KR20040036011A

KR20040036011A - 디지털 오디오 방송 수신기의 ｏｆｄｍ 심벌 오류 교정방법 및 시스템

Info

Publication number: KR20040036011A
Application number: KR1020020064758A
Authority: KR
Inventors: 이석호; 엄낙웅
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2002-10-23
Filing date: 2002-10-23
Publication date: 2004-04-30
Also published as: KR100466544B1

Abstract

본 발명은 디지털 오디오 방송 수신기의 OFDM 심벌 오류 교정 방법 및 시스템에 관한 것으로, 파이(PI; π)/4-DQPSK의 변조된 OFDM 심벌의 초기 또는 한 심벌 이전 송신된 OFDM 심벌의 위상 상태에 따라 현재 수신된 OFDM 심벌의 위상상태를 예상할 수 있고, 현재 전송된 OFDM 심벌의 위상 상태가 예상된 상태를 벗어날 경우 OFDM 심벌을 예상된 위상영역으로 천이 하여 심벌을 재 검출하여 오류정정을 할 수 있는 디지털 오디오 방송 수신기의 OFDM 심벌 오류 교정 방법 및 시스템을 제공한다.

Description

디지털 오디오 방송 수신기의 ＯＦＤＭ 심벌 오류 교정 방법 및 시스템{Method of correcting OFDM symbol error of digital audio broadcasting receiver and system of the same}

본 발명은 디지털 오디오 방송 수신기의 직교 주파수 분할 다중화된 심벌의 오류 교정 방법 및 시스템에 관한 것으로, 특히 디지털 오디오용 방송 수신기의 π/4 - 차동 4위상 편이 변조(Differential Quadrature Phase Shift Keying; 이하 'DQPSK'라 함)로 변조된 직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplex; 이하'OFDM'라 함)화된 신호의 심벌(Symbol) 교정 방법에 관한 것이다.

일반적으로, DQPSK는 송신 측에서 이진 부호의 논리합을 수행하여 4종류의 위상이 다른 파로 편이 시키는 위상 변조와, 무선구내 정보 통신망(LAN)에서 기저 대역 변조 방식으로 사용하기 위하여 표준화(IEEE 802.11)한 것으로, 직접 시퀀스 스펙트럼 확산 방식에 사용되고 있다. 송신 측에서 전송하고자 하는 부호의 논리합으로된 디지털 신호를 반송파의 4위상에 대응, 직교 위상 편이시켜 전송하고 수신 측에서 복조 과정 후에 논리 차를 변환하여 본래의 펄스를 복원하는 것이다.

OFDM은 대역폭당 전송 속도의 향상과 멀티 패스(Multipath)간섭 등의 방지를 위 디지털 변조 방식으로 유럽의 디지털 오디오 방송용으로 개발되어 1996년부터 상용 방송이 개시되었다. 특징을 수백의 반송파(Carrier)를 사용하는 다반송파 변조 방식이라는 것과, 각 반송파가 직교 관계에 있다는 점이다. 그 때문에 각 반송파의 주파수 성분은 상호 중첩되어도 상관없다. 보통의 주파수 분할 다중(FDM)에 비해 훨씬 더 많은 반송파의 다중이 가능하므로 주파수 이용 효율이 높다. 각 반송파에 직병렬 변환된 부호화 데이터를 할당하여 디지털 변조한다. 반송파를 많게 하면 대역폭당 전송 속도를 높일 수 있다.

하지만, 상술한 변조와 다중화 방식을 통해 전송되는 신호는 전송도중이나,중계기 사이, 복호화 및 변환도중에서 많은 잡음이 발생할 수 있다. 만일 전송신호가 이상적인 전송 채널을 통과할 경우에는 전송 채널에서 발생할 수 있는 랜덤위상은 차분 복호화(Diffential Decoding) 과정에서 상쇄된다. 그렇다고 하더라도 베이스 밴드(BaseBand)에서 심벌 검출시, 로컬 오실레이터(Local Oscillator)의 오차, 아나로그-디지털 변환기의 비트 제한 및 전송 채널의 환경에 따라 잡음(Noise)의 증가, 아이-채널(I-Channel)과 큐-채널(Q-Channel)의 불균형성, 페이트 페이딩(Fast Fading) 채널에서 심벌 전송율에 비해 랜덤 위상이 빠르게 변할 경우 원치 않는 위상값을 얻을 수 있고, 심벌오류 혹은 비트 오류로 연결될 수 있으며 전송되는 잡음 전력밀도 대 비트 에너지(E_b/N₀)의 증가로 전력 손실을 가져 올 수 있는 문제점이 발생한다.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 π/4-DQPSK 변조 특성상 현재심벌의 위상에서 다음 심벌로의 위상 천이가 일어날 수 있는 위상이 정해져 있는 점을 착안하여 전송 채널을 통과한 OFDM 심벌의 이전 위상을 이용하여 다음에 올수 있는 위상을 미리 예상함으로써 잡음에 의해 이상 천이된 위상을 정정하여 심벌을 교정함으로써 비트 오류 발생 확률을 줄일 수 있으며, 낮은 잡음 전력밀도 대 비트 에너지 환경과 저 전력의 시스템을 구현할 수 있는 디지털 오디오 방송 수신기의 직교 주파수 분할 다중화된 심벌 오류 교정에 대한 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 디지털 오디오 방송용 전송 프레임 구조를 도시한 개념도이다.

