KR101064375B1

KR101064375B1 - 비율 적응성 데이터 방송 기술

Info

Publication number: KR101064375B1
Application number: KR1020057020124A
Authority: KR
Inventors: 니켓 케샤브 팻워드핸
Original assignee: 니켓 케샤브 팻워드핸
Priority date: 2003-04-23
Filing date: 2004-04-21
Publication date: 2011-09-14
Also published as: KR20060013375A; CA2522889A1; WO2004095757A2; JP2006524478A; US7535862B2; US20060133305A1; CA2522889C; AU2004231568B2; AU2004231568A1; CN1788441A; EP1618687A2; WO2004095757A3; CN1788441B

Abstract

본 발명은 단일 송신기를 통해 높은 비트율로 넓은 영역의 서비스구역을 제공할 수 있는 신규의 디지털 방송 변조 방식에 관한 것으로서, 시간, 코드, 방향, 주파수 등의 채널 이외의 송신채널을 생성할 수 있는 부가 차원을 얻을 수 있다. 본 발명에 따른 방식의 이점은 낮은 파워로 한 영역에 대해 동일한 전체 비트율을 제공할 수 있는 점, 동일 파워를 이용하면서도 보다 넓은 서비스영역의 제공하는 점, 동일 주파수를 분할하여 송신기들 간의 간격을 줄일 수 있는 것 등을 들 수 있다. 특히 본 발명은 대중에 대한 데이터 방송을 지원하는데 적합하다.

보간, 비트율, 비혼동 그룹, 해시

Description

비율 적응성 데이터 방송 기술{RATE ADAPTIVE DATA BROADCAST TECHNIQUE}

본 발명은 디지털 데이터 통신 시스템에서 잡음에 대한 장애허용을 위한 데이터 엔코팅 및 디코딩에 관한 것이다.

인터넷의 도래와 함께 무선 링크를 통해 디지털 데이터를 송신하거나 방송하는 것이 점차 대중화되고 있다. 송신될 수 있는 정보량은 이용가능한 대역폭에 비례한다는 섀넌의 법칙(Shannon's law)에 근거할 때 어떠한 통신매체라도 그 이용에는 일정한 제약이 따른다. 가시선적(可視線的) 제약, 우천시 또는 안개발생시의 과도한 감쇠 등과 같은 바람직하지 않은 특성을 포함하지 않는 유용한 스펙트럼이 제한적이나마 존재한다. 스펙트럼을 재활용하는 전형적인 방법으로는 지향성 송수신, 로우 파워 셀(low power cell)의 이용, 주파수 홉핑 또는 코딩 등을 들 수 있다. 대역폭 헤르츠 당 1 비트/초(이 단위를 "bit/㎐"로 표현하기도 한다) 이상의 데이터를 송신하는 것이 이론상으로는 가능하지만, 실질적으로는 대체로 무선 데이터 시스템을 위해 설계된 비율에 근사한 송신량을 갖는다. 그러나, 광대역(높은 비트율) 접속을 위한 요구로 인해 이 비율(rate)을 높이고 스펙트럼 상에서 보존하는 방법을 찾도록 산업계가 압력을 받고 있다. 예를 들면, IEEE 802.11a 표준은 고대역폭 모드에서의 변조기술로서 64 QAM을 규정하고 있는데, 이는 6 비트/초/㎐에 상당하는 것이다. 이 수치를 증가시키는 능력은 수신기에서 신호대잡음(S/N)비로 인해 제약을 받는데, 그 이유는 신호대잡음비가 심볼 집단 중에서 서로 상이한 심볼들을 구별할 수 있는 수신기 능력에 대해 영향을 미치기 때문이다. 이 관계는 일반적으로 대수적(logarithmic)인 성격을 가지며, 모든 추가분의 비트/초/㎐에 대해 S/N비를 2배로 증가시켜야 한다는 것을 의미한다. 무선 시스템에 대해 가해지는 이러한 효과는 서비스 영역을 감소시키거나 최대요구신호강도(Maximum Required Signal Strenth)를 증대시키게 된다.

디지털 송신을 이용하는 또 다른 효과는 매우 선명한 컷오프가 있다는 것이다. 이 선명한 컷오프는 잡음이 신호에 영향을 미치지 않는 특정 포인트에 이르는 부분을 말하며, 이 범위를 벗어나면 신호는 급속히 혼란해져 전혀 쓸모가 없어진다. 많은 디지털 송신신호를 메시지 블록으로 조직화하고 특정 올바르지 못한 에러가 발견되면 전체 블록을 폐기하게 되어 컷오프의 선명도가 강화된다. 바람직한 디지털 TV 방송에 대해 좋은 화질을 가질 수 있을 것이다. 그러나 다른 용도로는 이것이 바람직하지 않을 수도 있다. 즉 인터넷을 브라우징하거나, 비상사태에 처한 개인이나 경찰은 보다 느린 또는 보다 낮은 질의 접속을 원할 수도 있지만 완전히 컷오프가 되는 것은 재앙이 된다.

