KR20040080826A - 디지털 위성 방송 시스템에서의 다중화 변환 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 디지털 시스템 E방식의 위성 방송에서 CDM 신호를 다중화하여 TDM 신호로 변환하고, TDM 신호를 역다중화하여 CDM 신호로 변환하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에서의 다중화 방법은 다중화의 기본단위(M 바이트)를 설정하는 단계와 각 CDM 채널의 데이터를 설정된 기본단위로 나누는 단계 및 이렇게 나누어진 채널 데이터를 채널0부터 채널32까지 순서대로 출력하여 다중화하는 단계를 포함한다. 또한, 본 발명에서의 역다중화 방법은 TDM 신호에서 동기 바이트 및 반전 동기 바이트를 제거하는 단계와 파일럿 채널의 유니크 워드를 찾는 단계 및 메모리의 첫 번째 행부터 유니크 워드 바로 앞의 파일럿 심벌에서 시작하여 다중화시에 설정된 기본단위씩 저장하여 역다중화하는 단계를 포함한다.

Description

디지털 위성 방송 시스템에서의 다중화 변환 방법{METHOD FOR INTER-CONVERTING SIGNALS BETWEEN CDM AND TDM MODES}
본 발명은 위성을 이용한 시스템 E방식의 디지털 방송(DAB:Digital Audio Broadcasting)에서 코드분할다중화(CDM:Code Division Multiplexing) 방식으로 만들어진 신호를 시분할다중화(TDM:Time Division Multiplexing) 방식의 신호로 만들기 위해 다중화(Multiplexing)하는 방법과 시분할다중화(이하,TDM) 방식의 신호를 코드분할다중화(이하,CDM) 방식의 신호로 만들기 위해 역다중화(De-Multiplexing)하는 방법에 관한 것이다.
시스템 E방식의 디지털 위성 방송 시스템은 국제전기통신연합(International Telecommunication Union) 무선통신부문의 표준인 ITU-R BO.1130-4에서 권고하고 있는 다섯 가지 디지털 위성 방송 시스템(A, B, DS, DH, E) 중 하나로, 2630MHz ~ 2655MHz 주파수 대역을 이용하여 멀티 미디어 콘텐츠를 이동 단말기에 제공하기 위한 것이다.
도 1은 국제전기통신연합 무선통신 부문의 디지털 위성 방송에 관한 표준인 ITU-R BO.1130-4에서 제시하고 있는 디지털 시스템 E에 대한 위성방송 시스템의 개략적 구성도이다. 도 1에 보인 것처럼, 디지털 시스템 E는 지상국(18:Earth Station)과 방송위성(10:Broadcasting Satellite), 그리고 음영지역 중계기인 갭필러(14,16:Gap Filler) 및 수신기(12:Receiver)로 구성되며, 갭필러는 직접 증폭형 갭필러(14)와 주파수 변환형 갭필러(16)로 나누어진다.
지상국(18)에서 CDM 형태로 만들어진 방송신호는 10 GHz이상의 주파수 대역인 Ku 대역(12.5 ~ 18 GHz)을 통해 방송위성(10)으로 송출되거나, 혹은 TDM 신호로 변환되어 역시 Ku 대역을 이용하여 방송위성(10)으로 송출된다. 방송위성(10)에서는 수신된 Ku 대역의 CDM 신호를 S 대역(1.55 ~ 3.9 GHz)의 신호로 주파수 변환하여 위성 수신기(12)와 직접 증폭형 갭필러(14)로 전송하고 또한, 수신된 Ku 대역의 TDM 신호를 Ku 대역을 이용하여 주파수 변환형 갭필러(16)로 송신한다. 그리고, 주파수 변환형 갭필러(16)에서는 방송위성(10)으로부터 수신한 Ku 대역의 TDM 신호를 S 대역의 CDM 신호로 변환하여 위성 수신기(12)로 송신하고, 직접 증폭형 갭필러(14)는 수신된 S 대역의 CDM 신호를 단순 증폭하여 수신기(12)로 송신한다.
이와 같이, 시스템 E방식의 위성 방송 시스템에서는 방송 데이터에 대한 CDM 신호에서 TDM 신호로의 다중화, 또는 TDM 신호에서 CDM 신호로의 역다중화 작업이 수행된다.
