KR100909279B1 - 전송 시스템에서의 복조 장치 및 방법 - Google Patents

전송 시스템에서의 복조 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

계층 복조 장치는 미리 알고 있는 심볼을 바탕으로 기준 심볼을 채널 추정하여 기준 심볼의 채널 추정 값을 생성하고, 기준 심볼의 채널 추정 값을 바탕으로 복수의 정보 심볼을 채널 추정하여 복수의 정보 심볼의 채널 추정 값을 생성하며, 복수의 정보 심볼의 채널 추정 값을 바탕으로 복수의 서비스 심볼을 채널 추정하여 복수의 서비스 심볼의 채널 추정 값을 생성한다. 그리고 기준 심볼의 채널 추정 값, 복수의 정보 심볼의 채널 추정 값, 및 복수의 서비스 심볼의 채널 추정 값을 바탕으로 신호를 채널 등화한 후 채널 등화된 신호를 계층 분리하여 제1 계층 변조 신호와 제2 계층 변조 신호를 생성한다. 이를 통해 기존의 시스템과 호환성을 유지하면서 기본 계층에는 영향을 주지 않고 추가 계층의 수신 성능을 향상시킬 수 있다.
OFDM, 파일럿, 복조, 채널 추정

Description

전송 시스템에서의 복조 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DEMODULATION IN TRANSMISSION SYSTEM}
본 발명은 전송 시스템에서의 복조 장치 및 방법에 관한 것이다. 특히 본 발명은 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 전송 시스템에서의 계층 복조 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT신성장동력핵심기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2006-S-017-02, 과제명: 지상파 DMB 전송 고도화 기술].
계층 변조는 서로 다른 변조 방식으로 변조된 두 개 이상의 독립적인 신호를 하나의 신호로 변조하여 복수의 독립적인 신호들이 함께 전송되도록 하는 것이다.
계층 변조에서 기본 계층 신호는 기존의 시스템과 역호환성이 보장되는 신호이고, 추가 계층 신호는 기본 계층 신호에 부가되는 서비스를 제공하기 위한 신호이다. 이렇게 계층 변조된 신호를 송신할 때 기본 계층 신호의 수신 성능에 비해 추가 계층 신호의 수신 성능이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 계층 변조된 신호를 수신함에 있어 기본 계층 신호에는 영향을 주지 않고 추가 계층 신호의 수신 성능을 향상시키는 복조 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 계층 복조 방법은 기준 심볼, 복수의 정보 심볼, 복수의 서비스 심볼을 포함하는 신호를 수신하는 단계, 기준 심볼에 대응하는 미리 알고 있는 심볼을 바탕으로 기준 심볼을 채널 추정하여 기준 심볼의 채널 추정 값을 생성하는 단계, 기준 심볼의 채널 추정 값을 바탕으로 복수의 정보 심볼을 채널 추정하여 복수의 정보 심볼의 채널 추정 값을 생성하는 단계, 복수의 정보 심볼의 채널 추정 값을 바탕으로 복수의 서비스 심볼을 채널 추정하여 복수의 서비스 심볼의 채널 추정 값을 생성하는 단계, 기준 심볼의 채널 추정 값, 복수의 정보 심볼의 채널 추정 값, 및 복수의 서비스 심볼의 채널 추정 값을 바탕으로 신호를 채널 등화하여 채널 등화된 신호를 생성하는 단계, 및 채널 등화된 신호를 계층 분리하여 제1 계층 변조 신호와 제2 계층 변조 신호를 생성하는 단계를 포함한다.
이때 제1 계층 변조 신호는 기본 계층 변조 신호이고, 제2 계층 변조 신호는 추가 계층 변조 신호이다.
또한 이때 복수의 서비스 심볼의 각각은 파일럿을 포함하고, 복수의 서비스 심볼의 채널 추정 값을 생성하는 단계는 미리 알고 있는 파일럿의 위치 정보를 바 탕으로 복수의 서비스 심볼을 채널 추정하여 복수의 서비스 심볼의 채널 추정 값을 생성한다.
또한 이때 계층 분리하는 단계는 채널 등화된 신호를 위상 보상하여 위상 보상된 신호를 생성하는 단계, 및 위상 보상된 신호를 계층 분리하여 기본 계층 변조 신호와 추가 계층 변조 신호를 생성하는 단계를 포함한다.
또한 이때 계층 복조 방법은 기본 계층 변조 신호를 복조하여 기본 계층 신호를 생성하는 단계, 기본 계층 신호를 채널 복호화하여 기본 계층 데이터를 생성하는 단계, 추가 계층 변조 신호를 복조하여 추가 계층 신호를 생성하는 단계, 및 추가 계층 신호를 채널 복호화하여 추가 계층 데이터를 생성하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 계층 복조 방법은 복수의 심볼을 포함하는 신호를 수신하는 단계, 복수의 심볼 중에서 기준을 제공하는 기준 심볼을 채널 추정하여 기준 심볼의 채널 추정 값을 생성하는 단계, 기준 심볼의 채널 추정 값을 바탕으로 복수의 심볼의 각각을 채널 추정하여 복수의 심볼에 각각 대응하는 복수의 채널 추정 값을 생성하는 단계, 및 복수의 채널 추정 값에 따라 신호를 채널 등화하여 채널 등화된 신호를 생성하는 단계를 포함한다.
