KR20040035290A

KR20040035290A - 통신환경에 따라 오류정정 부호화 과정을 달리하는디지털방송 시스템의 전송장치 및 방법

Info

Publication number: KR20040035290A
Application number: KR1020020064078A
Authority: KR
Inventors: 김기보
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2002-10-19
Filing date: 2002-10-19
Publication date: 2004-04-29
Also published as: CN1280993C; CN1798345A; CN1490937A; KR100920738B1

Abstract

통신환경에 따라 오류정정 부호화 과정을 달리하는 디지털방송 시스템의 전송장치 및 방법이 개시된다. 본 디지털방송의 전송장치는, 입력되는 MPEG-2 포맷의 TS 스트림(transport stream)을 제1 TS 스트림과 제2 TS 스트림으로 분리하여 각각 오류정정이 가능하도록 부호화하며, 제1 TS 스트림을 RS(Reed-Solomon) 부호화하는 RS 부호기, 제2 TS 스트림을 BPC(Block Product Code) 부호화하는 BPC 부호기, RS 부호기에서 부호화된 데이터, 및 BPC 부호기에서 부호화된 데이터를 각각 재배열하는 제1 및 제2 외부인터리버, 제1 외부인터리버에서 재배열된 데이터를 컨볼루션 부호화하는 컨볼루션 부호기, 제2 외부인터리버에서 재배열된 데이터를 TCM 부호화하는 TCM 부호기, 컨볼루션 부호기에서 부호화된 데이터, 및 TCM 부호기에서 부호화된 데이터를 각각 다시 재배열하는 내부인터리버, 및 내부인터리버에서 재배열된 데이터를 디지털 변조하여 전송하는 변조부를 포함한다. 이에 의해, 전송 계층별로 각각 다르게 오류정정 부호화 과정을 수행하여, 수신장치의 통신환경에 따라 효율적으로 디지털방송을 전송할 수 있다.

Description

통신환경에 따라 오류정정 부호화 과정을 달리하는 디지털방송 시스템의 전송장치 및 방법 {Apparatus and method for transmission of digital broadcasting system having different error correction coding process according to communication environment}

본 발명은 통신환경에 따라 오류정정 부호화 과정을 달리하는 디지털방송 시스템의 전송장치 및 방법에 관한것으로, 더욱 상세하게는 계층적 전송 모드를 지원하는 디지털방송 시스템에서 전송 계층별로 서로 다르게 오류정정 부호화하여 데이터를 전송할 수 있는 통신환경에 따라 오류정정 부호화 과정을 달리하는 디지털방송 시스템의 전송장치 및 방법에 관한 것이다.

디지털방송 시스템은 방송신호를 디지털 부호화하여 위상이나 지상파 채널로 전송하고, 이를 수신장치를 통해 시청하게 되는 시스템을 말한다. 디지털방송은 아날로그방송과 달리 디지털 부호체계를 통한 시스템 통합(integration)과 상호운용성(interoperability)이 가능하다는 이점이 있으며, 대화형 기능이 가미되어 일방적이고 하향적이었던 아날로그방송 영역을 새롭게 바꾸는 계기가 되고 있다.

디지털방송의 통합 및 상호운용성이 보장되기 위해서는, 표준화가 선행되어야 한다. 디지털 지상파 DTV(Digital Television) 방송에 대한 방송방식의 경우, 현재 8-VSB(Vestigial Side Band)를 사용하는 미국의 ATSC(Advanced Television Systems Committee)방식과, COFDM(Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing)에 기초한 유럽의 DVB-T(Digital Video Broadcasting-Terrestrial)방식이 제안된 상태이다. 더불어, TDS-OFDM(Time-Domain Synchronous Orthogonal Frequency Division Multiplexing)에 기반한 DMB-T(Terrestrial Digital Multimedia Television Broadcasting), VSB를 개선한 ADTB-T(Advanced Digital Television Broadcast-Terrestrial), COFDM을 개선한 SMCC(Synchronized multi-Carrier CDMA), 기타 CDTB-T(Chinese Digital Television Broadcasting-Terrestrial), BDB-T 등 여러가지 방송방식이 제안되고 있다.

디지털방송의 전송시에는 막대한 양의 데이터 전송을 위해 신호원을 압축하여 전송해야 하므로, 채널에서 발생한 적은 오류라 하더라도 전체 시스템에는 매우 큰 영향을 미치게 된다. 따라서 채널에서 발생한 오류를 줄이는 것이 필요하다. 채널에서 발생하는 오류를 줄이기 위해서는 전력을 증가시켜 SNR을 크게 하면 되지만, 전력이 증가되면 전력의 손실과 전송장치의 고출력화로 인한 비용상승, 채널간의 간섭 등의 문제가 발생하게 된다. 이러한 문제를 극복하기 위해, 디지털방송 시스템에서는 전력을 증가시키지 않고도 채널에서 발생하는 오류를 정정하기 위해서 오류정정 부호를 사용한다.

오류정정 부호는 크게 ARQ(Automatic Repeat Request)와 FEC(Forward ErrorCorrection)로 나눌 수 있다. ARQ는 수신측에서 오류가 검출되면 그 데이터를 다시 전송하라는 신호를 전송측에 보내면, 전송측에서 데이터를 재전송하는 방식이다. 이러한 방식은 수신측에서 전송측에 재전송하라는 신호를 보낼 수 있는 Return Channel이 필요하기 때문에 디지털방송 시스템에는 적합하지 않다. 반면에 FEC는 신호에 부가적인 심볼을 덧붙여서 전송하여, 채널에서 오류가 발생하면 수신측에서 대수학적 성질을 이용하여 채널 오류를 검출하거나 정정하는 것이다.

FEC는 크게 블럭부호(block code)와, 컨볼루션 부호(convolution code)로 나눌 수 있다. 블럭부호는 선형 블럭부호(linear block code)이면서, 순회부호(cyclic code)를 만족하는 부호이다. 이러한 블럭부호에는, BCH 부호, 및 BCH 부호 중 좋은 조건을 만족시키는 비이진 부호인 RS(Reed Solomon)부호 등이 있다. 블럭부호에서는 오류를 정정하기 위해서 정보 데이터에 일정한 검사심볼(패리티)을 부가하여 사용하며, 연집성 오류(burst error)를 정정하는데 유리하다.

