KR102403066B1 - 제로 비트 패딩을 이용한 채널 부호화/복호화 방법 및 장치 - Google Patents

제로 비트 패딩을 이용한 채널 부호화/복호화 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

데이터의 부호화 정보를 포함하는 제1 비트스트림을 생성하는 단계, 모뎀 데이터 레이트와 코덱 데이터 레이트의 차이에 기초하여, 제1 비트스트림에 제로 비트들을 부가함으로써 제2 비트스트림을 생성하는 단계, 제로 비트들에 대한 제로 패딩 정보를 이용하여, 제2 비트스트림을 채널 부호화함으로써 제3 비트스트림을 생성하는 단계 및 제3 비트스트림을 변조함으로써 생성된 반송 신호를 송신하는 단계를 포함하는 데이터 송신 방법이 제공된다.

Description

제로 비트 패딩을 이용한 채널 부호화/복호화 방법 및 장치 {Channel Encoding/Decoding Method Using Zero Bit Padding and Apparatus thereof}
본 발명은 채널 부호화/복호화에 대한 것으로, 보다 구체적으로는 제로 비트 패딩을 이용한 채널 부호화/복호화 방법에 관한 것이다.
모뎀의 송신단은 0과 1로 표현되는 디지털 신호를 주기적인 파형을 가진 아날로그 신호로 변조한다. 그리고 아날로그 신호는 통신 채널을 통해 모뎀의 수신단으로 전달된 후, 디지털 신호로 복조된다.
모뎀은 통신 채널의 상태에 따라 전송 가능한 모뎀 데이터 레이트를 결정한다. 그리고 코덱은 모뎀 데이터 레이트를 모뎀으로부터 전달받아, 코덱의 코덱 데이터 레이트가 모뎀 데이터 레이트보다 작도록 코덱의 부호화율을 결정한다. 따라서 통신 채널의 상태에 따라 모뎀 데이터 레이트와 코덱 데이터 레이트가 결정된다.
모뎀 데이터 레이트와 코덱 데이터 레이트 간의 차이가 있을 경우, 코덱은 부호화 데이터에 중복(redundant)되는 제로 비트들을 삽입하여, 코덱 데이터 레이트가 모뎀 데이터 레이트와 동일해지도록 코덱 데이터 레이트를 조절할 수 있다. 그러나 부호화 데이터에 패딩된 제로 비트들이 코덱의 부호화 데이터에 대한 구분 없이 채널 부호화 및 복호화될 경우, 정보를 포함하고 있지 않은 제로 비트에 의하여 채널 부호화 및 복호화 과정에 필요한 연산량이 증가하는 문제점이 있다.
본 발명은 이상 상술된 문제점 및 단점을 해결하고, 적어도 이하 설명된 장점을 제공하는 것이다.
본 명세서에서, 중복되는 제로 비트의 채널 부호화 및 복호화에 따라 발생하는 불필요한 연산량을 제거하기 위한 데이터 송신 방법 및 데이터 수신 방법이 제공된다. 그리고 상기 데이터 송신 및 수신 방법이 수행되는 데이터 송신 장치 및 데이터 수신 장치가 제공된다. 그리고 데이터 송신 및 수신 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 저장 매체가 제공된다.
데이터의 부호화 정보를 포함하는 제1 비트스트림을 생성하는 단계, 모뎀 데이터 레이트와 코덱 데이터 레이트의 차이에 기초하여, 상기 제1 비트스트림에 제로 비트들을 부가함으로써 제2 비트스트림을 생성하는 단계, 상기 제로 비트들에 대한 제로 패딩 정보를 이용하여, 상기 제2 비트스트림을 채널 부호화함으로써 제3 비트스트림을 생성하는 단계, 및 상기 제3 비트스트림을 변조함으로써 생성된 반송 신호를 송신하는 단계를 포함하는 데이터 송신 방법이 제공된다.
반송 신호를 수신하는 단계, 상기 반송 신호를 복조하여 데이터의 부호화 정보와 제로 비트들을 포함하는 제2 비트스트림이 채널 부호화된 제3 비트스트림을 획득하는 단계, 상기 제로 비트들에 대한 제로 패딩 정보를 이용하여, 상기 제3 비트스트림을 채널 복호화하여 상기 제2 비트스트림을 획득하는 단계, 상기 제2 비트스트림으로부터 상기 제로 비트들을 제거함으로써 상기 부호화 정보를 포함하는 제1 비트스트림을 획득하는 단계, 및 상기 제1 비트스트림으로부터 상기 데이터의 부호화 정보를 추출하는 단계를 포함하는 데이터 수신 방법이 제공된다.
데이터의 부호화 정보를 포함하는 제1 비트스트림을 생성하고, 모뎀 데이터 레이트와 코덱 데이터 레이트의 차이에 기초하여, 상기 제1 비트스트림에 제로 비트들을 부가함으로써 제2 비트스트림을 생성하는 정보 생성부, 상기 제로 비트들에 대한 제로 패딩 정보를 이용하여, 상기 제2 비트스트림을 채널 부호화함으로써 제3 비트스트림을 생성하는 채널 부호화부 및 상기 제3 비트스트림을 변조함으로써 생성된 반송 신호를 송신하는 변조부를 포함하는 데이터 송신 장치가 제공된다.
반송 신호를 수신하고, 상기 반송 신호를 복조하여 데이터의 부호화 정보와 제로 비트들을 포함하는 제2 비트스트림이 채널 부호화된 제3 비트스트림을 획득하는 복조부, 상기 제로 비트들에 대한 제로 패딩 정보를 이용하여, 상기 제3 비트스트림을 채널 복호화하여 상기 제2 비트스트림을 획득하고, 상기 제2 비트스트림으로부터 상기 제로 비트들을 제거함으로써 상기 부호화 정보를 포함하는 제1 비트스트림을 획득하는 채널 복호화부, 및 상기 제1 비트스트림으로부터 상기 데이터의 부호화 정보를 추출하는 정보 추출부를 포함하는 데이터 수신 장치가 제공된다.
본 명세서에서 제공되는 다양한 실시 예에 따른 데이터 송신 방법 및 데이터 수신 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
도 1은 방송 신호 송수신 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 방송 신호 프레임의 구조를 나타내는 도면이다.
도 3 및 도 4는 모뎀 데이터 레이트와 코덱 데이터 레이트의 관계에 따라 제로 비트들이 추가되는 이유를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 제로 패딩 정보를 이용한 방송 신호 송신 장치의 일 실시 예를 나타낸다.
도 6은 제로 비트들이 부가된 비트스트림의 스크램블링 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 채널 복호화의 태너(Tanner) 그래프를 예시하는 도면이다.
도 8은 도 7의 태너 그래프에 대응하는 LDPC 코드를 예시하는 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 프리앰블의 제로 패딩 정보를 이용하여 채널 복호화를 수행하는 방법을 태너 그래프로서 도시한 것이다.
도 10은 프리앰블의 제로 패딩 정보를 이용하여 채널 복호화를 수행하는 방법을 표현하는 블록도이다.
도 11은 제로 패딩 정보를 이용한 방송 송신 장치의 데이터 송신 방법을 나타낸다.
도 12는 제로 패딩 정보를 이용한 방송 수신 장치의 데이터 수신 방법을 나타낸다.
이하의 설명에 있어서, 다른 도면에 기재되어 있지 않은 한, 동일한 요소에는 동일한 도면 부호가 사용되고, 중복되는 설명은 생략된다.
명세서에서 사용되는 "부"라는 용어는 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, "부"는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 "부"는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 "부"들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 "부"들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 "부"들로 더 분리될 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 일 실시예의 실시예에 대하여 일 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 일 실시예는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 일 실시예를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략한다.