도 2는 위성 방송 시스템에서 방송 데이터를 CDM 및 TDM 신호로 만드는 기본적인 회로의 블록도이다. 도 2에 보인 것처럼, 각 채널의 방송 데이터들은 리드-솔로몬 부호기(Reed-Solomon Encoder), 바이트 인터리버(Byte Interleave), 길쌈 부호기(Convolutional Encoder) 및 비트 인터리버(Bit Interleave)를 거쳐 CDM 프레임 형태로 만들어진 후, CDM 변조기(CDM Modulator)를 통해 S 대역의 CDM 신호로 만들어져 전송된다. 또한, CDM 프레임 형태로 만들어진 방송 채널들과 파일럿 채널(Pilot Channel)은 TDM 다중화기(TDM Multiplexer)를 통해 다중화된 후, 별도의 길쌈 부호를 추가적으로 적용하여 QPSK 변조기를 통해, TDM 신호로 만들어진다. 그리고, 다중화 이후에 에너지 확산(Energy Dispersal), 리드-솔로몬 부호, 길쌈 부호 및 QPSK 변조등은 유럽 통신 표준(European Telecommunication Standard)인 ETS 300 421을 따른다. 본 발명은 CDM 신호의 다중화 및 TDM 신호의 역다중화에 관한 것으로서, 다중화 이후의 과정에 대한 상세한 설명은 본 발명에서 언급하지 않는다.
도 3은 25.5 msec를 다중화의 기본 주기로 하는 종래의 다중화 방식에서 CDM 채널의 프레임 구성도이다. 도 3에 보인 것처럼, 종래에는 CDM 형태로 만들어진 31개의 방송채널과 하나의 파일럿 채널을 다중화 할 때, 25.5 msec를 기본 주기로 하여 다중화 한다. 각 CDM 채널은 512 kbps이므로 다중화된 프레임은 25.5 msec ×512 kbps = 13,056 비트 즉, 1,632 바이트가 된다. 이것은 각 방송채널에서 408 바이트 패킷 4개에 해당되고, 2 프레임의 파일럿 채널에 해당된다. 파일럿 채널은 프레임 동기와 제어 데이터의 전송을 위해 사용되며, 파일럿 심벌(PS:Pilot Symbol)과 제어 데이터(Di)가 125㎲단위로 교대로 구성되어 있으며, 하나의 파일럿채널 프레임은 모두 51개의 파일럿 심벌(PS)과 51개의 제어 데이터 Di(i=1,2,...51)로 구성되어 하나의 파일럿 채널 프레임은 총 12.75㎳이다.
파일럿 채널의 첫 번째 제어 데이터인 D1은 프레임 동기를 위한 유니크 워드(unique word)이고, 파일럿 심벌과 제어 데이터들(Di)은 2위상 편이 변조(Binary Phase Shift Keying :BPSK)로 보면 32 비트(4 바이트)이고, 4위상 편이 변조(Quardrature Phase Shift Keying:QPSK)로 보면 64 비트(8 바이트)이다. 파일럿 채널 이외의 다른 방송 채널들이 QPSK 변조이므로 파일럿 채널도 QPSK 변조로 간주한다. 따라서, 파일럿 심벌과 제어 데이터(Di)는 8 바이트이고, 하나의 파일럿 채널 프레임은 12.75 msec 동안 816 바이트를 갖는다.
도 4는 도 3과 같은 CDM 형태의 프레임들이 TDM 다중화기를 통해 다중화되는 과정을 보여주는 종래의 프레임 구성도이다.
도 4에 보인 것처럼, 종래에는 CDM 형태의 프레임들을 다중화하기 위해서, 도 3의 각 채널의 프레임들을 각각 187 바이트 단위의 프레임들로 재구성하는데, 하나의 채널이 1682 바이트이므로 각 채널의 프레임들은 도 4의 (b)와 같이, 187 바이트의 8개 프레임과 136 바이트의 프레임으로 재구성된다. 그리고, 이렇게 재구성된 프레임들은 도 4의 (c)와 같이, 187 바이트의 매 프레임마다 4716(01000111) 값을 갖는 동기 바이트(Sync Byte)가 삽입되는데, 항상 최상위비트(MSB:Most Significant Bit)부터 전송된다. 즉, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 1 순으로 전송된다. 또한, 매 8 프레임마다 반전된 동기 바이트(Inverted Sync Byte)가 삽입된다. 즉, 4716의 반전값인 B816(10111000)이 8 프레임마다 삽입된다. 그리고, 136 바이트를 갖는 9번째 프레임은 1 바이트의 반전된 동기 바이트를 포함하여 188 바이트가 되도록 51 바이트의 필 데이터(Fill Data:모두 1인 데이터)를 삽입한다.