높은 비트/초/㎐ 디지털 시스템에서 또 다른 효과는 컷오프 범위에서 신호가 잡음 플로어(noise floor)보다 훨씬 높다는 것과, 송신기와 동일 주파수에서 수신이 불가능한 컷오프 범위 이상의 넓은 구역이 존재한다는 것이다. 20 비트/초/㎐에서 이 구역의 넓이는 수신이 가능한 구역의 400배가 된다.

이 부분을 아날로그 방송과 비교하면, 송신기로부터 더 넓은 구역으로 진행할수록 선명도가 감소하지만 송신신호로부터 상당량의 신호를 건질 수 있으며, 이는 송신기와의 어떠한 연동작용이 필요없이 자동적으로 일어나는 것이다. 수신기에서 수신에 적절한 값을 확인할 목적으로 디지털 송신율을 적합시키는데 많은 기술이 사용되어 왔지만 이들 모든 기술은 송신기와 수신기 간의 타협에 의존한다. 또한 낮은 비트율 송신이 진행되는 동안, 다른 송신은 일어날 수 없다. 예를들면, 802.11a에서 수신된 S/N비가 감소함에 따라 변조기술을 64 QAM에서 항상 BPSK로 하향 변경할 수 있다.

참조문헌

[1] 미국특허 제6,377,562호는 본 발명의 주요 응용부분과 목적 중 일부를 실현하기 위한 다른 방법을 설명하고 있다.

[2]미국특허 제5,590,403호는 중앙 네트워크와 이동 유니트 간의 통신 시스템을 설명하고 있다.

[3]1997년 8월, 비히클러 테크놀로지의 IEEE 회보(IEEE Transaction in Vehicular Technology), 권 46 제3호에 공표, 안드레아 골드스미스(Andrea Goldsmith)의 "가변율 및 파워를 갖는 하향 링크 페이딩 채널의 능력(The Capacity of Downlink Fading Channels with Variable Rate and Power)"는 여러 가지 변조기술의 능력을 비교하고 있으며, 특히 "연속 디코딩를 갖는 중첩 코딩"의 장점을 보여주고 있다.

본 발명의 목적은 디지털 방송 송신이 페일소프트(failsoft) 능력도 가질 수 있도록 하는 즉, 잡음량 또는 범위가 증대함에 따라 링크를 완전히 상실하는 것 없이도 비트율을 감소시킬 수 있는 엔코딩/디코딩 기술을 제공하는 것이다. 특히, 본 발명의 목적은 무선환경에서 사용할 때, 인근 수신기들이 풀 비트율로 접근하는 한편, 원거리의 수신기는 수신기에서 S/N비와 호환되는 비트율을 갖는다. 또한, 인근 수신기들은 지속적으로 데이터를 얻고, 한편으로는 원거리 수신기에 대한 송신은 진행되어 원거리 수신기용에서 사용된 비트율만이 상실될 수 있다.