이에 반해, 컨볼루션 부호는 현재의 입력과 과거의 입력간의 상호연관성에 기반해서 부호화하는 방법을 사용하는 부호로서, 산발성 오류(random error)를 정정하는데 효과적이다.

한편, 오류정정 부호화된 데이터는 오류정정을 위한 부가적인 정보가 부가되므로, 한정된 대역폭당 전송할 수 있는 데이터의 양은 줄어들게 된다. 이에 따라, 부호화와 변조를 따로 하지 않고 하나로 결합함으로써, 데이터 전송률을 감소시키거나 대역폭을 증가시키지 않고도 큰 부호 이득을 얻을 수 있는 전송방법이 연구되고 있는데, 대표적으로 TCM(Trellis Coded Modulation : 격자부호화변조)이 있다.

도 1은 COFDM에 기반한 DVB-T 방식에 따른 디지털방송 시스템의 전송장치에 대한 블럭도이다.

도면을 참조하면, 디지털방송 시스템의 전송장치는, 제1 및 제2 스크램블러(scrambler)(10,12), FEC(Forward Error Correction)부(20), 및 변조부(30)로 구성된다. FEC부(20)는 제1 및 제2 RS부호기(Reed-Solomon encoder)(21,25), 제1 및 제2 외부인터리버(outer interleaver)(22,26), 제1 및 제2 컨볼루션 부호기(23,27), 및 내부인터리버(inner interleaver)(24)로 구성된다. 그리고, 변조부(30)는 파일럿/시스템정보 삽입부(31), 맵핑/OFDM변조부(33), 보호구간 삽입부(35), D/A 변환부(37), 및 RF부(39)로 구성된다.

DVB-T 방식의 경우, 계층적 전송 모드(hierarchical transmission mode)가 지원되며, 이 경우 입력되는 MPEG-2 포맷의 TS 스트림(transport stream)은 분리기(splitter)(미도시)에 의해 HP(High Priority) 계층과 LP(Low Priority) 계층으로 분리되고, HP 계층을 통해 전송되는 제1 TS 스트림은 제1 스크램블러(10)로 입력되고, LP 계층을 통해 전송되는 제2 TS 스트림은 제2 스크램블러(12)에 입력된다.

제1 및 제2 스크램블러(10,12)는 입력되는 제1 및 제2 TS 스트림의 각 데이터 값을 소정의 패턴에 따라 바꾸어 랜덤화(randomization)한다. 이러한 스크램블링 과정은 수신장치에서 역으로 처리되어 원래의 값이 복원된다.

FEC부(20)는 제1 및 제2 스크램블러(10,12)를 통해 랜덤화되어 입력되는 데이터에 대해 전송 중에 발생할 수 있는 오류의 정정이 가능하도록 부호화를 수행한다. 즉, 제1 및 제2 RS부호기(21,25)는 제1 및 제2 스크램블러(10,12)를 통과한 데이터를 입력받아 오류정정이 가능하도록 블럭단위로 RS 부호화를 수행한다. RS 부호화에 의해, 오류정정을 위한 패티리(검사심볼)이 부가되는데, 부가되는 패리티의 크기는 전송방식에 따라 차이가 있다. DVB-T 방식의 경우, 188바이트의 TS 스트림당 16개의 패리티가 부가되어, 오류정정 부호화된 총 바이트는 204바이트가 된다.

제1 및 제2 외부인터리버(22,26)는, 각각 제1 및 제2 RS 부호기(21,25)에서 블럭단위로 RS 부호화된 데이터를 재배열시켜, 발생 가능성이 있는 연집성 오류를 분산시키는 기능을 수행한다. 제1 및 제2 컨볼루션 부호기(23,27)는 각각 제1 및 제2 외부인터리버(22,26)에서 재배열되어 출력되는 데이터를 컨볼루션 부호화한다. DVB-T 방식의 경우 구속장(constraint length)이 7이고 부호율이 1/2인 컨볼루션 부호를 사용하는 것이 일반적이다. 제1 및 제2 컨볼루션 부호기(23,27)에서 컨볼루션 부호화된 데이터는 내부인터리버(24)에서 다시 재배열되어 출력된다.

변조부(30)는, FEC부(20)에서 부호화되어 출력되는 데이터에 대해 디지털방송 시스템의 전송방식에 따른 적합한 디지털 변조를 수행한다. 도 1에 도시한 바와 같이 DVB-T 시스템의 OFDM 방식을 사용하는 경우, 맵핑/OFDM변조부(33)는 내부인터리버(24)로부터 출력되는 데이터에 대해 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying), 16-QAM(Quadrature Amplitude Modulation), 64-QAM 등과 같은 심볼로 맵핑(mapping), 및 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 등의 OFDM 변조를 수행한다. 이 과정중에 파일럿/시스템정보 삽입부(31)로부터 신호동기와 신호예측을 위한 파일럿(pilot)신호와 전송모드에 대한 정보가 삽입된다. 보호구간 삽입부(35)는멀티패스 환경에서 ISI(Inter symbol Interference)를 방지하기 위해 보호구간을 삽입한다. 그리고, D/A변환부(37)는 보호구간이 삽입된 신호에 대해 D/A(Digital to Analog) 변환을 수행하고, RF부(39)는 D/A 변환된 신호를 고주파증폭하여 안테나를 통해 전송한다.

상기한 바와 같이, 종래의 디지털방송 시스템의 전송장치에서는, 외부 부호기(outer encoder)로 제1 및 제2 RS부호기(12,22)를 사용하고, 내부 부호기(inner encoder)로 제1 및 제2 컨볼루션 부호기(16,26)를 사용하는 직렬연결 부호시스템 (concatenated code system)을 주로 사용한다.