이때 복수의 심볼의 각각은 순서를 나타내는 인덱스를 가지고, 기준 심볼은 복수의 심볼 중 첫 번째 심볼이다.
또한 이때 복수의 채널 추정 값을 생성하는 단계는 k-1 번째 심볼의 채널 추정 값을 바탕으로 k 번째 심볼의 채널 추정 값을 생성하는 단계를 포함한다.
또한 이때 계층 복조 방법은 채널 등화된 신호를 위상 보상하여 위상 보상된 신호를 생성하는 단계, 위상 보상된 신호를 계층 분리하여 기본 계층 변조 신호와 추가 계층 변조 신호를 생성하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 계층 복조 장치는 수신부, 파일럿 정보 저장부, 제1 채널 추정부, 제2 채널 추정부, 제3 채널 추정부, 및 채널 등화부를 포함한다. 수신부는 위상 기준 심볼, 고속 정보 채널, 및 주 서비스 채널을 포함하는 전송 프레임 형태의 신호를 수신한다. 파일럿 정보 저장부는 주 서비스 채널에 포함된 파일럿의 위치 정보를 저장한다. 제1 채널 추정부는 위상 기준 심볼을 채널 추정하여 제1 채널 추정 값을 출력한다. 제2 채널 추정부는 위상 기준 심볼의 채널 추정 값에 따라 고속 정보 채널을 채널 추정하여 제2 채널 추정 값을 출력한다. 제3 채널 추정부는 파일럿의 위치 정보를 바탕으로 고속 정보 채널의 채널 추정 값에 따라 주 서비스 채널을 채널 추정하여 제3 채널 추정 값을 출력한다. 채널 등화부는 제1 채널 추정 값, 제2 채널 추정 값, 및 제3 채널 추정 값에 따라 신호를 채널 등화하여 채널 등화된 신호를 출력한다.
이때 채널 등화부는 채널 추정 값의 잡음을 제거하는 잡음 제거 필터, 잡음 제거 필터를 통과한 채널 추정 값을 자기 회귀 필터링하는 자기 회기 필터, 및 자기 회귀 필터를 통과한 채널 추정 값을 보간하는 보간부를 포함한다.
또한 이때 계층 복조 장치는 채널 등화된 신호를 위상 보상하여 위상 보상된 신호를 출력하는 위상 보상부, 위상 보상된 신호를 계층 분리하여 기본 계층 변조 신호와 추가 계층 변조 신호를 출력하는 계층 분리부, 기본 계층 변조 신호를 복조 하여 기본 계층 신호를 출력하는 기본 계층 복조부, 및 추가 계층 변조 신호를 복조하여 추가 계층 신호를 출력하는 추가 계층 복조부를 더 포함한다.
본 발명에 따라 계층 변조를 적용한 OFDM 기반의 전송 시스템에서 기존의 시스템과 호환성을 유지하면서 기본 계층에는 영향을 주지 않고 추가 계층의 수신 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따라 추가 계층 신호에만 존재하는 파일럿을 이용하여 기존의 지상파 디지털 라디오 방송(Terrestrial Digital Audio Broadcasting, T-DAB) 또는 지상파 디지털 멀티미디어 방송(Terrestrial Digital Multimedia Broadcasting, T-DMB) 시스템의 수신 성능을 개선함과 동시에 추가 계층 복조 성능을 높일 수 있다.
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.
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", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이제 본 발명의 실시예에 따른 전송 시스템에서 복조 장치 및 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
먼저 도 1을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 계층 변조 장치에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 계층 변조 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 계층 변조 장치는 기본 계층 채널 부호화부(High Priority Channel Encoder, HP Channel Encoder)(110), 추가 계층 채널 부호화부(Low Priority Channel Encoder, LP Channel Encoder) (120), 파일럿 삽입부(130), 계층 변조 신호 생성부(140), 역 고속 푸리에 변환 연산부(Inverse Fast Fourier Transform 연산부, IFFT 연산부)(150), 및 전송부(160)를 포함한다.
기본 계층 채널 부호화부(110)는 기본 계층 데이터(High Priority data, HP data)를 입력 받아, 기본 계층 데이터를 채널 부호화하여 기본 계층 신호를 출력한다. 이때 기본 계층 데이터는 복수의 비트를 포함할 수 있다.
추가 계층 채널 부호화부(120)는 추가 계층 데이터(Low Priority data, LP data)를 입력 받아, 추가 계층 데이터를 채널 부호화하여 추가 계층 신호를 출력한다. 이때 추가 계층 데이터는 복수의 비트를 포함할 수 있다.
파일럿 삽입부(130)는 추가 계층 채널 부호화부(120)로부터 추가 계층 신호를 입력 받아, 추가 계층 신호에 파일럿을 삽입하여 파일럿 삽입 신호를 출력한다.
계층 변조 신호 생성부(140)는 기본 계층 신호와 파일럿 삽입 신호를 입력 받아, 기본 계층 신호와 파일럿 삽입 신호를 계층 변조하여 계층 변조 신호를 출력한다.
IFFT 연산부(150)는 계층 변조 신호 생성부(140)로부터 계층 변조 신호를 입력 받아, 계층 변조 신호를 역 고속 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT) 하여 직교 주파수 분할 다중화 신호(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Signal, OFDM 신호)를 출력한다.