본 발명의 핵심 요지는 심볼 집단 중에서 심볼들간을 구별하는 수신기의 구별 능력을 고정레벨의 잡음이 제한하지 않고 오로지 일부 심볼쌍들 사이만을 구별하는 수신기의 능력을 고정레벨잡음이 제한한다는 사실에 두고 있다. 따라서, 특정 레벨의 잡음을 위한 그룹 내에 수신기가 머물기 위한 심볼 그룹을 발견(또는 생성)하면(즉, 심볼이 어느 그룹에 속하는가에 대해 혼돈이 없게 된다), 원래의 심볼이 무엇인가에 대해 일부 정보를 유지하게 된다. 상이한 잡음 레벨을 위한 "비혼동" 그룹의 계층에 이들 그룹을 배열할 수 있다면, 심볼마다 라벨링 시스템(labelling)을 구축할 수 있으며, 이 경우 라벨의 최대 중요도 비트(Most Significant Bit:MSB)가 특정 레벨의 잡음에 대해 정확하게 된다. 단지 동일 중요도 비트만을 이용하여 메시지를 송신한다면, 특정 수신된 S/N비에 대해서는 충분한 정도의 중요도를 갖는 비트로 엔코딩된 모든 메시지가 정확하게 되지만 상대적으로 낮은 중요도를 갖는 비트를 이용한 경우에는 그렇지 않다. 실질적으로 메시지의 모든 것을 상실하는 것보다는 메시지의 중요부분을 복구시킬 수 있을 것이다. 효과적으로, 본 발명의 시스템은 부가적 차원을 생성하게 되며, 이 부가적 차원을 통해 시간, 주파수, 공간, 코드와 같은 친숙한 것 외에 다른 송신채널을 생성하게 된다. 본 발명이 이용하는 코딩에 대해서 생각해 볼 수 있는 또 다른 방식은 종래의 코딩 및 본 발명의 코딩 모두를 위한 특별한 수신기를 위한 BER이 동일하여도 메시지 에러율이 상대적으로 낮다는 것이다. 그 이유는 모든 불량 비트를 메시지의 일부 서브세트로 집중하기 때문이며, 그 결과 나머지 메시지가 전혀 악영향을 받지 않는다. 이는 IEEE 802.11이 시도하는 것과는 정확히 정반대이다-여기서는 비트의 순서를 신중히 스크램블하여 불량비트의 장수명을 방지한다.

이 기술은 4 개 이상의 심볼로된 심볼 집단을 갖는 변조기술에 적용할 수 있다. 여기서 필요한 것은 심볼 집단에서 각 심볼 쌍을 구별할 수 있는 수신기 능력에 대한 표준 잡음 효과를 연구 및 맵핑하고, 그 결과 심볼을 계층적 그룹으로 조직화하는 것이다. 변조기술에 의해 허용되는 심볼 집단으로부터 일부 심볼을 생략하여 그룹이 분리되는 것을 확인할 필요가 있다.

본 시스템과 비율 적응 능력을 제공하는 다른 시스템의 차이점은 서로 상이한 수신 S/N비를 가지고 수신기에 메시지의 송신이 동시에 발생할 수 있도록 하는데 있다. 데이터 방송 환경에서, 낮은 S/N비를 갖는 수신기로의 송신은 보다 높은 S/N비를 갖는 수신기로의 송신을 억제하지 않으며, 단지 낮은 수신 S/N비 송신에 의해 사용되는 유용 비트율의 일부분만큼 송신을 늦출 뿐이다. 이 부분을 802.11a의 상황과 비교하면, 원거리 수신기에 대한 송신은 인근 수신기로의 송신을 억제하고, 이 송신은 느린 송신이기 때문에, 매체가 한동안 차단될 수도 있다. 원거리 수신기로의 송신 중에, 6비트/초/㎐가 아니라 단지 1비트/초/㎐ 만이 송신된다. 본 발명의 시스템에서, 원거리 수신기는 1 비트/초/㎐를 얻는 반면, 인근 수신기는 단지 5 비트/초/㎐만을 얻게 되며, 송신기는 전혀 속도가 저하되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일반적인 구조를 나타낸 다이어그램이다.

다음에 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 도 1에서 멀티플렉서(1)는 각 메시지로부터 1비트를 취하고 이것을 심볼 라벨로 조합한다. 이와는 달리, 메시지 당 1비트 이상을 심볼 라벨로 조합할 수도 있다. 이 조합된 심볼 라벨은 DA변환기(2)를 이용하여 아날로그 심볼로 변환되고 이어서 변조기(3)에서 캐리어를 변조하는데 사용된다. 이후 심볼 라벨은 복조기(4)로 송신되며, 여기서는 아날로그 심볼을 재생하고, A/D 변환기(5)에 의해 라벨이 재생된다. 이어서 심볼 라벨은 디멀티플렉서(6)로 공급되며, 여기서 디멀티플렉서는 대응 메시지의 다음 비트로서 라벨의 각 비트를 출력한다. 메시지가 완료되면 체커(7)로 전달되며, 여기서는 에러 없이 메시지가 수신되었나의 여부를 검증한다(체크섬(checksum) 또는 MD5 해쉬(MD5 hash)와 같은 기술을 이용하여 검증). 에러 없이 수신되면 메시지는 일부 백 채널(back channel)(8)을 통해 승인(acknowledge)되고, 메시지는 최종 수신기(9)로 전달된다. 선택적 S/N비 측정 회로(10)는 추가의 정보를 체커에 제공하여 비사용 채널을 체커가 검증하지 않도록 해준다. 체크와 승인은 현재의 컴퓨터 시스템의 IP 서브시스템에 의해 이미 수행되고 있음을 알 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 고려할 수 있는 변조 포맷은 AM(Amplitude Modulation : 진폭 변조)이지만 다른 변조포맷을 본 발명의 실시예에 적용할 수 있음은 자명한 것이다. 이 변조포맷에 대한 신호대잡음비는 (전력기반이라기 보다는)전압기반이다.

