KR101051213B1 - 계층적 변조 시스템에서 디코딩을 위한 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

위성 수신기는 계층적 변조 기반의 신호를 수신하고, 이 신호는 적어도 상부층(UL) 및 하부층(LL)을 포함하며, 상기 수신기는 이 신호로부터 UL 신호로 전달된 데이터와 LL 신호로 전달된 데이터를 동시에 또는 각각 따로 복구한다.

위성 수신기, 상부 신호층, 하부 신호층, 계층적 변조, 순차적 디코딩, 통신 시스템

Description

계층적 변조 시스템에서 디코딩을 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DECODING IN A HIERARCHICAL MODULATION SYSTEM}

본 발명은 일반적으로 통신 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로, 위성-기반의 통신 시스템에 관한 것이다.

Ramaswamy에게 1999년 10월 12일에 발행된 미국 특허 번호 5,966,412호에 개시된 바와 같이, 계층적 변조는, 새로운 서비스를 제공하기 위한 발전 경로를 공급하면서도, 기존의 레거시(legacy) 수신기들을 계속 지원하는 방식으로, 위성 시스템에서 사용될 수 있다. 다시 말하면, 구 호환(backward-compatible)의 계층적 변조 기반의 위성 시스템은, 기존의 사용자들이 새로운 위성 수신기를 살 필요없이, 추가적인 특성 또는 서비스들을 위성 시스템에 부가할 수 있도록 한다. 계층적 변조 기반의 통신 시스템에서, 적어도 2개의 신호, 예를 들어, 상부층(UL;upper layer) 신호 및 하부층(LL;lower layer) 신호가 함께 부가되어, 전송을 위해 동기적으로 변조된 위성 신호를 생성한다. 구 호환을 제공하는 위성 기반의 통신 시스템에 있어서, LL 신호는 추가적인 서비스들을 제공하는 반면, UL 신호는 레거시 서비스들을 제공하고, 즉, UL 신호는 사실상, 이전에 송신된 신호와 동일한 신호이고, 따라서, 이 위성 송신 신호는, 레거시 수신기들을 사용하는 사용자들에게 어떤 충격도 주지 않으면서, 계속 발전될 수 있다. 이와 같이, 이미 레거시 수신기를 갖고 있는 사용자들은, 사용자가, LL 신호를 복구하여 부가 서비스들을 제공할 수 있는 박스, 또는 수신기를 업그레이드하도록 결정할 때까지, 레거시 수신기를 계속 사용할 수 있다.

계층적 변조 수신기에서, 수신된 신호는 순차적으로 디코딩되고, 즉, 수신된 신호는 UL 신호로 전달된 데이터를 복구하도록 먼저 처리되고, 그 다음, LL 신호로 전달된 데이터를 복구하도록 처리된다. 구체적으로, 수신된 신호는 먼저 복조되어, 상부층(UL)이 그로부터 디코딩되고, 이는 UL로 전달된 데이터를 공급한다. 이 데이터, 예를 들어, 디코딩된 UL 신호는 그 다음 재-인코딩되어, 재-인코딩된 UL 신호를 공급한다. 그리고, 재-인코딩된 UL 신호는 복조된 수신 신호로부터 감산되어 LL 신호를 나타내고, 그 다음, 이 신호는 디코딩되어 여기에 전달된 데이터를 복구한다. 따라서, LL 신호의 복조 및 디코딩은 UL 신호에 따른다.

계층적 변조 수신기에서의 순차적 디코딩은, 수신기에 복잡성을 부가할 뿐만 아니라, UL 디코딩 처리에서의 에러로 인해 복구된 상부층(UL) 신호가 원래 송신된 UL 신호와 맞지 않고, 이에 따라 복구된 LL 신호에 에러가 발생하면, 수신기의 성능을 저하시킨다는 것이 알려져 왔다. 이에 따라, 본 발명의 원리에 따르면, 수신기는 계층적 변조 기반의 신호를 수신하고, 이 신호는, 적어도 제1 신호층 및 제2 신호층을 포함하고, 수신기는 이 신호로부터 제1 신호층으로 전달된 데이터와 제2 신호층으로 전달된 데이터를 동시에 복구한다.

본 발명의 일 실시예에서, 위성 통신 시스템은 송신기, 위성 중계기 및 수신기를 포함한다. 송신기는 상향(uplink) 계층적 변조 기반의 신호를 위성 중계기에 송신하고, 위성 중계기는 이 계층적 변조 기반의 신호를 수신기로 하향 방송한다. 수신기는 수신된 계층적 변조 기반의 신호를 처리하여, 이들로부터 UL로 전달된 데이터와 LL로 전달된 데이터가 동시에 복구되도록 한다.

