KR101000861B1 - 전송 프레임의 심볼 오류를 검출 보상하는 다중 심볼 차등 복호화 장치와 그 방법, 상기 다중 심볼 차등 복호화 장치를 구비하는 이동 방송 수신기, 및 상기 이동 방송 수신기를 구비하는 이동 방송 시스템 - Google Patents

전송 프레임의 심볼 오류를 검출 보상하는 다중 심볼 차등 복호화 장치와 그 방법, 상기 다중 심볼 차등 복호화 장치를 구비하는 이동 방송 수신기, 및 상기 이동 방송 수신기를 구비하는 이동 방송 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다수의 수신 심볼을 관찰하여 전송 프레임에 발생된 오류를 검출 보상하는 다중 심볼 차등 복호화 장치와 그 방법, 상기 다중 심볼 차등 복호화 장치를 구비하는 이동 방송 수신기, 및 상기 이동 방송 수신기를 구비하는 이동 방송 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 부호화된 신호를 수신하여 복호화시키는 장치로서, 부호화된 신호로부터 연속된 데이터 심볼들의 집합인 데이터 심볼군을 추출하며 데이터 심볼군에 포함된 데이터 심볼들 간의 위상차를 상호 비교하여 손실이 있는 데이터 심볼의 위치를 추정하는 심볼 오류 위치 추정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 다중 심볼 차등 복호화 장치를 제공한다. 본 발명에 따르면, 이동 방송 수신기의 수신 성능을 향상시키는 효과를 얻을 수 있으며, 휴대 이동 방송 시스템(ex. T-DMB 시스템)에 적용 가능하다.
Figure R1020080095038
심볼 오류 위치 검출(SEPD: Symbol Error Position Detection), 선형 보간법(LI: Linear Interpolation), 다중 심볼 차등 검출(MSDD: Multi Symbol Differential Detection), 지상파 DMB(T-DMB), OFDM, 연판정 출력값 생성(soft output generate), 차등 검출(DD: Differential Detection), 최대 우도(ML: Maximum Likelihood)

Description

전송 프레임의 심볼 오류를 검출 보상하는 다중 심볼 차등 복호화 장치와 그 방법, 상기 다중 심볼 차등 복호화 장치를 구비하는 이동 방송 수신기, 및 상기 이동 방송 수신기를 구비하는 이동 방송 시스템 {Apparatus and method for compensating and detecting symbol error of transport frame, and mobile broadcasting receiver having the said apparatus, and mobile broadcasting system having the said mobile broadcasting receiver}
본 발명은 다중 심볼 차등 복호화 장치와 그 방법, 상기 다중 심볼 차등 복호화 장치를 구비하는 이동 방송 수신기, 및 상기 이동 방송 수신기를 구비하는 이동 방송 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 다수의 수신 심볼을 관찰하여 전송 프레임에 발생된 오류를 검출 보상하는 다중 심볼 차등 복호화 장치와 그 방법, 상기 다중 심볼 차등 복호화 장치를 구비하는 이동 방송 수신기, 및 상기 이동 방송 수신기를 구비하는 이동 방송 시스템에 관한 것이다.
디지털 방송은 오디오, 비디오, 텍스트 등 다양한 멀티미디어 신호를 디지털 방식으로 변조하여 수신기에 제공하는 방송이다. 현재 서비스되는 디지털 방송 방식은 크게 DMB(Digital Multimedia Broadcasting)와 DVB(Digital Video Broadcasting)로 구분할 수 있다. 그리고, DMB는 다시 지상파 DMB(T-DMB: Terrestrial DMB)와 위성 DMB(S-DMB: Satellite DMB)로 나눌 수 있다.
지상파 DMB는 유럽의 디지털 지상파 라디오 표준으로 채택된 직교 주파수 분할 다중화(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식의 Eureka-147 DAB를 기반으로, 전송 채널상 발생할 수 있는 연집 에러(burst error)에 강인한 RS(Reed Solomon) 코드와 길쌈 인터리버(convolutional interleaver)를 부가하고 있다. 또한 지상파 DMB는 수신단에 비터비 복호화기(viterbi decoder) 앞에 별도의 채널 추정(channel estimation) 과정이 필요치 않은 비동기식(Non-coherent) 방식의 차등 검출기(differential detector)를 구비함으로써 수신단 하드웨어 구조를 단순화시켰다는 장점을 가진다.
그러나, 비동기식 검출(Non-coherent detection) 방식의 종래의 지상파 DMB는 AWGN(Additive White Gaussian Noise) 채널에서 동기식 검출(coherent detection) 방식보다 약 3~4dB 정도의 신호대잡음비(SNR: Signal to Noise Rate) 손실이 발생하는 등 수신 성능이 열화되는 문제점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 최대 우도 시퀀스 추정(MLSE: Maximum Likelihood Sequence Estimation) 기반의 다중 심볼 차등 검출 기법(MSDD: Multi Symbol Differential Detection)을 수신단에 도입할 수 있다. 이 기법은 심볼들을 검출하기에 앞서 다수의 수신 심볼을 관찰함으로써 검출 오류를 감소시키는 기법을 말한다. 그러나, 이 기법에 따른 출력값은 경판정(hard decision) 값으로써 길쌈 부호(convolutional code)와 같은 채널 부호와 연동할 경우 오히려 비터비 복호화 기의 부호화 이득을 감소시키는 문제점이 있다. 대부분의 휴대 이동 방송 시스템들은 낮은 심볼 오류율 달성을 위해 필수적으로 채널 부호를 사용하기 때문에, 다중 심볼 차등 검출 기법은 휴대 이동 방송 시스템(ex. T-DMB 시스템)에는 사용이 부적합하였다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 심볼 오류 위치 검출 방법(SEPD: Symbol Error Position Detection)을 이용하여 수신 심볼의 오류 위치를 추정하는 심볼 오류 위치 추정부를 구비하는 다중 심볼 차등 복호화 장치와 그 방법, 상기 다중 심볼 차등 복호화 장치를 구비하는 이동 방송 수신기, 및 상기 이동 방송 수신기를 구비하는 이동 방송 시스템을 제공함을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 선형 보간법(LI: Linear Interpolation)을 이용하여 위치 추정된 심볼 오류를 보상시키는 심볼 오류 보상부를 구비하는 다중 심볼 차등 복호화 장치와 그 방법, 상기 다중 심볼 차등 복호화 장치를 구비하는 이동 방송 수신기, 및 상기 이동 방송 수신기를 구비하는 이동 방송 시스템을 제공함을 목적으로 한다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위해 안출된 것으로서, 부호화된 신호를 수신하여 복호화시키는 장치로서, 상기 부호화된 신호로부터 연속된 데이터 심볼들의 집합인 데이터 심볼군을 추출하며 상기 데이터 심볼군에 포함된 데이터 심볼들 간의 위상차를 상호 비교하여 손실이 있는 데이터 심볼의 위치를 추정하는 심볼 오류 위치 추정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 다중 심볼 차등 복호화 장치를 제공한다.