또한, DVB-T와 같이 계층적 전송모드를 지원하는 디지털방송 시스템의 전송장치의 경우, HP 계층과 LP 계층에서 동일한 사양의 부호기 및 동일한 방식에 의해 인터리빙을 수행하는 인터리버를 사용한다. 이와 같이, HP 계층과 LP 계층에서 동일한 사양의 부호기 및 인터리버를 사용하여 오류정정 부호화하는 경우, 동일한 구조의 수신장치를 사용하여 HP 계층에서 오류정정 부호화되어 전송되는 데이터 및 LP 계층에서 오류정정 부호화되어 전송되는 데이터를 모두 수신할 수 있다는 편리성이 있다.

그러나, HP 계층을 이용하는 수신장치와 LP 계층을 이용하는 수신장치는 각각 다른 통신환경에 존재할 수 있으며, 이러한 경우에는 수신장치의 통신환경에 따라 각각 다르게 오류정정 부호화하는 것이 전체 시스템의 전송 효율을 높일 수 있다. 예컨대, 이동상태의 통신환경에 있는 수신장치에서는 수신상태가 양호한 신호를 전송받는 것이 필요하고, 고정상태의 통신환경에 있는 수신장치에서는 빠른 데이터 전송량이 요구될 수 있다. 이 경우, HP 계층 및 LP 계층 중 어느 하나를 통해 오류정정 부호화되어 전송되는 데이터에 대해서는 좀더 강화된 오류정정 부호화 과정을 수행하여 수신장치의 수신성능을 향상시킬 수 있다. 그리고, 다른 하나의 계층을 통해 오류정정 부호화되어 전송되는 데이터는 오류정정 부호화를 달리하여 좀더 빠른 데이터 전송율을 갖도록 구성할 수 있다. 따라서, 수신장치의 통신환경에 따라 오류정정 부호화 과정을 달리하여 데이터를 전송할 수 있는 디지털방송 시스템의 전송장치 및 전송방법이 필요하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, HP 계층을 통해 전송되는 데이터와 LP 계층을 통해 전송되는 데이터를 수신장치의 통신환경에 따라 서로 다르게 오류정정 부호화하여 전송할 수 있는 디지털방송 시스템의 전송장치 및 방법을 제공함에 있다.

도 1은 일반적인 디지털방송 시스템의 전송장치에 대한 블럭도 ,

도 2는 본 발명에 따른 디지털방송 시스템의 전송장치의 일실시예에 대한 블럭도,

도 3은 도 2의 디지털방송 시스템의 전송장치에 대한 동작방법의 설명에 제공되는 흐름도,

도 4는 도 2의 BPC 부호기의 구성예를 도시한 도면,

도 5는 도 2의 BPC 부호기 생성하는 데이터 포맷을 설명하기 위한 도면,

도 6은 본 발명에 따른 디지털방송 시스템의 전송장치의 다른 실시예에 대한 블럭도, 그리고

도 7은 도 6의 디지털방송 시스템의 전송장치에 대한 동작방법의 설명에 제공되는 흐름도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

110 : 제1 스크램블러120 : 제2 스크램블러

200 : FEC부210 : RS부호기

220 : 제1 외부인터리버230 : 컨볼루션 부호기

240 : 내부인터리버250 : BPC 부호기

260 : 제2 외부인터리버270 : TCM 부호기

300 : 변조부310 : 파일럿/시스템정보 삽입부

330 : 맵핑/OFDM변조부350 : 보호구간삽입부

370 : D/A 변환부390 : RF부

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 디지털방송 시스템의 전송장치는, 입력되는 MPEG-2 포맷의 TS 스트림(transport stream)을 제1 TS 스트림과 제2 TS 스트림으로 분리하여 각각 오류정정이 가능하도록 부호화하는 디지털방송 시스템의 전송장치에 있어서, 상기 제1 TS 스트림을 RS(Reed-Solomon) 부호화하는 RS 부호기, 상기 제2 TS 스트림을 BPC(Block Product Code) 부호화하는 BPC 부호기, 상기 RS 부호기에서 부호화된 데이터, 및 상기 BPC 부호기에서 부호화된 데이터를 각각 재배열하는 제1 및 제2 외부인터리버, 상기 제1 외부인터리버에서 재배열된데이터를 컨볼루션 부호화하는 컨볼루션 부호기, 상기 제2 외부인터리버에서 재배열된 데이터를 TCM 부호화하는 TCM 부호기, 상기 컨볼루션 부호기에서 부호화된 데이터, 및 상기 TCM 부호기에서 부호화된 데이터를 각각 다시 재배열하는 내부인터리버, 및 상기 내부인터리버에서 재배열된 데이터를 디지털 변조하여 전송하는 변조부를 포함한다.

상기 BPC 부호기는, 상기 제1 TS 스트림을 오류정정 부호화하는 제1 부호기,상기 제1 부호기에서 부호화된 데이터를 재배열하는 인터리버, 상기 인터리버에서 재배열된 데이터를 오류정정 부호화하는 제2 부호기로 구성하는 것이 바람직하다.이때, 상기 제1 및 제2 부호기는, RS(Reed-Solomon) 부호를 사용하여 부호화하는 RS 부호기를 사용하거나, BCH 부호를 사용하여 부호화하는 BCH 부호기를 사용하여 구성하는 것이 가능하다.

상기 내부인터리버는, 상기 컨볼루션 부호기에서 부호화된 데이터, 및 상기 TCM 부호기에서 부호화된 데이터를 동일한 방식으로 재배열하는 것이 가능하다. 또한, 상기 내부인터리버는, 상기 컨볼루션 부호기에서 부호화된 데이터, 및 상기 TCM 부호기에서 부호화된 데이터를 서로 다른 방식으로 재배열하는 것도 가능하다.

상기 변조부는, OFDM 변조방식에 의해 디지털 변조하는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 변조부는, 상기 내부인터리버에서 재배열된 데이터를 소정의 맵핑방식에 의해 맵핑 및 OFDM 변조하는 맵핑/OFDM변조부, 상기 맵핑/OFDM변조부에 신호동기와 신호예측을 위한 파일럿신호 및 전송모드에 대한 정보를 제공하는 시스템정보 삽입부, 상기 맵핑/OFDM변조부로부터 출력되는 신호에 보호구간을 삽입하는 보호구간삽입부, 상기 보호구간이 삽입된 신호를 D/A 변환하는 D/A 변환부, 및 상기 D/A 변환된 신호를 고주파변환하여 전송하는 RF부로 구성하는 것이 가능하다.