8비트 워드로 256AM에서 모든 심볼에 라벨을 부여할 수 있으며, 이들은 필수적으로 256개의 등간격 전압 레벨이다. 등급 8 비트 DA 변환기를 DA변환기(2)로 사용할 수 있다. 완벽한 DA 및 AD 변환기라고 가정하고, 신호대잡음비가 256이라면, 수신기는 단지 인근 심볼들만을 구별하지 못할 것이다. 변환기에서의 불완전성을 또한 잡음으로 간주할 수도 있다. 신호대잡음비가 2(3dB)이면, 수신기는 한 심볼에 대해 127 레벨까지 이격된 심볼들을 구별할 수 없게 된다. 어느 경우에 있어, 이것들을 2개의 비혼동 그룹으로 분류할 수 없기 때문에 이 라벨에서 비트의 올바름의 여부를 확인할 수 없다.

라벨의 제2 MSB(Most Significant Bit)에서 1을 갖는 심볼을 송신하지 않는다고 가정한다. 허락된 심볼 공간은 2개의 그룹으로 나누어지며, 그 중 하나는 라벨의 MSB가 1이고, 다른 하나는 MSB가 0이며, 이들 간에 큰 갭이 있다. 신호대잡음비가 2(3dB) 이상이면 수신기는 항상 라벨의 MSB가 올바른 것을 얻으며, 따라서 이 비트만을 이용하여 송신되는 메시지는 에러를 갖지 않는다.

정규 256 AM 송신에서 각 심볼은 8비트 메시지를 송신한다. 여기서 필요로 하는 것은 다중 메시지가 동시에 송신되고 각 심볼은 각 메시지에 대해 하나의 추가 비트를 공급하는 것이다. 효과적으로, 송신신호의 다중채널을 생성하는 한편 채널 0의 각 심볼 부분의 비트 0, 채널 1의 각 심볼 부분의 비트 1 등을 갖는다. 한 채널에서 모든 비트의 메시지는 주어진 SN비에 대해서 유사한 에러 개연성(probability)을 갖는다.

대신 라벨 127 및 128을 갖는 심볼을 송신하지 않는 것으로 동의하면, 다시 수신기는 항상 올바른 MSB를 얻는데, 단 S/N비가 128(12dB)을 초과하는 경우만이다. 동의하지 않는 경우에도 수신기가 수신된 심볼로서 127 또는 128을 생성한다면 이 비트의 정확성은 그 S/N비에 대해서는 의문점이 남는다. 즉, 128(12dB) 이상으로서 S/N비를 추정하는 어떤 방법을 가지고 있다면 수신기가 이들 2개의 값 중 하나를 생성할 때를 제외하고는 비트 값에 대한 신뢰를 가질 수 있다. 실질적으로, 입력 스트림에 존재하는 이들 심볼의 개연성이 충분히 낮으면 허용된 심볼 공간으로부터 이들 심볼을 삭제하지 않아도 이 비트는 시스템을 통해 완전한 메시지를 얻기에 충분한 정도의 정밀성을 종종 갖는다.

제2 MSB에서 a1을 송신하지 않을 것을 동의하였을 때 우리가 한 것은 심볼 공간을 2개의 그룹으로 나눈 것이며, 이 2개의 그룹은 신호 절반 미만의 잡음 하에서 수신기에 의해 구별할 수 있다. 유사하게, 심볼 127 및 128을 송신하지 않을 것을 동의하였을 때 우리가 한 것은 최대 신호의 1/128 미만의 잡음에 대해 2 개의 비혼동 그룹으로 공간을 나눈 것이다.

이러한 점을 고려하여 또 다른 단계(step)를 취하였으며, 우리는 라벨의 제2 MSB 및 제4 MSB를 이용하여 메시지를 송신할 것을 동의하지 않았을 때 발생한 것을 확인하였다. 2(3dB) 이상의 S/N비에 대해서 MSB는 항상 올바르다. 8(9dB) 이상의 S/N비에 대해 제3MSB는 항상 올바르다.

본 발명자는 생략할 비트를 선택하여 적절히 램프(ramp)를 하향하였다. 예를 들면, 라벨의 모든 제3비트를 생략할 수 있었다. 그러면, 4(6dB), 32(15dB) 및 256(24dB)의 SN비에 대해 6비트를 유지하게 된다.