바람직하게는, 상기 다중 심볼 차등 복호화 장치는 상기 데이터 심볼군에 포 함된 데이터 심볼들 중에서 차등 부호화에 기반하는 데이터 심볼 쌍을 선택하고 상기 선택된 데이터 심볼 쌍에 대한 위상차를 검출하는 제1 위상 검출기; 및 상기 데이터 심볼군에 포함된 데이터 심볼들 중에서 최대 우도 알고리즘에 기반하는 연속된 데이터 심볼 쌍을 선택하고 상기 선택된 연속 데이터 심볼 쌍에 대한 위상차를 검출하는 제2 위상 검출기를 포함하며, 이때의 심볼 오류 위치 추정부는 상기 제1 위상 검출기가 검출한 위상차 및 상기 제2 위상 검출기가 검출한 위상차를 상호 비교하여 상기 손실이 있는 데이터 심볼의 위치를 추정한다.
더욱 바람직하게는, 상기 제1 위상 검출기는 상기 데이터 심볼군에 포함된 두 데이터 심볼 중 특정 데이터 심볼의 복소수값과 다른 데이터 심볼의 켤레복소수값과 상기 두 데이터 심볼 간의 위상차값의 곱에 대한 실수부가 최대가 되게 하는 상기 두 데이터 심볼을 상기 차등 부호화에 기반하는 데이터 심볼 쌍으로 선택한다.
바람직하게는, 상기 다중 심볼 차등 복호화 장치는 상기 데이터 심볼군에 손실이 있는 데이터 심볼이 있으면 상기 데이터 심볼군으로부터 손실이 없는 데이터 심볼들을 추출하여 진폭을 기준으로 하는 방정식을 구하고, 상기 손실이 있는 데이터 심볼의 진폭값이 상기 방정식을 만족하도록 상기 손실이 있는 데이터 심볼을 보상시키는 심볼 오류 보상부를 더 구비한다.
또한, 본 발명은 (a) 수신한 부호화 신호로부터 연속된 데이터 심볼들의 집합인 데이터 심볼군을 추출하는 단계; (b) 상기 데이터 심볼군에 소속된 데이터 심볼들 간의 위상차를 상호 비교하여 손실이 있는 데이터 심볼의 위치를 추정하는 단 계; 및 (c) 위치 추정된 상기 손실이 있는 데이터 심볼을 고려하여 상기 부호화 신호를 복호화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 심볼 차등 복호화 방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 (b) 단계와 상기 (c) 단계의 중간 단계는 (b1) 상기 데이터 심볼군에 상기 손실이 있는 데이터 심볼이 있으면, 상기 데이터 심볼군으로부터 손실이 없는 데이터 심볼들을 추출하는 단계; (b2) 상기 추출된 손실이 없는 데이터 심볼들을 이용하여 진폭을 기준으로 하는 일차방정식을 구하는 단계; 및 (b3) 상기 손실이 있는 데이터 심볼의 진폭값이 상기 일차방정식을 만족하도록 상기 손실이 있는 데이터 심볼을 보상시키는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 (b) 단계는 (ba) 상기 데이터 심볼군에 소속된 두 데이터 심볼들을 조합하여 각각의 위상차를 검출하고 상기 검출된 위상차를 수집하여 제1 위상차군을 생성하며, 상기 데이터 심볼군에 소속된 데이터 심볼들 중 연속된 두 데이터 심볼들을 조합하여 최대 우도에 기반한 두 위상차를 검출하고 상기 검출된 두 위상차를 수집하여 제2 위상차군을 생성하는 단계; (bb) 상기 제1 위상차군에 구비되는 위상차가 상기 제2 위상차군에 구비되는 적어도 하나 이상의 위상차의 합과 같은지를 판별하는 단계; 및 (bc) 상기 판별 결과를 토대로 상기 데이터 심볼군에 상기 손실이 있는 데이터 심볼이 있는지의 여부 및 상기 손실이 있는 데이터 심볼이 상기 데이터 심볼군에 포함된 경우 상기 손실이 있는 데이터 심볼의 위치값을 도출하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명은 부호화된 신호를 수신하여 복호화시키는 장치로서, 상기 부 호화된 신호로부터 연속된 데이터 심볼들의 집합인 데이터 심볼군을 추출하며 상기 데이터 심볼군에 포함된 데이터 심볼들 간의 위상차를 상호 비교하여 손실이 있는 데이터 심볼의 위치를 추정하는 심볼 오류 위치 추정부를 구비하는 다중 심볼 차등 복호화 장치; 상기 수신된 부호화 신호를 복조시키는 복조부; 상기 손실 보상된 데이터 심볼을 이용하여 상기 복조 신호를 차등 복호화시키는 차등 복호화부; 및 상기 차등 복호화된 신호를 디인터리빙시키는 디인터리빙부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 방송 수신기를 제공한다.
