 디지털 멀티미디어 방송의 기술은 기본적으로 CDM 전송방식을 취하며, CD(Compact Disk)급 음질과 다양한 채널을 이용한 날씨, 교통, 비디오 정보 등을 방송하는 대표적인 통신, 방송 융합의 신개념 서비스이다.

이러한 디지털 멀티미디어 방송 중 상기 위성 디지털 멀티미디어 방송은 전국방송으로서 커버리지(Coverage)가 넓은 장점이 있으나, 전송채널은 무선 이동 수신 채널로서, 수신신호의 크기가 시변(Time-varing)할 뿐만 아니라, 이동 수신의 영향으로 수신신호 스펙트럼의 도플러 천이(Doppler shift)가 발생한다.

이러한 채널 환경하에서의 송수신을 고려하여, 위성 디지털 멀티미디어 방송 송신 방식은 CDM 방식을 채택하였으며, 시간영역 신호에 대한 인터리빙을 수행하여, 전송 채널에서 발생하는 오류를 정정할 수 있도록 하였다.

그러나 수신기 내 비터비 복호기에서 복수 개의 데이터 채널의 데이터를 각 데이터 채널별로 처리함으로 인해 수신기 내 전체적인 칩의 크기가 커지고 자원의 효율이 떨어지는 문제점이 있다.

이에 따라 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 효율적인 구조를 가지는 디지털 방송 수신기 내 비터비 복호기를 제공하고자 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 비터비 복호기(Viterbi decoder)의 일 예는, 병렬로 입력되는 각 채널 데이터에 식별할 수 있는 정보를 부가하여 직렬화하는 먹스 로직을 구비한 먹스부; 상기 먹스부를 거쳐 직렬화된 각 채널 데이터의 전송율을 머더 전송율로 만드는 디펑쳐부; 상기 디펑쳐부로부터 출력되는 입력 비트의 브랜치 메트릭 값을 계산하는 브랜치 메트릭 유닛부; 상기 계산된 브랜치 메트릭 값으로부터 경로 메트릭 값을 계산하고, 계산된 경로 메트릭들을 비교하여 가장 작은 경로 메트릭 값을 가지는 경로를 선택하는 덧셈 비교 선택부; 상기 덧셈 비교 선택부에서 선택한 경로 메트릭 값을 각 채널 데이터에 부가된 식별 정보를 이용하여 채널별로 병렬화하는 디먹스 로직을 구비한 디먹스부; 및 상기 병렬화된 경로 메트릭 값으로부터 출력인 복호 값을 찾는 역추적부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 각 채널 데이터를 식별할 수 있는 정보는 해당 채널의 식별자(Identifier; ID)일 수 있다.

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아울러, 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이 경우는 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 됨을 밝혀 두고자 한다.

이하 상기의 목적을 구체적으로 실현 할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 순방향 오류정정 부호화부내 비터비 복호기를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 1은 본 발명에 따른 비터비 복호기를 포함하는 디지털 방송 수신기의 개념적인 구성 블록도를 도시한 것이다.

상기 수신기의 수신 과정을 살펴보면, 안테나로 입력된 수신신호는 튜너(10)에서 기저대역(Baseband)으로 변환되고, 상기 변환된 신호는 A/D(12)로 입력되는 신호의 크기를 일정하게 유지시키기 위해 수신된 신호의 전력을 측정하여 계산된 이득값을 곱하는 자동 이득 조절부(11)를 거쳐 A/D(12)에서 디지털 신호로 변환된다.

상기 변환된 신호는 CDM 전송방식에서 신호를 복조하기 위해서 신호의 확산에 사용된 의사잡음 시퀀스(Pseudo-Noise sequence; PN sequence)를 포착해야 하는바, 수신장치에서 신호 동기를 -1/2 ~ +1/2 칩(Chip) 이내로 확보하는 기능을 하는 서쳐(Seacher)(13)로 들어간다.

상기 서쳐(13)에서 찾은 신호는 신호의 동기를 미세하게 맞추는 기능을 하는 추적기(Tracker)(14(1) ~ 14(n))로 들어간다. 상기의 추적기에서 수행하는 과정을 신호의 추적이라고 한다.

상기에서 칩이라 함은 의사잡음 시퀀스(PN)의 구분 단위를 말한다.