도 2는 본 발명에 따른 디지털 오디오용 방송의 직교 주파수 분할 다중화된 심벌 오류 교정을 위한 시스템의 블록도이다.

도 3은 본 발명에 따른 π/4-DQPSK 시스템에서 전송되는 심벌이 나타날 수 있는 8가지의 위치를 위상도에서 나타낸 도면이다.

도 4는 초기 및 이전 OFDM 심벌 위상의 위치가 (1, 0)일 때 정상적으로 수신가능한 OFDM 심벌의 4가지 성상도이다.

도 5는 초기 및 이전 OFDM 심벌 위상의 위치가 (1, 0)일 때 채널 노이즈에 의해 비정상적으로 위상 천이가 발생할 수 있는 경우의 OFDM 심벌의 4가지 성상도이고, 도 6은 채널 노이즈에 의해 비정상적으로 위상 천이된 경우 이의 위상을 정정하여 예측 가능한 OFDM 심벌 수신영역으로 위상을 보상해주는 과정을 설명하기 위한 채널 위상도 이다.

도 7은 본 발명의 디지털 오디오 방송용 수신단을 설명하기 위한 블록도이다.

도 8은 본 발명에 따른 송신된 심벌이 수신기에서 위치할 수 있는 모든 위상을 디지털 값으로 표현하기 위해 I-Q 도면을 세분화하고, 양자화된 값으로 미세화한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 송신단110 : 송신 길쌈부호기

120 : 인터리버130 : QPSK 심볼맵퍼

140 : 차분 부호기150 : 역 이산푸리어 변환수단

200 : 채널300 : 수신단

310 : 이산푸리어 변환수단320 : 차분 복호수단

330 : 심벌 위상 예측천이기340 : QPSK 심볼디맵퍼

350 : 디인터리버360 : 수신 길쌈부호기

322, 324 : 메모리326 : 차분복호기

328 : 기준위상331 : 위상비교기

332 : 오류 식별 탐지기410, 420 : 디지털 위상 천이기

412, 422 : 비트 변환장치414, 424 : 위상 교정신호 출력수단

416, 426 : 가산 및 감산부

본 발명에 따른 I-채널과 Q-채널에 의해 분리되고, π/4-DQPSK 복조방식으로 변조된 OFDM 심벌 신호를 사용하는 디지털 오디오 방송 수신기의 OFDM 심벌의 오류 교정방법에 있어서, 상기 디지털 오디오 방송 수신기에 현재 수신되는 OFDM심벌 보다 한 OFDM 심벌이전에 수신된 OFDM 심벌의 위상으로 부터 현재 수신된 OFDM심벌의 위상을 예상하여 예상영역을 결정하는 단계, 상기 현재 전송된 OFDM 심벌의 위상을 검출하는 단계 및 상기 검출된 위상이 상기 예상영역에 위치할 경우는 상기 현재 수신된 OFDM 심벌을 그대로 전송하고, 상기 검출된 위상이 상기 예상영역에 위치하지 않을 경우는 상기 현재 수신된 OFDM 심벌의 위상을 상기 예상영역으로 천이시켜 전송하는 것을 특징으로 하는 디지털 오디오 방송 수신기의 OFDM 심벌의 오류 교정 방법을 제공한다.

또한, I-채널과 Q-채널을 통해 현재 수신된 OFDM 심벌을 한 심벌 주기만큼 지연시킨 후 차분 복호화하는 차분 복호화 수단, 상기 복호화된 OFDM 심벌을 입력받아 매핑 테이블을 이용하여 상기 현재 수신된 OFDM 심벌의 위상을 검출하는 위상 비교기, 상기 현재 수신된 OFDM 심벌 보다 한 OFDM 심벌 이전에 수신된 심벌로 부터 상기 현재 수신된 OFDM 심벌 위상이 위치할 예상영역을 추출및 저장한 후, 상기 위상 비교기로 부터 검출된 위상이 상기 예상영역에 위치하지 않으면 오류 위상플래그 신호를 발생하는 오류심벌 탐지기 및 상기 오류 위상 플래그 신호가 발생하지 않으면 바로 통과하고, 상기 오류 위상 플래그 신호가 발생하였을 경우에는 상기 현재 수신된 OFDM 심벌의 위상을 I-채널과 Q-채널 각각에 대해 천이시키는 제 1 및제 2 디지털 위상 천이기를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 오디오 방송 수신기의 OFDM 심벌의 오류 교정 시스템을 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1을 참조하면, 디지털 오디오 방송용 전송 프레임의 구조는 싱크채널, 빠른 정보채널 및 주 정보채널로 이루어져있고, 주 정보채널은 76개의 OFDM 심벌로 구성되어있다. 또한, 하나의 OFDM 심벌은 3072비트로 이루어져 있다. π/4-DQPSK 변조 방식은 정확한 위상 정보 없이 송신된 비트를 넌 코히어런트(noncoherent) 검출할 수 있으며 특히 다중 경로(multi path)가 있는 페이딩(fading channel)에 적합하다. 또한, 디지털 오디오 방송 프레임 전송시에는 싱크 채널에서 위상 기준 신호를 매 프레임 마다 전송한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 디지털 오디오용 방송의 직교 주파수분할 다중화된 심벌 오류 교정 시스템은 디지털 오디오용 방송 신호를 전송하는송신단(100), 디지털 오디오용 방송 신호를 전달하는 채널(200) 및 디지털 오디오용 방송신호를 수신하는 수신단(300)을 포함하여 이루어진다. 송신단(100)은 송신 길쌈부호기(110), 인터리버(120), QPSK 심벌 맵퍼(130), 차분부호기(140) 및 역 이산 푸리어 변환 수단(150)을 포함하여 이루어진다. 수신단(300)은 이산 푸리어 변환 수단(310), 차분 복호수단(320), 심벌 위상 예측 천이기(330), QPSK 심벌 디맵퍼(340), 디인터리버(350) 및 수신 길쌈부호기(360)를 포함하여 이루어진다.