또한, 본 발명은 부호화된 신호를 수신하여 복호화시키는 장치로서, 상기 부호화된 신호로부터 연속된 데이터 심볼들의 집합인 데이터 심볼군을 추출하며 상기 데이터 심볼군에 소속된 데이터 심볼들 간의 위상차를 상호 비교하여 손실이 있는 데이터 심볼의 위치를 추정하는 심볼 오류 위치 추정부를 구비하는 이동 방송 수신기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 방송 시스템을 제공한다.
바람직하게는, 상기 이동 방송 시스템은 데이터 스트림으로부터 심볼 단위로 맵핑된 신호를 인터리빙시키는 인터리빙부, 상기 인터리빙된 심볼을 차등 부호화시키는 차등 부호화부, 상기 차등 부호화된 심볼을 변조시키는 변조부, 및 상기 변조된 심볼을 상기 이동 방송 수신기로 전송하는 송신부를 구비하는 이동 방송 송신기를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 이동 방송 시스템은 OFDM 변복조를 이용한다.
본 발명에 따르면, 다음 효과를 얻을 수 있다. 첫째, 심볼 오류 위치 추정부 를 이용하여 수신 심볼의 오류 위치를 추정함으로써 수신 심볼의 오류 발생율을 감소시킬 수 있다. 둘째, 심볼 오류 보상부를 이용하여 심볼의 오류를 보상해 줌으로써 고속 이동통신 환경의 다중 경로 페이딩 채널(multi-path fading channel)에서 비트 오류율 성능을 향상시킬 수 있다. 셋째, 심볼 오류 위치 추정부와 심볼 오류 보상부를 이용하여 심볼의 오류를 제거시킴으로써 연판정 출력값(soft output)을 얻을 수 있으며, 이 연판정 출력값을 채널 복호화부에 제공함으로써 채널 부호화 이득을 증가시킬 수 있다. 넷째, 이상 언급한 바를 종합하면 본 발명은 간단한 이동 방송 수신기의 구현이 가능할 뿐만 아니라, 이동 방송 수신기의 수신 성능을 향상시키는 효과를 얻을 수 있으며, 휴대 이동 방송 시스템(ex. T-DMB 시스템)에 적용 가능하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이동 방송 시스템의 개념도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이동 방송 시스템(10)은 이동 방송 송신기(100)와 이동 방송 수신기(200)를 포함한다. 이러한 이동 방송 시스템(10)은 OFDM 송수신 방식을 이용함을 고려할 때 지상파 DMB(T-DMB) 시스템인 것을 특징으로 한다. 이하에서는 먼저 이동 방송 송신기(100)에 대해서 살펴보고, 그 이후 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이동 방송 수신기(200)를 설명하기로 한다.
도 2는 이동 방송 시스템에 구비되는 이동 방송 송신기의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다. 상기 도 2에 도시한 바에 따르면, 이동 방송 송신기(100)는 채널 부호화부(channel encoder)(110), 심볼 맵핑부(symbol mapper)(120), 주파수 인터리빙부(frequency interleaver)(130), 위상 기준 신호 발생부(140), 차등 부호화부(differential encoder)(150), 직교 변조부(OFDM modulator)(160), 송신부(170), 전원부(180) 및 제어부(190)를 포함한다.
심볼 맵핑부(120)는 채널 부호화부(110)를 거쳐 부호화된 데이터 스트림을 심볼 단위로 맵핑시키는 기능을 수행한다. 이러한 심볼 맵핑부(120)는 이동 방송 송신기(100)가 지상파 DMB 송신기(T-DMB transmitter)인 것을 감안할 때 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 심볼 단위로 맵핑시키는 QPSK 심볼 매퍼로 구현될 수 있다.
주파수 인터리빙부(130)는 심볼 맵핑부(120)를 거쳐 맵핑된 단위 심볼(즉, QPSK 심볼)을 주파수 별로 인터리빙시키는 기능을 수행한다. 위상 기준 신호 발생부(140)는 DQPSK(Differential QPSK) 변복조를 위한 위상 기준 심볼(phase reference symbol)을 차등 부호화부(150)와 직교 변조부(160)에 제공하는 기능을 수행한다.
차등 부호화부(150)는 주파수 별로 인터리빙된 QPSK 심볼을 차등 부호화하여 DQPSK 심볼을 생성하는 기능을 수행한다. 차등 부호화부(150)의 이러한 기능을 수학식으로 표현하면 다음과 같다.
Figure 112008067984815-pat00001
상기 (a)에서, dk는 주파수 별로 인터리빙된 QPSK 심볼이고, P는 신호 파워 상수이다. φk는 φk∈{2πm/4; m=0,1,2,3}을 만족하는 균일 분산값 중 하나인 전송 위상(transmit phase)이고, T는 QPSK 심볼 간격이다. t는 타임 인덱스이다. 또한, 상기 (b)에서, xk는
Figure 112008067984815-pat00002
일 때의 DQPSK 심볼이다.
직교 변조부(160)는 차등 부호화된 DQPSK 심볼을 OFDM 변조시키는 기능을 수행한다. 직교 변조부(160)의 이러한 기능을 수학식으로 표현하면 다음과 같다.
Figure 112008067984815-pat00003
상기에서, Sk는 전송 OFDM 심볼이고, IFFT{}는 역FFT(inverse Fast Fourier Transform) 함수이다.