이렇게 해서 신호를 포착하고 추적하여 동기를 맞춘 신호는 수신장치에서 생성한 의사잡음 시퀀스(PN)를 곱함으로써 역확산시키고, CDM 채널을 구분하는데 사용된 WALSH 코드를 곱함으로써 원하는 CDM 채널의 심볼을 추출(15(1) ~ 15(n))한다. 이 과정은 상기 서쳐(13)가 찾아준 모든 다중 경로에서 수행되며, 각각을 핑거(Finger)라 부른다.

여기에서 주파수 옵셋 추정기(27)는 상기 각 핑거별로 주파수 옵셋을 추정하여 이를 합성한 뒤에, 튜너(10)로 피드백(Feedback)하여 주파수 옵셋을 보정하는 역할을 한다.

상술한 과정을 통해 추출한 심볼은 레이크 합성기(16)에서 상기 WALSH 코드를 곱해 합성되는데, 이때 수신 채널환경을 추정(Estimation)해서 보상함으로써 수신성능을 향상시키는 방식을 취하기도 한다.

레이크 합성은 복조를 원하는 모든 CDM 채널에 대해서 수행하는데, 합성된 심볼들은 프레임 및 슈퍼프레임의 타이밍 추출 회로(17)에서 파일럿 채널을 이용하여 프레임 및 슈퍼 프레임의 타이밍을 추출해낸다.

이렇게 하여 상기 레이크 합성기(16)에서 보낸 신호는 본 발명에 해당하는 부분인 순방향 오류정정 부호화부로 들어가고, 상기 순방향 오류정정 부호화부에서는 1개의 파일럿 채널과 4개의 채널 데이터를 받아 오류를 정정하고, 이를 복호하여 A/V 데이터 복호기(26)를 통해 디스플레이되도록 한다.

상술한 디지털 멀티미디어 방송 수신장치는 CDM을 기반으로 하는 시스템으로 상기 비터비 복호기(21)는 비터비 알고리즘(Viterbi algorithm)을 기본으로 한 길쌈 코드(Convolutional code)의 복호기를 구현한 것으로, 입력된 데이터 중 가장 적은 메트릭 값을 갖는 서바이벌 경로(Suvival path)를 이용하여 복호하는 방법으로, 여러 데이터 채널이 시간적으로 병렬로 수신되는 구조를 가진다.

따라서, 오류정정을 하고자 하는 데이터 채널의 병렬 처리가 요구된다.

그러므로 상기 비터비 복호기(21)의 경우 처리하고자 하는 데이터 채널의 개수만큼 필요하게 된다.

도 2는 본 발명에 따른 1개의 채널에 대한 비터비 복호기의 구성을 나타낸 블럭도를 나타낸 것으로, 상기 비터비 복호기(21)는 각 채널당 디펑쳐부(110), 브랜치 메트릭 유닛부(120), 덧셈 비교 선택부(130) 및 역추적부(140)를 포함하여 구성할 수 있다.

상기 디펑쳐부(110)는 송신단에서 펑쳐(Puncture)되어 보내진 신호를 수신단에서 복호를 위해 펑쳐되어 전송되는 비트를 표시해주는 디펑쳐를 수행하는 것을 특징으로 한다.

즉, 송신한 전송율에 따라 수신시 제로 비트(Zero bit)를 삽입하여 데이터 채널의 전송율이 머더 전송율(Mother Coding Rate)(R=1/2)이 되도록 만들어 주는 부분이다.

상기에서 디펑쳐를 위해 제로 비트를 삽입하는 이유는 펑쳐되어 있는 부분은 복호가 불가능하므로, 다른 값이 아닌 제로값을 써서 펑쳐된 부분을 표시해주어 복호가 가능하도록 하기 위함이다.

예를 들어, 송신단에서의 전송율이 1/2이라면 이 경우에는 펑쳐가 되어 있지 않으므로, 상기 디펑쳐부(110)는 그대로 모든 비트를 다음 단계로 넘겨준다.

그러나 만약 전송율이 그 이외(2/3, 3/4, 5/6, 7/8)라면 항상 펑쳐를 해야 하므로, 이 경우에는 상기와 같이 펑쳐된 비트 부분을 표시해주는 디펑쳐를 한다.

상기 브랜치 메트릭 유닛부(BMU)(120)는 상기 디펑쳐된 입력 비트로부터 브랜치 메트릭 값을 계산한다.