바람직하게는, 상기 제1 및 제2 TS 스트림을 각각 랜덤화하여, 상기 RS 부호기 및 상기 BPC 부호기에 각각 제공하는 제1 및 제2 스크램블러를 더 포함한다.

한편, 본 발명에 따른 디지털방송 시스템의 전송방법은, 입력되는 MPEG-2 포맷의 TS 스트림(transport stream)을 제1 TS 스트림과 제2 TS 스트림으로 분리하여 각각 오류정정이 가능하도록 부호화하는 디지털방송 시스템의 전송장치에 있어서, (a) 상기 제1 TS 스트림에 대해 오류정정이 가능하도록 RS(Reed-Solomon) 부호화된 제1 부호화 데이터를 출력하는 단계, (b) 상기 제2 TS 스트림에 대해 오류정정이 가능하도록 BPC 부호화된 제2 부호화 데이터를 출력하는 단계, (c) 상기 제1 및 제 2 부호화 데이터를 각각 재배열하여 제1 및 제2 재배열 데이터를 출력하는 단계, (d) 상기 제1 재배열 데이터를 컨볼루션 부호화하는 단계, (e) 상기 제2 재배열 데이터를 TCM 부호화하는 단계, (f) 상기 각각 컨벌루션 부호화된 데이터 및 상기 TCM 부호화된 데이터를 각각 다시 재배열하는 단계, 및 (g) 상기 각각 다시 재배열된 데이터를 디지털 변조하여 전송하는 단계를 포함한다.

상기 (b) 단계는, 상기 제1 TS 스트림을 오류정정이 가능하도록 제1 부호화하는 단계, 상기 부호화된 데이터를 재배열하는 단계, 및 상기 재배열된 데이터를 다시 오류정정이 가능하도록 제2 부호화하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 제1 및 제2 부호화단계는, RS(Reed-Solomon) 부호를 사용하여 부호화하거나, BCH 부호를 사용하여 부호화하는 것이 바람직하다.

상기 (f) 단계는, 상기 컨볼루션 부호화된 데이터 및 상기 TCM 부호화된 데이터를 동일한 방식으로 인터리빙하여 재배열하는 것이 가능하다. 또한, 상기 (f) 단계는, 상기 컨볼루션 부호화된 데이터 및 상기 TCM 부호화된 데이터를 서로 다른 방식으로 인터리빙하여 재배열하는 것도 가능하다.

상기 (g) 단계는, OFDM 변조방식에 의해 디지털 변조하는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 (g) 단계는, (g1) 상기 각각 다시 재배열된 데이터를 정의 맵핑방식에 의해 맵핑 및 OFDM 변조하는 단계, (g2) 신호동기와 신호예측을 위한 파일럿신호 및 전송모드에 대한 정보를 상기 OFDM 변조 과정에 제공하는 단계, (g3) 상기 (g1) 단계에서 출력되는 신호에 보호구간을 삽입하는 단계, (g4) 상기 보호구간이 삽입된 신호를 D/A 변환하는 단계, 및 (g5) 상기 D/A 변환된 신호를 고주파변환하여 전송하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

바람직하게는, 상기 제1 및 제2 TS 스트림을 랜덤화하여, 상기 (a) 단계에 공급하는 단계를 더 포함한다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 디지털방송 시스템의 전송장치에 대한 일실시예를 나타낸 블럭도이다.

도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 디지털방송 시스템의 전송장치는, 크게 제1 및 제2 스크램블러(scrambler)(110, 120), FCE(Forward Error Correction) 부(200), 및 변조부(300)로 구성된다. FEC부(200)는, RS(Reed Solomon) 부호기 (210), BPC(Block Product Code)부호기(250), 제1 및 제2 외부인터리버(outerinterleaver)(220,260), 컨볼루션 부호기(230), TCM(Trellis Coded Modulation) 부호기(270), 내부인터리버(inner interleaver)(240)로 구성된다. 그리고, 변조부 (300)는 파일럿/시스템정보 삽입부(310), 맵핑/OFDM변조부(330), 보호구간 삽입부(350), D/A 변환부(370), 및 RF부(390)로 구성된다.

본 실시예에 따른 디지털방송 시스템의 전송장치는, 계층적 전송모드 (hierarchical transmission mode)를 지원하며, 입력되는 MPEG-2 포맷의 TS 스트림 (transport stream)은 분리기(splitter)(미도시)에 의해 HP(High Priority) 계층과 LP(Low Priority) 계층으로 분리되고, HP 계층을 통해 전송되는 제1 TS 스트림은 제1 스크램블러(110)로 입력되고, LP 계층을 통해 전송되는 제2 TS 스트림은 제2 스크램블러(120)에 입력된다.

제1 및 제2 스크램블러(110,120)는 입력되는 제1 및 제2 TS 스트림의 데이터 값을 소정의 패턴에 따라 바꾸어 랜덤화한다. 이는 동기식 데이터 전송에서 00000000b 또는 11111111b 등과 같이 같은 숫자가 반복되어 동기신호를 상실하는 문제를 방지하기 위함이다. 이러한 과정은 수신장치에서 역으로 처리되어 원래의 값이 복원된다.

FEC부(200)는 제1 및 제2스크램블러(110,120)를 통해 입력되는 데이터에 대해 전송 중에 발생할 수 있는 오류정정을 위한 부호화를 수행한다.

즉, RS부호기(210)는 제1 스크램블러(110)를 통과한 데이터를 입력받아 오류정정이 가능하도록 블럭단위로 RS 부호화를 수행하며, BPC(Block Product Code)부호기(250)는 제2 스크램블러(120)를 통과한 데이터를 입력 받아 오류정정이 가능하도록 BPC 부호화한다. 제1 및 제2 외부인터리버(220,260)는 RS부호기(210) 및 BPC 부호기(250)에서 출력되는 데이터를 각각 소정의 방식에 의해 재배열시키는 인터리빙을 수행한다.