한편, 직교 변조부(160)는 위상 기준 심볼과 아무런 신호도 전송되지 않는 널 심볼(null symbol)도 함께 OFDM 변조시킨다.
송신부(170)는 OFDM 변조된 DQPSK 심볼, 위상 기준 심볼, 널 심볼 등을 전송 프레임에 실어 이동 방송 수신기 측으로 전송하는 기능을 수행한다. 전원부(180)는 이동 방송 송신기(100)의 구성요소들이 원활하게 구동될 수 있도록 전원을 공급하는 기능을 수행하며, 제어부(190)는 이동 방송 송신기(100)의 구성요소들의 전체 작동을 제어하는 기능을 수행한다.
다음으로, 이동 방송 수신기에 대해 설명한다. 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이동 방송 수신기의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다. 그리고, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이동 방송 수신기에 구비되는 차등 복호화부의 개념도이다. 상기 도 3에 도시한 바에 따르면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이동 방송 수신기(200)는 수신부(210), 직교 복조부(OFDM demodulator)(220), 차등 복호화부(230), 주파수 디인터리빙부(frequency deinterleaver)(240), 심볼 디맵핑부(symbol demapper)(250), 채널 복호화부(channel decoder)(260), 전원부(270) 및 제어부(280)를 포함한다.
수신부(210)는 이동 방송 송신기(100)로부터 전송된 전송 프레임을 수신하는 기능을 수행한다. 이 전송 프레임에 데이터 심볼로 OFDM 변조된 DQPSK 심볼이 실려 있음은 이미 언급한 바 있다.
직교 복조부(220)는 수신부(210)가 수신한 심볼을 OFDM 복조시키는 기능을 수행한다. 직교 복조부(220)의 이러한 기능을 수학식으로 표현하면 다음과 같다.
Figure 112008067984815-pat00004
상기에서, rk는 OFDM 복조된 심볼이고, FFT{}는 FFT 함수이다. yk는 AWGN(Additive White Gaussian Noise) 채널에서의 대응 수신 신호이고, θk는 (-π, π) 구간에서 균일 분산된 것으로 추측되는 특정 면 정보가 없는 AWGN 채널에서의 임의의 위상 벡터이다. nk는 (b) 식을 따르는 분산을 가지는 평균값이 0인 복소 가우시안 잡음이며, θ'k는 θk의 FFT 버전이다. n'k는 nk의 FFT 버전이다.
차등 복호화부(230)는 OFDM 복조된 심볼을 차등 복호화시키는 기능을 수행한다. 이러한 차등 복호화부(230)는 구비된 심볼 오류 위치 추정부(231)를 이용하여 상기 심볼의 오류 위치를 추정하는 기능을 수행한다. 또한, 차등 복호화부(230)는 구비된 심볼 오류 보상부(232)를 이용하여 위치 추정된 심볼 오류를 보상시키는 기능도 수행한다. 심볼 오류 위치 추정부(231)가 심볼의 오류 위치를 추정할 때에는 심볼 오류 위치 검출 방법(SEPD: Symbol Error Position Detection)을 이용하며, 심볼 오류 보상부(232)가 위치 추정된 심볼 오류를 보상시킬 때에는 선형 보간법(LI: Linear Interpolation)을 이용한다. 본 발명에 따른 차등 복호화부(230)는 도 4를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
주파수 디인터리빙부(240)는 차등 복호화된 심볼을 주파수 별로 디인터리빙 시키는 기능을 수행한다. 심볼 디맵핑부(250)는 디인터리빙된 심볼을 디맵핑시키는 기능을 수행한다. 채널 복호화부(260)는 디맵핑된 심볼을 채널 복호화시키는 기능을 수행한다. 여기에서의 채널은 AWGN 채널인 것이 일반이다. 이상 설명한 바와 같이, 주파수 디인터리빙부(240), 심볼 디맵핑부(250), 채널 복호화부(260) 등은 각각 도 2에서 언급한 주파수 인터리빙부(130), 심볼 맵핑부(120), 채널 부호화부(110) 등에 반대되는 개념으로 이해할 수 있다.
전원부(270)는 이동 방송 수신기(200)의 구성요소들이 원활하게 구동될 수 있도록 전원을 공급하는 기능을 수행하며, 제어부(280)는 이동 방송 수신기(200)의 구성요소들의 전체 작동을 제어하는 기능을 수행한다.
다음으로, 도 4를 참조하여 심볼 오류 위치 추정부(231)와 심볼 오류 보상부(232)를 구비하는 차등 복호화부(230)에 대해서 상세하게 설명한다. 이미 언급하였듯이, 차등 복호화부(230)는 심볼 오류 위치 검출 방법(SEPD)을 이용하여 복수개의 OFDM 복조된 심볼들 중에서 오류가 있는 심볼의 위치를 추정하며, 선형 보간법(LI)을 이용하여 위치가 추정된 심볼의 오류를 보상시킨다.
심볼 오류 위치 검출 방법(SEPD)에 따르면, 직교 복조부(220)로부터 수신한 신호에서 연속된 복수개의 심볼들을 추출하고, 추출된 연속 심볼들을 상호 비교하여 오류가 있는 심볼의 위치를 추정한다. 직교 복조부(220)로부터 수신한 신호에서 연속된 복수개의 심볼들을 추출할 때에는 다중 심볼 차등 검출(MSDD: Multi Symbol Differential Detection)을 이용한다. 다중 심볼 차등 검출(MSDD)은 N개의 심볼들로 이루어진 다중 심볼 구간의 시퀀스를 관찰하므로 차등 검출 성능을 향상시키기 에 적합한 방법이다. 이러한 다중 심볼 차등 검출(MSDD)은 전송 신호 위상들의 최대 우도 시퀀스 추정(MLSE: Maximum Likelihood Sequence Estimation)에 기반한다. 최대 우도 검출 알고리즘(maximum-likelihood detection algorithm)을 이용하면 판단 변수(decision statistics)는 다음 수학식으로 정의할 수 있다.