송신단(100)에 위치한 송신 길쌈복호기(110)의 출력신호는 인터리버(120), QPSK 심벌 맵퍼(130), 차분부호기(140) 및 역 이산 푸리어 변환 수단(150)을 통해 채널(200)로 전송된다. 채널(200)을 통해 수신단(300)에 입력된 신호는 이산 푸리어 변환 수단(310), 차분 복호수단(320), 심벌 위상 예측 천이기(330), QPSK 심벌 디맵퍼(340), 디인터리버(350) 및 수신 길쌈복호기(360)에 전송된다.

이를 구체적으로 설명하면, 송신 길쌈복호기(110)와 인터리버(120)를 거친 디지털 오디오 방송용 프레임은 QPSK 심벌 맵퍼(130)에 전송된다. 전송 모드-아이일 때 한 OFDM 심벌의 비트 사이즈는 3,072 비트이므로, QPSK 심벌 맵퍼(130)는 이를 I, Q 각각의 채널로 1,536 비트로 분리하여 QPSK 심벌로 재 매핑을 한다. 차분 부호기(140)는 재 매핑된 각각의 심벌의 위상을 -1/4 π, +1/4 π, -3/4 π 및 +3/4 π의 4가지 경우로 제한하여 천이 한다. 즉, π/4-DQPSK 변조를 실시하게 된다. 역 이산 푸리어 변환 수단(150)은 π/4-DQPSK 변조된 신호를 역 이산 푸리어 변환 실시하여 채널을 통해 수신단(300)으로 전송한다.

이산 푸리어 변환 수단(310)은 채널(200)을 통해 전송된 신호를 이산 푸리어변환을 실시하여 차분 복호수단(320)에 전송한다. 차분 복호수단(320)은 이산 푸리어 변환된 신호를 제한된 비트로 복호화 하여 심벌 위상 예측 천이기(330)에 전송한다. 심벌 위상 예측 천이기(330)는 이전에 전송된 신호의 심벌을 기준으로 현재 전송된 OFDM 심벌의 위상을 예상하고, 만일 OFDM 심벌이 왜곡되었을 경우는 왜곡된 신호를 예측 가능한 위상의 예상영역으로 천이 시켜 이를 QPSK 심벌 디맵퍼(340)로 전송한다. QPSK 심벌 디맵퍼(340)는 I'와 Q' 각각으로 전송된 심벌을 결합하여 디인터리버(350)를 통해 수신 길쌈복호기(360)에 전송한다.

<송신단 신호변환>

디지털 오디오 방송에서는 π/4-DQPSK 변조를 통하여 차분적으로 부호화(Differentially Encoded)된 OFDM 심벌을 직각 위상천이의 방법으로 변조한 후 신호를 전송한다. 즉, 전송 전에 전송될 신호는 우선 그레이 코드로 부호화되고, 다음으로, 위상변조를 실시한 후 채널을 통해 전송되게 된다.

먼저, 송신단(100)의 차분부호기(140)에서 이루어지는 차분부호화식을 살펴보기로 한다.

여기서 u_k와 v_k는 I-채널과 Q-채널의 한 심벌 동안 차분 적으로 부호화된 진폭(amplitude)을 나타낸다. π/4-DQPSK 변조 시 위상의 초기값이 주어져야 하므로 만약 초기 값을 u₀= 0, v₀= 1 이라고 하면 u_k와 v_k는 I, Q 의 값에 따라그리고의 값을 가질 수 있다.

상기의 식에 의해 차분 부호화된 신호는 다시 역 이산 푸리어 변환을 거쳐 송신 신호로써 출력되게 되는데 이 송신신호('s(t)')를 수식적으로 살펴보면 다음과 같다.