본 발명의 다른 실시예에서, 위성 통신 시스템은 송신기, 위성 중계기 및 수신기를 포함한다. 송신기는 상향 계층적 변조 기반의 신호를 위성 중계기에 송신하고, 위성 중계기는 이 계층적 변조 기반의 신호를 수신기로 하향 방송한다. 수신기는 수신된 계층적 변조 기반의 신호를 처리하여, UL 및 LL이 서로 독립적으로 처리되도록 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 계층적 변조 기반의 신호를 수신하는 수신기는, 적어도, 소프트 메트릭(metric) 값들의 룩업 테이블을 구성하는, 제1 신호층 및 제2 신호층을 포함한다. 구체적으로, 수신기는 엔드포인트(endpoint)로부터 트레이닝 신호를 수신하여, 결합된 신호 공간(signal space)과 수신된 트레이닝 신호의 함수로서 소프트 메트릭 값을 계산하고, 여기에서 결합된 신호 공간은 제1 신호층의 신호 공간과 제2 신호층의 신호 공간의 결합이다. 그 다음, 수신기는 룩업 테이블에 계산된 소프트 메트릭 값을 저장한다.

도 1은 본 발명의 원리를 구현하는 예시적 위성 통신 시스템을 도시한다.

도 2는 도 1의 위성(15)을 통한 송신 경로의 예시적 블록도를 도시한다.

도 3은 도 1의 송신기(5)에서 계층적 변조를 구현하기 위한 예시적 실시예를 도시한다.

도 4는 상부층 및 하부층에서 사용하기 위한 예시적 심볼형(symbol constellation)을 도시한다.

도 5는 계층적 변조 기반의 신호에 대한 예시적 심볼형을 도시한다.

도 6은 도 1의 송신기(5)에서 계층적 변조를 구현하기 위한 다른 예시적 실시예를 도시한다.

도 7은 본 발명의 원리에 따른 수신기의 예시적 블록도를 도시한다.

도 8은, 본 발명의 원리에 따른 도 7의 동시적 복조기/디코더(320)의 예시적 블록도를 도시한다.

도 9는 도 8의 복조기(330)의 예시적 블록도를 도시한다.

도 10은 예시적 신호 공간을 도시한다.

도 11은 본 발명의 원리에 따른 예시적 로그-형(log-likelihood) 룩업 테이블을 도시한다.

도 12는 예시적 심볼형을 도시한다.

도 13 및 14는 로그-형 계산을 도시한다.

도 15는 도 1의 수신기(30)에서 사용되는 예시적 순서도를 도시한다.

도 16은 본 발명의 원리에 따른 또 다른 예시적 실시예를 도시한다.

새로운 개념 이외의, 도면들에 도시된 소자들은 잘 공지되어 있기 때문에, 상세하게 설명하지 않을 것이다. 또한, 위성-기반의 시스템은 친숙한 것으로 가정되어, 본 명세서에서 상세하게 설명되지 않는다. 예를 들어, 새로운 개념 이외의, 위성 중계기들, 하향 신호들, 심볼형들, 무선-주파수(rf) 프론트 엔드(front end), 또는 저 잡음 블록 다운컨버터와 같은 수신기 섹션, 전송 비트 스트림을 생성하기 위한 (MPEG(Moving Picture Experts Group)-2 시스템 표준(ISO/IEC 13818-1)과 같은) 포맷팅 및 소스 인코딩 방법들, 로그-형 비율들과 같은 디코딩 방법들, 소프트-입력-소프트-출력(SISO) 디코더들, 비터비 디코더들은, 잘 공지되어 있기 때문에, 본 명세서에서 설명되지 않는다. 또한, 새로운 개념은 종래의 프로그래밍 기술들을 사용해서 구현될 것이고, 이러한 기술들은 본 명세서에서 설명되지 않을 것이다. 최종적으로, 도면들에서의 동일한 참조 번호들은 유사한 소자들을 나타낸다.