일 실시예에서 사용되는 용어는 일 실시예에서의 기능을 고려하면서 가능한 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 일 실시예에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 일 실시예의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 데이터 송수신 방법 및 장치는, 코덱 데이터 레이트를 조절하기 위하여 추가된 제로 비트들에 관한 제로 패딩 정보를 이용하여 데이터를 채널 부호화 및 복호화하는 것에 관련된다.
이하, 본 발명의 다양한 실시 예가 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명된다.
도 1은 방송 신호 송수신 시스템을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 방송 신호 송수신 시스템은 데이터 부호화부(110), 채널 부호화부(120), 변조부(130), 채널(140), 복조부(150), 채널 복호화부(160) 및 데이터 복호화부(170)을 포함한다. 데이터 부호화부(110), 채널 부호화부(120) 및 변조부(130)는 방송 신호 송신 장치(미도시) 내에 포함될 수 있으며, 복조부(150), 채널 복호화부(160) 및 데이터 복호화부(170)는 방송 신호 수신 장치(미도시) 내에 포함될 수 있다. 이하, 각 구성 요소 별로 그 기능을 설명하기로 한다.
데이터 부호화부(110)는 코어 레이어 데이터 및 인핸스드 레이어 데이터를 멀티플렉싱하여 비트스트림 형태의 방송 신호 프레임을 생성한다. 구체적으로, 데이터 부호화부(110)는 코어 레이어 데이터에 상응하는 코어 레이어 신호 및 인핸스드 레이어 데이터에 상응하는 인핸스드 레이어 신호를 서로 다른 파워 레벨로 결합(combine)하고, 코어 레이어 신호 및 인핸스드 레이어 신호에 적용되는 인터리빙을 수행하여 멀티플렉싱된 신호를 생성한다. 이 때, 데이터 부호화부(110)는 타임 인터리빙된 신호를 이용하여 부트스트랩 및 프리앰블이 포함된 방송 신호 프레임을 생성할 수 있다. 이 때, 방송 신호 프레임은 ATSC 3.0 프레임 또는 ATSC 3.X 프레임일 수 있다. 도 2에서 방송 신호 프레임의 구조가 상세히 설명된다.
일 실시예에 따라, 데이터 부호화부(110)는 두 개의 레이어 신호들을 결합하지 않고, 하나의 레이어 신호를 인터리빙하고, 방송 신호 프레임을 생성할 수도 있다.
채널 부호화부(120)는 데이터 부호화부(110)에서 생성한 비트스트림 형태의 방송 신호 프레임에 대해 에러 정정을 위한 채널 부호화를 수행한다. 일 실시예에 따라, 채널 부호화부(120)는 방송 신호 프레임을 부호화 블록 길이에 따라 구분하여, 구분된 데이터 각각을 이용하여 각각의 패리티를 생성하고, 구분된 데이터 및 구분된 데이터의 패리티를 쌍으로 하는 부호화 블록을 복수 개 생성하며, 생성된 복수의 부호화 블록으로 이루어진 코드 블록을 출력한다.
이에 따라, 채널 부호화부(120)는 에러 정정 부호 방식에 따라 부호화된 복수개의 패킷을 코드 블록 단위로 구분하여 출력한다. 출력된 코드 블록은 변조부(130)에 입력된다. 일 실시예에 따른, 에러 정정 부호 방식은 순방향 에러 정정(FEC, Forward Error Correction)을 기초로 할 수 있다.
채널 부호화부(120)는 변조부(130)로부터 획득된 모뎀 데이터 레이트를 데이터 부호화부(110)에 전송할 수 있다. 그리고 데이터 부호화부(110)는 상기 모뎀 데이터 레이트에 따라 데이터의 부호화율를 결정할 수 있다. 구체적으로, 데이터 부호화부(110)는 데이터 부호화부(110)의 코덱 데이터 레이트가 모뎀 데이터 레이트보다 같거나 작도록 데이터의 부호화율을 결정할 수 있다.
데이터 부호화부(110)는 부호화 결과에 따른 코덱 데이터 레이트가 모뎀 데이터 레이트보다 작을 경우, 데이터 부호화부(110)의 출력 비트 스트림에 중복되는 제로 비트들을 부가하여, 코덱 데이터 레이트가 모뎀 데이터 레이트와 동일해지도록, 코덱 데이터 레이트를 증가시킬 수 있다. 비트스트림에서 제로 비트들이 추가되는 위치는 부호화 표준에 따라 미리 결정될 수 있다.
도 3 내지 도 4에서 데이터 부호화부(110)의 출력 비트 스트림에 제로 비트들이 추가되는 이유가 자세히 설명된다.
데이터 부호화부(110)는 출력 비트 스트림이 균일해지도록 제로 비트들을 부호화된 비트스트림에 부가할 수 있다. 모뎀 데이터 레이트와 코덱 데이터 레이트의 차이는 소정의 시간 동안 동일하게 유지될 수 있다. 따라서 소정의 시간 동안 전송되는 비트스트림에 일정한 수의 제로 비트를 삽입함으로써, 삽입된 제로 비트의 수를 나타내는 제로 패딩 정보의 크기를 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 비트스트림의 제로 비트 수가 일정할 경우, 제로 패딩 정보가 상기 복수의 비트스트림에 대응될 수 있다. 그러므로 제로 패딩 정보가 소정의 시간에 한 번 생성됨으로써, 제로 패딩 정보의 크기가 감소된다.
데이터 부호화부(110)는 소정의 시간 동안 전송되는 방송 신호 프레임들에 포함된 비트스트림에 제로 비트들을 균일하게 부가할 수 있다. 예를 들어, 부호화부(110)는 10ms 동안 전송되는 복수의 방송 신호 프레임들에 각각 동일한 양의 제로 비트들을 부가할 수 있다.
그리고 데이터 부호화부(110)는 방송 신호 프레임에 대응되는 비트스트림에 포함된 복수의 서브 비트스트림들에 각각 동일한 양의 제로 비트들을 부가할 수 있다. 예를 들어, 5개의 채널 부호화기가 사용될 경우, 방송 신호 프레임은 5개의 비트스트림으로 분할되어 채널 부호화될 수 있다. 그러므로 데이터 부호화부(110)는 채널 부호화기의 개수에 따라 방송 신호 프레임으로부터 분할된 비트스트림들에 균일한 양의 제로 비트를 삽입할 수 있다.
데이터 부호화부(110)는 제로 비트들이 비트스트림에 부가될 경우, 제로비트들에 대한 제로 패딩 정보를 생성할 수 있다. 그리고 데이터 부호화부(110)는 비트스트림 형태의 방송 신호 프레임의 프리앰블에 상기 제로 패딩 정보를 부가할 수 있다. 그러므로 제로 패딩 정보는 방송 신호 프레임의 프리앰블에 삽입되어 채널 부호화부(120)에 전송될 수 있다.
제로 패딩 정보는 제로 비트들의 수 및 제로 비트들의 위치에 관한 정보를 포함할 수 있다. 따라서 채널 부호화부(120)는 제로 패딩 정보에 따라 제로 비트들의 수 및 위치를 고려하여 데이터 부호화부(110)의 비트스트림을 채널 부호화할 수 있다. 도 5 에서 제로 패딩 정보에 따른 채널 부호화 방법이 자세히 설명된다.