이 모든 것은 등급(classical) 2진 DA변환기 및 AD변환기를 이용하여 얻을 수 있다. 2진 신호에 의해 구동되는 3진 DA변환기(각 비트는 선행 비트에 대해 3배의 값이 된다)는 심볼 공간 사이의 내장 갭을 제공한다. 이것은 비트당 3(4.99dB)의 SN 램프를 얻는데 사용될 수 있다.

하이 파워 표준 심볼이 일정 간격(이를테면 TV 방송에서 프레임 및 라인 동기 신호와 같은 것)으로 반복적으로 방송되면, S/N비는 추정회로(10) 및 식별된 사용가능 채널에 의해 추정될 수 있다. 이 신호는 또한 TV 수신기처럼 수신기의 AGC게인을 설정하는데 사용될 수 있다.

이러한 신호가 AGC를 조절하는데 사용되면 SN비 추정회로는 엄밀한 의미에서 필요하지 않다. PPP에서 사용되는 것과 같은 기술을 통해 메시지 경계를 얻게 된다. 각 메시지에 대해 해시(hash) 신호(또는 체크섬-checksum)를 생성 및 송신하고, 이것을 수신된 메시지의 연산된 해시 신호(또는 체크섬)와 비교하여 메시지가 올바르게 수신되었는지의 여부에 대해 높은 개연성을 얻을 수 있다.

명백하게 이는 8비트/㎐ 이상으로 확대될 수 있으며, 이것은 단지 D-A변환 및 A-D변환에 필요한 정밀도에 의해서만 제한될 뿐이다. 또한 여러 가지 심볼에 대한 수신기의 혼동 개연성을 이해하고 신호대잡음비에 기초하여(또는 대부분 혼동 개연성에 기초하여) 심볼을 계층적 비 혼동 그룹으로 그룹화할 수 있다면 변조 방식을 AM 이외의 변조방식으로도 확대할 수 있다.

이러한 종류의 시스템은 디지털 TV, 비디오 및 기타 데이터 분배, 또는 심지어 고대역 인터넷 액세스(이 경우 백 채널은 다른 수단을 통해 형성한다)와 같은 디지털 방송 환경에서 유용하다. 본 발명 시스템의 이점은 다중의 높은 대역 낮은 파워 셀 송신기를 설정하는 대신에 단일의 고파워 고대역 송신기를 설정할 수 있고 S/N 공간 내에서의 채널을 수신기로 할당할 수 있다는 점이다. 특히 본 발명은 다량의 데이터가 주기적으로 방송되고 매우 큰 사용자 기반에 의해 캐쉬화되며, 일부 데이터와 사용자를 위한 갱신 우선권 레벨의 다양한 변화가 있는 환경을 지원하는데 특히나 적합하다.

이러한 시스템의 잠재적 능력을 이해하기 위해서는 SN비가 약 60dB이면 표준 TV 송신이 양호한 것으로 간주한다. AM을 사용하면 심볼의 파워 레벨에 대해 일 비트의 정보를 생성하는데 약 3dB가 필요하다. 따라서 표준 TV 채널로부터 20 비트/초/㎐를 얻을 수 있다. TV 송신은 6 ㎒의 대역폭을 이용하므로 충분히 정밀한 DA 및 AD 변환기를 얻으려면 이론적으로 TV 송신기의 보호 영역 내에서 최소한 120 메가비트/초를 얻을 수 있어야 한다. 0.5km 반경(실용상 약 1KW)까지 이러한 성능을 얻을 수 있는 점까지 송신기에 전력을 공급해야 한다.

이하, 동일 채널(또는 파워)을 이용하여 다음 송신기가 위치할 수 있는 곳을 설명한다. 그 신호는 제1송신기 아래서 60dB가 필요하다. 간격 기반 감쇠가 범위 2배당 약 6dB 이므로, 제2송신기는 최소한 0.5km의 2**10배, 즉, 500km 이상이 필요하거나, 또는 가시선을 벗어날 필요가 있다. 더 가깝다면 20비트/초/㎐를 얻는 현재의 기술을 이용하면 데이터의 완전한 손실을 야기하기에 충분한 장애를 그 송신에서 발생시키게 된다. 둘째, 0.5km를 벗어나면 주변 잡음은 데이터의 손실을 야기하게 된다. 주어진 이들 2개의 송신기 효과에서 송신기로부터 0.5km 내지 500km 범위의 영역에서 동일한 스펙트럼을 이용하는 수신은 있을 수 없다.

