KR20060006268A - 수신 성능이 향상된 지상파 디지털 방송 송수신 시스템 및그의 신호처리방법 - Google Patents

수신 성능이 향상된 지상파 디지털 방송 송수신 시스템 및그의 신호처리방법 Download PDF

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Abstract

수신 성능을 향상시키는 디지털 방송 송수신 시스템 및 그의 신호처리방법이 개시된다. 본 발명에 따른 디지털 방송 송신기는, 본 발명에 따른 디지털 방송 송신기는, 로부스트 데이터를 처리하여 소정의 포맷의 데이터 패킷을 생성하는 로부스트 데이터 전처리부, 로부스트 데이터를 노멀 데이터와 결합하여 소정의 포맷의 TS 스트림을 생성하는 TS 스트림 생성부, TS 스트림 생성부에서 출력된 데이터를 랜덤화하는 랜덤화부, 랜덤화부에서 출력된 데이터 중 로부스트 데이터에 대해 컨벌루션 인코딩을 수행하는 컨벌루션 인코더 및 TS 스트림 생성부에서 출력된 데이터 및 컨벌루션 인코더에서 출력된 데이터에 대해 RS 인코딩을 수행하는 RS 인코더를 포함한다. 따라서, 기존 송수신 시스템과의 호환성을 유지하며, 열악한 멀티패스 채널에서 디지털 방송 수신 성능을 향상시킬 수 있다.
ATSC VSB, 로부스트 데이터, 컨벌루션 인코더, 트렐리스 인코더, 정보 교환

Description

수신 성능이 향상된 지상파 디지털 방송 송수신 시스템 및 그의 신호처리방법{Digital broadcasting transmission/reception system having improved receiving performance and signal processing method thereof}
도 1은 일반적인 디지털 방송(ATSC VSB) 송수신 시스템을 나타내는 블록도,
도 2는 ATSC VSB 데이터의 프레임 구조를 나타내는 도면,
도 3은 트렐리스 인코더의 구조를 나타내는 도면,
도 4는 본 발명에 따른 디지털 방송 송신기에서 생성되는 MPEG 패킷의 구조를 나타내는 도면,
도 5는 본 발명에 따른 트렐리스 인코더에서 출력되는 데이터의 포맷을 나타내는 도면,
도 6은 본 발명에 따른 디지털 방송 송신기를 나타내는 블록도,
도 7은 본 발명에 따른 컨벌루션 인코더의 구조를 나타내는 도면, 그리고
도 8은 본 발명에 따른 디지털 방송 수신기의 구조를 나타내는 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
300 : 디지털 방송 송신기 307 : TS 스트림 생성부
310 : 랜덤화부 320 : RS 인코더
330 : 컨벌루션 인코더 340 : 인터리버
350 : 컨벌루션 인터리버 360 : 트렐리스 인코더
400 : 디지털 방송 수신기 410 : 복조부
420 : 등화부 470 : 로부스트 데이터 검출부
480 : 터보 디코더 470 : 로부스트 데이터 처리부
본 발명은 디지털 방송 송수신 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열악한 채널 환경에서 로부스트 스트림의 수신 성능을 강화하여 노멀 스트림의 수신 성능까지 향상시킬 수 있는 디지털 방송 송수신 시스템 및 그의 신호처리방법에 관한 것이다.
미국향 지상파 디지털 방송 시스템인 ATSC VSB 방식은 싱글 캐리어 방식이며 312세그먼트 단위로 필드 동기신호(field sync)가 사용되고 있다. 이로 인해 열악한 채널, 특히 도플러 페이딩 채널에서 수신성능이 좋지 않다.
도 1은 일반적인 미국향 지상파 디지털 방송 시스템으로서 ATSC DTV 규격에 따른 송수신기를 나타낸 블록도이다. 도 1의 디지털 방송 송신기는 MPEG-2 TS 스트림을 랜덤화시키는 랜덤화부(Randomizer: 110), 채널에 의해 발생하는 오류를 정정하기 위해 컨카터네이티드 부호화기(Concatenated coder) 형태인 RS 인코더(Reed-Solomon encoder: 120), 인터리버(interleaver: 130)(B=52,M=4) 및 트렐리스 인코더(2/3 rate trellis encoder: 140)를 포함한다. 인코딩된 데이터는 8 레벨 심볼로 맵핑을 한 후 도 2의 데이터 포맷과 같이 필드싱크와 세그먼트 싱크를 삽입한다. 그 후 파일럿을 삽입하고 VSB 변조를 하고 RF로 변환하여 전송하게 된다.