상기 계산은 디펑쳐 후에 각 상태들 간의 원래 브랜치 메트릭 값과 입력된 심볼 데이터를 디펑쳐한 데이터의 브랜치 메트릭 값을 비교하여 상태마다 새로운 브랜치 메트릭 값을 구하는 기능을 한다.

상기 브랜치 메트릭(Branch metric)이라 함은 전송되어 오는 비트와 그 비트가 가질 수 있는 경우의 비트와의 각각의 거리를 말한다.

상기 상태(State)라 함은 복호하는 과정에서 하나하나의 각 단계를 말하는 것이다.

상기 덧셈 비교 선택부(ACS)(130)는 상기 계산된 브랜치 메트릭 값으로부터 경로 메트릭(Path metric) 값을 계산하고, 상기 계산된 경로 메트릭 값에 상태들의 상태 메트릭 값들과 더한(Add) 후 두 상태 메트릭 값을 비교(Compare)한다.

상기 비교하는 이유는 둘 중 적은 값을 가지는 상태 메트릭 값이 오류를 포함하고 있을 확률이 적기 때문에 이를 찾기 위함이다.

상기 계산된 경로 메트릭 값 간의 비교를 통해 가장 적은 경로 값을 갖는 경로를 선택(Select)한다.

상기 경로 메트릭(Path metric)이라 함은 각각의 브랜치 메트릭 값들의 누적값을 말하는 것으로, 기존에 가지고 있던 브랜치 메트릭 값과 각 비트당 경우의 수만큼 나온 브랜치 메트릭 값들 중 이들을 더했을 때 값 중 가장 적은 브랜치 메트릭 값을 구하여 각각의 비트마다 이들 값을 더해서 다음 단계로 넘겨 계속해서 누적하는 것을 말한다.

상기 역추적부(TB)(140)는 계산된 경로 메트릭 값으로부터 출력인 복호(Decoding) 값을 찾아간다.

따라서, 그 중 가장 적은 상태 메트릭 값을 선택하여 상태 메트릭 레지스터(Register)에 저장한다. 또한 각 상태에 대해 결정 비트(Decision bit)를 구하여 서바이벌 경로(Suvival path)를 찾는데 이용된다.

상기 결정 비트라 함은 각 상태에 대한 가장 적은 상태 메트릭 값을 표시해주는 비트를 말한다.

상기 역추적부(140)는 상기 덧셈 비교 선택부(130)에서 구한 결정 비트를 메모리에 저장한 후 상태 중 가장 적은 상태 메트릭 값을 갖는 상태를 찾아 그것을 서바이벌 경로로 선택한 후 역추적하며 복호를 하면 오류가 없는 원래의 입력 데이터를 찾아 낼 수 있다.

상술한 바와 같이 상기 비터비 복호기(21)는 각 데이터 채널당 각각 디펑쳐부(110), 브랜치 메트릭 유닛부(120), 덧셈 비교 선택부(130) 및 역추적부(140)를 써서 비터비 복호를 하는데, 본 발명에서는 이러한 비터비 복호기(21)의 구조에서 수신장치 전체의 게이트 크기를 감소시키고자 공유할 수 있는 구조를 제안한다.

상기 비터비 복호기(21)를 구성하는 로직(logic)을 살펴보면 기능에 의해 연산을 수행하는 연산 로직 부분과 연산 결과를 저장하는 메모리 부분과 어드레스 생성 로직으로 나눌 수 있다.

상기 연산 로직 부분에 속하는 구성으로는 디펑쳐부(110), 브랜치 메트릭 유닛부(120)와 덧셈 비교 선택부(130)가 있다.

상기 연산 로직 부분의 제어 로직(Control logic)을 개선하여 오류 정정을 하고자 하는 여러 데이터 채널의 연산 로직을 공유하도록 하면, 상기 비터비 복호기(21)의 게이트 크기를 감소 시킬 수 있다.

그러나 상기 메모리 부분은 상기 덧셈 비교 선택부(130)에서 연산을 통해 계산된 값인 경로 메트릭 값을 저장하기 위해 사용되는 것으로, 오류 정정시에 각 데이터 채널에 대한 연산의 결과를 저장해야 하기 때문에 각 데이터 채널별로 두어야 하므로 공유가 불가능하다.