그러나, 250km 범위에 이르기까지는 각 심볼의 적어도 1비트(MSB) 이상은 대부분 항상 올바르다. 본 발명에 있어서는 메시지가 각 심볼의 일부 비트만을 이용하므로 단지 이 1비트만을 사용한 메시지는 올바르게 수신된다. 따라서 250km 떨어져서, 디지털 데이터의 6 메가비트/초를 얻을 수 있다. 현재 시스템은 인근 수신기 및 원거리 수신기에 대한 데이터율을 변경하여 이 문제를 인식하고 해결하며, 레이트 헤더(rate header)를 프리픽스(prefixing)하여 수신기가 어떤 레이트 포맷을 사용하고 있는가를 알 수 있도록 한다. 효과적으로 여기에 제안되는 기구에 의해 메시지를 송신하여 S/N비가 요구할 때 시스템을 1 비트/초/㎐로 자동적으로 전환시킨다. 그러나, 부가적으로 보다 적은 중요도 비트(Less Significant Bit:LSB)의 송신을 정지하지 않아야 하고, 레이트 헤더를 필요로 하지 않아 동일한 송신기가 더 많은 정보를 동일한 파워로 동일한 영역에 전달하게 된다.

이하, 5.875 ㎓ U-NII 대역에서 비인가 송신을 위해 FCC가 허용하는 것과 같은 1W 송신기를 이용할 때 일어날 수 있는 작용에 대해 설명한다. 이를 위한 범위는 주변 잡음과 지형에 따라 달라지지만 IEEE 802.11a 사양은 -65dBm 수신 파워라면 6 비트/초/㎐를 수신하기에 충분한 것으로 규정하고 있으며, -23dBm은 20 비트/초/㎐를 수신하기에 충분할 것이다. 6㎓에서 기준 다이폴 안테나로, 이는 약 2.8m(8.5ft)보다 더 근접할 시 이뤄질 수 있다. 28m에서 13 비트/초/㎐를 수행할 수 있고, 281m에서 6 비트/초/㎐를 수행할 수 있으며, 2.8Km에서 1 비트/초/㎐를 수행할 수 있다. 각 802.11a 채널은 250K 심볼/초, 전체 채널에 대해 12M 심볼/초로 동작하는 48채널로 구성된다. 에러 정정의 필요성 때문에 그리고 6 비트/초/㎐의 제한 때문에 IEEE 802.11a는 54 메가비트/초에서 최대 출력이 되며, 이 비율을 얻기 위해 최대 원거리 수신기는 281m 아래로 떨어져야 한다(6 비트/초/㎐). 매 교번 비트, 즉, 6dB 마다 한 개의 유용 비트를 이용하는 시스템을 가정하면, 본 발명의 경우, 12 메가비트/초는 1.7km로 이격된 범위까지로, 12 메가비트/초는 850m 범위까지로, 12 메가비트/초는 425m 범위까지로, 12 메가비트/초는 212m 범위까지로, 12 메가비트/초는 106m 범위까지로(이 경우 전체로는 60 메가비트/초)를 동시에 허용할 수 있으며, 더욱 범위를 줄여갈 수도 있다.

본 발명의 시스템은 송신 신호의 양자화에 의존하며 잡음 만이 연속 범위값을 가질 수 있다. 따라서 이 시스템의 최선의 응용은 한 송신기가 다중 수신기에 정보를 방송할 경우이며, 다중 송신기가 한 수신기에서 수신가능할 때는 해당되지 않는다. 물론, 송신기가 동시에 동작하지 않고 AGC가 충분히 빠르게 작용할 수 있는 경우, 또는 각각의 수신기에 대해 한 송신기를 제외한 모든 송신기가 잡음으로 간주할 정도로 희미해진 경우, 여전히 유용하다.

[발명을 실현하기 위한 최선의 형태]

바람직한 실시예에서, TV 채널에서 동작하는 RF 송신기에는 20 비트 DA 변환기로부터 기저대역 신호가 공급된다. 이 DA 변환기에는 20비트 워드가 공급되며, 백만분의 일 만큼의 정밀한 출력을 생성해야 한다. 오늘날, 비디오 카드는 쉽게 이러한 정밀성을 얻을 수 있으며, 그 현재 표준은 1024 X 768 픽셀을 갖는 스크린 상에 24비트 칼라를 갖는 픽셀이며, 2048 X 1024 픽셀 만큼 높일 수 있다. 적색, 녹색, 청색마다 8 비트를 갖는 각 픽셀의 색상과 강도를 규정할 수 있다. 수신기 측에서, 고화질 수신기는 그 기저대역 출력을 AD 변환기(예를 들면 비디오 캡쳐 카드)로 공급한다. 여기서 다시 24 비트 비디오 캡쳐 카드가 이미 존재하고 디지털 출력을 직접 메모리에 복사한다. 이는 송신기 상에 비디오 메모리의 내용을 지정된 메모리로 복사하여 수신기 상에서 비디오 캡쳐를 수신하는 시스템이다.