한편, 도 1의 디지털 방송 수신기는 이의 역 과정으로 RF 신호를 베이스밴드로 낮추고 이를 복조 및 등화를 한 후 채널 디코딩을 하여 원 신호를 복원한다. 도 2는 미국향 지상파 DTV 시스템의 VSB 데이터 프레임을 나타낸다. 도 2에서 1개의 프레임은 2개의 필드로 구성되며 1개의 필드는 312 개의 데이터 세그먼트와 필드 싱크 세그먼트(field sync segment)로 구성된다. 1개의 세그먼트는 4 심볼의 세그먼트 싱크(segment sync)와 828 개의 데이터 심볼로 구성된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 디지털 방송 송신기는 MPEG-2 TS 스트림을 랜덤화부(110)를 통해 데이터를 랜덤화하고, 랜덤화된 데이터는 외부호화기(Outer coder)인 RS 인코더(Reed-Solomon encoder: 120)를 통해 외부호화 하고, 부호화된 데이터는 인터리버(130)를 통해 데이터를 분산시킨다. 인터리빙된 데이터는 12심볼 단위로 트렐리스 인코더(2/3 rate trellis encoder: 140)를 통해 내부호화 한다. 내부호화 된 데이터는 8 레벨 심볼로 맵핑을 한 후 도 2의 데이터 포맷과 같이 필드싱크와 세그먼트 싱크를 삽입한다. 그 후 파일럿 생성을 위해 DC 오프셋을 주고 VSB 변조를 하고 RF로 변환하여 전송하게 된다.
한편, 도 1의 디지털 방송 수신기는 채널을 통해 수신된 신호를 튜너(Tuner/IF)(미도시)를 통해 RF 신호를 베이스밴드신호로 변환한다. 이 기저신호는 동기검출 및 복조부(210)를 통해 복조를 수행하고 등화기(220)를 통해 채널의 멀티패스에 의한 채널왜곡을 보상한다. 등화된 신호는 트렐리스 디코더(Trellis decoder: 230)를 통해 에러를 정정하고 심볼 데이터로 복호한다. 복호된 데이터는 디인터리버(240)를 통해 디지털 방송 송신기의 인터리버(130)에 의해 분산된 데이터를 재 정렬한다. 디인터리빙된 데이터는 RS 디코더(RS decoder: 250)를 통해 에러를 정정한다. RS 디코더(250)를 통해 정정된 데이터는 역랜덤화부(Derandomizer: 260)를 통해 역 랜덤화(derandomize)하여 MPEG-2 TS 스트림을 출력한다.
도 2의 미국향 지상파 DTV 시스템의 VSB 데이터 프레임에서 1개의 세그먼트는 MPEG-2 패킷 하나에 대응된다. 도 2에서 1 프레임은 2 필드로 구성되며, 1 필드는 312개의 데이터 세그먼트와 필드 싱크 세그먼트로 구성된다. 또한, 1 세그먼트는 4 심볼의 세그먼트 싱크와 828 개의 데이터 심볼로 구성된다. 여기서, 싱크 신호인 세그먼트 싱크와 필드 싱크는 동기 및 등화를 위해 사용된다. 필드 싱크 및 세그먼트 싱크는 기지 시퀀스(Known sequence)로서 등화기에서 트레이닝 데이터(Traning data)로 사용된다.
도 1의 미국향 지상파 DTV 시스템의 VSB 방식은 단일 반송파(Single carrier) 방식으로서 도 3의 트렐리스 인코더의 에러 수정 능력이 강하지 목하여 열악한 채널 환경에서 수신 성능 향상을 위해서는 높은 출력의 에너지가 필요하다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 VSB 방식의 미국향 지상파 DTV 시스템에 있어서 기존 데이터 송신 형태인 노멀 스트림과 열악한 채널 상태에서 수신 성능을 개선한 로부스트 스트림을 결합하여 수신 성능을 향상시키는 디지털 방송 송수신 시스템 및 그 신호 처리 방법을 제공하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 디지털 방송 송신기는, 로부스트 데이터를 처리하여 소정의 포맷의 데이터 패킷을 생성하는 로부스트 데이터 전처리부, 상기 로부스트 데이터를 노멀 데이터와 결합하여 소정의 포맷의 TS 스트림을 생성하는 TS 스트림 생성부, 상기 TS 스트림 생성부에서 출력된 데이터를 랜덤화하는 랜덤화부, 상기 랜덤화부에서 출력된 데이터 중 상기 로부스트 데이터에 대해 컨벌루션 인코딩을 수행하는 컨벌루션 인코더 및 상기 TS 스트림 생성부에서 출력된 데이터 및 상기 컨벌루션 인코더에서 출력된 데이터에 대해 RS 인코딩을 수행하는 RS 인코더를 포함한다.