이상과 같은 과정을 통해 CDM 형태를 갖는 32 채널의 프레임들이 다중화되고, 앞서 언급한 바와 같이, 이렇게 다중화된 프레임에 별도의 길쌈부호를 적용하고 QPSK 변조 과정을 통해 TDM 신호가 생성된다.
다음은 TDM 역다중화기(De-Multiplexer)에 의해 TDM 신호를 CDM 신호로 역다중화하는 방법에 관한 설명이다. 역다중화 과정은 다중화 과정의 역순으로 전개된다.
도 5는 종래의 역다중화 과정을 보여주는 프레임 구성도이다.
도 5의 (a)는 파일럿 채널과 31개의 방송 데이터 채널로 구성된 다중화된 신호이다. 도 5의 (a)의 각 채널들은 도 5의 (b)와 같이 187 바이트 단위의 9개 프레임을 포함하고 각 프레임의 앞에는 1 바이트의 동기 바이트가 있다. 그리고 마지막 9번째 프레임은 51 바이트의 필 데이터를 포함한다. 역다중화 과정은 먼저, 도 5의 (c)에서 처럼, 각 채널에 대해 동기 바이트와 반전 동기 바이트 및 필 데이터를 제거하여 도 5의 (d)와 같이 1632 바이트의 프레임을 얻는다.
이와 같은 역다중화 과정이 완료되면, 도 6과 같이 408 바이트 단위의 패킷 네 개로 구성된 32채널의 CDM 신호를 얻는다. 이것은 "파일럿 심벌 ＋ 유니크 워드" 형태를 찾아서 25.5 msec 주기로 수행하게 되는데, 이 때 두 개의 유니크 워드 중 두번째 유니크 워드 앞에는 파일럿 심벌이 존재하지 않기 때문에, 하나의 유니크 워드만이 사용된다.
이러한 역다중화 과정도 다중화 과정과 마찬가지로 52,224(408 ×4 ×32) 바이트의 메모리가 필요하고 25.5 msec의 시간이 소요된다.
이와 같은 종래의 다중화 및 역다중화 방법에서 프레임에 추가되는 필 데이터는 메모리의 불필요한 증가를 초래하고, 다중화 및 역다중화에 소요되는 시간이 25.5 msec로 시간 지연이 크며, 그 구현에 52,224 바이트의 메모리가 필요하다. 또한, 모든 유니크 워드를 사용하지 못하고 25.5 msec마다 발생되는 유니크 워드만이 이용 가능하므로 유니크 워드의 활용이 비효율적이다.
상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위해, 본 발명에서는 12.75 msec 주기로 하여 항상 같은 유형의 프레임으로 다중화할 수 있는 방법을 제공한다. 또한, 이와 같이 다중화된 신호를 역다중화하는 방법도 제공한다.
도 1은 국제전기통신연합 무선통신 부문의 디지털 위성 방송에 관한 표준인 ITU-R BO.1130-4에서 제시하고 있는 디지털 시스템 E에 대한 위성방송 시스템의 개략적 구성도이다.
도 2는 위성 방송 시스템에서 방송 데이터를 CDM 및 TDM 신호로 만드는 기본적인 회로의 블록도이다.
도 3은 25.5 msec를 다중화의 기본 주기로 하는 종래의 다중화 방식에서 CDM 채널의 프레임 구성도이다.
도 4는 도 3과 같은 CDM 형태의 프레임들이 TDM 다중화기를 통해 다중화되는 과정을 보여주는 종래의 프레임 구성도이다.
도 5는 종래의 역다중화 과정을 보여주는 프레임 구성도이다.
도 6은 도 5의 과정을 통해 역다중화된 채널 데이터의 프레임 구성도이다.
도 7은 본 발명의 다중화에서 12.75 msec를 기본 주기로 하는 33개의 CDM 채널의 프레임 구성도이다.
도 8은 본 발명에서 CDM 채널을 설정된 기본 단위로 다중화하는 과정을 보여주는 프레임 구성도이다.
도 9는 본 발명에서의 다중화 과정을 보여주는 순서도이다.
도 10은 도 8에서 기본 단위로 나누어진 CDM 채널을 다중화한 프레임의 구성도이다.
도 11은 본 발명에서 역다중화된 프레임의 구성도이다.
도 12는 본 발명에서의 역다중화 과정을 보여주는 순서도이다.
(구성)
본 발명에서는 파일럿 채널을 포함한 33개의 CDM 채널을 TDM 신호로 변환하기 위한 다중화 방법 및 역다중화 방법을 보인다.