전송부(160)는 IFFT 연산부(150)로부터 OFDM 신호를 입력 받아, OFDM 신호를 전송 프레임 단위로 전송 채널을 통해 전송한다. 이때 전송 프레임의 크기는 가변일 수 있다.
다음은 도 2를 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 계층 변조 신호 생성부에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 계층 변조 신호 생성부의 구성을 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 계층 변조 신호 생성부(140)는 기본 계층 변조부(141), 추가 계층 변조부(143), 및 계층 변조부(145)를 포함한다.
기본 계층 변조부(141)는 기본 계층 채널 부호화부(110)로부터 기본 계층 신 호를 입력 받아, 기본 계층 신호를 변조하여 기본 계층 변조 신호를 출력한다.
추가 계층 변조부(143)는 파일럿 삽입부(130)로부터 파일럿 삽입 신호를 입력 받아, 파일럿 삽입 신호를 변조하여 추가 계층 변조 신호를 출력한다.
계층 변조부(145)는 기본 계층 변조 신호와 추가 계층 변조 신호를 입력 받아, 기본 계층 변조 신호와 추가 계층 변조 신호를 계층 변조하여 계층 변조 신호를 출력한다.
다음은 도 3을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 전송 프레임에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전송 프레임의 구조를 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전송 프레임은 동기화 채널(Synchronization Channel, SC)(P110), 고속 정보 채널(Fast Information Channel, FIC)(P130), 및 주 서비스 채널(Main Service Channel, MSC)(P150)을 포함한다.
동기화 채널(P110)은 전송 프레임의 동기화를 위한 채널로 프레임의 시작위치를 나타낸다. 동기화 채널(P110)은 널 심볼(Null Symbol)(P111), 및 위상 기준 심볼(Phase Reference Symbol, PRS)(P113)을 포함한다. 널 심볼(P111)은 전송 프레임의 동기를 맞추고 송신기를 확인한다. 위상 기준 심볼(P113)은 프리앰블에 해당하며, 채널 상태를 추정하고, 심볼 동기, 초기주파수 동기, 및 차동 검파를 위한 심볼이다.
고속 정보 채널(P130)은 복수의 고속 정보 채널 심볼(Fast Information Channel Symbol, FIC 심볼)(P131)을 포함하고, 복수의 FIC 심볼(P131)을 통해 다중 구성 정보(Multiplex Configuration Information), 및 서비스 정보(Service Information) 등을 제공한다.
주 서비스 채널(P150)은 복수의 부채널(Sub-Channel)을 통해 실제 서비스되는 데이터를 제공한다. 주 서비스 채널(P150)는 복수의 주 서비스 채널 심볼(Main Service Channel Symbol, MSC 심볼)(P151)을 포함한다. 이때 복수의 MSC 심볼(P151)의 각각은 복수의 부채널을 포함한다.
다음은 도 4를 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 계층 복조 장치에 대해 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 계층 복조 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 계층 복조 장치는 수신부(210), 고속 푸리에 변환 연산부(Fast Fourier Transform 연산부, FFT 연산부)(220), 파일럿 정보 저장부(230), 신호 처리부(240), 계층 분리부(250), 기본 계층 복조부(260), 기본 계층 채널 복호화부(270), 추가 계층 복조부(280), 및 추가 계층 채널 복호화부(290)를 포함한다.
이때 신호 처리부(240)는 위상 기준 심볼 추출부(Phase Reference Symbol 추출부, PRS 추출부)(241), 고속 정보 채널 추출부(Fast Information Channel 추출부, FIC 추출부)(242), 주 서비스 채널 추출부(Main Service Channel 추출부, MSC 추출부)(243), 위상 기준 심볼 채널 추정부(Phase Reference Symbol 채널 추정부, PRS 채널 추정부)(244), 고속 정보 채널 추정부(Fast Information Channel 추정부, FIC 추정부)(245), 주 서비스 채널 추정부(Main Service Channel 추정부, MSC 추정부)(246), 채널 등화부(247), 및 위상 보상부(248)를 포함한다.
수신부(210)는 전송 채널을 통해 전송 프레임을 수신하여, 복수의 OFDM 심볼을 포함하는 OFDM 신호를 수신한다. 수신부(210)는 복수의 전송 프레임을 수신하여 OFDM 신호를 수신할 수 있다. 이때 전송 프레임은 PRS(P113), FIC(P130), 및 MSC(P150)를 포함한다. 또한 이때 FIC(P130)는 복수의 FIC 심볼(P131)을 포함할 수 있고, MSC(P150)는 복수의 MSC 심볼(P151)을 포함할 수 있다.
FFT 연산부(220)는 수신부(210)로부터 전송 프레임을 입력 받아, 전송 프레임을 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT) 하여 주파수 영역의 전송 프레임을 출력한다. FFT 연산부(220)는 전송 프레임을 주파수 영역으로 변환하여 주파수 영역 OFDM 신호를 출력할 수 있다.
파일럿 정보 저장부(230)는 파일럿의 위치 정보를 저장한다. 이때 파일럿의 위치 정보는 계층 변조 장치의 파일럿 삽입부(130)이 따르는 파일럿 삽입 방법에 대응한다. 또한 이때 파일럿의 위치 정보는 미리 정의 될 수 있다.
신호 처리부(240)의 PRS 추출부(241)는 주파수 영역의 전송 프레임에서 PRS(P113)를 추출하고, FIC 추출부(242)는 주파수 영역의 전송 프레임에서 FIC(P130)를 추출하며, MSC 추출부(243)는 주파수 영역의 전송 프레임에서 MSC(P150)를 추출한다.