Figure 112008067984815-pat00005
상기에서, η는 최대 우도 시퀀스 추정(MLSE) 기반의 다중 심볼 차등 검출(MSDD)에서의 판단 변수이고,
Figure 112008067984815-pat00006
는 k번째 전송 구간에 대응하는 입력 데이터 위상으로
Figure 112008067984815-pat00007
를 만족한다.
상기 수학식 4에 따르면, η이 최대값일 때
Figure 112008067984815-pat00008
를 선택한다. 상기에서,
Figure 112008067984815-pat00009
는 QPSK 신호의 최대 우도 검출된 위상 벡터로
Figure 112008067984815-pat00010
를 만족한다.
본 발명의 실시예에서 다중 심볼 차등 검출(MSDD)은 연속된 3~5개의 심볼들을 추출할 때에 이용된다. 일반적으로 다중 심볼 차등 검출(MSDD)에서의 관측 심볼 구간과 계산 복잡도(computational complexity) 사이에는 트레이드오프(tradeoff)가 존재하는 것으로 알려져 있다. 따라서, 본 발명에서는 이 점을 고려하여 다중 심볼 차등 검출(MSDD)을 이용하여 연속된 3~5개의 심볼들을 추출한다. 추출된 3~5 개의 연속 심볼들을 이용하여 오류가 있는 심볼의 위치를 추정하면, 심볼 오류 검출의 정확성을 최대로 높일 수 있다. 추출된 연속 심볼들의 갯수가 2개 이하이거나 6개 이상이면 심볼 오류 검출의 정확성은 떨어진다. 이하 설명에서는 오류가 있는 심볼의 위치를 추정하는 데에 연속된 3개의 심볼들을 이용하기로 한다.
연속된 3개의 심볼을 rk-2, rk-1, rk라고 하자. 그리고, 이 각각의 심볼들을 담은 신호가 위상 비교기(phase comparator)(301)와 최대 우도 기반 위상 검출기(ML phase detector)(302)를 차례대로 거쳐 출력하는 최대 우도 검출 출력을
Figure 112008067984815-pat00011
,
Figure 112008067984815-pat00012
,
Figure 112008067984815-pat00013
라고 하자. 상기에서,
Figure 112008067984815-pat00014
과
Figure 112008067984815-pat00015
는 심볼 간격이 1인 최대 우도 검출 출력이며,
Figure 112008067984815-pat00016
는 심볼 간격이 2인 최대 우도 검출 출력이다.
상기 연속된 3개의 심볼들 중 어느 하나의 심볼을 담은 신호는 3개 중 어느 하나의 위상 비교기(301a~301c 중 어느 하나)를 거쳐 상기 위상 비교기에 연동하는 최대 우도 기반 위상 검출기(302a~302c 중 어느 하나)로 입력된다. 그러면, 최대 우도 기반 위상 검출기는 수신된 신호의 위상값과 수신된 신호에 담겨진 심볼들을 이용하여 연산을 수행하여 아래 조건을 만족시키는 출력을 최대 우도 검출 출력으로 정한다. 아래에서, Re{}는 {} 안의 실수부 값을 의미한다.
Figure 112008067984815-pat00017
한편, 3개의 위상 비교기(301a ~ 301c)를 통과한 각각의 심볼들을 담은 신호는 MSDD(Multiple Symbol Differential Detection) 최대 우도 기반 위상 검출기(303)로도 입력된다. 그러면, MSDD 최대 우도 기반 위상 검출기(303)는 인접하는 두 심볼들 간의 위상차로부터 도출된 입력 데이터 위상
Figure 112008067984815-pat00018
,
Figure 112008067984815-pat00019
를 출력한다.
도 5는 수신 심볼 스트림(400)에 구비되는 관측 윈도우(410)에서
Figure 112008067984815-pat00020
,
Figure 112008067984815-pat00021
,
Figure 112008067984815-pat00022
,
Figure 112008067984815-pat00023
,
Figure 112008067984815-pat00024
등이 어느 두 심볼들의 관계값인지를 표현하는 도면이다. 따라서, 도 5는 상술한
Figure 112008067984815-pat00025
,
Figure 112008067984815-pat00026
,
Figure 112008067984815-pat00027
,
Figure 112008067984815-pat00028
,
Figure 112008067984815-pat00029
등에 대한 이해에 도움이 될 것이다.
최대 우도 기반 위상 검출기(302)는 심볼 오류 위치 추정부(231)로
Figure 112008067984815-pat00030
,
Figure 112008067984815-pat00031
,
Figure 112008067984815-pat00032
등을 출력한다. 그리고, MSDD 최대 우도 기반 위상 검출기(303)는 심볼 오류 위치 추정부(231)로
Figure 112008067984815-pat00033
,
Figure 112008067984815-pat00034
등을 출력한다. 심볼 오류 위치 추정부(231)는 두 위상 검출기(302, 303)로부터 수신된 신호값들을 비교하여 오류가 있는 심볼의 위치를 추정한다. 이하 도 6과 도 7을 참조하여 설명한다.
제1 단계에서, 심볼 오류 위치 추정부(231)의 추출 모듈은 최대 우도 기반 위상 검출기(302)로부터 3개의 최대 우도 검출 출력을 취득한다. 또한, 추출 모듈은 MSDD 최대 우도 기반 위상 검출기(303)로부터 2개의 입력 데이터 위상을 취득한다(S600).