본 발명의 원리에 따른 예시적 통신 시스템(50)이 도 1에 도시된다. 통신 시스템(50)은 송신기(5), 위성 채널(25), 수신기(30) 및 텔레비전(TV;35)을 포함한다. 아래에서 보다 상세하게 설명되겠지만, 본 문단에서는 통신 시스템(50)을 간단하게 개략적으로 설명한다. 송신기(5)는, 신호들 4-1 내지 4-K로 표시되는 바와 같이 다수의 데이터 스트림을 수신하고, 계층적 변조 기반의 신호(6)를 위성 송신 채널(25)에 공급한다. 예시적으로, 이들 데이터 스트림은, 위성 TV 시스템의 제어 시그널링, 콘텐츠(예를 들어, 비디오) 등을 나타내고, 이들은 서로 독립적이거나, 서로 관련되어 있거나, 또는 이 둘의 조합일 수 있다. 계층적 변조 기반의 신호(6)는 K층을 갖고, 여기에서 K≥2이다. "층" 및 "레벨"이라는 용어는 본 명세서에서 서로 교환가능하게 사용된다는 것을 주지해야 한다. 위성 채널(25)은 송신 안 테나(10), 위성(15), 및 수신 안테나(20)를 포함한다. (그라운드 송신국을 나타내는) 송신 안테나(10)는, 상향 신호(11)로서 계층적 변조 기반의 신호(6)를 위성(15)으로 보낸다. 도 2를 간략하게 참조하면, 위성(15)을 통한 신호의 송신 경로의 예시적 블록도가 도시되어 있다. 위성(15)은 입력 필터(155), 진행파관 증폭기(165;TWTA(traveling wave tube amplifier)), 및 출력 필터(175)를 포함한다. 상향 신호(11)는 먼저 입력 필터(155)에 의해 필터링된 다음, TWTA(165)에 의해 재송신되기 위해서 증폭된다. 그 다음, TWTA(165)로부터 나온 출력 신호는 출력 필터(175)에 의해 필터링되어, (통상적으로 상향 신호와 상이한 주파수의) 하향 신호(16)를 공급한다. 이와 같이, 위성(15)은, 수신된 상향 신호를 하향 신호(16)를 통해 방송 영역으로 재송신한다. 이 방송 영역은 일반적으로 선정된 지리적 영역, 예를 들어, 미국 대륙의 일부 지역을 커버한다. 도 1을 다시 참조하면, 하향 신호(16)가 수신 안테나(20)에 의해 수신되고, 수신 안테나(20)는 수신된 신호(29)를 수신기(30)로 보내고, 이 수신기는 본 발명의 원리에 따라서, 수신된 신호(29)를 복조하고 동시에 디코딩하여, TV(35)에 예를 들어, 콘텐츠를 제공하여 나타내도록 한다. 본 명세서에 기재되지는 않았지만, 송신기(5)는 또한, 채널에서 비선형성을 보상하기 위한 송신 이전에, 신호를 사전왜곡시킬 수 있다는 것을 주지해야 한다.

송신기(5)에서 사용하기 위한 계층적 변조기의 예시적 블록도가 도 3에 도시된다. 계층적 변조는, 하부층 신호가 상부층 신호에 동기적으로 포함되어, 더 높은 차수의 변조 알파벳을 생성하는 동기적 변조 시스템으로서 간략하게 기술된다. 이후의 이러한 기술에 있어서, 2개의 데이터 스트림이 존재한다고, 즉, K=2라고 예 시적으로 가정된다. 본 발명은 K=2로서 한정되는 것은 아니며, 사실상, 신호 4-1과 같은 특정 데이터 스트림은 다른 데이터 스트림들(도시 생략)의 집합을 이미 나타낸다는 것을 이해해야 한다.

도 3에서, 계층적 변조 송신기는 UL 인코더(105), UL 변조기(115), LL 인코더(110), LL 변조기(120), 곱셈기(또는 증폭기)(125 및 130), 결합기(또는 가산기)(135) 및 업 컨버터(140)를 포함한다. 상부층(UL) 경로는 UL 인코더(105), UL 변조기(115) 및 증폭기(125)에 의해 표시되는 반면, 하부층(LL) 경로는 LL 인코더(110), LL 변조기(120) 및 증폭기(130)에 의해 표시된다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "UL 신호"는 UL 경로에서의 임의의 신호를 지칭하는 것이며, 이는 문맥으로부터 명확하게 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 도 3에 대한 설명 맥락에서, 이는 하나 이상의 신호들 4-1, 106, 및 116이다. 유사하게, "LL 신호"라는 용어는 LL 경로에서의 임의의 신호를 지칭한다. 역시, 도 3의 맥락에서, 이는 하나 이상의 신호들 4-2, 111, 및 121이다. 또한, 각 인코더들은 공지된 에러 검출/정정 코드들(예를 들어, 돌림형 부호 또는 격자 부호; 연쇄적 포워드 에러 정정(FEC) 기법, 여기에서, 레이트 1/2, 2/3, 4/5, 또는 6/7의 돌림형 부호는 내부 부호로서 사용되고, Reed Solomon 부호는 외부 부호로서 사용됨; LDPC 부호들(저 밀도 패리티 검사 부호); 등)을 구현한다. 예를 들어, 일반적인 UL 인코더(105)는 돌림형 부호 또는 짧은 블록 부호를 사용하는 반면, LL 인코더(110)는 터보 부호 또는 LDPC 부호를 사용한다. 설명의 목적으로, LL 인코더(110)는 LDPC 부호를 사용하는 것으로 가정된다. 또한, 돌림형 교번기(도시 생략)도 사용될 수 있다.