데이터 부호화부(110)는 제로 비트들을 포함하는 비트스트림을 스크램블링할 수 있다. 스크램블링이란 데이터 패턴을 랜덤하게 하는 작업을 의미한다. 구체적으로, 스크램블링에 의하여 비트스트림 내에서 같은 비트가 연속적으로 배치되는 것이 방지됨으로써, 비트 천이(bit transition)의 수가 적절하게 유지된다. 그러므로 채널 대역폭 내에 신호의 스펙트럼이 넓게 분포되어, 모뎀의 수신부가 최적의 상태를 유지할 수 있다.
데이터 부호화부(110)는 제로 패딩 정보에 따라 비트스트림을 스크램블링할 수 있다. 비트스트림은 하나의 스크램블러에 의하여 스크램블링될 수 있으나, 실시 에에 따라 두 개의 스크램블러에 의하여 스크램블링될 수 있다. 예를 들어, 부호화 데이터에 해당되는 부분은 제1 스크램블러에 의하여 스크램블링 될 수 있다. 그리고 제로 비트들에 해당되는 부분은 제2 스크램블러에 의하여 스크램블링 될 수 있다. 도 6에서 제로 비트들이 부가된 비트스트림의 스크램블링 방식이 설명된다.
채널 부호화부(120)는 방송 신호 프레임의 에러 정정을 위한 패리티 비트를 생성할 수 있다. 채널 부호화부(120)는 방송 신호 프레임의 비트스트림에 LDPC 코드에 의해 명시된 다수의 패리티 비트들을 첨부할 수 있다. 상기 LDPC 비트스트림의 각각의 패리티 비트는 LDPC 코드를 만족시키도록 설정된다.
LDPC 코드들은 태너 그래프(Tanner graph)라고 불리는 이분(bipartite) 그래프에 의해 표시될 수 있다. 태너 그래프에 의하면, 에지는 변수 노드를 체크 노드에만 연결할 수 있다. 따라서 변수 노드를 다른 변수 노드에, 또는 체크 노드를 다른 체크 노드에 연결할 수 없다. 태너 그래프에서 변수 노드(variable node)들은 부호화된 데이터의 비트들에 대응하고, 체크 노드들로 불리는 제약 노드(constraint node)들은 LDPC 코드를 정의하는 한 세트의 패리티 체크 제약들에 대응한다. 상기 패리티 비트는 채널 복호화 과정에서 부호화 데이터가 채널 전송 중에 훼손되었는지 여부를 판단하는데 사용된다.
변조부(130)는, 채널 부호화부(120)의 출력 비트스트림을 채널(140) 통과 가능한 신호로 변조(modulate)한다.
변조부(130)는 채널(140)의 상태에 따라 채널 상태 정보를 생성하고, 상기 채널 상태 정보를 채널 부호화부(120)에 전송할 수 있다. 그리고 채널 부호화부(120)는 상기 채널 상태 정보에 따라 모뎀 데이터 레이트를 결정할 수 있다. 또한 채널 부호화부(120)는 모뎀 데이터 레이트는 소정 시간 구간마다 일정한 값을 가지도록 결정될 수 있다.
상술된 각 구성 요소의 일련의 동작에 의해, 일 실시예에 따른 방송 신호 송신 장치는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex) 통신 방식을 이용하여 채널 부호화된 방송 신호 프레임을 채널(140)을 통해 송신한다. 채널 부호화된 방송 신호 프레임은 방송 신호 수신 장치의 안테나를 통해 수신된다. 방송 신호 수신 장치는 동기(synchronization), 채널 추정(channel estimation) 및 등화(equalization) 과정 등을 통해 채널 부호화된 방송 신호 프레임을 수신할 수 있다.
복조부(150)는 채널 부호화된 방송 신호 프레임으로부터 부트스트랩을 검출하여 복조하고, 부트스트랩에 포함된 정보를 이용하여 프리앰블을 복조하며, 프리앰블에 포함된 정보를 이용하여 데이터 페이로드를 복조한다. 이 때, 데이터 페이로드는 두 개 이상의 계층 데이터가 결합된 페이로드일 수 있다.
채널 복호화부(160)는 프레임 내의 부트스트랩, 프리앰블 및 데이터 페이로드에 대한 채널 복호화를 수행한다. 방송 신호 프레임이 채널(140)을 통과하면서, 에러가 발행할 수 있다. 따라서, 채널 복호화부(160)는 비트스트림 형태의 방송 신호 프레임의 에러를 정정하기 위한 패리티 검사를 수행한다. 채널 복호화부(160)는 복조부(150)로부터 획득된 비트스트림으로부터 패리티 비트를 추출하고, 비트스트림의 데이터와 패리티 비트가 LDPC 코드에 따라 매칭되는지 판단할 수 있다. 채널 복호화부(160)는 에러가 정정될 때까지 변수 노드와 제약 노드를 업데이트하여, 최종적으로 채널 부호화부(120)에 의하여 채널 부호화 되기 전의 비트스트림을 복원한다.
채널 복호화부(160)는 제로 패딩 정보에 따라 복조부(150)에서 획득한 LLR(log likelihood ratio) 값들 중 특정한 위치의 LLR 값을 변경할 수 있다. 복조부(150)에서 복조된 LLR값은 비트로 표현되는 디지털 신호가 아닌 연속적인 아날로그 신호이다. 따라서 LLR 값은 비트로 표현되는 디지털 신호로 변환되어야 한다. 만약 특정 위치의 LLR 값에 대한 변환 결과가 예측가능할 때, 특정 위치의 LLR 값에 따른 비트 값이 예측된 변환 결과와 일치하도록 특정 위치의 LLR 값을 강제로 변경할 수 있다.
예를 들어, 제로 비트들은 비트스트림에서 미리 정해진 부분에 위치하기 때문에, 제로 비트들의 개수에 기초하여 비트스트림의 특정 위치의 비트 값이 0임을 예측할 수 있다. 따라서, 비트스트림의 특정 위치의 비트 값이 0으로 결정되도록, 제로 패딩 정보가 나타내는 제로 비트의 개수에 따라 특정 LLR 값을 변경할 수 있다.
LDPC 코드에 따른 구체적인 채널 복호화 과정에 대해서는 도 7 내지 도 10을 통해 후술하기로 한다.
데이터 복호화부(170)는 채널 복호화부(160)에서 복호화된 신호로부터 코어 레이어 데이터를 복원하고, 복원된 코어 레이어 데이터에 상응하는 캔슬레이션(cancellation)을 통해 인핸스드 레이어 데이터를 복원한다. 이 때, 데이터 복호화부(170)는 먼저 방송 신호 프레임을 생성하고, 방송 신호 프레임으로부터 부트스트랩을 복원하고, 부트스트랩에 포함된 정보를 이용하여 프리앰블을 복원한 후 프리앰블에 포함된 시그널링 정보를 활용할 수 있다. 이 때, 시그널링 정보는 L1 시그널링 정보일 수 있고, 인젝션 레벨 정보, 노멀라이징 팩터 정보 등을 포함할 수 있다.
데이터 복호화부(170)는 채널 복호화된 비트스트림을 디스크램블링할 수있다. 디스크램블링 방법은 데이터 부호화부(110)의 스크램블링 방법의 반대이다. 예를 들면, 비트스트림 전체를 하나의 스크램블러로 스크램블링된 경우, 비트스트림 전체가 하나의 디스크램블러에 의하여 디스크램블링된다. 만약 비트스트림의 부호화 데이터 부분과 제로 비트 부분이 서로 다른 2개의 스크램블러로 스크램블링된 경우, 비트스트림의 부호화 데이터 부분과 제로 비트 부분이 상기 2개의 스크램블러에 대응되는 2개의 디스크램블러에 의하여 디스크램블링된다.