제2 단계에서, 비교 모듈은 3개의 최대 우도 검출 출력들을 2개의 입력 데이터 위상들과 일대일(1:1) 비교한다(S610). S610 단계의 비교를 통해 생성된 결과는 도 7의 (a)에서 ① ~ ③ 중 어느 하나가 된다.
제3 단계에서, 심볼 오류 위치 결정 모듈은 생성된 결과로부터 오류가 발생된 심볼의 위치를 추정한다. 만약 생성 결과가 ①과 같다면 도 7 (b)의 ①에 도시된 바와 같이 관측 윈도우(410) 내에는 오류 심볼이 없는 것으로 추정할 수 있다. 또한, 생성 결과가 ②와 같다면 도 7 (b)의 ②에 도시된 바와 같이 rk-2 심볼이 오류 심볼인 것으로 추정할 수 있다. 또한, 생성 결과가 ③과 같다면 도 7 (b)의 ③에 도시된 바와 같이 rk-1 심볼이 오류 심볼인 것으로 추정할 수 있다.
심볼 오류 위치 추정부(231)가 오류 심볼의 위치를 추정하고 나면 심볼 오류 보상부(232)가 그 추정 결과를 토대로 오류가 발생된 심볼을 보상시킨다. 이 경우 심볼 오류 보상부(232)는 선형 보간법을 이용하는데, 이하에서 이에 대해 설명한다.
관측 윈도우 내에 오류 심볼이 없다면 심볼 오류 보상부(232)는 아무런 기능 을 수행하지 않는다. 그 이유는 오류 심볼의 위치 파악이 불가능하여 심볼 오류 보상부(232)가 기능을 수행할 실익이 없기 때문이다.
관측 윈도우 내에 오류 심볼이 있다면 이 오류 심볼은 rk-1 심볼이거나 rk-2 심볼이다. 심볼 오류 보상부(232)는 이 오류 심볼을 보상시키기 위해 rk-2 심볼을 담고 있는 k-2번째 신호, rk-1 심볼을 담고 있는 k-1번째 신호, rk 심볼을 담고 있는 k번째 신호 등을 이용하여 선형 보간법(LI)을 수행한다.
먼저, rk-2 심볼, rk-1 심볼, rk 심볼은 아래 수학식 5와 같이 결정할 수 있다.
Figure 112008067984815-pat00035
상기에서, αi는 채널의 진폭(channel amplitude)이며, i는 k, k-1, k-2 중 어느 하나이다. θ는 위상이며, ni는 단위 분산 백색 가우시안 잡음(unit variance white gaussian noise)으로 평균값이 0이다.
그런데,
Figure 112008067984815-pat00036
이므로, rk-2 심볼, rk-1 심볼, rk 심볼은 아래 수학식 6으로 표현된다.
Figure 112008067984815-pat00037
수학식 6의 rk-2 심볼, rk-1 심볼, rk 심볼 등을 이용하면 k-2번째 심볼 또는 k-1번째 심볼을 보상할 수 있는데, 이때의 보상 방법은 수학식 7과 같다.
Figure 112008067984815-pat00038
상기에서, (a)는 rk-2 심볼을 보상하는 방법으로, 도 8의 (a)에서 도면부호 700에서 도면부호 710으로 보상된다. (b)는 rk-1 심볼을 보상하는 방법으로, 도 8의 (b)에서 도면부호 700에서 도면부호 710으로 보상된다.
심볼 오류 보상부(232)가 오류 심볼을 보상시키면, 연판정 신호 생성부(304)가 오류 보상된 심볼을 담은 신호를 이용하여 연판정 신호를 비터비 복호화부(미도시)로 출력한다. 앞서 언급한 바와 같이, 연판정 신호 생성부(304)가 생성하는 연판정 신호는 비터비 복호화부의 부호화 이득을 향상시켜줄 뿐만 아니라, 이동 방송 수신기(200)의 수신 성능도 크게 향상시킨다. 이는 도 9에 도시된 그래프로도 확인할 수 있다. 도 9에서, (a)는 도플러 주파수가 10Hz, 30Hz, 50Hz일 때 TU(Typical Urban) 채널에서의 종래 차등 검출(DD)과 종래 다중 심볼 차등 검출(MSDD)의 BER 성능을 나타낸 그래프이고, (b)는 도플러 주파수가 10Hz, 30Hz, 50Hz일 때 TU 채널에서의 종래 차등 검출(DD)과 본 발명에 따른 다중 심볼 차등 검출(MSDD)의 BER 성능을 나타낸 그래프이다.
연판정 신호 생성부(304)가 출력하는 연판정 신호는 수학식 8과 같다.
Figure 112008067984815-pat00039
상기에서, r' k-1과 r' k-2는 오류가 보상된 심볼이다. 또한, r'* k-2는 r' k-2의 켤레복소수이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
지상파 DMB(T-DMB) 시스템은 다른 이동 방송 시스템과 비교할 경우 다음과 같은 장점을 가지고 있다. 첫째, OFDM 송수신 방식을 이용하기 때문에 주파수를 많이 확보할 수 있어 여러 채널을 우수한 화질로 방송할 수 있다. 둘째, 유럽의 지상파 라디오 표준으로 채택된 Eureka-147 DAB를 기반으로 하기 때문에 안정적인 운용이 가능하다. 셋째, 차등 검출을 이용하기 때문에 하드웨어 구조가 비교적 단순하다.
이에 더하여, 지상파 DMB 시스템이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이동 방송 수신기, 즉 수신 심볼의 오류 위치를 추정하는 심볼 오류 위치 추정부 및 선형 보간법을 이용하여 위치 추정된 심볼 오류를 보상시키는 심볼 오류 보상부를 포함하는 이동 방송 수신기를 구비할 경우 수신 성능 향상, 더욱 낮아진 오류 발생률 등의 효과도 얻을 수 있다.