여기서,이며 이것은 부호화된 값에 따라 종속한다.

상기의 현재 출력되는 신호의 위상과 바로 전에 출력되는 신호의 위상 관계는 다음과 같다.

여기서는 입력 데이터에 의해 결정되는 위상의 차이를 나타낸다. 또한 위상의 변화(현재 송신신호의 위상과 이전에 송신된 신호의 위상의 차)는 (식.4)에서 보는 바와 같이 절대위상()가 아니라 위상의 차()에 의해 일어난다.

표 1은 I, Q 값에 따른을 나타낸 것이다.

I_k	Q_k
0	0	π/4
0	1	-π/4		-
1	0	-3π/4	-
1	1	3π/4	-	-

표 1을 참조하면, I, Q 값에 따른(입력 데이터에 의해 결정되는 위상의 차이)는 π/4의 홀수배로 위상천이가 일어난다. 즉, 입력 데이터에 의해 결정되는 위상의 천이는 +π/2, -π/2, +π 및 -π로는 위상의 천이가 일어날 수는 없다. 이를 통해 차분 부호기(140)를 통해 각각의 심벌의 위상이 -1/4 π, +1/4 π, -3/4 π 및 +3/4 π의 4가지 경우로 제한되어 출력됨을 알 수 있다.

도 3을 참조하면, π/4-DQPSK 시스템에서 송신 및 수신된 신호에 나타날 수있는 위상은 A(+1, 0), C(0, +1), E(-1, 0), G(0, -1), B(,), D(-,), F(-, -) 및 H(, -)이다. 또한, 성상도에서 도시된 바와 같이 초기 및 이전 위상에서 다음위상으로 나타날 수 있는 경우는 다시 4가지로 줄어들게 된다.

<수신단 신호변환>

디지털 오디오용 방송의 직교 주파수 분할 다중화된 심벌 오류 교정 시스템의 송신단(100)에 의해 송신된 신호는 채널(200)을 통해 수신단(300)에 전송되게 된다. 넌 코히어런트 방식으로 심벌 검출시 수신된 신호를 수식으로 나타내면 다음과 같다.

여기서는 채널에 의해 발생하는 랜덤 위상을 나타낸다.

저역 필터(lowpass filter)를 통과한 I채널과 Q채널의 출력은 각각

이 되며, 복호화 법칙(differentially decoding rule)에 의해서

이 된다.

상기의 결과로부터임을 알 수 있다.

이는의 값을 표 1에서 추정함으로서 송신된 심벌을 예측할 수 있다. 심벌의 결정을 위해 다중 화 된 비트 형식으로 출력되며 최종적으로 소프트 디시젼(soft decision)을 통해 송신비트를 예상한다.

상기의 π/4-DQPSK 시스템 특성을 이용하여 수신단에서, 초기 기준위상 혹은 한 OFDM 심벌 이전에 전송된 OFDM 심벌을 기준으로 현재 전송되는 OFDM 심벌의 위상을 상하고, 채널 잡음 혹은 페이딩 채널에 의해 왜곡된 OFDM 심벌의 위상을 예상영역으로 천이 시켜 송신된 OFDM 심벌을 재 검출하여 오류를 정정 할 수 있다.

<성상도 및 위상도 적용>

이하, 오류 정정을 성상도와 채널 위상도를 참조하여 설명하기로 한다.

수신단(300)에서 수신되는 신호의 위상은 도 3에 도시한 바와 같이 8가지의 위상상태(A, B, C, D, E, F, G, H)를 가지게 되고, 초기 또는 이전 신호의 위상 상태에 따라 현재 전송된 신호의 위상은 4가지의 상태가 나타날 수 있다.

도 4를 참조하면, 수신단(300)에 수신된 초기 및 이전 OFDM 심벌 위상이 A(1, 0)이었다면, 현재 수신된 OFDM 심벌 위상은 B(,), D(-,), F(-, -) 및 H(, -)의 위치하여야 하고, 만일 그렇지 않다면 수신된 신호에 오류가 있음을 나타낸다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 초기 기준위상 또는 한 OFDM 심벌 이전에 전송된 OFDM 심벌의 위상이 A(1, 0)일 현재 수신된 OFDM 심벌의 위상은 도 4에서와 같은 위상(B, D, F, H)이 되어야한다. 하지만 현재 수신된 OFDM 심벌이 채널 노이즈와 같은 잡음에 영향을 받아 예상되는 위상(B, D, F, H)이 아닌 다른 값을 갖게 된다. 본 발명에서는 이를 감지하여 오류가 발생한 OFDM 심벌의 위상을 가장 가까운 예상영역으로 천이한다. 만일 오류가 발생한 OFDM 심벌의 위상이 도 6의 B'가 되었다면 이를 예측하여 B'에 가장 가까운 위상인 B로 위상 천이 시킨 후 OFDM 심벌을 검출한다. 또한, OFDM 심벌의 위상이 D'이었을 경우 이를 예측하여 D로 위상 천이 시킨 후 OFDM 심벌을 검출한다. 이로 인해 OFDM 심벌의 비트 오류 율을 줄일 수 있다.