데이터 복호화부(170)는 데이터 부호화부(110)가 코덱 데이터 레이트가 모뎀 데이터 레이트의 일치를 위해 추가한 제로 비트들을 채널 복호화부(160)의 출력 비트스트림으로부터 제거할 수 있다.
도 2는 방송 신호 프레임의 구조를 나타내는 도면이다.
도 2에 도시된 방송 신호 프레임은, 예를 들어 ATSC 3.0 표준 또는 ATSC 3.X 표준에 따른 방송 신호 프레임일 수 있다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 방송 신호 프레임(200)은 부트스트랩(210), 프리앰블(220) 및 데이터 심볼들에 상응하는 서브프레임들(230)로 이루어질 수 있다.
일 실시예에 따른 프리앰블(220)은 제로 비트의 수를 나타내는 제로 패딩정보가 포함된 시그널링 정보를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 예에서 프리앰블(220)은 L1B(L1-Basic) 및 L1D(L1-Detail)과 같은 OFDM 심볼(225)을 포함할 수 있다.
이 때, L1B는 고정 길이 시그널링 정보일 수 있다. 예를 들어, L1B는 200비트에 상응할 수 있다. 또한, L1D는 가변 길이 시그널링 정보일 수 있다. 예를 들어, L1D는 200~2352비트에 상응하는 것일 수 있다.
방송 신호 프레임(200)은 시스템의 버전(version) 정보 및 가장 일반적인 시그널링 정보를 포함하는 부트스트랩(210)으로 시작되며, 이후 L1B와 L1D가 뒤따른다. L1B는 PLP(physical layer pipe) 개수, FFT 사이즈, 가드 인터벌 및 L1D를 위한 모듈레이션/코드 레이트 정보 등 일반적인 시그널링 정보를 일정한 비트수로 전송할 수 있고, L1D는 나머지 상세한 시그널링 정보를 전송할 수 있다. 이 때, L1D의 비트수는 전송되는 PLP 개수에 따라 가변될 수 있다.
부트스트랩(210)은 L1B의 BICM(bit-interleaved coded modulation) 모드 및 OFDM 파라미터를 시그널링할 수 있고, L1B는 L1D의 BICM 모드 및 OFDM 파라미터를 시그널링할 수 있다. 이 때, BICM 모드는 컨스틸레이션(constellation) 및 부호율을 포함할 수 있고, OFDM 파라미터는 FFT 사이즈, 가드 인터벌 길이 및 파일럿 패턴을 포함할 수 있다.
도 3 내지 도 4에서 모뎀 데이터 레이트와 코덱 데이터 레이트의 관계에 따라 제로 비트들이 추가되는 이유가 자세히 설명된다.
도 3은 모뎀 데이터 레이트(300)와 코덱 데이터 레이트(310)의 관계를 설명하기 위한 그래프이다. 도 3의 그래프는 시간에 따른 모뎀 데이터 레이트(300)와 코덱 데이터 레이트(310)의 변화를 나타낸다. 상기 그래프의 x축은 ms 단위의 시간을 나타낸다. 그리고 상기 그래프의 y축은 모뎀 데이터 레이트(300)와 코덱 데이터 레이트(310)의 크기를 나타낸다.
모뎀 데이터 레이트(300)는 소정의 시간마다 업데이트되는 채널 상태에 따라 일정한 값으로 결정된다. 따라서 도 3의 모뎀 데이터 레이트(300)는 구형파(square wave)의 형태이다. 그러나 코덱 데이터 레이트(310)는 부호화되는 데이터의 특성에 따라 불규칙하게 변동될 수 있다.
코덱 데이터 레이트(310)의 변동폭이 넓기 때문에, 코덱 데이터 레이트(310)의 최대 값이 모뎀 데이터 레이트(300)보다 작도록 데이터 부호화부의 부호화율이 결정된다. 따라서 도 3과 같이 코덱 데이터 레이트(310)가 항상 모뎀 데이터 레이트(300)보다 작도록 설정되어, 데이터의 오버 플로우가 방지된다.
다만 모뎀 데이터 레이트와 코덱 데이터 레이트의 차이(320)로 인하여 데이터의 언더 플로우가 발생할 수 있다. 언더 플로우가 발생할 경우, 수신측 모뎀에서 수신하기로 예정된 데이터보다 작은 데이터가 수신측 모뎀에 전송된다. 결과적으로, 전송되는 데이터의 부재로 인하여, 모뎀들 간의 연결이 끊어지는 문제점이 발생된다.
그러므로 상기 언더 플로우로 인한 문제점을 해결하기 위하여 데이터 부호화부는 비트스트림으로 표현되는 영상 신호 프레임에 제로 비트들을 삽입한다. 삽입되는 제로 비트들의 양은 모뎀 데이터 레이트와 코덱 데이터 레이트의 차이(320)에 따른 비트의 양에 의하여 결정된다. 따라서 코덱 데이터 레이트가 제로 비트의 삽입에 따라 증가하기 때문에, 데이터의 언더 플로우는 발생하지 않는다. 결론적으로, 제로 비트의 삽입으로 인하여, 시간당 전송되는 비트스트림의 크기가 도 4와 같이 모뎀 데이터 레이트(300)에 따라 일정하게 유지될 수 있다.
도 4는 제로 비트가 포함된 비트스트림(400, 410, 420, 430, 440)을 도시한다. 도4 의 5개의 비트스트림(400, 410, 420, 430, 440)은 일정한 크기를 가지고 있다. 그리고 각 비트스트림은 비트스트림들의 크기를 일정하게 하기 위한 제로 비트들(401, 411, 421, 431, 441)을 포함하고 있다. 그러므로 각 비트스트림이 포함하는 부호화 데이터(402, 412, 422, 432, 442)의 크기가 동일하지 않더라도 제로 비트들(401, 411, 421, 431, 441)의 삽입으로 인하여, 비트스트림(400, 410, 420, 430, 440)의 크기는 일정하다.
도 4와 같이 제로 비트가 모뎀 데이터 레이트와 코덱 데이터 레이트의 차이만큼 비트스트림에 부가됨으로써, 모뎀에서 전송되는 데이터의 오버 플로우 또는 언더 플로우는 발생하지 않는다. 따라서 도 3의 모뎀 데이터 레이트와 코덱 데이터 레이트의 차이로 인한 문제점이 해결될 수 있다.
도 5은 제로 패딩 정보를 이용한 방송 신호 송신 장치의 일 실시 예를 나타낸다.
모뎀 데이터 레이트 계산기(502)는 채널 컨디션(550)에 기초하여 모뎀 데이터 레이트(552)를 계산한다. 그리고 부호화율 계산기(504)는 모뎀 데이터 레이트(552)에 기초하여 부호화율(554)를 계산한다.
데이터 부호화기(506)는 부호화율(554)에 따라 입력 데이터(560)를 부호화한다. 그리고 데이터 부호화기(506)는 부호화의 결과에 따른 부호화 데이터(530)가 포함된 제1 비트스트림(520)을 출력한다.
제로 비트 수 계산기(508)는 모뎀 데이터 레이트 계산기(502)로부터 모뎀 데이터 레이트(552)를, 데이터 부호화기(506)로부터 제1 비트스트림(520)의 출력 데이터 레이트를 나타내는 코덱 데이터 레이트(556)를 획득한다. 그리고 제로 비트 수 계산기(508)는 모뎀 데이터 레이트(552)와 코덱 데이터 레이트(556)의 차에 기초하여 제로 비트의 수를 계산한다. 제로 비트의 수는 제로 패딩 정보(558)에 포함된다.