컨볼루션 부호기(230)는 제1 외부인터리버(220)로부터 출력되는 데이터를 컨볼루션 부호화하며, TCM부호기(270)는 제2외부인터리버(260)에서 출력되는 데이터를 TCM 부호화한다. 컨볼루션 부호화된 데이터, 혹은 TCM 부호화된 데이터는 각각 내부인터리버(128)에서 다시 각각 재배열되어 변조부(300)로 출력된다. 내부인터리버(240)는 비트 인터리버와 심벌 인터리버로 구성될 수 있으며, 이 경우, 비트 인터리버는 비트 인터리빙이 가능한 데이터 블럭에서 인터리빙을 수행하고, 심볼 인터리버는 OFDM 방식의 경우, OFDM 심볼내의 유효 부반송파를 하나의 심벌단위로 하여 인터리빙을 수행한다.

변조부(300)는, 내부인터리버(240)에서 부호화되어 출력되는 데이터에 대해 디지털방송 시스템의 전송방식에 따른 적합한 디지털 변조를 수행한다. 도2의 경우는, DVB-T 시스템이 OFDM 방식에 기반한 변조를 수행하는 경우를 도시하고 있다.

이 경우, 변조부(300)의 맵핑/OFDM변조부(330)는 내부인터리버(240)로부터 출력되는 데이터에 대해 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying), 16-QAM(Quadrature Amplitude Modulation), 64-QAM 등과 같은 심볼로 맵핑(mapping)하고, IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 등의 OFDM 변조를 수행한다. 이 과정중에 파일럿/시스템정보 삽입부(310)로부터 신호동기와 신호예측을 위한 파일럿(pilot)신호와 전송모드에 대한 정보가 삽입된다. 보호구간 삽입부(350)는 멀티패스 환경에서 ISI(Inter symbol Interference)를 방지하기 위해 보호구간(GI)을 삽입한다. 그리고, D/A변환부(370)는 보호구간이 삽입된 신호에 대해 D/A(Digital to Analog) 변환을 수행하고, RF부(390)는 D/A 변환된 신호를 고주파증폭하여 안테나를 통해 송출한다.

도 3은 도 2에 도시한 본 발명에 따른 디지털방송 시스템의 전송장치에 대한 동작방법의 설명에 제공되는 흐름도이다.

흐름도를 참조하면, 먼저 입력되는 MPEG-2 포맷의 TS 스트림(transport stream)은, 분리기(splitter)(미도시)에 의해 HP(High Priority) 계층을 통해 전송되는 제1 TS 스트림과, LP(Low Priority) 계층을 통해 전달되는 제2 TS 스트림으로 분리된다(S700). 분리된 제1 TS 스트림은 제1 스크램블러(110)로 입력되고, 제1 스크램블러(110)는 입력되는 제1 TS 스트림을 랜덤화하는 스크램블링을 수행한다 (S702,S704).

MPEG-2 에서는 다양한 응용분야에 대응할 수 있도록 프로그램 스트림(Program stream)과 TS 스트림(Transport Stream)이라는 두가지 다중화 방법을 규정하고 있다. 다중화란 개별적으로 압축된 비디오, 오디오 및 데이터열을 전송하기 위해서 통합된 하나의 비트열로 만드는 것을 말한다. 프로그램 스트림은 CD-ROM과 같이 상대적으로 데이터의 오류나 손실이 적은 매체를 위해 정의된 다중화 방법이고, TS 스트림은 잡음이 많은 채널과 같은 전송오류나 데이터의 손실이 일어날 수 있는 환경을 위해 정의된 다중화 방법이다. 다중화된 열의 한 패킷은 188바이트의 고정된 크기가 된다.

RS부호기(210)는 제1 스크램블러(110)를 통과하여 스크램블링된 데이터에 대해 오류정정이 가능하도록 블럭단위로 RS 부호화를 수행한다(S706). RS(Reed Solomon) 부호는 비이진 블럭 부호로서, 원소가 0 또는 1만으로 구성되지 않고, 0, 1, ..., 2^m-1까지의 비이진 원소로 구성된다. RS 부호화에 의해, k개의 입력 심볼로 구성된 하나의 블럭을 k보다 큰 n개의 부호심볼로 부호화된다. 따라서, n-k 개의 잉여 심볼(redundant symbol)이 추가되는데, 이를 리드 솔로몬 패리티라고 한다. RS 부호화에 의해 추가되는 패리티의 개수는 188 바이트개의 심볼당 16개 혹은 20개 등과 같이 전송방식에 따라 달라질 수 있다. 수신장치에서는 부가된 패러티를 사용하여 수신된 데이터의 정확성을 판별한다. 정확성 판별결과, 오류가 검출되면, 수신장치는 오류의 위치를 찾아내어 왜곡된 데이터를 수정해서 오류를 정정한다. 일반적으로 부가된 패리티 개수의 절반 정도의 심볼 개수만큼 오류복구가 가능하며, 그 이상의 오류는 복구가 불가능하다.

제1 외부인터리버(220)는 RS부호기(210)에서 블럭단위로 부호화된 데이터를 재배열하는 외부인터리빙을 수행한다(S708). 제1 외부인터리버(220)가 데이터를 재배열하는 방식에는 여러가지 방식이 있으나, 일반적으로 컨벌루션 인터리버가 사용된다. 컨볼루션 인터리버는 순환적으로 각 입력 심볼이나 비트를 소정개의 이동 레지스터 중 하나에 기록하며, 이동 레지스터를 순환적으로 읽으면 인터리빙된 심볼이 출력된다. 인터리버는 기본적으로 연집성 오류(burst error)를 최대한 크게 분산시키는 일을 한다.

제1 컨볼루션 부호기(230)는 제1 외부인터리버(220)에서 출력되는 데이터를 컨볼루션 부호화한다(S710). 컨볼루션 부호는 k 비트의 연속된 각 입력열을 n개의 출력 비트로 부호화시키며, 부호화는 입력비트와 이진 임펄스 응답의 컨볼루션으로 구성된다. DVB-T의 전송방식의 경우, 구속장(constraint length)이 7이고, 부호화율이 1/2인 컨볼루션 부호화 방법을 사용하나, 사용환경에 따라 컨볼루션의 부호화율은 2/3, 3/4, 5/6, 7/8 등과 같이 변화가 가능하다.