본 발명에서의 다중화 방법은 다중화의 기본단위(M 바이트)를 설정하는 단계와 각 CDM 채널의 데이터를 설정된 기본단위로 나누는 단계 및 나누어진 채널 데이터를 채널0부터 채널32까지 순서대로 출력하는 단계를 포함한다. 또한, 본 발명에서의 역다중화 방법은 TDM 신호에서 동기 바이트 및 반전 동기 바이트를 제거하는 단계와 파일럿 채널의 유니크 워드를 찾는 단계 및 메모리의 첫 번째 행부터 유니크 워드 바로 앞의 파일럿 심벌 데이터에서 시작하여 다중화시에 설정된 기본단위씩 저장하는 단계를 포함한다.
(실시예)
앞서 언급한 것처럼, CDM 신호에서 파일럿 채널은 12.75 msec의 주기를 갖는다. CDM 신호에서 동기의 기준이 되는 유니크 워드는 12.75 msec 단위로 반복된다.
도 7은 본 발명의 다중화에서 12.75 msec를 기본 주기로 하는 33개의 CDM 채널의 프레임 구성도이다. 도 7에 보인 것처럼, 본 발명에서는 CDM 형태로 만들어진 32개의 방송채널과 하나의 파일럿 채널을 다중화 할 때, 12.75 msec를 기본 주기로 하여 다중화 한다. 각 CDM 채널은 512 kbps이므로 다중화된 최대 프레임은 12.75 msec ×512 kbps = 6,528 비트 즉, 816 바이트가 된다. 이것은 각 방송 데이터 채널에서 408 바이트 패킷 2개에 해당되고, 1 프레임의 파일럿 채널에 해당된다.
본 발명에서는 도 7의 구조를 갖는 CDM 채널들을 도 8과 같이 다중화의 기본단위로 설정된 M 바이트씩 다중화한다. 즉, 각 채널에서 M 바이트씩 묶어서 다중화한다.(단, M은 816의 약수이다.)
도 9의 순서도는 본 발명에서의 다중화 과정을 보여준다.
도 9을 참조하면, 본 발명의 다중화 과정은 먼저 다중화의 기본 단위가 되는 M의 값을 정하고,(단계 S102) 각 CDM 채널의 데이터를 정해진 다중화의 기본 단위인 M 바이트씩 나누어 놓는다.(단계 S104) 그리고, M 바이트로 나누어진 채널 데이터를 채널0부터 채널32까지 순서대로 출력한다.(단계 S106)
위 단계 S104에서 나누어진 각 CDM 채널의 데이터를 Ci(j)라 하자.(단, i는 채널 번호 즉, 0,1,2,...,32 이고, j는 1,2,...,M 이다.) 따라서, Ci(j)는 i번째 채널의 j번째 바이트를 의미한다.
다중화된 데이터는 도 10과 같이 C0(1), C0(2),..., C0(M),..., C32(1), C32(2),..., C32(M)의 순서대로 출력된다. 이를 위해 필요한 메모리는 33 ×M 바이트이고, 다중화에 소요되는 시간은 (33 ×M ×8 비트)/(512 kbps ×32) = 15.625 ×M [㎲]이다.
여기서, 다중화의 단위가 되는 M의 값이 816의 약수이면 12.75 msec를 주기로 하여 항상 같은 유형으로 다중화 된다. 같은 유형이라는 의미는 다중화된 TDM 신호가 12.75 msec를 주기로 파일럿 채널의 유니크 워드 바로 앞의 파일럿 심벌부터 시작된다는 것이다. 이것은 33개 CDM 채널의 바이트 수가(33 ×816 = 26,928 바이트) TDM 신호를 만드는데 기준이 되는 187 바이트로 나누어지기 때문이다.(26,928/187=144)
이상과 같은 과정을 통해 다중화된 신호들을 역다중화하기 위해서는 유니크 워드를 통해 파일럿 채널의 위치를 먼저 찾아야 한다. 앞서의 다중화 과정에서 설명한 것처럼, 유니크 워드는 12.75 msec 주기로 항상 파일럿 심벌 다음에 위치한다. 유니크 워드를 찾는 방법은 TDM 신호에서 동기 바이트와 반전 동기 바이트를 제거하고 M이 1인 경우에는 8 바이트의 "유니크 워드"를 찾고, M이 2 이상인 경우에는 16 바이트의 "파일럿 심벌 ＋ 유니크 워드"를 찾는다.