제로 비트 패딩부(510)는 제로 패딩 정보(558)에 따라 제로 비트들(532)을 제1 비트스트림(520)에 부가하여 부호화 데이터(530)와 제로 비트들(532)이 포함된 제2 비트스트림(522)을 출력한다. 제2 비트스트림(522)의 비트 수는 k로 정의된다.
채널 부호화부(512)는 제2 비트스트림(522)에 제2 비트스트림(522)의 데이터의 패리티 검사를 위한 패리티 정보(534)가 추가된 제3 비트스트림(524)를 출력한다. 채널 부호화부(512)는 패리티 정보(534)를 생성함에 있어서, 제로 비트들(532)에 관한 정보를 참조할 수 있다. 제3 비트스트림(524)의 비트 수는 n으로 정의될 수 있다.
제2 비트스트림(522)의 부호화 데이터(530)와 제로 비트들(532)가 구분되지 않고, 채널 부호화부(512)에 의하여 채널 부호화될 때, 채널 부호화율은 k/n가 된다. 반면, 제2 비트스트림(522)의 부호화 데이터(530)와 제로 비트들(532)가 구분되어 채널 부호화부(512)에 의하여 채널 부호화될 때, 실효적인 채널 부호화율은 (k-Np)/n가 된다. 따라서 부호화 데이터(530)와 제로 비트들(532)가 구분될 경우, 부호화 데이터를 획득하기 위한 실효적인 채널 부호화율이 감소한다. 따라서 채널 부호화 및 복호화 과정에서 필요한 연산 자원의 양이 감소하여, 채널 부호화 및 복호화의 효율성이 증가된다.
채널 복호화 과정에서 제로 비트들(532)에 대한 정보가 참조되도록 하기 위하여, 프리앰블 부호화부(514)는 제로 비트의 수(556)에 대한 정보를 부호화한다. 그리고 프리앰블 부호화부(514)는 부호화된 제로 비트의 수(556)에 대한 정보가 포함된 제로 패딩 정보(558)를 영상 신호 프레임의 프리앰블(526)에 부가한다. 프리앰블에 포함된 제로 패딩 정보(558)는 방송 수신 장치에서 수신된 데이터를 복원하는데 사용될 수 있다.
도 6에서 제로 비트들이 부가된 비트스트림의 스크램블링 방식이 설명된다.
만약 하나의 스크램블러가 사용될 경우, 실질적인 의미가 있는 부호화 데이터와 제로 비트가 섞인 채로 스크램블링된다. 따라서 하나의 스크램블러만이 사용된 경우, 복호화 단계에서 디스크램블링하기 이전에 제로 비트들과 부호화 데이터를 구분하기 어렵다. 또한 제로 비트들은 일정한 위치에 반복적으로 배치되므로, 부호화 데이터와 분리되어 스크램블링될 경우, 스크램블링 및 디스크램블링이 효율적으로 수행될 수 있다.
방송 신호 수신부에서 부호화 데이터와 제로 비트들을 포함하는 제2 비트스트림(600)은 제1 스크램블러(610)와 제2 스크램블러(612)에 의하여 스크램블링된다. 제2 비트스트림(600)에서 부호화 데이터에 해당되는 부분은 제1 스크램블러(610)에 의하여 스크램블링된다. 그리고 제2 비트스트림(600)에서 제로 비트에 해당되는 부분은 제2 스크램블러(612)에 의하여 스크램블링된다. 부호화 단계에서 제1 스크램블러(610) 및 제2 스크램블러(612) 각각은 새로운 비트스트림을 위하여 초기화될 수 있다.
채널 부호화기(620)은 스크램블링된 제2 비트스트림(602)을 채널 부호화한다. 그러므로 스크램블링된 제2 비트스트림(602)에 대한 패리티 정보가 생성된다.
방송 신호 송신부에서는 도 6에서 설명된 스크램블링 방식과 반대로 디스크램블링이 수행된다. 채널 복호화된 비트스트림은 제1 디스크램블러와 제2 스크램블러에 의하여 디스크램블링된다. 비트 패딩 정보에 따라, 부호화 데이터로 판단된 부분은 제1 디스크램블러로 디스크램블링되며, 제로 비트로 판단된 부분은 제2 디스클램블링된다. 그리고 디스클램블링된 비트스트림을 복호화하여 데이터를 복원한다.
도 7 내지 도 9에서 LDPC 코드에 따른 저밀도 패리티 검사가 설명된다.
패리티 비트는 에러 정정 부호 방식에 의하여 결정되며, m개의 비트로 구성된다. 패리티 비트는 저밀도 패리티 검사(Low Density Parity Check)를 위한 LDPC 코드일 수 있다. 상기 LDPC 코드는 순방향 에러 정정 기술 중 터보 부호화와 함께 샤논에 의해 발표된 채널 용량 한계에 가장 근접하는 에러 정정 능력을 갖는다. LDPC 복호화 과정은 패리티 검사 행렬 H와 태너 그래프를 이용해서 수행되며, 패리티 검사 행렬 H는 태너 그래프로 표현될 수 있다. 패리티 검사 행렬에서의 행의 수만큼의 체크 노드들이 만들어지고, 열의 개수만큼의 변수 노드들이 만들어져 태너 그래프를 형성한다. 만일 행렬의 (i,j) 원소가 1이면 i번째 체크 노드가 j번째 변수 노드와 에지로 연결되어 서로 이웃하는 노드들이 된다.
도 7은 채널 복호화의 태너(Tanner) 그래프를 예시하는 도면이다.
LDPC 코드들은 그 값들이 저밀도 패리티 검사 제약을 충족할 수 있는 코드들이다. 전형적으로 패리티 검사 제약은 코드 값을 취할 수 있는 다수의 변수 노드(variable node) 및 다수의 체크 노드(check node)를 보유하는 그래프에 의해 정의될 수 있다.
도 7을 참조하면, 저밀도 패리티 검사(LDPC) 코드들은 태너 그래프(700)로 지칭되는 이분 그래프(bipartite graph)들에 의해서 도시될 수 있다.
태너 그래프에서, 변수 노드들(720)에는 비트스트림에 포함된 각 비트에 대응하는 LLR(log likelihood ratio) 값들(710)이 입력되고, 다른 세트의 노드들에서 체크 노드들(340)은 코드를 정의하는 패리티-검사 구속 세트에 상응할 수 있다.
그래프(700)에서 에지들(730)은 변수 노드들(720)을 체크 노드들(740)에 연결할 수 있다. 변수 노드들(720) 및 체크 노드들(740)은 만약 그들이 그래프에서 에지(730)에 의해 연결된다면 이웃들로 지칭된다. 패리티 검사는 체크 노드들을 나타내는 열들 및 변수 노드들을 나타내는 행들을 보유하는 대응하는 행렬에 의해 표현될 수 있고, 1의 값은 노드들 사이의 링크를 나타낼 수 있고, 0의 값은 링크가 존재하지 않음을 나타낼 수 있다. LDPC 코드들은 저밀도 패리티 검사 행렬을 사용하여 등가적으로 표현될 수 있다.
도 8은 도 7의 태너 그래프에 대응하는 LDPC 코드를 예시하는 도면이다.
도 8을 참조하면, LDPC 코드는 저밀도 패리티 검사 행렬 H(810)로서 표현될 수 있다. 이 때, 저밀도 패리티 검사 행렬 H(810)과 표시된 벡터 X(820) 사이에 Hx=0인 관계가 성립하는 경우, 벡터 X(820)는 에러가 없는 경우에 대응한다.
예를 들어, 채널 부호화 장치에서 소스 메시지와 패리티 검사 비트가 결합된 코드 워드 c를 전송한다면, 저밀도 패리티 검사 행렬 H와 코드 워드 c의 관계는 수학식 1과 같을 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112017081239577-pat00001
여기서, H는 저밀도 패리티 검사 행렬을 나타내며, c는 소스 메시지와 패리티 검사 비트가 결합된 코드 워드를 나타낼 수 있다.