신호 처리부(240)의 PRS 채널 추정부(244)는 PRS(P113)의 채널 추정 값을 출력하고, FIC 추정부(245)는 FIC(P130)에 포함된 복수의 FIC 심볼(P131)의 채널 추 정 값을 출력하며, MSC 추정부(246)는 MSC(P150)에 포함된 복수의 MSC 심볼(P151)의 채널 추정 값을 출력한다. 이때 MSC 추정부(246)는 파일럿의 위치를 바탕으로 복수의 MSC 심볼(P131)의 채널 추정 값을 출력할 수 있다.
신호 처리부(240)의 채널 등화부(247)는 PRS(P113)의 채널 추정 값, 복수의 FIC 심볼(P131)의 채널 추정 값, 및 복수의 MSC 심볼(P151)의 채널 추정 값을 이용하여 OFDM 신호를 채널 등화하여 등화된 OFDM 신호를 출력한다.
신호 처리부(240)의 위상 보상부(248)는 등화된 OFDM 신호에 대해 위상값을 보상하여 위상 보상된 OFDM 신호를 출력한다.
계층 분리부(250)는 위상 보상된 OFDM 신호를 계층 분리 하여 기본 계층 변조 신호와 추가 계층 변조 신호를 출력한다.
기본 계층 복조부(260)는 계층 분리부(250)로부터 기본 계층 변조 신호를 입력 받아, 기본 계층 변조 신호를 복조하여 기본 계층 신호를 출력한다.
기본 계층 채널 복호화부(270)는 기본 계층 복조부(260)로부터 기본 계층 신호를 입력 받아, 기본 계층 신호를 채널 복호화하여 기본 계층 데이터(HP data)를 출력한다.
추가 계층 복조부(280)는 계층 분리부(250)로부터 추가 계층 변조 신호를 입력 받아, 추가 계층 변조 신호를 복조하여 추가 계층 신호를 출력한다.
추가 계층 채널 복호화부(290)는 추가 계층 복조부(280)로부터 추가 계층 신호를 입력 받아, 추가 계층 신호를 채널 복호화하여 추가 계층 데이터(LP data)를 출력한다.
다음은 도 5를 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 채널 등화부에 대해 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 채널 등화부의 구성을 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 채널 등화부(247)는 이동 평균 필터(Moving Average Filter, MA 필터)(247a), 자기 회귀 필터(Auto Regressive Filter, AR 필터)(247b), 이항 필터(Binomial Filter)(247c), 자기 회귀 필터(Auto Regressive Filter, AR 필터)(247d), 보간부(247e), 및 등화부(247f)를 포함한다.
MA 필터(247a)는 파일럿 심볼이 포함되지 않은 OFDM 심볼의 채널 추정 값을 입력 받아, 입력된 채널 추정 값에 잡음 성분을 제거하기 위한 이동 평균(Moving Average, MA) 필터링을 수행하여 이동 평균 필터링된 채널 추정 값을 출력한다. 이때 MA 필터(247a)의 전달함수는 수학식 1을 따를 수 있다.
Figure 112007057181238-pat00001
AR 필터(247b)는 MA 필터(247a)로부터 이동 평균 필터링된 채널 추정 값을 입력 받아, 이동 평균 필터링된 채널 추정 값에 채널 추정 값의 좌우 끝 부반송파 부분의 값을 보상하기 위한 자기 회귀(Auto Regressive, AR) 필터링을 수행하여 자기 회기 필터링된 채널 추정 값을 출력한다. 이때 자기 회기 필터링된 채널 추정 값(c(n))은 수학식 2를 따를 수 있다.
Figure 112007057181238-pat00002
수학식 2에서
Figure 112007057181238-pat00003
는 이동 평균 필터링된 채널 추정 값을 나타내고,
Figure 112007057181238-pat00004
는 MA 필터(247a)를 통과하기 전 채널 추정 값을 나타내며,
Figure 112007057181238-pat00005
은 부반송파 인덱스를 나타낸다.
이항 필터(247c)는 파일럿 심볼이 포함된 OFDM 심볼의 채널 추정 값을 입력 받아, 입력된 채널 추정 값에 잡음 성분을 제거하기 위한 필터링을 수행하여 이항 필터링된 채널 추정 값을 출력한다. 이때 이항 필터(247c)는 MA 필터(247a)과 동일한 기능을 한다. 또한 이때 이항 필터(247c)의 전달함수는 수학식 3을 따를 수 있다.
Figure 112007057181238-pat00006
AR 필터(247d)는 이항 필터(247c)로부터 이항 필터링된 채널 추정 값을 입력 받아, 이항 필터링된 채널 추정 값에 채널 추정 값의 좌우 끝 부반송파 부분의 값을 보상하기 위한 자기 회귀(Auto Regressive, AR) 필터링을 수행하여 자기 회기 필터링된 채널 추정 값을 출력한다. AR 필터(247d)는 AR 필터(247b)과 동일한 동작을 수행한다. 이때 자기 회기 필터링된 채널 추정 값(c(n))은 수학식 4를 따를 수 있다.