도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 신호 4-2는 LL 인코더(110)에 인가되고, 이 LL 인코더(110)는 인코딩된 신호(111)를 LL 변조기(120)에 공급한다. 유사하게, 신호 4-1은 UL 인코더(105)에 인가되고, 이 UL 인코더는 인코딩된 신호(106)를 UL 변조기(115)에 공급한다. 인코딩된 신호(106)는 심볼 간격 T 당 N 비트를 나타내고, 인코딩된 신호(111)는 심볼 간격 T 당 M 비트를 나타내고, N은 M과 동일하거나 동일하지 않을 수 있다. 변조기들(115 및 120)은 각각 자신의 인코딩된 신호를 변조하여, 변조된 신호(116 및 121)를 공급한다. 2개의 변조기(115 및 120)가 존재하기 때문에, UL 경로와 LL 경로에서의 변조가 서로 다를 수 있다는 것을 주지해야 한다. 또한, 설명의 목적으로, UL 인코딩된 데이터 비트들의 수는 2로, 즉, N=2로 가정되고, UL 변조기(115)는 신호 공간의 4개의 사분면들 중의 하나에 놓이는 변조된 신호(116)를 생성한다고 가정된다. 즉, UL 변조기(115)는, 2개의 인코딩된 데이터 비트를 4개의 심볼들 중의 하나로 매핑시킨다. 유사하게, LL 인코딩된 데이터 비트들의 수도 2개로, 즉, M=2로 가정되고, LL 변조기(120)도, 신호 공간의 4개의 사분면들 중의 하나에 놓이는 변조된 신호(121)를 생성한다고 가정된다. UL 및 LL 둘 다에서 사용하기 위한 예시적 심볼형(89)이 도 4에 도시된다. 신호 공간(89)은 단지 예시적인 것이며, 다른 크기 및 형태의 심볼형이 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.

그러나, UL 변조기(115) 및 LL 변조기(120)로부터의 출력 신호들은, 증폭기(125 및 130)를 통해 각각, 선정된 UL 게인 및 선정된 LL 게인의 크기로 더 조정될 수 있다. 하부층 및 상부층 신호들의 게인이, 신호 공간에서의 점들의 최종적 위 치를 결정한다는 것을 주지해야 한다. 예를 들어, UL 게인은 단일, 즉, 1로 설정되는 반면, LL 게인은 5로 설정될 수 있다. 그 다음, UL 신호와 LL 신호는 결합기 또는 가산기(135)에 의해 결합될 수 있고, 이 결합기 또는 가산기는 결합된 신호(136)를 공급한다. 따라서, 도 3의 변조기, 예를 들어, 증폭기(125 및 130)는 결합기(135)와 함께, 신호 공간을 효과적으로 더 재정렬하고, 분할하여, UL 신호가 신호 공간의 4개의 사분면들 중 하나를 지정하고, LL 신호가, 도 5에서 신호 공간 79로서 도시된 바와 같이, 신호 공간의 특정 사분면의 다수의 서브사분면들 중 하나를 지정하도록 한다.

사실상, 최종적 신호 공간(79)는, 본 명세서에서 결합된 신호 공간(79)으로도 지칭되고, 16개의 심볼들을 포함하며, 이들 각 심볼은, 신호 공간에서 특정 신호 점에 배치되고, 특정한 4개의 비트들과 결합된다. 예를 들어, 심볼 83은 4 비트의 시퀀스 "01 01"과 결합된다. 2 비트의 낮은 쪽 부분(81)은 UL과 결합되어, 신호 공간(79)의 일 사분면을 지정하고, 2 비트의 높은 쪽 부분(82)은 LL과 결합되어, 2 비트 부분(81)에 의해 지정된 사분면의 서브사분면을 지정한다. UL 신호가 사분면을 지정하기 때문에, LL 신호는 UL 신호에서 노이즈처럼 보일 가능성이 크다는 것을 주지해야 한다. 이에 대해서, 결합된 신호 공간(79)은 개념적으로 나타낸 것이고, 공간내의 심볼들 간의 거리는 실제 크기에 따른 것이 아니다. 도 3을 다시 참조하면, 결합된 신호(136)는 업 컨버터(140)에 인가되고, 업 컨버터(140)는 다중-레벨의 변조된 신호(6)를 적절한 송신 주파수에서 공급한다. 도 6을 간략히 참조하면, 송신기(5)에서 계층적 변조를 구현하기 위한 다른 예시적 실시예가 도시 된다. 도 6은, 계층적 변조기(180)가 하부층 및 상부층 비트들을 결합된 신호 공간으로 매핑한다는 것을 제외하고는, 도 3과 유사하다. 예를 들어, 상부층은 QPSK(직교 위상 편이 변조;quadrature phase-shift keying) 신호 공간이고, 하부층은 BPSK(이진 위상 편이 변조;binary phase-shift keying) 신호 공간일 수 있다.