<수신단의 구성 및 동작>

도 7은 도 2의 디지털 오디오 방송용 수신단을 설명하기 위한 블록도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 디지털 오디오 방송용 수신단은 차분 복호수단, 심벌위상 예측 천이기 및 QPSK 심벌 디맴퍼를 포함한다.

차분 복호화 수단(320)은 각 채널(I-채널, Q-채널)별로 이산 푸리어 변환된 신호를 한 심벌주기 만큼 지연 및 저장시키기 위한 제 1 및 제 2 메모리(322, 324)와, OFDM 심벌 신호를 차분 복호화 하기 위한 차분 복호화기(326) 및 싱크 채널로부터 입력받은 기준위상을 저장 출력하는 기준위상 생성기(328)를 포함한다.

심벌 위상 예측 천이기(330)는 매핑 테이블을 이용하여 현재 수신된 I, Q 위상의 위치를 디지털적으로 판단(입력된 값을 매핑 테이블에 정의된 값과 비교하여 위상을 판별)하는 위상 비교기(331), 현재 수신된 OFDM 심벌 보다 한 OFDM 심벌 이전에 전송된 OFDM 심벌로 부터 현재 수신된 OFDM 심벌 위상이 위치한 예상영역을 결정과 저장하고, 이전 심벌과 현재 수신된 심벌의 위상을 비교하여 현재 수신된 심벌의 위상이 예상영역에 있는지를 판단하여, 만일 현재 수신된 심벌의 위상이 정상적인 4가지 위치(예상영역)에 있지 않을 때 오류 위상플래그 신호를 발생(판별된 위상이 오류심벌일 경우 오류 위상플래그 신호를 출력)하는 오류심벌 탐지기(332), 오류 위상 플래그 신호가 발생하지 않을 경우에는 각 채널(I, Q 채널) 별로 현재 수신된 OFDM 심벌의 위상 변화 없이 바로 통과하고, 오류 위상 플래그 신호가 발생하였을 경우에는 각 채널 별로 현재 수신된 OFDM 심벌의 값을 비트 변환하거나, 현재 수신된 OFDM 심벌에 위상 검출 신호를 가산 또는 감산하고, 오버플로우 또는 언더플로우 처리하여 현재 수신된 OFDM 심벌의 위상을 천이시키는 제 1 및 제 2 디지털 위상 천이기(410, 420)를 포함한다. 오류 심벌 탐지기(332)내에는 이전 심벌에 의해 예측된 현재 심벌이 가질수 있는 예상 위상영역을 저장하는 위상 예측 레지스터를 포함한다. 또한, 제 1 및 제 2 디지털 위상 천이기(410, 420)는 I-채널과 Q-채널 각각 OFDM 심벌의 값을 비트 변환하는 제 1 및 제 2 비트 변환장치(412, 312), 오류심벌 탐지기(332)의 오류 위상 플래그 신호에 의해 위상 검출 신호를 출력하는 제 1 및 제 2 위상 검출신호 출력수단(414, 424) 및 오류 위상 검출 신호와 비트 변환된 OFDM 심벌의 값을 가산 또는 감산하고, 이의 결과에 따른 오버 플로우와 언더 플로우를 제어하는 제 1 및 제 2 가산 및 감산부(416, 426)를 포함한다.

차분 복호화 수단(320)과 심벌 위상 예측 천이기(330)는 제 1 및 제 2 메모리(322 및 324)를 통해 I-채널과 Q-채널 각각에 이산 푸리어 변환된 신호인 현재 OFDM 심벌을 한 심벌 주기만큼 지연시킨 후 차분 복호기(326)를 이용하여 차분 복호화 한다. 차분 복호화된 신호는 위상 비교기(331)에서 매핑 테이블을 이용하여 심벌의 위상을 결정한다. 오류 심벌 탐지기(332)는 결정된 현재 전송된 심벌의 위상과 오류 심벌 탐지기 내에 저장되어 있던 한 심벌 전의 위상에 의해 예측된 위상과 비교하여 일치하지 않을 경우에 오류 위상플래그 신호를 발생시킨다. 제 1 및 제 2 디지털 위상 천이기(410 및 420)는 오류 위상 플래그 신호에 의해 동작하여 오류가 발생한 심벌의 위상을 근접한 예상 위상영역으로 천이시킨 후 심벌을 재 검출하게 된다. QPSK 심벌 디맵퍼(340)는 심벌을 비트로 변환해 주어 최종 송신된 비트를 검출한다.

매핑 테이블에 관해 먼저 간략히 설명하기로 한다.

표 2는 본 발명에 따른 8비트 I-Q 채널을 표형식으로 디지털화한 것이다.