내부인터리버(240)는 제1 컨볼루션 부호기(230)에 의해 컨볼루션 부호화된 데이터에 대해 다시 인터리빙을 수행하여(S722), 멀티패스에 의한 성능 열화를 개선토록 한다. 이와 같이 오류정정 부호화된 데이터는, 변조부(300)에서 데이터 전송에 적합한 디지털 변조가 수행되어 전송된다(S730).

한편, 입력되는 TS 스트림이 LP 계층을 통해 전송되는 제2 TS 스트림인 경우, 분리기(미도시)에 의해 분리된 제2 TS 스트림은, 제2 스크램블러(120)로 입력되어 스크램블링되고(S714), 스크램블링된 데이터는 BPC 부호기(250)에서 BPC 부호화된다(S716).

BPC 부호기(250)는 다양한 방식으로 구성하는 것이 가능하며, 도 4는 그 하나의 예이다. 도 4에서, BPC 부호기(250)는 제1 부호기(252), 인터리버(254), 및 제2 부호기(256)로 구성된다. 제1 및 제2 부호기(252,256)로는, RS 부호기나 BCH 부호기 등을 사용할 수 있다. 제1 및 제2 부호기(252,256)로 RS 부호기를 사용하는 경우, 제1 부호기(252)는 입력되는 데이터를 RS 부호화하여 소정의 패러티를 부가한다. 인터리버(254)는 제1 부호기(252)에서 부호화된 데이터를 재배열시켜, 발생가능성이 있는 연집성 오류를 분산시키는 기능을 수행한다. 제2 부호기(256)는 인터리버(254)로부터 출력되는 데이터를 다시 RS 부호화한다.

도 5는, 도4와 같이 구성된 BPC 부호기(250)로부터 생성되는 데이터 포맷의 일 예를 도시하고 있다. 도 5를 참조하면, k1*k2 블럭 크기를 갖는 데이터에 열(row) 방향으로 n1-k1 크기의 패러티 rP가 부가되고, 행(column) 방향으로 n2-k2 크기의 패러티 cP가 부가된 것을 나타낸다. 도면에서, pP는 rP에 대한 행방향의 패러티, 혹은 cP에 대한 열방향으로 패러티를 나타낸다.

제1 부호기(252)에 의해 패러티 rP가 부가되며, 인터리버(254)에 의해 재배열된 후, 제2 부호기(256)에 의해 패러티 cP 및 pP가 부가된다. 이와 반대로, 제1 부호기(252)에 의해 cP가 부가되고, 인터리버(254)에 의해 인터리빙된 후, 제 2 부호기(256)에 의해 rP 및 pP가 부가될 수도 있다.

이와 같은 방식에 의해 오류정정 부호화되어 전달된 데이터는, 수신장치에서도 전송장치에 대응하는 두개의 제1 및 제2 복호기(decoder)와 디인터리버 (deinterleaver)로 구성되는 BPC 복호기를 사용하여 복호화한다. 이 경우, 제1 복호기에서 수신받은 데이터에서 열방향으로 부가된 패러티로 오류정정이 가능한 범위를 벗어난 오류가 발생한 경우에는, 해당 스트림 데이터를 폐기하는 대신, erasure flag를 발생시킨다. 제1 복호기를 통과하여 erasure flag를 포함하는 데이터는 디인터리빙을 거친 후, 제2 복호기에 전달된다. 제2 복호기는 erasure flag 와 행방향으로 부가된 패러티를 사용하여 다시 오류를 정정한다. 이 경우, erasure flag는 오류의 위치를 표시하므로, 행 방향으로 부가된 패러티만을 사용하여 오류를 정정하는 경우보다 오류정정의 범위가 배로 증가하게 된다. 따라서, 제1 복호기의 오류정정범위를 벗어난 오류가 발생한 경우에도, 제2 복호기에서 오류정정이 가능할 수 있다.

BPC 부호기(250)는, 상술한 바와 같이, 제1 및 제2 부호기(252,256)을 RS 부호기를 사용하는 구성하는 대신, BCH 부호를 사용하여 부호화 하는 BCH 부호기를 사용하여 구성할 수도 있다. BCH 부호는, 1959년에 Hocquenghem, 1960년에 Bose와 Chaudhuri 등 3명에 의해서 발표된 것으로, 이들 3명의 머리글을 따서 BCH부호라고 부른다. BCH 부호를 만드는 방법은, 해밍부호와 같이 왼쪽으로 쉬프트한 부호다항식을 생성다항식으로 나누고 CRC(CyclicRedundancy Check Code)를 부가하면 된다. BCH 부호기를 사용하는 경우, 상술한 BPC 부호기(250)내의 연산과정은 비트단위로 이루어 지며, RS 부호기를 사용하는 경우에는 심벌단위로 연산이 이루어 진다.

BPC 부호기(250)에서 부호화된 데이터는 제2 외부인터리버(260)로 전달되고, 제2 외부인터리버(260)는 전달된 데이터를 재배열하는 인터리빙을 수행하여(S718), 채널에서 발생할 가능성이 있는 연집성 오류를 분산시킨다.

TCM 부호기(270)는 제2 외부인터리버(124)로부터 재배열되어 출력되는 데이터에 대해 다시 오류정정이 가능하도록 TCM 부호화한다(S720). TCM(Trellis Coded Modulation : 격자부호화변조)는 웅거백(Underboeck)에 의해 제안된 것으로, 부호호와 변조를 따로 하지 않고 하나로 결합함으로써, 정보 전송률을 감소시키거나 대역폭을 증가시키지 않고도 큰 부호 이득을 얻을 수 있도록 하는 것이다. 이와 같은 TCM 부호를 사용하는 이유는 다음과 같다.