Figure 112007057181238-pat00007
수학식 4에서
Figure 112007057181238-pat00008
는 이항 필터링된 채널 추정 값을 나타내고,
Figure 112007057181238-pat00009
는 이항 필터(247c)를 통과하기 전 채널 추정 값을 나타내며,
Figure 112007057181238-pat00010
은 부반송파 인덱스를 나타낸다.
보간부(247e)는 AR 필터(247d)로부터 자기 회기 필터링된 채널 추정 값을 입력 받아, 자기 회기 필터링된 채널 추정 값을 보간(Interpolation)하여 보간된 채널 추정 값을 추정한다. 이때 보간부(247e)는 모든 부반송파에 파일럿이 존재하지 않기 때문에 자기 회기 필터링된 채널 추정 값을 보간(Interpolation)한다.
등화부(247f)는 OFDM 심볼을 입력 받아, 자기 회기 필터링된 채널 추정 값 또는 보간된 채널 추정 값에 따라 OFDM 심볼을 채널 등화하여 등화된 OFDM 심볼을 출력한다.
다음은 도 6과 도 7을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 계층 변조 장치가 기본 계층 데이터와 추가 계층 데이터를 계층 변조하는 방법에 대해 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 계층 변조 방법을 도시한 순서도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 먼저 기본 계층 채널 부호화부(110)는 기본 계층 데이터를 채널 부호화하여 기본 계층 신호를 생성한다(S110). 기본 계층 채널 부호화부(110)는 기본 계층 데이터에 포함된 복수의 비트를 채널 부호화하여 복수의 기본 계층 심볼을 포함하는 기본 계층 신호를 출력한다. 이때 기본 계층 채널 부호화부(110)는 컨볼루션(convolution) 부호화, 격자 부호화, 터보(turbo) 부호화, 저밀 도 패리티 검사(Low Density Parity Check, LDPC) 부호화, 또는 이들 중 둘 이상을 상호 연접한 연접 부호화(concatenated encoding) 등의 방법을 통해 기본 계층 데이터를 채널 부호화할 수 있다.
다음 계층 변조 신호 생성부(140)의 기본 계층 변조부(141)는 기본 계층 신호를 변조하여 기본 계층 변조 신호를 생성한다(S120). 기본 계층 변조부(141)는 복수의 기본 계층 심볼을 변조하여 복수의 기본 계층 변조 심볼을 포함하는 기본 계층 변조 신호를 생성한다. 이때 기본 계층 변조부(141)는 π/4 편이 직교 위상 편이 변조(π/4-Differential Quadrature Phase-Shift Keying, π/4-DQPSK) 방식으로 기본 계층 신호를 변조할 수 있다.
그리고 추가 계층 채널 부호화부(120)는 추가 계층 데이터를 채널 부호화하여 추가 계층 신호를 생성한다(S130). 추가 계층 채널 부호화부(120)는 추가 계층 데이터에 포함된 복수의 비트를 채널 부호화하여 복수의 추가 계층 심볼을 포함하는 추가 계층 신호를 출력한다. 이때 기본 계층 채널 부호화부(110)는 컨볼루션(convolution) 부호화, 격자 부호화, 터보(turbo) 부호화, 저밀도 패리티 검사(Low Density Parity Check, LDPC) 부호화, 또는 이들 중 둘 이상을 상호 연접한 연접 부호화(concatenated encoding) 등의 방법을 통해 기본 계층 데이터를 채널 부호화할 수 있다.
다음 파일럿 삽입부(130)는 추가 계층 신호에 파일럿을 삽입하여 파일럿 삽입 신호를 생성한다(S140). 파일럿 삽입부(130)는 복수의 추가 계층 심볼에 복수의 파일럿 심볼을 삽입하여 복수의 추가 계층 심볼과 복수의 파일럿 심볼을 포함하는 파일럿 삽입 신호를 생성한다. 이때 파일럿 삽입부(130)는 미리 정해진 파일럿 삽입 방법에 따라 복수의 추가 계층 심볼 사이에 복수의 파일럿 심볼을 삽입할 수 있다.
이후 계층 변조 신호 생성부(140)의 추가 계층 변조부(143)는 파일럿 삽입 신호를 변조하여 추가 계층 변조 신호를 생성한다(S150). 추가 계층 변조부(143)는 복수의 추가 계층 심볼과 복수의 파일럿 심볼을 함께 변조하여 복수의 추가 계층 변조 심볼을 포함하는 추가 계층 변조 신호를 생성한다. 이때 추가 계층 변조부(143)는 π/4-DQPSK 방식으로 파일럿 삽입 심볼열을 변조할 수 있다. 또한 이때 추가 계층 변조부(143)는 전파 환경, 데이터 전송 속도에 따라 진폭 편이 방식(Amplitude Shift Keying, ASK), 또는 직교 진폭 변조(Quadrature Amplitude Modulation, QAM) 등 다양한 변조 방식으로 파일럿 삽입 심볼열을 변조할 수도 있다.
다음 계층 변조 신호 생성부(140)의 계층 변조부(145)는 기본 계층 변조 신호와 추가 계층 변조 신호를 계층 변조하여 계층 변조 신호를 생성한다(S160). 계층 변조부(145)는 복수의 기본 계층 변조 심볼과 복수의 추가 계층 변조 심볼을 계층 변조하여 복수의 계층 변조 심볼을 포함하는 계층 변조 신호를 생성한다.