오늘날 소형, 고효율, 저가격 등의 특징을 가진 수신기가 이동 방송 시스템에서 우수한 시장성을 보이고 있다. 본 발명은 휴대 이동 방송 시스템에 적용시킬 경우 상기 특징을 가지는 수신기의 구현이 가능하므로, 이동 방송 수신기 제조업 분야에 새로운 비즈니스 모델을 제공할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이동 방송 시스템의 개념도,
도 2는 이동 방송 시스템에 구비되는 이동 방송 송신기의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이동 방송 수신기의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차등 복호화부의 개념도,
도 5 내지 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 심볼 오류 위치 추정부의 기능을 설명하기 위한 도면,
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 심볼 오류 보상부의 기능을 설명하기 위한 도면,
도 9는 종래 이동 방송 수신기의 BER 성능과 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이동 방송 수신기의 BER 성능을 비교한 그래프이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10 : 이동 방송 시스템 100 : 이동 방송 송신기
110 : 채널 부호화부 120 : 심볼 맵핑부
130 : 주파수 인터리빙부 140 : 위상 기준 신호 발생부
150 : 차등 부호화부 160 : 직교 변조부
170 : 송신부 200 : 이동 방송 수신기
210 : 수신부 220 : 직교 복조부
230 : 차등 복호화부 231 : 심볼 오류 위치 추정부
232 : 심볼 오류 보상부 240 : 주파수 디인터리빙부
250 : 심볼 디맵핑부 260 : 채널 복호화부
301 : 위상 비교기 302 : 최대 우도 기반 위상 검출기
303 : MSDD 최대 우도 기반 위상 검출기
304 : 연판정 신호 생성부

Claims (16)

  1. 부호화된 신호를 수신하여 복호화시키는 장치로서, 상기 부호화된 신호로부터 연속된 데이터 심볼들의 집합인 데이터 심볼군을 추출하며 상기 데이터 심볼군에 포함된 데이터 심볼들 간의 위상차를 상호 비교하여 손실이 있는 데이터 심볼의 위치를 추정하는 심볼 오류 위치 추정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 다중 심볼 차등 복호화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 데이터 심볼군에 포함된 데이터 심볼들 중에서 차등 부호화에 기반하는 데이터 심볼 쌍을 선택하고 상기 선택된 데이터 심볼 쌍에 대한 위상차를 검출하는 제1 위상 검출기; 및
    상기 데이터 심볼군에 포함된 데이터 심볼들 중에서 최대 우도 알고리즘에 기반하는 연속된 데이터 심볼 쌍을 선택하고 상기 선택된 연속 데이터 심볼 쌍에 대한 위상차를 검출하는 제2 위상 검출기
    를 포함하며,
    상기 심볼 오류 위치 추정부는 상기 제1 위상 검출기가 검출한 위상차 및 상기 제2 위상 검출기가 검출한 위상차를 상호 비교하여 상기 손실이 있는 데이터 심볼의 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 다중 심볼 차등 복호화 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 위상 검출기는 상기 데이터 심볼군에 포함된 두 데이터 심볼 중 특정 데이터 심볼의 복소수값과 다른 데이터 심볼의 켤레복소수값과 상기 두 데이터 심볼 간의 위상차값의 곱에 대한 실수부가 최대가 되게 하는 상기 두 데이터 심볼을 상기 차등 부호화에 기반하는 데이터 심볼 쌍으로 선택하는 것을 특징으로 하는 다중 심볼 차등 복호화 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 심볼 오류 위치 추정부는 연속된 3~5개의 데이터 심볼들을 상기 데이터 심볼군으로 지정하는 것을 특징으로 하는 다중 심볼 차등 복호화 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 데이터 심볼군에 손실이 있는 데이터 심볼이 있으면, 상기 데이터 심볼군으로부터 손실이 없는 데이터 심볼들을 추출하여 진폭을 기준으로 하는 방정식을 구하고, 상기 손실이 있는 데이터 심볼의 진폭값이 상기 방정식을 만족하도록 상기 손실이 있는 데이터 심볼을 보상시키는 심볼 오류 보상부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 다중 심볼 차등 복호화 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 손실 보상된 데이터 심볼을 이용하여 더이상의 데이터 손실이 없는 연 판정 신호를 생성하는 연판정 신호 생성부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 다중 심볼 차등 복호화 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 데이터 심볼군이 연속된 3개의 데이터 심볼들로 이루어질 경우, 상기 심볼 오류 보상부는 아래 수학식을 이용하여 상기 손실이 있는 데이터 심볼을 보상시키는 것을 특징으로 하는 다중 심볼 차등 복호화 장치.