이와 같은 방법으로 유니크 워드가 검출되면, 도 11과 같은 33 ×M 바이트의 메모리에 검출된 유니크 워드 바로 앞의 파일럿 심벌부터 메모리의 첫번째 행에 M 바이트씩 순서대로 저장하여 역다중화를 수행한다. 여기서, 첫 번째 행은 M 바이트의 파일럿 채널 즉, 채널0, 두 번째 행은 채널1, 그리고 마지막 행은 채널32에 해당한다.
도 12는 이와 같은 본 발명에서의 역다중화 과정을 보여주는 순서도이다.
도 12의 순서도에 따르면, 다중화된 TDM 신호에서 동기 바이트와 반전 동기 바이트를 제거한다.(단계 S202) 그리고, 앞서 언급한 방법으로 유니크 워드를 검출한다.(단계 S204) 검출된 유니크 워드 바로 앞의 파일럿 심벌부터 메모리의 첫 번째 행에 M 바이트씩 순서대로 저장한다.(단계 S206)
이상과 같은 역다중화에서도 다중화와 마찬가지로 33 ×M 바이트의 메모리가 필요하고 15.625 ×M [㎲]의 시간이 소요된다.
본 발명은 상술한 바와 같은 방법을 통해, 33개의 CDM 채널을 다중화 또는 역다중화할 수 있고, 그 과정에 소요되는 시간과 메모리의 크기를 줄일 수 있다. 또한, 다중화의 기본 단위인 M값을 통해 지연되는 시간을 제어할 수 있으며, 초기 동기에서 모든 유니크 워드를 이용할 수 있다.

Claims (9)

  1. 디지털 시스템 E방식의 디지털 위성 방송 시스템에서 CDM(Code Division Multiplexing) 형태의 채널 데이터를 TDM(Time Division Multiplexing) 형태의 데이터로 변환하는 방법에 있어서,
    상기 CDM 형태의 채널 데이터를 다중화하기 위한 기본단위를 설정하는 단계;와
    상기 CDM 형태의 채널 데이터를 상기 설정된 기본단위로 나누는 단계; 및
    상기 기본단위로 나누어진 채널 데이터를 순서대로 출력하는 단계를 포함하는 데이터 변환 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 채널 데이터 변환 방법에서 33개의 CDM 채널을 수용함을 특징으로 하는 데이터 변환 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 33개의 CDM 채널은 하나의 파일럿 채널(Pilot Channel)과 32개의 방송 데이터 채널을 포함함을 특징으로 하는 데이터 변환 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 CDM 채널을 나누는 기본단위는 816의 약수 중 하나임을 특징으로 하는 데이터 변환 방법.
  5. 제 1항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 CDM 채널을 나누는 기본단위가 816의 약수이면, 다중화된 TDM 신호는 12.75 msec 주기로 파일럿 채널의 유니크 워드(Unique Word) 바로 앞의 파일럿 심벌(Pilot Symbol)이 시작됨을 특징으로 하는 데이터 변환 방법.
  6. 디지털 시스템 E방식의 디지털 위성 방송 시스템에서 M 바이트 단위로 다중화된 TDM(Time Division Multiplexing) 신호를 CDM(Code Division Multiplexing) 형태의 채널 데이터로 변환하는 방법에 있어서,(단, M은 다중화의 기본단위이고, 816의 약수이다.)
    상기 TDM 신호에서 동기 바이트와 반전 동기 바이트를 제거하는 단계;와
    상기 동기 바이트와 반전 동기 바이트가 제거된 TDM 형태의 데이터에서 파일럿 채널의 유니크 워드를 찾는 단계; 및
    상기 유니크 워드 바로 앞의 파일럿 심벌부터 메모리에 M 바이트씩 저장하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 데이터 변환 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 메모리는 33 ×M 바이트의 형태와 크기를 가짐을 특징으로 하는 데이터변환 방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 TDM 형태의 데이터는 상기 메모리의 첫 번째 행부터 M 바이트씩 저장됨을 특징으로 하는 데이터 변환 방법.
  9. 제 6항 또는 제 8항에 있어서,
    상기 메모리에 저장되는 각 행의 데이터는 채널0부터 채널32까지의 역다중화된 CDM 채널 데이터임을 특징으로 하는 데이터 변환 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100705958B1 (ko) * 2005-01-24 2007-04-11 에스케이 텔레콤주식회사 위성 디지털 멀티 미디어 방송 시스템에서의 시간 분할다중화 송수신 장치
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