한편, 채널 부호화 장치에서 코드 워드 c를 전송한다면, 채널을 통해 노이즈 성분 n이 추가될 수 있으며, 채널 복호화 장치에서는 노이즈가 부가된 신호 r이 수신될 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112017081239577-pat00002
한편, 채널 복호화 장치는 수신되는 신호 r로부터, 코드 워드 c 나아가, 소스 메시지 s를 구하기 위해, 저밀도 패리티 검사 행렬을 이용한 연산을 수행한다. 즉, Hc= 0 이므로, 수학식 3과 같은 연산이 성립할 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112017081239577-pat00003
한편, 수신되는 신호 r은, 0과 1의 디지털 신호일 수 있으며, 그 외 0과 1 사이의 분수값일 수 있다.
채널 복호화 장치는, 저밀도 패리티 검사 행렬을 이용하여 0과 1 사이의 분수값이 수신되는 경우, 0 인지 1 인지에 대한 확률을 이용하여, 적합한 값을 선택할 수 있다.
수신되는 신호 r은, 이분 그래프의 변수 노드에서의 입력 확률을 나타내는데 사용될 수 있다. 그리고, 비트 확률 메시지는 변수 노드에서 체크 노드로 전달되고, 패리티 검사 제약에 따라 변수 노드에서 합산된다. 이 데이터는 일반적으로, 수학식 4와 같이 정의된 LLR 값(L(r))으로서 표현될 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112017081239577-pat00004
채널 복호화 과정에서 이용되는 LDPC 코드는 저밀도 패리티 검사 행렬의 블록 행과 블록 열을 나타내는 매크로 행렬일 수 있다. 즉, 매크로 행렬의 0 엔트리는 ZxZ의 부분 행렬에 대응할 수 있다.
한편, 입력 노드에 대한 확률값의 갱신을 위한 반복 디코딩의 방법으로서, 이하의 수학식 5 내지 9가 이용될 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112017081239577-pat00005
수학식 5는 체크섬 부분 집합의 각각의 행 m의 각각의 열 j에 대해 행 마다의 LLR 값을 나타낼 수 있다. 즉, 수학식 5의 L(qmj)는
Figure 112017081239577-pat00006
변수 노드에 대한 LLR 값을 나타낼 수 있다. 여기서, Rmj는 체크 노드 값을 나타내며, L(qj)는 변수 노드 값을 나타낸다.
[수학식 6]
Figure 112017081239577-pat00007
수학식 6은, LLR 값(L(qmn))에 기초하여, 연산되는 체크 노드의 크기 값(Amj)을 나타낼 수 있다.
[수학식 7]
Figure 112017081239577-pat00008
수학식 7은, LLR 값(L(qmn))에 기초하여, 연산되는 체크 노드의 부호(smj)를 나타낼 수 있다.
[수학식 8]
Figure 112017081239577-pat00009
수학식 8은, 체크 노드의 크기 값(Amj), 및 부호(smj)에 기초하여, 연산되는 체크 노드 갱신 값(Rmj)을 나타낼 수 있다.
[수학식 9]
Figure 112017081239577-pat00010
수학식 9는, 체크 노드 갱신 값(Rmj) 및 LLR 값(L(qmj))에 기초하여, 연산되는 변수 노드 갱신 값(L(qj))을 나타낼 수 있다. 이때, 열(j)에 대해, 변수 노드 값이 갱신될 수 있다.
한편, 전술한 수학식 5 내지 9에 의한 연산에 의해 복호화가 수행된 경우, 에러가 없는 지 여부는 다음의 수학식 10에 의해 판정 가능하다.
[수학식 10]
Figure 112017081239577-pat00011
즉, Hr=0 일 경우, 적합한 복호화가 수행된 것으로 여겨지므로 복호화 중단 조건이 만족되었다고 판단할 수 있다. 만일 복호화 중단 조건이 만족되지 않았다고 판단되는 경우에는 체크 노드 갱신 및 변수 노드 갱신 단계를 다시 수행하게 된다.
한편, 전술한 바와 같이 복호화 중단 조건이 만족되지 않는 경우에는 복호화 중단 조건이 만족될 때까지 체크 노드 갱신 및 변수 노드 갱신을 지속적으로 수행해야 하는데, 이 경우 연산량이 매우 높아지는 문제가 있다. 일 실시예에 따른 채널 복호화 방법 및 장치는, 제로 패딩 정보에 따라 요구되는 연산량을 최소화할 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 프리앰블의 제로 패딩 정보를 이용하여 채널 복호화를 수행하는 방법을 태너 그래프로서 도시한 것이다.
도 9를 참조하면, 비트스트림의 각 비트에 대응하는 LLR 값들(910)이 입력되는 변수 노드들(920), 체크 노드들(940) 및 변수 노드들(920)과 체크 노드들(940)을 연결하는 에지(930)를 포함하는 태너 그래프(900)가 도시된다.
LDPC 복호화의 경우, 복호화되는 각각의 비트가 갖는 LLR 값들은 아날로그형 확률과 같은 "소프트" 데이터이다. 즉, LLR 값을 통해 각각의 비트에 대한 신뢰성이 결정될 수 있다. 그런데, LLR 값은 때때로 부정확한 값을 전달하여 복호화 에러를 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 몇몇 비트들은 하나의 값(예를 들면, '0')으로 강하게 나타나지만, 실제로 다른 값(예를 들면, '1')인 에러들이 존재할 수 있다. 이와 같은 부정확한 LLR은 LDPC 복호화에 대한 에러 플로우를 상승시키는 문제를 초래한다.
일 실시예에 따른 채널 복호화 방법은, 특정 비트에 대해 사전에 정의된 비트 값을 미리 알고 있다는 점에 착안한다. 기술된 실시예들은, 미리 정의된 비트들에 대응하는 LLR 값의 "확실성"을 증가시키기 위해 해당 LLR 값을 선택적으로 변경할 수 있다.
예를 들어, 부호화 단계에서 추가되는 제로 비트에 대한 제로 패딩 정보가 결정된다. 그리고 복호화 단계에서 제로 패딩 정보에 따라 비트스트림의 어느 부분이 제로 비트에 해당되는지 미리 알 수 있다. 그러므로, 제로 패딩 정보에 따라 특정 LLR값을 선택적으로 변경함으로써 LDPC 복호화에 대한 에러 플로우를 감소시킬 수 있다.
일 실시예에 따르면, 프리앰블에 포함된 제로 패딩 정보에 의해 고정된(fixed) 값을 갖는 LLR 이 변수 노드들(620)에 입력될 수 있다. 도 9를 참조하면, 비트스트림의 미리 정의된 비트들에 대응하는 적어도 하나의 LLR 값이 미리 설정된 값(950)으로 변경될 수 있다. 즉, 일 실시예에 따르면, 채널 부호화된 신호를 복조하여 생성된 LLR 값들 대신, 미리 설정된 값(950)으로 변경된 LLR 값들이 변수 노드들(920)의 입력으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 비트스트림의 특정 위치의 비트가 특정한 값으로서 미리 정의된 경우, 해당 위치에 대응하는 LLR 에 대해 고정된 값(예를 들어, 큰 크기의 LLR 값)이 강제(enforce)될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 미리 정의된 비트에 대응하는 LLR 은 고정된 크기(예를 들어, 최대 LLR 크기 또는 무한한 LLR 크기)를 갖는 것으로 처리될 수 있고, 복호화 과정 동안 그 값이 변경되는 것이 방지될 수 있다. 미리 정의된 비트의 위치에서 최대 또는 무한한 LLR 크기 값을 갖도록 하는 것은, 복호화 과정에서 이들 비트 값의 "확실성"을 강화하여 복호화의 정확성을 보장하게 한다.