레벨	차분 복호기 출력값(8비트)	심벌검출 절대값
0	0	0000000	+1.0000000
1		0000001
2		0000010
.		.
.		.
35		0100011	+0.7109375( ^-)
36		0100100	+0.7031250( ⁺)
.		.
.		.
127		1111111	+0.0078125(0⁺)
128	1	0000000	-0.0078125(0^-)
.		.
.		.
219		0100011	-0.7031250( ⁺)
220		0100100	-0.7109375( ^-)
.		.
.		.
253		1111101
254		1111110
255		1111111	-1.0000000

도 8과 표 2를 참조하면, 디지털 오디오 방송용 수신단의 앞 단에서 I, Q가 각각 분리된 후 아날로그-디지털 변환기(미도시)를 거치게 되면 I, Q 각각 8비트의 값이 나오게 되며, 이 값을 차분복호기(326)를 이용하여 차분 복조를 실시하게 된다.

구체적으로, 본 실시예의 디지털 오디오 방송용 수신단은 8비트로 구현되고, 심벌 검출 결정영역을 I-채널과 Q-채널 각각 8비트(256*256 = 25536)로 미세화 하여 심벌의 검출을 디지털화 하였고, 위상 천이 또한 디지털 비트 변환으로 처리하여 단순화 하였다. 이는 한 채널당 256 가지의 디지털화 된 결과를 가지게 되며, 이 디지털화 된 값을 차분복호화 하여 그때의 차분복호 결과로 가질 수 있는 모든 I, Q위상을 I-Q 위상도에서 표시하면 도 8과 같이 표현된다. 또한, 표 2는 각 채널당 가질 수 있는 256개의 차분 복호화 된 값을 각각의 레벨(0~255)을 두어 '차분복호기 출력값(8비트)'이라고 기재되어 있는 부분에 임의적으로 디지털 매핑한 것이고 , '심벌 검출 절대값'은 실제 차분 복호기(326) 계산 값을 의미한다. 이때 도 8의 미세 간격 하나의 간격은 0.0078125이다. 하지만 본 발명의 적용은 이에 한정되지 않고 다양하게 변환되거나 치환될 수 있다.

<심벌의 오류검출 및 교정방법>

수신된 심벌이 이전 심벌을 기준으로 심벌 예상영역에 있을 때에는 심벌을 정상적인 과정에 따라 OFDM 심벌을 검출한다. 하지만, 도 6에서와 같이 현재 수신된 심벌이 심벌 예상영역에 위치하지 않을 경우 수신된 OFDM 심벌을로 위상천이를 실시한다. (이때는 채널 왜곡에 의한 오차의 정도를 의미한다.) 이전 OFDM 심벌의 위상이 A(+1, 0)에 위치 할 경우, 채널 오류로 인해 발생할 수 있는 현재 수신된 심벌의 네 가지 영역은 도 5와 표 2에서 {(0 + n, 1 + n), (-1 + n, 0 + n), (0+ n, -1 + n), (+1 + n, 0+ n)} (이때 n은 채널 잡음으로 인한 신호의 분산정도를 나타낸다)과 같으며 디지털 영역에서의 위상천이는 I-채널, Q-채널에 정해진 값을 가산하거나 감산하여 위상천이를 시킨다. 하드웨어적으로 상위비트를 0 -> 1, 1 -> 0 비트 변환하거나 특정 값을 가, 감산 하여 이루어진다.

도 5의 위상(A, C, E, G)을 각각 도 8의 디지털 심벌 결정 평면으로 위상 변환하면(도 5와 도 8을 겹쳐서 보면),

{(127 + n, 0 + n) -> (127 - 90 + n, 0 + 35 + n) = (37 + n, 35 + n),

(255 + n, 127 + n) -> (255 - 35 + n, 127 - 90 + n) = (220 + n, 37 + n),

(127 + n, 255 + n) -> (127 - 90 + n, 255 - 35 + n) = (37 + n, 220 + n),

(0 + n, 127 + n) -> (0 + 35 + n, 127 - 90 + n) = (35 + n, 37 + n)}과 같이 변환된다.

만약, 이전 심벌의 위치가 B(,) 위치 할 경우 다음 채널 오류로 인해 발생할 수 있는 수신된 OFDM 심벌의 네 가지 위상 영역은 {B(,), D(-,), F(-, -), H(, -)}과 같으며 디지털 영역에서의 위상천이는 앞에서와 같은 방법으로 I-채널,Q-채널에 정해진 값을 가산하거나 감산하여 위상천이를 시킨다.

B, D, F 및 G를 도 8의 디지털 심벌 결정 평면으로 위상 변환하면,

{(35 + n, 35 + n) -> (35 - 35 + n, 35 + 90 + n) = (0 + n, 125 + n),

(219 + n, 35 + n) -> (219 - 90 + n, 35 - 35 + n) = (129 + n, 0 + n),

(219 + n, 219 + n) -> (219 + 35 + n, 219 - 90 + n) = (254 + n, 129 + n),

(35 + n, 219 + n) -> (35 - 35 + n, 219 - 90 + n) = (0 + n, 129 + n)}과 같이 변환되고, 다른 심벌 위상 위치에서도 동일방법에 의해 변환된다.