즉, 오류정정 부호화는 오류정정 부호를 부가하여 전송함으로, 대역폭(bandwidth)당 보낼 수 있는 데이터의 양이 줄어 들게 된다. 따라서, 데이터 전송율을 일정하게 유지하기 위해서는 부호화하지 않고 전송하는 경우보다 더 많은 대역폭을 사용해야 하며, 대역폭이 제한되었을때는 대역폭을 효율적으로 사용하는 변조방식을 사용해야 한다. 그런데, 대역폭과 전력이 제한되어 있는 전송장치에서는 부호와 변조를 독립적으로 적용해서는 원하는 성능을 얻기가 어려울 때가 많다. 이런 문제를 해결하기 위해서 부호와 변조를 결합하는 통신방식이 연구되어왔고, 그 대표적인 것이 TCM 이다. TCM에서는 컨볼루션 부호와 변조를 분리된 것으로 보지 않고 단일 동작으로 처리한다. 따라서 일반적인 수신장치에서 수신 데이터가 먼저 복조된 후에 복호되는 것과는 달리, TCM 수신장치에서는 복조 및 복호과정이 결합되어 한꺼번에 이루어진다.

TCM 부호기(270)에서 부호화된 데이터는 내부인터리버(240)로 전달되고, 내부인터리버(240)는 전달된 데이터를 인터리빙이 하여 다시 재배열한다(S722). 내부인터리버(240)에서 재배열된 데이터는, 변조부(300)에서 데이터 전송에 적합한 디지털 변조가 수행되어 전송된다(S730).

이와 같은 방식에 의해 HP 계층으로 전송되는 데이터와, LP 계층을 통해 전달되는 데이터를 서로 다르게 오류정정 부호화하여 전송하는 것이 가능하게 된다.

도 6은 본 발명에 따른 디지털방송 시스템의 전송장치에 대한 다른 실시예를 나타낸 블럭도이다.

도면을 참조하면, 디지털방송 시스템의 전송장치는, 제1 및 제2스크램블러(410, 420), FEC부(500), 및 변조부(600)로 구성된다. FEC부(500)는 RS 부호기(510), BPC 부호기(550), 제1 및 제2 외부인터리버(520,560), 컨볼루션 부호기(530), TCM 부호기(570), 제1 및 제2 내부인터리버(540,580)로 구성된다. 그리고, 변조부(600)는 파일럿/시스템정보 삽입부(610), 맵핑/OFDM변조부(630), 보호구간 삽입부(650), D/A 변환부(670), 및 RF부(690)로 구성된다.

본 실시예에 따른 디지털방송 시스템의 전송장치와, 도 2에 도시한 디지털방송 시스템의 전송장치와의 차이점은, 도 2의 경우에는 하나의 내부인터리버(240)를 사용하나, 여기서는 두개의 제1 및 제2 내부인터리버(540,580)를 사용하여, 컨벌루션 부호기(530) 및 TCM 부호기(570)에서 부호화되어 출력되는 데이터를 각각 별개의 방식에 의해 인터리빙을 할 수 있다는 점에 있다. 나머지 블럭의 기능은, 도 2에서 설명한 바와 같다.

흐름도를 참조하면, 도 3의 흐름도와는 달리, 컨볼루션 부호기(530)에서 출력되는 데이터를 제1 내부인터리버(540)가 인터리빙하고(S810, S812), TCM 부호기(570)에서 출력되는 데이터를 제2 내부인터리버(580)에서 인터리빙 하는 점에 차이가 있다(S820,S822). 즉, 컨볼루션 부호기(530) 및 TCM 부호기(570)에서 출력되는 데이터를 각각 다른 방식에 의해 인터리빙할 수 있다는 점에 차이가 있다. 흐름도에서, 나머지 단계의 동작은, 도 3의 흐름도에서 설명한 바와 같다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 디지털방송 시스템의 전송장치는, HP 계층을 통해 전송되는 데이터와, LP 계층을 통해 전송되는 데이터에 대해 각각 다른 사양의 부호기를 사용하여 오류정정 부호를 부가하며, 오류정정 부호화된 데이터의 인터리빙 방식도 서로 다르게 하는 것이 가능하다. 이와 같이, 전송되는 계층에 따라 각각 다르게 오류정정 부호화하여 전송함으로써, 수신장치의 통신환경에 적합하게 오류정정 부호화하는 것이 가능하게 된다.

또한, 상기의 실시예에서는 오류정정 부호화된 데이터를, DVB-T 시스템의 OFDM 방식을 사용하여 변조하는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 변조방식에 구애됨이 없이 다양한 디지털방송 시스템의 전송장치에서 적용가능하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, HP 계층을 통하여 전송되는 데이터와 LP 계층을 통하여 전송되는 데이터에 대해, 서로 다른 사양의 부호기 및 인터리버를 사용하여 오류정정 부호화하여, 수신장치의 통신환경에 따라 오류정정 부호화 과정을 달리할 수 있다. 이에 따라, 수신장치의 통신환경에 따라 효율적인 데이터 전송이 가능하게 된다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims

입력되는 MPEG-2 포맷의 TS 스트림(transport stream)을 제1 TS 스트림과 제2 TS 스트림으로 분리하여 각각 오류정정이 가능하도록 부호화하는 디지털방송 시스템의 전송장치에 있어서,

상기 제1 TS 스트림을 RS(Reed-Solomon) 부호화하는 RS 부호기;

상기 제2 TS 스트림을 BPC(Block Product Code) 부호화하는 BPC 부호기;

상기 RS 부호기에서 부호화된 데이터, 및 상기 BPC 부호기에서 부호화된 데이터를 각각 재배열하는 제1 및 제2 외부인터리버;

상기 제1 외부인터리버에서 재배열된 데이터를 컨볼루션 부호화하는 컨볼루션 부호기;

상기 제2 외부인터리버에서 재배열된 데이터를 TCM 부호화하는 TCM 부호기;

상기 컨볼루션 부호기에서 부호화된 데이터, 및 상기 TCM 부호기에서 부호화된 데이터를 각각 다시 재배열하는 내부인터리버; 및

상기 내부인터리버에서 재배열된 데이터를 디지털 변조하여 전송하는 변조부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털방송 시스템의 전송장치.
제1항에 있어서,