상기 어드레스 생성 로직은 역추적부(140)가 덧셈 비교 선택부(130)에서 계산된 경로 메트릭 값으로부터 복호 값을 찾아내기 위해 메모리를 이용하게 되고, 이때 메모리의 어드레스를 생성하는 것이 필요한데 여기에 쓰이는 것을 특징으로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 비터비 복호기(21)의 자원 공유 구조를 나타낸 블럭도를 나타낸 것으로, 먹스부(105), 디펑쳐부(110), 브랜치 메트릭 유닛부(120), 덧셈 비교 선택부(130), 디먹스부(135) 및 역추적부(140)를 포함하여 구성할 수 있다.

상기 먹스부(105)는 병렬로 입력되는 데이터 채널을 먹스 로직을 통하여 연산 순서를 정하여 직렬화하는 것을 특징으로 한다.

상기 직렬화를 위해 각 데이터 채널을 카운트하면서 지연시켜 출력하여 데이터를 순차적으로 나열하여 여러 개의 채널로 병렬 입력되는 데이터가 먹스 로직(105)을 통과하고 나면 이제 직렬로 되어 출력되게 된다.

또한, 채널의 식별자(1~4) 정보가 먹스부(105)에서 함께 출력되어 앞으로의 연산시 현재 데이터가 어떤 데이터 채널에 대한 연산인가에 대한 식별자 역할을 한다.

상기 연산 후 각 데이터 채널에 대하여 덧셈 비교 선택부(130)의 경로 메트릭 값을 쓰는 메모리와 역추적 복호 값을 찾기 위한 메모리 및 어드레스 제어 로직은 각각 존재해야 한다.

상기 디먹스부(135)는 상기 덧셈 비교 선택부(130)에서 선택한 경로 메트릭 값을 각 데이터 채널별로 병렬화시키는 것을 특징으로 한다.

상기 병렬화를 위해 상기 채널 식별자(1~4)를 전달받아 이를 이용하여 덧셈 비교 선택부(130)에서 선택한 경로 메트릭 값을 다시 각 데이터 채널별로 병렬화 할 때 상기 먹스부(105)로부터 전달되어 오는 해당 채널 식별자에 따라 출력할 수 있게 하여, 데이터 채널별로 병렬화가 된다.

상기 병렬화를 하는 이유는 각 데이터 채널별로 역추적을 수행하기 위함이다.

상술한 바와 같이, 상기 디펑쳐부(110), 브랜치 메트릭 유닛부(120), 덧셈 비교 선택부(130)를 상기 먹스부(105)의 후단에 위치시키고, 디먹스부(135)의 전단 에 위치시켜, 즉 상기 먹스부(105)와 디먹스부(135) 사이에 위치시켜 데이터 채널의 개수에 관계없이 공유할 수 있다.

삭제

상술한 본 발명에 따른 비터비 복호기에 따르면, 병렬로 입력되는 4개의 데이터 채널을 처리하기 위해 각 데이터 채널에 대한 복호기를 병렬로 두어 처리하는 대신에, 연산 부분의 로직의 자원을 공유를 통하여 수신기 전체 게이트 크기(Gate size)를 줄일 수 있어 해당 자원의 효율성을 높일 수 있는 효과가 있다.
본 발명을 상술한 실시 예에 한정되지 않으며, 첨부된 청구범위에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명이 속한 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형이 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.

Claims (4)

1. 병렬로 입력되는 각 채널 데이터에 식별할 수 있는 정보를 부가하여 직렬화하는 먹스 로직을 구비한 먹스부;

   상기 먹스부를 거쳐 직렬화된 각 채널 데이터의 전송율을 머더 전송율로 만드는 디펑쳐부;

   상기 디펑쳐부로부터 출력되는 입력 비트의 브랜치 메트릭 값을 계산하는 브랜치 메트릭 유닛부;

   상기 계산된 브랜치 메트릭 값으로부터 경로 메트릭 값을 계산하고, 계산된 경로 메트릭들을 비교하여 가장 작은 경로 메트릭 값을 가지는 경로를 선택하는 덧셈 비교 선택부;

   상기 덧셈 비교 선택부에서 선택한 경로 메트릭 값을 각 채널 데이터에 부가된 식별 정보를 이용하여 채널별로 병렬화하는 디먹스 로직을 구비한 디먹스부; 및

   상기 병렬화된 경로 메트릭 값으로부터 출력인 복호 값을 찾는 역추적부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 비터비 복호기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 각 채널 데이터를 식별할 수 있는 정보는 해당 채널의 식별자인 것을 특징으로 하는 비터비 복호기.
3. 삭제
4. 삭제

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