이하에서는 도 7을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 계층 변조 신호 생성부의 계층 변조부가 계층 변조 신호를 생성하는 방법에 대해 설명한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 계층 변조 신호 생성부의 계층 변조부가 계층 변조 신호를 생성하는 방법을 도시한 도면이다. 도 7의 (a)는 기본 계층 변조 신호의 성상도이고, 도 7의 (b)는 추가 계층 변조 신호의 성상도이며, 도 7의 (c)는 계층 변조 신호의 성상도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 도 7의 (a)에서 화살표로 표시된 심볼과 도 7의 (b)에서 화살표로 표시된 심볼이 계층 변조되면 도 7의 (c)에서 화살표로 표시된 심볼로 표현된다. 이때 계층 변조 신호의 성상도는 도 7의 (c)와 같이 하나의 사분면에 4개의 성상을 가지고, 전체 4개의 사분면에서 16개의 성상을 가진다.
다시 도 6을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 계층 변조 장치가 기본 계층 데이터와 추가 계층 데이터를 계층 변조하는 방법에 대해 설명한다.
이후 IFFT 연산부(150)는 계층 변조 신호를 역 고속 푸리에 변환(IFFT)하여 OFDM 신호를 생성한다(S170). IFFT 연산부(150)는 복수의 계층 변조 심볼을 역 고속 푸리에 변환(IFFT)하여 복수의 OFDM 심볼을 포함하는 OFDM 신호를 생성한다.
다음 전송부(160)는 OFDM 신호를 전송 프레임 형태로 전송 채널을 통해 전송한다(S180). 이때 전송부(160)는 복수의 전송 프레임을 통해 OFDM 신호를 전송할 수 있다.
다음은 도 8을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 계층 복조 장치가 수신되는 신호를 계층 복조하여 기본 계층 데이터와 추가 계층 데이터를 생성하는 방법에 대해 설명한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 계층 복조 방법을 도시한 순서도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 먼저 수신부(210)는 복수의 OFDM 심볼을 포함하는 OFDM 신호를 전송 프레임 형태로 수신한다(S301). 이때 전송 프레임은 시간 영역의 신호에 해당하고, PRS(P113), 복수의 FIC 심볼(P131), 및 복수의 MSC 심볼(P151)을 포함할 수 있다. 또한 이때 전송 프레임은 76개의 OFDM 심볼을 포함할 수 있고, 전송 프레임의 첫 번째 OFDM 심볼이 PRS(P113)에 해당하고, 2~4 번째 OFDM 심볼이 복수의 FIC 심볼(P131)에 해당하며, 5~76 번째 OFDM 심볼이 복수의 MSC 심볼(P151)에 해당할 수도 있다.
다음 FFT 연산부(220)는 복수의 OFDM 심볼을 고속 푸리에 변환(FFT)하여 주파수 영역에서 복수의 OFDM 심볼을 생성한다(S303).
이후 PRS 추출부(241)는 복수의 OFDM 심볼에서 PRS(P113)를 추출한다(S305). 이때 PRS(P113)는 전송 프레임의 첫 번째 OFDM 심볼에 해당할 수 있다.
다음 PRS 채널 추정부(244)는 PRS(P113)에 대해 채널을 추정하여 PRS(P113)의 채널 추정 값을 생성한다(S307). 이때 PRS(P113)의 채널 추정 값은 수학식 5를 따를 수 있다.
Figure 112007057181238-pat00011
수학식 5에서
Figure 112007057181238-pat00012
은 첫 번째 OFDM 심볼의 채널 추정 값을 나타내는 벡터이고,
Figure 112007057181238-pat00013
은 PRS(P113)을 나타내는 벡터이며,
Figure 112007057181238-pat00014
는 계층 복조 장치가 미리 알고 있는 PRS를 나타내는 벡터이다. 이때
Figure 112007057181238-pat00015
는 복소곱을 위한 켤레 복소수를 나타낸다.
이후 FIC 추출부(242)는 복수의 OFDM 심볼에서 복수의 FIC 심볼(P131)을 추출한다(S309). 이때 복수의 FIC 심볼(P131)은 전송 프레임의 2~4 번째 OFDM 심볼에 해당할 수 있다.
다음 FIC 추정부(245)는 PRS(P113)의 채널 추정 값을 바탕으로 복수의 FIC 심볼(P131)에 대해 채널을 추정하여 복수의 FIC 심볼(P131)에 각각 대응하는 복수의 FIC 심볼(P131)의 채널 추정 값을 생성한다(S311). 이때 복수의 FIC 심볼(P131)의 채널 추정 값은 수학식 6을 따를 수 있다.
Figure 112007057181238-pat00016
수학식 6에서
Figure 112007057181238-pat00017
는 k 번째 OFDM 심볼의 채널 추정 값을 나타내는 벡터이고,
Figure 112007057181238-pat00018
는 수신한 k 번째 OFDM 심볼을 나타내는 벡터이며,
Figure 112007057181238-pat00019
는 수신한 k 번째 OFDM 심볼을 k-1 번째 채널 추정 값
Figure 112007057181238-pat00020
을 이용해 등화한 벡터이다. 이때 k의 범위는 2~4를 가질 수 있다. 또한 이때 k의 범위는 2~76까지를 가질 수도 있다.
이후 MSC 추출부(243)는 복수의 OFDM 심볼에서 복수의 MSC 심볼(P151)를 추출한다(S313). 이때 복수의 MSC 심볼(P151)은 전송 프레임의 5~76 번째 OFDM 심볼에 해당할 수 있다.