상술한 바와 같이, 수신 안테나(20)에 의해 하향 신호(16)가 수신되면, 수신기(30)는 수신된 신호(29)를 복조하고 디코딩하여, TV(35)에 예를 들어, 콘텐츠를 제공하여 나타내도록 한다. 본 발명의 원리에 따른 수신기(30)의 예시적 일부가 도 7에 도시된다. 수신기(30)는 프론트 엔드 필터(305), 아날로그-디지털 컨버터(310) 및 동시적 복조기/디코더(320)를 포함한다. 프론트 엔드 필터(305)는 수신된 신호(29)를 다운 컨버팅하고, 필터링하여, 기저 대역에 근접한 신호를 A/D 컨버터(310)에 제공하고, 이 A/D 컨버터(310)는 다운 컨버팅된 신호를 샘플링하여, 이 신호를 디지털 도멘인으로 변환하고, 샘플들의 시퀀스(311)(계층적 신호(311)라고도 불림)를 동시적 복조기/디코더(320)로 공급한다. 동시적 복조기/디코더(320)는, 본 발명의 원리에 따라서 계층적 신호(311)를 복조하고, 이에 따라 복조된 신호를 동시에 또는 독립적으로 디코딩하여, K층 상의 계층적 신호(311)에 의해 전달된 데이터를 나타내는, 다수의 출력 신호들, 321-1 내지 321-K을 제공한다. 이들 출력 신호들 중의 하나 또는 그 이상의 신호로부터 나온 데이터가 신호(31)를 통해 TV 세트(35)에 공급된다. (이에 대해서, 수신기(30)는, 데이터를 TV 세트(35)에 적용하기 전에 추가적으로 처리하거나, 및/또는 TV 세트(35)에 데이터를 바로 공급할 수 있다.) 다음 예에서, 레벨의 수는 2개, 즉, K=2이지만, 본 발명의 개념이 이것으로 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 동시적 복조기/디코더(320)는 UL 신호 321-1 및 UL 신호 321-1을 제공한다. UL 신호 321-1은, 어떤 신호가 상부층에 송신되었는지, 즉, 도 3의 신호 4-1를 바람직하게 나타내고, UL 신호 321-1 은, 어떤 신호가 하부층에 송신되었는지, 즉, 도 3의 신호 4-2를 바람직하게 나타낸다.

이제 도 8을 참조하면, 동시적 복조기/디코더(320)의 예시적 블록도가 도시된다. 통합된 복조기/디코더(320)는 UL 복조기(330), UL 디코더(335), 로그형 비율(LLR;log likelihood ratio) 룩업 테이블(LUT)(570) 및 LL 디코더(340)를 포함한다. 계층적 신호(311)는 UL 복조기(330)에 인가되고, 복조기는 이 신호를 복조하여, 복조된 UL 신호점 스트림(333)으로 표시되는 바와 같이, 복조된 UL 신호를 공급한다. 이제 도 9를 참조하면, UL 복조기(330)의 예시적 블록도가 도시된다. UL 복조기(330)는 디지털 리샘플러(415), 정합 필터(420), 역회전기(425), 타이밍 복구 소자(435), 및 반송파 복구 소자(440)을 포함한다. 계층적 신호(331)는 디지털 리샘플러(415)에 인가되고, 리샘플러(415)는, 타이밍 복구 소자(435)에 의해 제공되는 UL 타이밍 신호(436)을 사용해서 계층적 신호(311)를 리샘플링하여, 리샘플링된 계층적 신호(316)를 공급한다. 리샘플링된 계층적 신호(316)는 정합 필터(420)에 인가된다. 정합 필터(420)는, 리샘플링된 계층적 신호(316)를 UL 반송파 주파수에 대해 필터링하기 위한 대역 통과 필터이고, 이 필터는, 필터링된 신호를 역회전기(425) 및 상술한 타이밍 복구 소자(435) 둘 다에 공급하고, 타이밍 복구 소자(435)는 UL 타이밍 신호(436)를 생성한다. 역회전기(425)는 필터링된 신호로부터 반송파를 역회전, 즉, 제거하여, 복조된 UL 신호점 스트림(333)을 공급한다. 반송 파 복구 소자(440)는 복조된 UL 신호점 스트림(333)을 사용하여, 이로부터 UL 반송파 신호(332)를 복구하고, 이 신호는 역회전기(425)에 공급된다.

도 8을 다시 참조하면, UL 디코더(335)는, 송신기(5)의 대응하는 UL 인코더(105)에 대해 상보적인 방식으로 작동하고, 복조된 UL 신호점 스트림(333)을 디코딩하여, UL 신호(321-1)를 공급한다. 상술한 바와 같이, UL 신호(321-1)는, 예를 들어, 도 3의 신호 4-1로 표시되는 바와 같이, 상부층에서 전달된 데이터를 나타낸다. UL 디코더(335)는, 사실상, LL 신호를 UL 신호의 노이즈로서 처리함으로써, UL에서 전달된 데이터를 복구한다. 즉, UL 디코더(335)는, UL 신호(321-1)가 도 4의 신호 공간(89)으로부터 선택된 심볼들을 나타내는 것처럼 동작한다.

이제, 본 발명의 원리에 따라서, LL 신호를 살펴보면, UL 신호점 스트림(333)이 또한 LLR LUT(570)에 공급된다. UL 신호점 스트림(333)은 수신된 신호점들의 스트림이고, 각각의 수신된 신호점은, 신호 공간에서 위상(I_REC) 성분(572) 및 사분면(Q_REC) 성분(571)을 갖는다. 이는, 수신된 신호점 z에 대해 도 10에서 더 도시된다. 여기에서, z는 다음 수학식 1과 같다.