상기의 위상 변환결과와 같이 복호화 된 I-채널, Q-채널의 값을 이전 위상 상태에 따라 아래의 수식에서와 같이 가, 감산하여 오류가 발생한 위상을 예상영역으로 보정 후 소프트 디시젼 하여 OFDM 심벌을 교정한다.

이고,

이때,이며,와 n은 각각 채널 잡음으로 인한 심벌의 분산 정도를 의미한다.

도 8과 표 2를 참조하고, 상술한 설명을 바탕으로 하여 구체적 예를 들어 설명하기로 한다. 만약 이전 위상이 (1, 0)일때 다음 위상(현재 전송된 심벌의 위상)이 나타날 수 있는 4가지의 위상 예상영역이 아닌 (0.2968750, 08984375)라고 가정하면 다음과 같다.

현재의 위상을 도 8과 표 2의 디지털 평면에서의 레벨 값으로 변환하면 (I, Q) = (89, 12)가 되고, 이를 비트 값으로 변환하면 (I, Q) = (1011001, 00001100)가 된다. 이전 위상((I, Q) = (1, 0)) 매핑 테이블에서 예상한 4가지의 위상이 아니므로, 현재의 위상((I, Q) = (89, 12))이 잘못된 위상으로 판단된다. 이를 교정하기 위해 상기의 수식을 이용하여 (I, Q) = (89 - 90, 12 + 35) = (01011001 - 01011010, 00001100 + 00100011)가 된다. 이때, I-채널 쪽에서 언더 플로우가 발생하였으므로 I 값을 도 8의 I-Q 위상도에서 최소 값인 0으로 매핑 시킨다. 결국 현재의 위상을 (0, 47)의 위치로 변환시키고, 이와 가장 근접한 위치에 있는(,)의 위상으로 현재의 위상을 판단하여 현재 전송된 심벌의 위상을 교정하게 된다.

도 7의 심벌 위상 예측 천이기(330)는 상술한 위상의 비교와 오류 심벌의 탐지 및 오류의 교정을 하드웨어적으로 구성한 것이다. 이는 차분 복호기(320)에서 출력된 X_k와 Y_k값을 표 2에 정의된 값으로 비교하여 위상을 판별한 후 오류 심벌인지를 판별하고 플래그 신호를 발생시킨다. 정상적인 위상일 경우 바로 통과(by-pass)하고 오류 플래그가 발생할 경우 8비트 입력된 OFDM 심벌의 값을 비트변환하거나 식7과 같이 비트변환한다. 또한 이를 조건에 맞는 오류 위상 교정신호()를 가, 감산과 언더 플로우 및 오버 플로우 처리하여 위상 천이를 일으킨 다음 소프트 디시젼을 위한I'_k, Q'_k값을 발생시킨다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 현재 수신된 OFDM 심벌을 이전 위상을 이용, 미리 예측함으로서 잡음에 의해 이상 천이된 위상을 정정하여 OFDM 심벌을 교정함으로서 비트 오류 발생 확률(bit-error probability)을 줄 일수 있으며 낮은 E_b/N₀환경에서 원하는 비트 오류 율을 갖게 할 수 있다.

또한, QPSK변조방식과 비교해 π/4-DQPSK 변조방식을 사용함으로서 손실되는 비트 오류 발생률을 부가의 오류정정을 위한 여분의 비트나 장치 없이 낮출 수 있는 효과를 가지며 수신기가 간단해져 저가의 수신기를 구현하는데 유리하다.

Claims

I-채널과 Q-채널에 의해 분리되고, π/4-DQPSK 복조방식으로 변조된 OFDM 심벌 신호를 사용하는 디지털 오디오 방송 수신기의 OFDM 심벌의 오류 교정방법에 있어서,

(a)상기 디지털 오디오 방송 수신기에 현재 수신되는 OFDM심벌 보다 한 OFDM 심벌이전에 수신된 OFDM 심벌의 위상으로 부터 현재 수신된 OFDM심벌의 위상을 예상하여 예상영역을 결정하는 단계;

(b)상기 현재 전송된 OFDM 심벌의 위상을 검출하는 단계; 및

(c)상기 검출된 위상이 상기 예상영역에 위치할 경우는 상기 현재 수신된 OFDM 심벌을 그대로 전송하고, 상기 검출된 위상이 상기 예상영역에 위치하지 않을 경우는 상기 현재 수신된 OFDM 심벌의 위상을 상기 예상영역으로 천이시켜 전송하는 것을 특징으로 하는 디지털 오디오 방송 수신기의 OFDM 심벌의 오류 교정 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 현재 수신된 OFDM 심벌의 위상을 상기 예상영역으로 천이 하는 방법은, 상기 현재 수신된 OFDM 심벌을 비트 변환하거나, 상기 현재 수신된 OFDM 심벌에 위상 교정 신호값을 가산 또는 감산하고, 오버 플로우 또는 언더 플로우 처리를 수행하여 상기 현재 수신된 OFDM 심벌의 위상을 천이하는 것을 특징으로 하는 디지털 오디오 방송 수신기의 OFDM 심벌의 오류 교정 방법.
제 2 항에 있어서, 상기 위상 교정 신호가 가질수 있는 값은 0,또는인 것을 특징으로 하는 디지털 오디오 방송 수신기의 OFDM 심벌의 오류 교정 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 (a)단계에 있어서,