이상의 디지털 방송 송신기에 대응하는 본 발명에 따른 디지털 방송 수신기는, 소정의 위치에 로부스트 데이터가 삽입된 신호를 수신하여 복조하는 복조부, 복조된 상기 신호로부터 상기 로부스트 데이터의 위치를 검출하여 상기 로부스트 데이터를 출력하는 로부스트 데이터 검출부, 출력된 상기 로부스트 데이터에 대해 트렐리스 디코딩 및 컨벌루션 디코딩을 수행하는 터보 디코더, 상기 터보 디코더의 출력 데이터에 대해 역 랜덤화를 수행하는 역랜덤화부 및 상기 역랜덤화부에서 출력된 로부스트 데이터를 재구성하고 RS 디코딩을 수행하는 로부스트 데이터 처리부를 포함한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 6은 본 발명에 따른 듀얼 스트림 EVBS 시스템의 디지털 방송 송신기를 나 타내는 블록도이다.
디지털 방송 송신기는 로부스트 데이터의 수신 성능 향상을 위해 사전 처리하는 RS 인코더(301)와 제1패킷포맷부(303), 노멀 데이터 처리를 위한 제2패킷포맷부(305), 제1패킷포맷부(303)와 제2패킷포맷부(305)로부터 각각 출력된 로부스트 데이터와 노멀 데이터를 결합하여 MPEG 패킷을 출력하는 TS 스트림생성부(TS stream generator:307)을 포함한다.
또한, 디지털 방송 송신기는 TS 스트림생성부(307)에서 생성된 MPEG 패킷에 대해 데이터를 랜덤화하는 랜덤화부(310), 로부스트 스트림 부분에 대해 인코딩하는 컨벌루션 인코더(330) 및 인터리버(340)을 포함하며, 인터리버(340)에서 출력된 로부스트 스트림을 노멀 스트림과 함께 인코딩하는 RS 인코더(320), 컨벌루션 인터리버(350) 및 트렐리스 인코더(360)를 포함한다.
도 4는 TS 스트림생성부(307)에 의해 생성된 MPEG 패킷의 구조를 나타낸다. TS 스트림생성부(307)는 입력되는 노멀 MPEG 패킷과 로부스트 MPEG 패킷으로부터 하나의 패킷에 노멀 스트림과 로부스트 스트림이 동시에 존재하도록 새로운 MPEG 패킷을 재구성한다. 여기서, 로부스트 스트림은 특정 위치에 고정되어 전송되는데 AF 헤더를 통해 임의로 그 양을 조절하여 전송할 수 있다.
도 5는 트렐리스 인코더(360)에서 출력된 데이터의 포맷을 나타낸 도면이다. MPEG 패킷의 특정 위치를 이용하여 로부스트 스트림을 전송하면, 컨벌루션 인코더(330)에 입력되어 인터리버(340)를 통과한 패킷은 도 5에 도시된 바와 같이 로부스트 스트림이 연속해서 모인 형태가 된다. 따라서, 이러한 포맷의 데이터에 대해서 는 프레임 단위로 동작하는 MAP (maximum a posteriori probability) 디코딩을 간단하게 수행 할 수 있어 로부스트 스트림의 성능이 향상되게 된다.
도 7은 본 발명에 따른 컨벌루션 인코더의 구조를 나타내는 도면이다. 트렐리스 인코더(360)의 코딩 이득을 크게 하면 수신측 디코더의 정보 교환의 성능이 향상되며, 이를 위해 도 7의 컨벌루션 인코더(330)에서 패리티를 1/2 레이트로 펑쳐링한다. 컨벌루션 인코더(Systematic recursive convolutional encoder)의 입력은 트렐리스 인코더(360)의 디퍼런셜 인코더(differential encoder)의 입력인 "d1"으로 인입되고, 패리티는 "d0"로 인입된다. 이 때 패리티는 펑쳐링되어 중간에 1 또는 0이 들어가게 된다. "1"이 들어간 위치는 "d0"가 그대로 Z1이 되므로 "-3,-1,5,7" 의 매핑 값을 가지는 4VSB가 되고 "0"이 들어가면 "-7,-5,1,3"의 매핑값을 가지는 4VSB가 된다. 즉 출력된 값은 펑쳐링에 의해 8VSB와 4VSB과 번갈아 나타나게 되고 트렐리스 인코더(360)에 의해 코딩 이득이 향상된다.