각 수신된 신호점의 I_REC 및 Q_REC는 LLR LUT(570)에 인가된다. LLR LUT(570)는, 도 11에 도시된 바와 같이, 사전계산된 LLR 값의 LUT(599)를 저장한다. 구체적으로, LUT(599)의 각 로우는 특정 I 성분값(I 로우값)과 결합되고, LUT(599)의 각 컬럼은 특정 Q 성분값(Q 컬럼값)과 결합된다. LLR LUT(570)는 수신된 신호점의 I_REC 및 Q_REC 성분값을 양자화하여, 입력 주소를 생성하고, 이 입력 주소는, 각각의 사전계산된 LLR을 선택하기 위해서, LUT(599)에 대한 인덱스(index)로서 사용된다. 각 심볼 간격 T에서, 선택된 LLR은 신호(396)를 통해 LL 디코더(340)로 공급된다. 예를 들어, I_REC 성분값이 제1 로우로 양자화되고, Q_REC 성분값이 제1 컬럼으로 양자화되면, LLR(598)이 선택되어, 신호(396)를 통해 도 8의 LL 디코더(340)로 공급된다.

새로운 개념이외에, 종래 기술에서 공지된 바와 같이, 주어진 비트-대-심볼 매핑 M(b _i )에 있어서, M은 타겟 심볼이고, b _i =0, 1, ...B-1이고, 이 b _i 는, B가 각 심볼의 비트들의 수일 때(예를 들어, B는 QPSK에 대해 2 비트, 8-PSK에 대해 3 비트, 등이 될 수 있다), 매핑될 비트들이고, B 비트값의 i번째 비트에 대한 로그형 비율 함수는 다음 수학식 2와 같다.

여기에서, b _i 는 i번째 비트이고, z는 신호 공간의 수신된 신호점이다.

는, i번째 비트가 "1"일 때, 신호점 z가 수신될 가능성을 나타낸다. 유사하게,

는, i번째 비트가 "0"일 때, 신호점 z가 수신될 가능성을 나타낸다.

2차원의 신호 공간에 있어서, 수학식 2의 가능성은, 확률 밀도 함수(PDF;probability density function)를 갖는 부가 백색 가우스 잡음(AWGN;additive white Gaussian noise)에 기초한다고 가정된다.

따라서, 주어진 비트 및 수신된 신호점에 대한 LLR은 다음 수학식 4와 같이 정의된다.

주어진 수신된 신호점 z에 대한 LLR이 z, 타겟 심볼 M, 및 rms 노이즈 레벨 σ의 함수라는 것을 수학식 4로부터 알 수 있다. LLR은 또한 "소프트 메트릭"의 일예이다.

LLR 비율 계산의 도시적 도면이 도 12 및 13에 개시된다. 도 12는 예시적 심볼형을 도시한다. 명료성을 위해서, 4 심볼의 QPSK(quadrature phase shift keyed)형이 도시되지만, 다른 크기 및 형태의 심볼형, 예를 들어, 8-PSK에 대해 3 비트, 16-QAM에 대해 4 비트, 계층적 16-QAM, 등이 사용될 수 있다는 것을 이해해 야 한다. 도 12로부터 알 수 있는 바와 같이, 신호 공간(89)에는 4개의 심볼이 존재하고, 각 심볼은 특정 2 비트 매핑[b1, b0]과 결합된다. 이제 도 13을 참조하면, 수신된 신호점 z가 신호 공간(89)의 심볼들과 관련되어 도시된다. 수신된 신호점 z가 신호 공간(89)의 각 심볼들로부터 상이한 거리 d _i 에 배치된다는 것을 도 13으로부터 알 수 있다. 예를 들어, 수신된 신호점 z는 2 비트 매핑 "01"과 결합된 심볼로부터 d ₄ 의 거리에 배치된다. 이와 같이, LLR(b0)은:

또는

.

LLR(b1)은:

또는

.

도 8을 다시 참조하면, LLR LUT(570)(즉, LLR(599))가 계층적 LLR 값들(573)의 세트로 초기화된다는 것을 알 수 있다. 본 발명의 원리에 따르면, 도 5에 도시되고, 도 14에서 다시 도시된 것과 같은 결합된 심볼형에 대해서 우선순위(priori)가 계산된다. 다시 말하면, LL에 대한 LLR들은, LL 신호 공간(예를 들어, 도 4의 신호 공간(89))에 대해서가 아니라, 결합된 신호 공간(예를 들어, 도 5의 신호 공간(79))에 대해서 결정된다. 모든 수신된 신호점 z에 대해서, 신호 공간(79)의 각 심볼과 수신된 신호점 z 사이의 거리가 결정되어, LLR 계산에 사용된다. 명료성을 위해서, 이들 거리 d _i 의 일부만이 도 14에서 도시된다. 계층적 LLR 값(573)은 다양한 방법으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 수신기(30)는, 2개의 엔드포인트들(송신기(5) 및 수신기(30)) 간의 통신의 개시 또는 재초기화 동안, 송신기(5)에 의해 공급된 트레이닝 신호를 사용해서 계산을 수행할 수 있다. 종래 기술에서 공지된 바와 같이, 트레이닝 신호는 정성된 신호, 예를 들어, 수신기에 공지되어 있는 우선순위인 선정된 심볼 시퀀스이다. 선정된 "핸드쉐이킹(handshaking)" 시퀀스가 더 정의될 수 있고, 여기에서 엔드포인트들은, 이들 간의 데이터를 통신하기 전에, 시그널링을 교환한다. 대안적으로, 계산은, 예를 들어, 송신기(5)의 위치에서 원격으로 수행되어, 대역내 또는 대역외의 시그널링 채널을 통해 수신기(30)로 보내질 수 있다(이는, (유선 및/또는 무선의) 다이얼-업 활용을 통해서도 가능하다(도시 생략)).