상기 한 OFDM 심벌이전에 수신된 OFDM 심벌의 위상이 (1, 0), (0, 1), (-1, 0) 또는 (0, -1)일 때, 그 각각에 대해 상기 현재 수신된 OFDM 심벌의 위상을 (,), (-,), (-, -) 또는 (, -)로 예상하고, 상기 한 OFDM 심벌이전에 수신된 OFDM 심벌의 위상이 (,), (-,), (-, -) 또는 (, -)일 때, 그 각각에 대해 상기 현재 수신된 OFDM 심벌의 위상을 (1, 0), (0, 1), (-1, 0) 또는 (0, -1)으로 예상하는 것을 특징으로 하는 디지털 오디오 방송 수신기의 OFDM 심벌의 오류 교정 방법.
I-채널과 Q-채널을 통해 현재 수신된 OFDM 심벌을 한 심벌 주기만큼 지연시킨 후 차분 복호화하는 차분 복호화 수단;

상기 복호화된 OFDM 심벌을 입력받아 매핑 테이블을 이용하여 상기 현재 수신된 OFDM 심벌의 위상을 검출하는 위상 비교기;

상기 현재 수신된 OFDM 심벌 보다 한 OFDM 심벌 이전에 수신된 심벌로 부터 상기 현재 수신된 OFDM 심벌 위상이 위치할 예상영역을 추출및 저장한 후, 상기 위상 비교기로 부터 검출된 위상이 상기 예상영역에 위치하지 않으면 오류 위상플래그 신호를 발생하는 오류심벌 탐지기; 및

상기 오류 위상 플래그 신호가 발생하지 않으면 바로 통과하고, 상기 오류 위상 플래그 신호가 발생하였을 경우에는 상기 현재 수신된 OFDM 심벌의 위상을 I-채널과 Q-채널 각각에 대해 천이시키는 제 1 및 제 2 디지털 위상 천이기를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 오디오 방송 수신기의 OFDM 심벌의 오류 교정 시스템.
제 5 항에 있어서, 상기 OFDM 심벌의 위상 천이는,

상기 현재 수신된 OFDM 심벌의 값을 비트 변환하거나, 상기 현재 수신된 OFDM 심벌에 위상 교정 신호를 가산 또는 감산하고, 오버 플로우 또는 언더 플로우 처리하여 수행하는 것을 특징으로 하는 디지털 오디오 방송 수신기의 OFDM 심벌의 오류 교정 시스템.
제 5 항에 있어서, 상기 차분 복호화 수단은,

상기 I-채널과 상기 Q-채널 각각을 통해 입력된 OFDM 심벌을 한 심벌주기 만큼 지연 및 저장시키기 위한 제 1 및 제 2 메모리; 및

상기 OFDM 심벌 신호를 차분 복호화 하기위한 차분 복호화기 및 기준 위상을생성하는 기준위상 생성기를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 오디오 방송 수신기의 OFDM 심벌의 오류 교정 시스템.
제 5 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 디지털 위상 천이기는,

상기 오류 위상 플래그 신호에 의해 동작하고, 상기 I-채널과 상기 Q-채널 각각을 통해 수신된 OFDM 심벌의 값을 비트 변환하는 제 1 및 제 2 비트 변환장치;

상기 오류심벌 탐지기의 상기 오류 위상 플래그 신호에 의해 상기 위상 교정 신호를 출력하는 제 1 및 제 2 위상 교정신호 출력수단; 및

상기 오류 위상 교정 신호와 상기 비트 변환된 OFDM 심벌의 값을 가산 또는 감산하고, 이의 결과에 따른 오버 플로우와 언더 플로우를 제어하는 제 1 및 제 2 가산 및 감산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 오디오 방송 수신기의 OFDM 심벌의 오류 교정 시스템.
제 5 항에 있어서, 상기 예상영역은,

상기 한 OFDM 심벌 이전에 수신된 OFDM 심벌의 위상이 (1, 0), (0, 1), (-1, 0) 또는 (0, -1)일 때, 그 각각에 대해 상기 예상영역은 (,), (-,), (-, -) 또는 (, -)이고, 상기 한 OFDM 심벌 이전에 수신된 OFDM 심벌의 위상이 (,), (-,), (-, -) 또는 (, -)일 때, 그 각각에 대해 상기예상영역은 (1, 0), (0, 1), (-1, 0) 또는 (0, -1)인 것을 특징으로 하는 디지털 오디오 방송 수신기의 OFDM 심벌의 오류 교정 시스템.
제 5 항에 있어서, 상기 위상 교정 신호가 가질수 있는 값은 0,또는인 것을 특징으로 하는 디지털 오디오 방송 수신기의 OFDM 심벌의 오류 교정 방법.