도 10은 프리앰블의 제로 패딩 정보를 이용하여 채널 복호화를 수행하는 방법을 표현하는 블록도이다.
프리앰블 복호화부(1010)는 프리앰블에 포함된 제로 패딩 정보를 복호화하여, 비트스트림에 포함된 제로 비트의 수(1012)를 결정한다. 그리고 LLR 강제부(1020)는 프리앰블 복호화부(1010)에서 결정된 제로 비트의 수에 따라, 복조부로부터 획득된 LLR 값 집합(1022)으로부터 변경될 LLR 값의 위치(1024) 및 LLR 값의 변경 값(1026)을 결정한다. 제로 비트가 비트스트림의 어느 부분에 위치하는지 약속되어 있으므로, LLR 강제부(1020)는 비트스트림에 포함된 제로 비트의 수만으로 제로 비트의 위치를 결정할 수 있다.
LLR 강제부(1020)는 채널 LLR 값 메모리(1030)에 저장된 LLR 값 집합을 변경할 수 있다. 구체적으로, LLR 강제부(1020)는 LLR 값 집합에서 변경될 LLR 값의 위치을 결정한 후, 결정된 위치의 LLR 값을 특정한 값으로 변경할 수 있다. 예를 들어, 상기 LLR 값은 최대 값 또는 최소 값이 될 수 있다. 그리고 채널 복호화부(1040)는 채널 LLR 값 메모리(1030)의 변경된 LLR 값 집합에 따라 패리티 검사를 할 수 있다. 채널 복호화부(1040)는 패리티 검사의 결과에 따라 채널 복호화 데이터(1042)를 출력할 수 있다.
위 실시 예에 따르면, 연속되는 제로 비트들에 대응되는 LLR값에 특정한 값을 강제함으로써, 패리티 검사에 필요한 연산량이 감소할 수 있다. 따라서 방송 신호 송신 장치의 전반적인 효율성이 증가할 수 있다.
도 11은 제로 패딩 정보를 이용한 방송 송신 장치의 데이터 송신 방법을 나타낸다.
단계 1110에서 데이터의 부호화 정보를 포함하는 제1 비트스트림이 생성된다.
단계 1120에서 모뎀 데이터 레이트와 코덱 데이터 레이트의 차이에 기초하여, 제1 비트스트림에 제로 비트들을 부가함으로써 제2 비트스트림이 생성된다.
제로 비트들은 제1 비트스트림에 포함되는 복수의 코드 워드들에 균일하게 부가되고, 복수의 코드 워드들의 수는 소정 시간 당 프레임의 수 및 채널 부호화기의 수 중 적어도 하나에 따라 결정될 수 있다.
제2 비트스트림에서 부호화 정보에 대응되는 부분은 제1 스크램블러를 이용하여 스크램블링되고, 제2 비트스트림에서 제로 비트에 대응되는 부분은 제2 스크램블러를 이용하여 스크램블링될 수 있다.
단계 1130에서 제로 비트들에 대한 제로 패딩 정보를 이용하여, 제2 비트스트림을 채널 부호화함으로써 제3 비트스트림이 생성된다. 제로 패딩 정보는 제로 비트들의 수에 대한 정보를 포함한다. 상기 제로 패딩 정보는 부호화되어, 제2 비트스트림에 대한 프리앰블에 포함될 수 있다.
제3 비트스트림에는 제2 비트스트림에 포함된 비트들의 전송에 따른 에러의 교정을 위한 LDPC (Low-Depth Parity Check) 코드가 부가될 수 있다.
단계 1140에서 제3 비트스트림을 변조함으로써 생성된 반송 신호가 송신된다.
도 12는 제로 패딩 정보를 이용한 방송 수신 장치의 데이터 수신 방법을 나타낸다.
단계 1210에서 반송 신호가 수신된다.
단계 1220에서, 반송 신호를 복조하여 제3 비트스트림가 획득된다. 제3 비트스트림은 부호화 단계에서 데이터의 부호화 정보와 제로 비트들을 포함하는 제2 비트스트림이 채널 부호화되어 형성된 것이다.
단계 1230에서, 제로 비트들에 대한 제로 패딩 정보를 이용하여, 제3 비트스트림을 채널 복호화하여 제2 비트스트림이 획득된다.
제3 비트스트림에 대한 프리앰블에 포함된 제로 패딩 정보가 복호화된다. 복호화된 제로 패딩 정보에 따라, 제3 비트스트림을 채널 복호화하여 제2 비트스트림을 획득될 수 있다.
제3 비트스트림에 대한 반송 신호의 전송에 따른 에러의 교정을 위한 LDPC 코드를 이용하여, 제3 비트스트림에 대한 패리티 검사(parity check)가 수행될 수 있다. 패리티 검사 결과에 따라 제3 비트스트림의 에러가 발견된 경우, 상기 에러가 교정될 수 있다.
패리티 검사는 복조된 반송 신호로부터, 제1 LLR 값 집합을 생성하는 단계, 제로 패딩 정보로부터 LLR (Log Likelihood Ratio) 강제 값과 LLR 위치를 포함하는 LLR 정보를 결정하는 단계, 및 LLR 정보에 따라, 제1 LLR 값 집합에 포함된 적어도 하나의 LLR 값을 변경하여 제2 LLR 값 집합을 생성하는 단계, 제2 LLR 값 집합에 따라 결정된 변수 노드들과 LDPC 코드에 따라 패리티 검사를 수행하는 단계에 따라 수행될 수 있다.
제2 비트스트림에서 부호화 정보에 대응되는 부분은 제1 디스크램블러로 디스크램블링되고, 제2 비트스트림에서 제로 비트들에 대응되는 부분은 제2 디스크램블러로 디스크램블링될 수 있다.
단계 1240에서, 제2 비트스트림으로부터 제로 비트들을 제거함으로써 부호화 정보를 포함하는 제1 비트스트림이 획득된다.
단계 1250에서, 제1 비트스트림으로부터 데이터의 부호화 정보가 추출된다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따른 전자 기기는 스마트 폰, 태블릿 PC (Personal Computer), 휴대 전화, 비디오 폰, 전자 책 리더, 데스크톱 PC, 노트북 PC PDA, PMP, MP3 플레이어, 모바일 의료 기기, 카메라, 또는 웨어러블 디바이스(예 : 헤드 장착 디스플레이 (HMD), 예를 들어, 전자 안경, 전자 옷, 전자 팔찌, 전자 목걸이, 전자 액세서리, 전자 문신 또는 스마트 워치)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예들에 대한 상기 설명은 예시적인 것이며, 본 발명의 구성 및 구현의 수정은 본 명세서에서 설명된 내용의 범위 내에 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예가 도 1 내지 도 14와 관련하여 설명되지만, 그러한 설명은 예시적인 것이다. 비록 본 발명이 구조적 특징 또는 방법론적 동작에 대한 특정한 표현으로 기술되었지만, 첨부된 청구항에 정의된 발명이 반드시 상술한 특정 구성 또는 동작에 반드시 제한되는 것은 아니다. 오히려, 상술한 특정 구성 및 동작은 청구항의 발명을 구현하는 예시적인 형태로서 개시된다. 또한, 본 발명은 방법 단계들의 순서에 의해 제한되지 않으며, 상기 순서는 본 발명과 관련된 분야의 통상의의 기술자에 의하여 독창적인 노력 없이도 수정될 수 있다. 방법 단계들의 일부 또는 전부는 순차적으로 또는 동시에 수행될 수 있다.