도 8을 다시 참조하면, LL 디코더(340)는 신호(396)를 통해서 LLR들(소프트 입력 데이터)의 시퀀스를 수신하고, 이들로부터 LL 신호(321-2)를 공급한다. LL 디코더(340)는 LL 인코더(110)에 대해 상보적인 방식으로 동작한다. LL 디코더(340)는 또한 소프트-입력-소프트-출력 디코더일 수 있으며, 소프트 출력 값들을 제공하고, 그 다음 이 값들은 LL 신호(321-2)를 생성하기 위해서 추가적으로 처리될 수 있다(도시 생략)는 것을 또한 주지해야 한다.

따라서, 본 발명의 원리에 따르면, 수신기(30)는 수신된 계층적 변조 기반의 신호로부터 LL 신호를 바로 결정한다. 이는 본 명세서에서 동시적 모드의 디코딩으로 불린다. 구체적으로, UL 신호점 스트림(333)은, 소프트 입력 데이터, 예를 들어, LLR들을 생성하도록 처리되어, 이로부터 LL 데이터를 복구한다. 즉, 수신기(30)는 수신된 계층적 변조 기반의 신호를 처리하여, UL 및 LL이 서로 독립적으로 처리된다.

이제 15를 참조하면, 도 1의 수신기(30)에서 사용되는 처리에 대한, 본 발명의 원리에 따른 예시적 순서도가 도시된다. 단계 605에서, 수신기(30)는, 송신기(5)와의 통신을 개시하고, 선정된 UL 심볼 및 LL 심볼을 포함하는, 선정된 계층적 변조 기반의 트레이닝 신호를 수신한다. 단계 610에서, 수신기(30)는, 결합된 신호 공간(79)에 대해 수신된 트레이닝 신호로부터 계층적 LLR들을 계산한다. 단계 615에서, 수신기(30)는 계산된 계층적 LLR들을 LLR LUT(570)에 저장한다. 마지막으로, 단계 620에서, 수신기(30)는 데이터 통신 모드로 전환하여, 도 1의 송신기(5)로부터 송신된 데이터를 수신한다.

상술한 실시예에서 LL 디코더(340)가 소프트 메트릭을 수신하는 것으로 기술되었지만, LL 디코더(340)는 신호점 스트림(333)으로 표시되는 신호점들을 수신할 수 있으며, 이와 같이 수신된 신호점 데이터를 더 처리하여, 상술한 바와 같이 이로부터 LLR들을 얻을 수 있고, 예를 들어, LLR 디코더(340)는 LLR LUT(570)를 포함할 수 있다. 반대로, UL 복조기(330)는 그 안에, LL 디코더(340)로 소프트 메트릭을 공급하기 위한 LLR LUT(570)를 포함하도록 변형될 수 있다.

본 발명의 새로운 개념에 따른 또 다른 예시적 실시예가 도 16에 도시된다. 하지만, 새로운 개념에 관한 부분들만이 도시된다. 예를 들어, 아날로그-디지털 컨버터, 필터, 디코더, 등은 명료성을 위해서 도시되지 않는다. 이 예시적 실시예에서, 수신기(도시 생략)에서 사용되기 위한 집적 회로(IC)(705)는 동시적 복조기/디코더(320) 및 적어도 하나의 레지스터(710)를 포함하고, 이는 버스(751)에 접속된다. 버스(751)는, 프로세서(750)로 나타낸 바와 같은, 수신기의 다른 성분들로의 및 다른 성분들로부터의 통신을 제공한다. 레지스터(710)는 IC(705)의 하나 또는 그 이상의 레지스터들을 나타내고, 각 레지스터는, 비트(709)로 표시된 바와 같은 하나 이상의 비트들을 포함한다. IC(705)의 레지스터, 또는 그 부분들은 판독 전용, 기입 전용, 또는 판독/기입용일 수 있다. 본 발명의 원리에 따르면, 동시적 복조기/디코더(320)는, 수신된 계층적 변조 신호와 적어도 하나의 비트, 예를 들어, 레지스터(710)의 비트(709)를 동시에 디코딩하고, 이 비트는, 동작 모드를 제어하기 위해 예를 들어, 프로세서(750)에 의해 설정될 수 있는 프로그램가능 비트이다. 도 16의 맥락에서, IC(705)는, IC(705)의 입력 핀 또는 리드(lead)를 통해 서 처리하기 위해서 IF 신호(701)를 수신한다. 이 신호에서 나온 신호(311)는 동시적 복조기/디코더(320)에 인가된다. 동시적 복조기/디코더(320)는, 상술한 바와 같이 출력 신호들(321-1 내지 321-K)을 공급한다. 동시적 복조기/디코더(320)는 내부 버스(711)을 통해서 레지스터(710)에 접속되고, 이 내부 버스(711)는, 종래 기술에서 공지된 바와 같이, 동시적 복조기/디코더(320)를 레지스터(710)와 상호작용시키기 위한 IC(705)의 성분들 및/또는 다른 신호 경로들을 나타낸다.