다음 MSC 추정부(246)는 파일럿 위치 정보와 복수의 FIC 심볼(P131)의 채널 추정 값을 바탕으로 복수의 MSC 심볼(P151)에 대해 채널을 추정하여 복수의 MSC 심볼(P151)에 각각 대응하는 복수의 MSC 심볼(P151)의 채널 추정 값을 생성한다(S315). 이때 복수의 MSC 심볼(P151)의 채널 추정 값은 수학식 7을 따를 수 있다.
Figure 112007057181238-pat00021
수학식 7에서
Figure 112007057181238-pat00022
는 k 번째 OFDM 심볼의 채널 추정 값을 나타내는 벡터이고,
Figure 112007057181238-pat00023
는 수신한 k 번째 OFDM 심볼을 나타내는 벡터이며,
Figure 112007057181238-pat00024
는 수신한 k 번째 OFDM 심볼을 k-1 번째의 pilot을 이용한 채널 추정 값
Figure 112007057181238-pat00025
을 이용하여 등화된 벡터이다. 이때 k의 범위는 5~76까지를 가질 수 있다.
이후 채널 등화부(247)는 PRS(P111)의 채널 추정 값, 복수의 FIC 심볼(P131)의 채널 추정 값, 및 복수의 MSC 심볼(P151)의 채널 추정 값을 바탕으로 복수의 OFDM 심볼을 포함하는 OFDM 신호를 채널 등화하여 복수의 채널 등화된 OFDM 심볼을 포함하는 채널 등화된 OFDM 신호를 생성한다(S317). 이때 복수의 채널 등화된 OFDM 심볼은 수학식 8을 따를 수 있다.
Figure 112007057181238-pat00026
수학식 8에서
Figure 112007057181238-pat00027
는 k 번째 채널 등화된 OFDM 심볼을 나타내고,
Figure 112007057181238-pat00028
는 수신한 k 번째 OFDM 심볼을 나타내며,
Figure 112007057181238-pat00029
는 k 번째 OFDM 심볼의 채널 추정 값을 나타낸다.
다음 위상 보상부(248)는 채널 등화된 OFDM 신호에 포함된 복수의 채널 등화된 OFDM 심볼의 위상값을 보상하여 복수의 위상 보상된 OFDM 심볼을 포함하는 위상 보상된 OFDM 신호를 생성한다(S319). 이때 복수의 위상 보상된 OFDM 심볼은 수학식 9를 따를 수 있다.
Figure 112007057181238-pat00030
수학식 9에서
Figure 112007057181238-pat00031
는 k 번째 위상 보상된 OFDM 심볼을 나타내고,
Figure 112007057181238-pat00032
는 k 번째 채널 등화된 OFDM 심볼을 나타내며,
Figure 112007057181238-pat00033
는 k 번째 채널 등화된 OFDM 심볼을 보상하기 위한 위상값이다. 또한 이때
Figure 112007057181238-pat00034
는 수학식 10과 같이 구할 수 있다.
Figure 112007057181238-pat00035
수학식 10에서
Figure 112007057181238-pat00036
는 평균을 나타낸다.
이후 계층 분리부(250)는 위상 보상된 OFDM 신호를 계층 분리하여 기본 계층 변조 신호와 추가 계층 변조 신호를 생성한다(S321).
다음 기본 계층 복조부(260)는 기본 계층 변조 신호를 복조하여 기본 계층 신호를 생성한다(S323).
이후 기본 계층 채널 복호화부(270)는 기본 계층 신호를 채널 복호화하여 기본 계층 데이터(HP data)를 생성한다(S325).
그리고 추가 계층 복조부(280)는 추가 계층 변조 신호를 복조하여 추가 계층 신호를 생성한다(S327).
다음 추가 계층 채널 복호화부(290)는 추가 계층 신호를 채널 복호화하여 추가 계층 데이터(LP data)를 생성한다(S329).
다음은 도 9, 도 10, 및 도 11을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 전송 프레임에서 주파수 영역 각각의 심볼에 따른 채널 추정 성능을 설명한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 PRS를 이용한 채널 추정 값의 예를 도시한 도면이다. 이때 도 9는 PRS를 이용한 채널 추정 값이 MA 필터를 통과하기 전과 후를 보인 것이다.
도 9에 도시된 바와 같이, PRS(P111)의 채널 추정 값이 MA 필터(247a)를 통과하기 전에는 잡음 성분으로 인해 인접한 부반송파 사이에 채널 추정 값의 변호가 매우 크나, MA 필터(247a) 통과 후에는 잡음 성분이 제거됨을 볼 수 있다.
다음은 도 10과 도 11을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 FIC와 MSC에서 이항 필터를 적용한 다음 심볼 변화에 따른 채널 추정 값의 변화를 설명한다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 FIC 심볼의 채널 추정 값의 변화를 도시한 도면이다. 이때 도 10은 FIC 심볼의 채널 추정 값을 이항 필터에 적용한 다음 매 심볼 변화에 따른 채널 추정 값의 변화를 보여준다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 MSC 심볼의 채널 추정 값의 변화를 도시한 도면이다. 이때 도 11은 MSC 심볼의 채널 추정 값을 이항 필터에 적용한 다음 매 심볼 변화에 따른 채널 추정 값의 변화를 보여준다.