일 실시예에 따르면, NTSC B&W 비디오 한정(limit) 내에 남을 수도 있다. NTSC 시스템 상에서 대략 초당 15750 라인을 가질 수 있으며, 그 중 14400이 사용가능하다. 비디오 대역폭 한정 내에 남고, 블랭킹 간격을 지원하기 위해 각 라인은 실질적으로 단지 100 데이터 심볼 만을 운반하며, 각 심볼은 20 비트 깊이이다. 비디오 카드가 라인당 720 데이터포인트(픽셀)까지 생성하므로 코드는 보간에 의해 송신기 상에서 픽셀 값을 연산해야 하며, 유사하게 원래의 심볼은 수신기에서 보간에 의해 재차 복구되어야 한다.

본 발명 기술의 적용에 대해 설명한다. 20비트 메시지로서 각 심볼을 처리하는 대신에, 각 심볼은 최대 20개의 메시지로부터 비트 조합으로 처리된다. 20 개의 메시지를 조합할 경우, 심볼의 각 비트는 각 메시지의 1 비트로 추출된 것이다. 상술된 NTSC 기반 시스템에서 이러한 시스템의 각 프레임은 100 비트의 9600 데이터 블록을 지원하게 된다. 전체 비트율은 28.8 메가비트/초이며, 각 채널은 약 1.44 메가비트/초를 얻는다. 원거리 수신기용 메시지는 잡음에 가장 민감하지 않은 각 심볼의 비트에 할당되는 반면(예를 들면, 각 칼라의 MSB), 인근 수신기용 메시지는 더욱 민감한 비트에 할당된다. 에러 검출 및 정정 비트는 각 메시지에 대해 별도로 연산되는 한편, 그들의 메시지의 비트와 동일한 심볼의 비트를 이용한다. 한 심볼의 각 비트는 다른 채널의 일부로 간주될 수 있다. 따라서 매 심볼의 비트 0은 채널 0의 부분이고, 매 심볼의 비트 1은 채널 1의 부분이며, 매 심볼의 비트 2는 채널 2의 부분 등이다.

수신측에서 각 라인은 20개의 데이터 블록으로 분리된다(그러나 많은 부분은 미리 정렬된다). 필요한 경우, 다중 라인에서 대응 데이터 블록을 조합하여 메시지를 형성한다. 각 메시지는 에러를 찾기 위해 개별적으로 체크하여 올바르지 않으면 폐기한다. 종종, 수신기는 일부 다른 매체(예를 들면 다이얼업 접속)를 통해 송신기에 각 채널에 대한 에러 통계를 통보하며, 이는 송신기가 각 발신 메시지에 대해 최적 채널을 선택할 수 있도록 해준다.

이러한 종류의 시스템은 부분적 비트/㎐를 균일하게 지원할 수 있으며, "프레임"에서 메시지가 동일한 스포트(spot)에서 반복하도록 간단하게 한다. 수신기가 한 채널에서 과다한 에러를 받으면 이 채널에서 높은 상관계수로 프레임을 합산하여 다시 이 기술을 적용한다. 송신기는 어느 채널이 특정 수신기에 대해 높은 에러율을 갖는가를 알고 있거나, 어느 채널이 높은 에러율을 가질 것 같다는 우선순위를 단순히 알고 있으므로, 이 채널 상에서 다중 연속 프레임 상의 수신기로 메시지를 간단하게 재송신할 수 있다. 정규 아날로그 TV 시스템 상에서, 다중 통로 반사에 기인한 고스트(ghost)는 이러한 평균 프로세스에 의해 제거되지 않는다; 그러나, 각 채널은 비상관 메시지를 운반하고 보다 높은 채널이 낮은 반복(repeat)을 가지므로, 이 시스템 상에서 고스트 또한 억제되는 경향이 있다.

본 실시예는 선반재고(off-the shelf)를 이용하여 신속하게 구축할 수 있다는 점에서만 최선의 형태로 간주할 수 있다. 주문 시스템은 비디오 강도에 할당된 대역폭을 확대할 수 있고, 프레임 동기화 마크를 제외한 TV 시스템의 모든 다른 세부 설명은 생략한다. 심볼 집단에서 심볼 쌍을 구별할 수 없는 수신기 개연성에 대해 잡음 효과를 이해한다면 다른 시스템은 AM 이외의 변조를 이용할 수 있음을 알 수 있다.