상기 설명에서, TV(35)로 표시된 바와 같은 디스플레이에 수신기가 접속된 것으로 기술되었지만, 본 발명의 개념이 이것으로 한정되는 것을 또한 주지해야 한다. 예를 들어, 수신기(30)는, 분배 시스템의 더 업스트림에, 예를 들어, 헤드-엔드에 배치될 수 있고, 네트워크의 수신기들 및/또는 다른 노드들에 콘텐츠를 재송신할 수 있다. 또한, 계층적 변조가 구 호환 방식의 통신 시스템을 제공하는 맥락으로 기술되었지만, 본 발명의 필수 사항은 아니다. 본 명세서에서 기술 및 도시된 특정 소자들에 대한 성분들의 그룹화는 단지 예시적이라는 것을 또한 주지해야 한다. 예를 들어, UL 디코더(335) 및 LL 디코더(340) 중 하나 또는 둘 다는 소자(320)의 외부에 있을 수 있고, 이들은 본질적으로 복조된 신호를 공급하는 복조기이다.

이와 같이, 상술한 내용은 단지 본 발명의 원리를 예시하는 것이며, 따라서, 당업자들은, 본 명세서에 명백하게 기술되지는 않았지만, 본 발명의 사상 및 범위내에서 본 발명의 원리를 구현하는 다수의 대체 구성들을 고안할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 개별 기능적 소자들로서 기술되었더라도, 이들 기능적 소자들은 하나 이상의 집적 회로(IC)들로 구현될 수 있다. 유사하게, 개별 소자들로 기술되었더라도, 이들 중 임의의 소자의 또는 모든 소자들은, 저장된 프로그램이 제어된 프로세서, 예를 들어, 디지털 신호 프로세서(DSP), 또는 예를 들어, 도 15에 도시된 단계들 중 하나 이상에 대응하는, 관련 소프트웨어를 실행하는 마이크로프로세서에서 구현될 수 있다. 또한, 예를 들어, 개별 소자들로서 기술되었더라도, 이 소자들은 임의의 결합 방식으로 상이한 유닛들에 배치될 수 있다. 예를 들어, 수신기(30)는 TV(35)의 일부일 수 있다. 따라서, 예시적 실시예에는 다수의 변형이 이루어질 수 있고, 첨부된 청구항들에 의해 정의된 바와 같은, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 구성들이 고안될 수 있다는 것이 이해된다.

Claims (14)

1. 수신기에서 사용되는 방법으로서,

   계층적 변조 기반의 신호를 수신하는 단계 - 상기 계층적 변조 기반의 신호는 적어도 제1 신호층 및 제2 신호층을 포함함 - ; 및

   상기 수신된 계층적 변조 기반의 신호로부터, 상기 제1 신호층에서 전달된 데이터 및 상기 제2 신호층에서 전달된 데이터를 동시에 복구하는 단계

   를 포함하고,

   상기 동시에 복구하는 단계는,

   상기 계층적 변조 기반의 신호를 디코딩하여, 상기 제1 신호층에서 전달된 데이터를 복구하는 단계;

   상기 계층적 변조 기반의 신호로부터 소프트 메트릭(soft metric)들을 상기 계층적 변조 기반의 신호의 결합된 신호 공간(combined signal space)의 함수로서 생성하는 단계; 및

   상기 계층적 변조 기반의 신호를 상기 생성된 소프트 메트릭들의 함수를 사용하여 디코딩하여 상기 제2 신호층에서 전달된 데이터를 복구하는 단계

   를 포함하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 신호층은 상부 신호층이고, 상기 제2 신호층은 하부 신호층인 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 소프트 메트릭들은 로그-형 비율(log-likelihood ratio)들인 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 결합된 신호 공간은 상기 제1 신호층의 신호 공간과, 상기 제2 신호층의 신호 공간의 결합인 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 생성하는 단계는, 소프트 메트릭들의 룩업 테이블로의 인덱스(index)로서 상기 계층적 변조 기반의 신호를 사용하는 단계를 포함하는 방법.
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