도 8은 본 발명에 따른 디지털 방송 수신기의 구조를 나타내는 도면이다. 수신기는 채널을 통해 수신된 신호를 복조하는 복조부(410), 채널의 멀티패스에 의한 채널왜곡을 보상하는 등화부(420), 에러를 정정하고 심볼 데이터로 복호하는 비터비 디코더(Viterbi decoder: 430), 복호된 데이터에 대해 분산된 데이터를 재 정렬하는 디인터리버(440), 디인터리빙된 데이터에 대해 에러를 정정하는 RS 디코더(RS decoder: 450), 및 정정된 데이터를 역 랜덤화하는 역랜덤화부(Derandomizer: 660)를 포함한다. 수신된 신호 중 노멀 데이터는 상기한 바와 같은 구조를 통해 처리된다.
한편, 수신기는 복조부(410)를 통해 복조된 데이터 스트림으로부터 로부트트 데이터의 위치를 검출하는 로부스트 데이터 검출부(Robust location generator:470) 및 검출된 로부스트 데이터의 위치를 이용하여 로부스트 데이터를 복호하는 터보 디코더(Turbo decoder: 480)를 포함한다.
터보 디코더(480)는 트렐리스 디코더(미도시)와 컨벌루션 디코더(미도시)를 포함하는 2개의 디코더로 구성되어 상호 디코딩 신뢰성 정보 교환을 수행하면서 성능을 향상시킨다. 컨벌루션 디코더의 출력은 수신측 RS 인코더의 입력과 동일하다. 이어서, 터보 디코더(480)의 컨벌루션 디코더의 출력은 로부스트 스트림을 재구성하고 RS 디코딩을 수행하는 로부스트 데이터 처리부(500)로 입력되어 처리된다.
본 발명에 따르면 미국향 지상파 DTV 시스템의 VSB 방식의 수신 성능 향상을 위해 노멀 데이터와 로부스트 데이터를 결합하여 하나의 MPEG-2 패킷으로 구성하고 수신측에서 로부스트 데이터의 위치를 검출하여 로부스트 데이터에 대해 트렐리스 디코더와 컨벌루션 디코더를 사용하여 정보 교환을 수행하며 복호함으로써 열악한 멀티패스 채널 환경하에서 로부스트 데이터의 수신 성능이 향상될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 디지털 방송 송수신 방법은 ATSC에서 제안한 기존 수신기와의 호환성이 있으며, 미국향 지상파 DTV 시스템인 ATSC VSB 방식의 수신성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 미국향 지상파 DTV 시스템인 ATSC VSB 방식의 수신성능을 향상시키기 위해 로부스트 스트림을 노멀 스트림과 결합하여 MPEG-2 패킷을 생성하 고 인코딩하여 전송하며 수신측에서는 로부스트 스트림의 위치를 검출하여 별도로 두 개의 디코더를 사용하여 정보 교환을 통해 디코딩하여 로부스트 스트림의 수신성능이 향상된다.
따라서, 기존 시스템과의 호환성을 가지며, 열악한 채널 환경에서 데이터 수신 성능이 향상된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (2)

  1. 로부스트 데이터를 처리하여 소정의 포맷의 데이터 패킷을 생성하는 로부스트 데이터 전처리부;
    상기 로부스트 데이터를 노멀 데이터와 결합하여 소정의 포맷의 TS 스트림을 생성하는 TS 스트림 생성부;
    상기 TS 스트림 생성부에서 출력된 데이터를 랜덤화하는 랜덤화부;
    상기 랜덤화부에서 출력된 데이터 중 상기 로부스트 데이터에 대해 컨벌루션 인코딩을 수행하는 컨벌루션 인코더; 및
    상기 TS 스트림 생성부에서 출력된 데이터 및 상기 컨벌루션 인코더에서 출 력된 데이터에 대해 RS 인코딩을 수행하는 RS 인코더;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 방송 송신기.
  2. 소정의 위치에 로부스트 데이터가 삽입된 신호를 수신하여 복조하는 복조부;
    복조된 상기 신호로부터 상기 로부스트 데이터의 위치를 검출하여 상기 로부스트 데이터를 출력하는 로부스트 데이터 검출부;
    출력된 상기 로부스트 데이터에 대해 트렐리스 디코딩 및 컨벌루션 디코딩을 수행하는 터보 디코더;
    상기 터보 디코더의 출력 데이터에 대해 역 랜덤화를 수행하는 역랜덤화부; 및
    상기 역랜덤화부에서 출력된 로부스트 데이터를 재구성하고 RS 디코딩을 수행하는 로부스트 데이터 처리부;를 포함하는 디지털 방송 수신기.
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