상기 BPC 부호기는,

상기 제1 TS 스트림을 오류정정 부호화하는 제1 부호기;

상기 제1 부호기에서 부호화된 데이터를 재배열하는 인터리버;

상기 인터리버에서 재배열된 데이터를 오류정정 부호화하는 제2 부호기;를 포함하는 것을 특징으로 디지털방송 시스템의 전송장치.
제2항에 있어서,

상기 제1 및 제2 부호기는, RS(Reed-Solomon) 부호를 사용하여 부호화하는 RS 부호기인 것을 특징으로 하는 디지털방송 시스템의 전송장치.
제2항에 있어서,

상기 제1 및 제2 부호기는, BCH 부호를 사용하여 부호화하는 BCH 부호기인 것을 특징으로 하는 디지털방송 시스템의 전송장치.
제1항에 있어서,

상기 내부인터리버는, 상기 컨볼루션 부호기에서 부호화된 데이터, 및 상기 TCM 부호기에서 부호화된 데이터를 동일한 방식으로 재배열하는 것을 특징으로 하는 디지털방송 시스템의 전송장치.
제1항에 있어서,

상기 내부인터리버는, 상기 컨볼루션 부호기에서 부호화된 데이터, 및 상기 TCM 부호기에서 부호화된 데이터를 서로 다른 방식으로 재배열하는 것을 특징으로 하는 디지털방송 시스템의 전송장치.
제1항에 있어서,

상기 변조부는, OFDM 변조방식에 의해 디지털 변조하는 것을 특징으로 하는 디지털방송 시스템의 전송장치.
제7항에 있어서,

상기 변조부는,

상기 내부인터리버에서 재배열된 데이터를 소정의 맵핑방식에 의해 맵핑 및 OFDM 변조하는 맵핑/OFDM변조부;

상기 맵핑/OFDM변조부에 신호동기와 신호예측을 위한 파일럿신호 및 전송모드에 대한 정보를 제공하는 시스템정보 삽입부;

상기 맵핑/OFDM변조부로부터 출력되는 신호에 보호구간을 삽입하는 보호구간삽입부;

상기 보호구간이 삽입된 신호를 D/A 변환하는 D/A 변환부; 및

상기 D/A 변환된 신호를 고주파변환하여 전송하는 RF부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털방송 시스템의 전송장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 및 제2 TS 스트림을 각각 랜덤화하여, 상기 RS 부호기 및 상기 BPC 부호기에 각각 제공하는 제1 및 제2 스크램블러;를 더 포함하는 것을 특징으로하는 디지털방송 시스템의 전송장치.
입력되는 MPEG-2 포맷의 TS 스트림(transport stream)을 제1 TS 스트림과 제2 TS 스트림으로 분리하여 각각 오류정정이 가능하도록 부호화하는 디지털방송 시스템의 전송장치에 있어서,

(a) 상기 제1 TS 스트림에 대해 오류정정이 가능하도록 RS(Reed-Solomon) 부호화된 제1 부호화 데이터를 출력하는 단계;

(b) 상기 제2 TS 스트림에 대해 오류정정이 가능하도록 BPC(Block Product Code) 부호화된 제2 부호화 데이터를 출력하는 단계;

(c) 상기 제1 및 제 2 부호화 데이터를 각각 재배열하여 제1 및 제2 재배열 데이터를 출력하는 단계;

(d) 상기 제1 재배열 데이터를 컨볼루션 부호화하는 단계;

(e) 상기 제2 재배열 데이터를 TCM 부호화하는 단계;

(f) 상기 각각 컨벌루션 부호화된 데이터 및 상기 TCM 부호화된 데이터를 각각 다시 재배열하는 단계; 및

(g) 상기 각각 다시 재배열된 데이터를 고주파 변조하여 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털방송 시스템의 전송방법.
상기 (b) 단계는,

상기 제1 TS 스트림을 오류정정이 가능하도록 제1 부호화하는 단계;

상기 부호화된 데이터를 재배열하는 단계; 및

상기 재배열된 데이터를 다시 오류정정이 가능하도록 제2 부호화하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 디지털방송 시스템의 전송장치.
제11항에 있어서,

상기 제1 및 제2 부호화단계는, RS(Reed-Solomon) 부호를 사용하여 부호화하는 것을 특징으로 하는 디지털방송 시스템의 전송방법.
제11항에 있어서,

상기 제1 및 제2 부호화단계는, BCH(Reed-Solomon) 부호를 사용하여 부호화하는 것을 특징으로 하는 디지털방송 시스템의 전송방법.
제11항에 있어서,

상기 (f) 단계는, 상기 컨볼루션 부호화된 데이터, 및 상기 TCM 부호화된 데이터를 동일한 방식으로 인터리빙하여 재배열하는 것을 특징으로 하는 디지털방송 시스템의 전송방법.
제10항에 있어서,

상기 (f) 단계는, 상기 컨볼루션 부호화된 데이터, 및 상기 TCM 부호화된 데이터를 서로 다른 방식으로 인터리빙하여 재배열하는 것을 특징으로 하는 디지털방송 시스템의 전송방법.
제10항에 있어서,

상기 (g) 단계는, OFDM 변조방식에 의해 디지털 변조하는 것을 특징으로 하는 디지털방송 시스템의 전송방법.
제16항에 있어서,

상기 (g) 단계는,

(g1) 상기 각각 다시 재배열된 데이터를 정의 맵핑방식에 의해 맵핑 및 OFDM 변조하는 단계;

(g2) 신호동기와 신호예측을 위한 파일럿신호 및 전송모드에 대한 정보를 상기 OFDM 변조 과정에 제공하는 단계;

(g3) 상기 (g1) 단계에서 출력되는 신호에 보호구간을 삽입하는 단계;

(g4) 상기 보호구간이 삽입된 신호를 D/A 변환하는 단계; 및

(g5) 상기 D/A 변환된 신호를 고주파변환하여 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털방송 시스템의 전송방법.
제10항에 있어서,

상기 제1 및 제2 TS 스트림을 랜덤화하여, 상기 (a) 단계에 공급하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털방송 시스템의 전송방법.