    [수학식]
    Figure 112008067984815-pat00040
    상기에서, rk는 k번째 데이터 심볼, rk-1은 k-1번째 데이터 심볼, rk-2는 k-2번째 데이터 심볼, r' k-1은 손실 보상된 k-1번째 데이터 심볼, r' k-2는 손실 보상된 k-2번째 데이터 심볼,
    Figure 112008067984815-pat00041
    는 k번째 데이터 심볼과 k-1번째 데이터 심볼 간의 위상차로서
    Figure 112008067984815-pat00042
    를 만족한다.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 데이터 심볼군이 연속된 3개의 데이터 심볼들로 이루어질 경우, 상기 제1 위상 검출기가 검출하는 위상차는 제1 데이터 심볼과 제2 데이터 심볼 간의 제1 위상차, 상기 제2 데이터 심볼과 제3 데이터 심볼 간의 제2 위상차, 및 상기 제1 데이터 심볼과 상기 제3 데이터 심볼 간의 제3 위상차를 포함하고, 상기 제2 위상 검출기가 검출하는 위상차는 상기 제1 데이터 심볼과 상기 제2 데이터 심볼 간의 제4 위상차, 및 상기 제2 데이터 심볼과 상기 제3 데이터 심볼 간의 제5 위상차를 포함하며,
    상기 제1 위상차가 상기 제4 위상차와 같고 상기 제2 위상차가 상기 제5 위상차와 같으며 상기 제3 위상차가 상기 제4 위상차와 상기 제5 위상차의 합과 같은 경우 상기 심볼 오류 위치 추정부는 상기 데이터 심볼군에 손실이 있는 데이터 심볼이 없는 것으로 추정하고, 상기 제1 위상차가 상기 제4 위상차와 같고 상기 제2 위상차가 상기 제5 위상차와 다르며 상기 제3 위상차가 상기 제4 위상차와 상기 제5 위상차의 합과 다른 경우 상기 심볼 오류 위치 추정부는 상기 제3 데이터 심볼을 손실이 있는 데이터 심볼로 추정하며, 상기 제1 위상차가 상기 제4 위상차와 다르고 상기 제2 위상차가 상기 제5 위상차와 다르며 상기 제3 위상차가 상기 제4 위상차와 상기 제5 위상차의 합과 같은 경우 상기 심볼 오류 위치 추정부는 상기 제2 데이터 심볼을 손실이 있는 데이터 심볼로 추정하는 것을 특징으로 하는 다중 심볼 차등 복호화 장치.
  9. (a) 수신한 부호화 신호로부터 연속된 데이터 심볼들의 집합인 데이터 심볼 군을 추출하는 단계;
    (b) 상기 데이터 심볼군에 소속된 데이터 심볼들 간의 위상차를 상호 비교하여 손실이 있는 데이터 심볼의 위치를 추정하는 단계; 및
    (c) 위치 추정된 상기 손실이 있는 데이터 심볼을 고려하여 상기 부호화 신호를 복호화시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 심볼 차등 복호화 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 (b) 단계와 상기 (c) 단계의 중간 단계는,
    (b1) 상기 데이터 심볼군에 상기 손실이 있는 데이터 심볼이 있으면, 상기 데이터 심볼군으로부터 손실이 없는 데이터 심볼들을 추출하는 단계;
    (b2) 상기 추출된 손실이 없는 데이터 심볼들을 이용하여 진폭을 기준으로 하는 일차방정식을 구하는 단계; 및
    (b3) 상기 손실이 있는 데이터 심볼의 진폭값이 상기 일차방정식을 만족하도록 상기 손실이 있는 데이터 심볼을 보상시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 심볼 차등 복호화 방법.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    (ba) 상기 데이터 심볼군에 소속된 두 데이터 심볼들을 조합하여 각각의 위 상차를 검출하고 상기 검출된 위상차를 수집하여 제1 위상차군을 생성하며, 상기 데이터 심볼군에 소속된 데이터 심볼들 중 연속된 두 데이터 심볼들을 조합하여 최대 우도에 기반한 두 위상차를 검출하고 상기 검출된 두 위상차를 수집하여 제2 위상차군을 생성하는 단계;
    (bb) 상기 제1 위상차군에 구비되는 위상차가 상기 제2 위상차군에 구비되는 적어도 하나 이상의 위상차의 합과 같은지를 판별하는 단계; 및
    (bc) 상기 판별 결과를 토대로 상기 데이터 심볼군에 상기 손실이 있는 데이터 심볼이 있는지의 여부 및 상기 손실이 있는 데이터 심볼이 상기 데이터 심볼군에 포함된 경우 상기 손실이 있는 데이터 심볼의 위치값을 도출하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 심볼 차등 복호화 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 (a) 단계의 이전 단계는 상기 수신한 부호화 신호를 복조시키는 단계를 포함하며,
    상기 (c) 단계의 이후 단계는 상기 손실 보상된 데이터 심볼을 이용하여 복호화된 신호를 디인터리빙시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 심볼 차등 복호화 방법.
  13. 부호화된 신호를 수신하여 복호화시키는 장치로서, 상기 부호화된 신호로부터 연속된 데이터 심볼들의 집합인 데이터 심볼군을 추출하며 상기 데이터 심볼군에 포함된 데이터 심볼들 간의 위상차를 상호 비교하여 손실이 있는 데이터 심볼의 위치를 추정하는 심볼 오류 위치 추정부를 구비하는 다중 심볼 차등 복호화 장치;
    상기 수신된 부호화 신호를 복조시키는 복조부;
    손실 보상된 데이터 심볼을 이용하여 상기 복조부에 의해 복조된 신호를 차등 복호화시키는 차등 복호화부; 및
    상기 차등 복호화된 신호를 디인터리빙시키는 디인터리빙부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 방송 수신기.
  14. 부호화된 신호를 수신하여 복호화시키는 장치로서, 상기 부호화된 신호로부터 연속된 데이터 심볼들의 집합인 데이터 심볼군을 추출하며 상기 데이터 심볼군에 소속된 데이터 심볼들 간의 위상차를 상호 비교하여 손실이 있는 데이터 심볼의 위치를 추정하는 심볼 오류 위치 추정부를 구비하는 이동 방송 수신기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 방송 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    데이터 스트림으로부터 심볼 단위로 맵핑된 신호를 인터리빙시키는 인터리빙부, 상기 인터리빙된 심볼을 차등 부호화시키는 차등 부호화부, 상기 차등 부호화된 심볼을 변조시키는 변조부, 및 상기 변조된 심볼을 상기 이동 방송 수신기로 전송하는 송신부를 구비하는 이동 방송 송신기
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 방송 시스템.
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    상기 이동 방송 시스템은 OFDM 변복조를 이용하는 것을 특징으로 하는 이동 방송 시스템.
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