일부 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 통신 매체는 전형적으로 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈, 또는 반송파와 같은 변조된 데이터 신호의 기타 데이터, 또는 기타 전송 메커니즘을 포함하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함한다. 또한, 일부 실시예는 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 컴퓨터 프로그램 또는 컴퓨터 프로그램 제품 (computer program product)으로도 구현될 수 있다.

Claims (15)

  1. 데이터 송신 장치의 데이터 송신 방법에 있어서,
    데이터의 부호화 정보를 포함하는 제1 비트스트림을 생성하는 단계;
    모뎀 데이터 레이트와 코덱 데이터 레이트의 차이에 기초하여, 상기 제1 비트스트림에 제로 비트들을 부가함으로써 제2 비트스트림을 생성하는 단계;
    상기 제2 비트스트림에서 상기 부호화 정보에 대응되는 부분을 제1 스크램블러로 스크램블링하고, 상기 제2 비트스트림에서 상기 제로 비트들에 대응되는 부분을 제2 스크램블러로 스크램블링하는 단계;
    상기 제로 비트들에 대한 제로 패딩 정보를 이용하여, 상기 제2 비트스트림을 채널 부호화함으로써 제3 비트스트림을 생성하는 단계; 및
    상기 제3 비트스트림을 변조함으로써 생성된 반송 신호를 송신하는 단계를 포함하는 데이터 송신 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제로 비트들은 상기 제1 비트스트림에 포함되는 복수의 서브 비트스트림들에 균일하게 부가되고,
    상기 복수의 서브 비트스트림들의 수는 소정 시간 당 프레임의 수 및 채널 부호화기의 수 중 적어도 하나에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 데이터 송신 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제로 패딩 정보는 상기 제로 비트들의 수에 대한 정보를 포함하고,
    상기 데이터 송신 방법은,
    상기 제로 패딩 정보를 부호화하고, 상기 부호화된 제로 패딩 정보를 상기 제2 비트스트림에 대한 프리앰블에 포함하는 단계를 더 포함하는 데이터 송신 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제3 비트스트림 생성 단계는,
    상기 제2 비트스트림에 포함된 비트들의 전송에 따른 에러의 교정을 위한 LDPC (Low-Depth Parity Check) 코드를 상기 제2 비트스트림에 부가하는 단계를 포함하는 데이터 송신 방법.
  5. 삭제
  6. 데이터 수신 장치의 데이터 수신 방법에 있어서,
    반송 신호를 수신하는 단계;
    상기 반송 신호를 복조하여 데이터의 부호화 정보와 제로 비트들을 포함하는 제2 비트스트림이 채널 부호화된 제3 비트스트림을 획득하는 단계;
    상기 제로 비트들에 대한 제로 패딩 정보를 이용하여, 상기 제3 비트스트림을 채널 복호화하여 상기 제2 비트스트림을 획득하는 단계;
    상기 제2 비트스트림에서 상기 부호화 정보에 대응되는 부분을 제1 디스크램블러로 디스크램블링하고, 상기 제2 비트스트림에서 상기 제로 비트들에 대응되는 부분을 제2 디스크램블러로 디스크램블링하는 단계;
    상기 제2 비트스트림으로부터 상기 제로 비트들을 제거함으로써 상기 부호화 정보를 포함하는 제1 비트스트림을 획득하는 단계; 및
    상기 제1 비트스트림으로부터 상기 데이터의 부호화 정보를 추출하는 단계를 포함하는 데이터 수신 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 비트스트림에 포함되는 복수의 서브 비트스트림들에 상기 제로 비트들이 균일하게 분산되어 있고,
    상기 복수의 서브 비트스트림들의 수는 소정 시간 당 프레임의 수 및 채널 부호화기의 수 중 적어도 하나에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제로 패딩 정보는 상기 제로 비트들의 수에 대한 정보를 포함하고,
    상기 제2 비트스트림의 획득 단계는,
    상기 제3 비트스트림의 프리앰블에 포함된 상기 제로 패딩 정보를 복호화하는 단계;
    상기 복호화된 제로 패딩 정보에 따라, 상기 제3 비트스트림을 채널 복호화하여 상기 제2 비트스트림을 획득하는 단계를 포함하는 데이터 수신 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 데이터 수신 방법은,
    상기 제3 비트스트림에 포함된 상기 반송 신호의 전송에 따른 에러의 교정을 위한 LDPC 코드를 이용하여, 상기 제3 비트스트림에 대한 패리티 검사(parity check)를 수행하는 단계; 및
    상기 패리티 검사 결과에 따라 상기 비트들의 에러가 발견된 경우, 상기 비트들의 에러를 교정하는 단계를 더 포함하는 데이터 수신 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 패리티 검사 수행 단계는,
    상기 복조된 반송 신호로부터, 제1 LLR 값 집합을 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 제로 패딩 정보로부터 LLR (Log Likelihood Ratio) 강제 값과 LLR 위치를 포함하는 LLR 정보를 결정하는 단계;
    상기 LLR 정보에 따라, 상기 제1 LLR 값 집합에 포함된 적어도 하나의 LLR 값을 변경하여 제2 LLR 값 집합을 생성하는 단계;
    상기 제2 LLR 값 집합에 따라 결정된 변수 노드들과 LDPC 코드에 따라 패리티 검사를 수행하는 단계를 포함하는 데이터 수신 방법.
  11. 삭제
  12. 데이터의 부호화 정보를 포함하는 제1 비트스트림을 생성하고, 모뎀 데이터 레이트와 코덱 데이터 레이트의 차이에 기초하여, 상기 제1 비트스트림에 제로 비트들을 부가함으로써 제2 비트스트림을 생성하는 정보 생성부;
    상기 제2 비트스트림에서 상기 부호화 정보에 대응되는 부분을 스크램블링하는 제1 스크램블러;
    상기 제2 비트스트림에서 상기 제로 비트들에 대응되는 부분을 스크램블링하는 제2 스크램블러;
    상기 제로 비트들에 대한 제로 패딩 정보를 이용하여, 상기 제2 비트스트림을 채널 부호화함으로써 제3 비트스트림을 생성하는 채널 부호화부; 및
    상기 제3 비트스트림을 변조함으로써 생성된 반송 신호를 송신하는 변조부를 포함하는 데이터 송신 장치.
  13. 반송 신호를 수신하고, 상기 반송 신호를 복조하여 데이터의 부호화 정보와 제로 비트들을 포함하는 제2 비트스트림이 채널 부호화된 제3 비트스트림을 획득하는 복조부;
    상기 제로 비트들에 대한 제로 패딩 정보를 이용하여, 상기 제3 비트스트림을 채널 복호화하여 상기 제2 비트스트림을 획득하는 채널 복호화부;
    상기 제2 비트스트림에서 상기 부호화 정보에 대응되는 부분을 디스크램블링하는 제1 디스크램블러;
    상기 제2 비트스트림에서 상기 제로 비트들에 대응되는 부분을 디스크램블링하는 제2 디스크램블러; 및
    상기 제2 비트스트림으로부터 상기 제로 비트들을 제거함으로써 상기 부호화 정보를 포함하는 제1 비트스트림을 획득하고, 상기 제1 비트스트림으로부터 상기 데이터의 부호화 정보를 추출하는 정보 추출부를 포함하는 데이터 수신 장치.
  14. 제 1 항에 따른 데이터 송신 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 기록매체.
  15. 제 6 항에 따른 데이터 수신 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 기록매체.
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