Claims

디지털 방송 시스템에서 다수의 메시지를 인코딩하는 방법에 있어서, 상기 방법은:

각각의 심볼이 다수의 메시지로부터 획득된 비트를 갖도록, 멀티플렉서가 다수의 메시지로부터 하나 이상의 비트를 디지털 심볼로 조합하는 단계로서, 상기 디지털 심볼은 비혼동 그룹의 계층(일 노이즈 레벨에서 수신기가 심볼의 소속 그룹을 혼동하지 않는 심볼들의 그룹들을 노이즈 레벨에 따라 계층화한 것임)으로부터 선택되고, 상기 디지털 심볼은 라벨의 각 부분이 상기 계층의 일 레벨을 선택하도록 라벨이 부여되고, 각각의 메시지는 상기 메시지를 전송하기 위해 송신되는 심볼들 각각에서 동일한 위치를 갖는 라벨의 비트를 사용하여 전송되도록 조합하는 단계;

별도의 DA 변환기 및 RF 변조기로 구성될 수 있는 DA 변환기가 상기 디지털 심볼을 아날로그 심볼로 변환하는 단계;

별도의 RF 복조기 및 AD 변환기로 구성될 수 있는 AD 변환기가 상기 아날로그 심볼을 디지털 심볼로 다시 변환하는 단계;

디멀티플렉서가 다수의 디지털 심볼 중 대응부분으로부터 각각의 메시지를 재현하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 심볼의 라벨 일부를 고의로 사용하지 않고 남겨두어, 하위 비트(less significant bits)를 사용하는 메시지가 상위 비트(more significant bits)를 사용하는 메시지를 방해하지 않도록 하는 보호 대역(guard band)으로서 작용하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 3 항에 있어서,

서로 다른 수신기들은 서로 다른 수신된 SNR을 갖는 그룹들로 그룹화되고,

낮은 SNR을 갖는 그룹의 수신기로의 송신은 상기 상위 비트를 사용하여 수행되고, 높은 SNR을 갖는 그룹의 수신기로의 송신은 상기 하위 비트를 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 3 항에 있어서,

상기 상위 비트를 이용하여 높은 우선권을 갖는 메시지가 송신되고, 상기 하위 비트를 이용하여 낮은 우선권을 갖는 메시지가 송신되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

제 1 컴퓨터는 송신된 메시지에 의해 사용되는 채널을 결정하고, 에러 체크가 수행되도록 하기 위해 정보를 각각의 메시지에 부가하며;

제 2 컴퓨터는 메시지가 올바르게 수신되었는지 여부를 결정하고, 메시지를 송신하기 위해 사용된 각각의 채널에 대한 에러율(error rates)에 대해 통계를 유지하고, 주기적으로 상기 통계의 전부 또는 일부를 상기 제 1 컴퓨터로 전달하며;

상기 제 1 컴퓨터는 적어도 부분적으로 상기 제 2 컴퓨터에 의해 제공되는 정보를 기초로 하여 선택을 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

각각의 메시지는 적어도 하나의 동기화 마크(synchronization mark)에 의해 표현되는 프레임 내에서 송신되고,

올바르게 수신된 것으로 확인되지 않은 메시지는 다음 프레임의 동일한 스포트(spot)에서 재송신되고,

올바르게 수신되지 않은 메시지는 프레임 채널 버퍼에 추가되고,

상기 프레임 채널 버퍼의 동일 위치 비트(equally significant bit)는 또 다른 메시지를 형성하도록 조합되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 DA 변환기는 비디오 그래픽 카드이고,

상기 AD 변환기는 비디오 캡쳐(capture) 카드인 것을 특징으로 하는 방법.
제 8 항에 있어서,

송신된 데이터는, 상기 비디오 그래픽 카드를 포함하는 컴퓨터의 소프트웨어에 의해, 상기 비디오 그래픽 카드에 의해 디스플레이될 픽셀에 걸쳐 분산되어, 그 결과 출력 신호가 NTSC 제한(NTSC limits) 내에 유지되며,

상기 비디오 캡쳐 카드를 포함하는 컴퓨터의 소프트웨어는 상기 비디오 캡쳐 카드에 의해 수신된 픽셀을 보간하여 상기 송신된 데이터를 재현하는 것을 특징으로 하는 방법.