위와 같이 본 발명의 실시예에 따른 방법을 이용하여 컴퓨터 시뮬레이션을 행한 결과 시변 채널에서 채널 추정 값이 잘 따라 감을 알 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 계층 변조 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 계층 변조 신호 생성부의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전송 프레임의 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 계층 복조 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 채널 등화부의 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 계층 변조 방법을 도시한 순서도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 계층 변조 신호 생성부의 계층 변조부가 계층 변조 신호를 생성하는 방법을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 계층 복조 방법을 도시한 순서도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 PRS를 이용한 채널 추정 값의 예를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 FIC 심볼의 채널 추정 값의 변화를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 MSC 심볼의 채널 추정 값의 변화를 도시한 도면이다.

Claims (12)

  1. 기준 심볼, 복수의 정보 심볼, 복수의 서비스 심볼을 포함하는 신호를 수신하는 단계;
    상기 기준 심볼에 대응하는 미리 알고 있는 심볼을 바탕으로 상기 기준 심볼을 채널 추정하여 기준 심볼의 채널 추정 값을 생성하는 단계;
    상기 기준 심볼의 채널 추정 값을 바탕으로 상기 복수의 정보 심볼을 채널 추정하여 복수의 정보 심볼의 채널 추정 값을 생성하는 단계;
    상기 복수의 정보 심볼의 채널 추정 값을 바탕으로 상기 복수의 서비스 심볼을 채널 추정하여 복수의 서비스 심볼의 채널 추정 값을 생성하는 단계;
    상기 기준 심볼의 채널 추정 값, 상기 복수의 정보 심볼의 채널 추정 값, 및 상기 복수의 서비스 심볼의 채널 추정 값을 바탕으로 상기 신호를 채널 등화하여 채널 등화된 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 채널 등화된 신호를 계층 분리하여 제1 계층 변조 신호와 제2 계층 변조 신호를 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 복수의 서비스 심볼의 각각은 파일럿을 포함하며,
    상기 복수의 서비스 심볼의 채널 추정 값을 생성하는 단계는
    미리 알고 있는 파일럿의 위치 정보를 바탕으로 상기 복수의 서비스 심볼을 채널 추정하여 상기 복수의 서비스 심볼의 채널 추정 값을 생성하는 계층 복조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 계층 변조 신호는 기본 계층 변조 신호이고, 상기 제2 계층 변조 신호는 추가 계층 변조 신호인 계층 복조 방법.
  3. 삭제
  4. 제2항에 있어서,
    상기 계층 분리하는 단계는
    상기 채널 등화된 신호를 위상 보상하여 위상 보상된 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 위상 보상된 신호를 계층 분리하여 상기 기본 계층 변조 신호와 상기 추가 계층 변조 신호를 생성하는 단계를 포함하는 계층 복조 방법.
  5. 제2항 또는 제4항에 있어서,
    상기 기본 계층 변조 신호를 복조하여 기본 계층 신호를 생성하는 단계;
    상기 기본 계층 신호를 채널 복호화하여 기본 계층 데이터를 생성하는 단계;
    상기 추가 계층 변조 신호를 복조하여 추가 계층 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 추가 계층 신호를 채널 복호화하여 추가 계층 데이터를 생성하는 단계를 더 포함하는 계층 복조 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 위상 기준 심볼, 고속 정보 채널, 및 주 서비스 채널을 포함하는 전송 프레임 형태의 신호를 수신하는 수신부;
    상기 주 서비스 채널에 포함된 파일럿의 위치 정보를 저장하는 파일럿 정보 저장부;
    상기 위상 기준 심볼을 채널 추정하여 제1 채널 추정 값을 출력하는 제1 채널 추정부;
    상기 위상 기준 심볼의 채널 추정 값에 따라 상기 고속 정보 채널을 채널 추정하여 제2 채널 추정 값을 출력하는 제2 채널 추정부;
    상기 파일럿의 위치 정보를 바탕으로 상기 고속 정보 채널의 채널 추정 값에 따라 상기 주 서비스 채널을 채널 추정하여 제3 채널 추정 값을 출력하는 제3 채널 추정부; 및
    상기 제1 채널 추정 값, 상기 제2 채널 추정 값, 및 상기 제3 채널 추정 값에 따라 상기 신호를 채널 등화하여 채널 등화된 신호를 출력하는 채널 등화부를 포함하고,
    상기 채널 등화부는
    채널 추정 값의 잡음을 제거하는 잡음 제거 필터;
    상기 잡음 제거 필터를 통과한 채널 추정 값을 자기 회귀 필터링하는 자기 회기 필터; 및
    상기 자기 회귀 필터를 통과한 채널 추정 값을 보간하는 보간부를 포함하는 계층 복조 장치.
  11. 삭제
  12. 제10항에 있어서,
    상기 채널 등화된 신호를 위상 보상하여 위상 보상된 신호를 출력하는 위상 보상부;
    상기 위상 보상된 신호를 계층 분리하여 기본 계층 변조 신호와 추가 계층 변조 신호를 출력하는 계층 분리부;
    상기 기본 계층 변조 신호를 복조하여 기본 계층 신호를 출력하는 기본 계층 복조부; 및
    상기 추가 계층 변조 신호를 복조하여 추가 계층 신호를 출력하는 추가 계층 복조부를 더 포함하는 계층 복조 장치.
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