KR20130045768A - 고선명 텔레비전의 지상파 수신을 위한 계층변복조 시스템 - Google Patents

고선명 텔레비전의 지상파 수신을 위한 계층변복조 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 단일 주파수 망(SFN-Single Frequency Network)내에 싱글 캐리어 주파수 분할 다중 접속(SC-FDE)기반의 3D 고선명 텔레비전의 환경 적응적 데이터 수신율을 보장할 수 있는 기술에 관한 것으로, 본 발명에 따른 고선명 텔레비전의 지상파 수신을 위한 계층변복조 시스템은 단일 주파수 망 내에서 단일 캐리어 주파수분할 다중 접속(SC-FDE : Single Carrier FDMA) 기반의 지상파 신호를 처리하는 송신부 및 수신부로 구성되되, 상기 송신부는 송신신호를 계층 변조하는 계층변조부, 채널 추정을 위한 보호구간인 UW(Unique Word)을 제공하는 보호구간제공부 및 상기 계층변조부와 상기 보호구간삽입부와 연결되어, 상기 계층변조부에서 생성된 변조 신호에 보호구간 신호를 삽입하여, 프레임을 구성하는 보호구간합성부를 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.

Description

고선명 텔레비전의 지상파 수신을 위한 계층변복조 시스템{Hierarchical modulation and demodulation system to assure environment and adaptive receive of terrestrial 3D HDTV based SFN}
본 발명은 단일 주파수 망(SFN-Single Frequency Network)내에 싱글 캐리어 주파수 분할 다중 접속(SC-FDE)기반의 3D 고선명 텔레비전의 환경 적응적 데이터 수신율을 보장할 수 있는 기술에 관한 것이다.
일반적으로 우리나라의 단일 반송파 기반의 지상파 ATSC(Advanced Television System Committee) 방식은 19.4Mbps의 데이터 전송률을 나타낸다.
하지만 지상파 3D HDTV 방송을 제공하기 위해서는 30Mbps급 이상의 고효율 전송이 요구되며, 이는 기존의 19.4Mbps 데이터 전송률과 대비해 볼 때, 약 50% 이상의 전송 효율을 개선해야 하는 것이다.
또한, ATSC 방식은 다중 경로 채널 환경에 취약한 문제점이 있어, 각 송신기 및 중계기의 주파수를 달리하는 다중 주파수망(MFN-Multiple Frequency Network)을 사용하고 있다.
이러한 다중 주파수 망은 동일 주파수 간섭이 없는 원거리를 제외하고, 동일한 주파수를 재사용할 수 없기 때문에 주파수 이용관점에서 비효율적인 문제점이 있다.
따라서 복수 개의 송신기 및 중계기가 동일한 주파수를 사용하는 단일 주파수망(SFN-Single Frequency Network)을 고려하여, 주파수 이용의 효율을 향상시키는 것이 바람직하다.
또한, 지상파 SFN 구조는 수신 안테나의 위치에 따라 신호 대 잡음비(SNR-Signal to Noise Ratio)의 변화가 발생한다. 즉, 송신 안테나가 수신 안테나에 가까울수록 수신 SNR이 커지고, 반대로 수신 안테나가 멀어질수록 SNR이 작아지는 특성이 있다.
따라서 지상파 SFN 구조는 고차 직교 진폭 변조(QAM-Quadrature Amplitude Modulation) 시, 낮은 SNR 지역에서는 수신 성능을 제대로 보장할 수 없는 문제점이 발생한다.
이러한 SNR에 따른 수신 성능을 고려하여, 데이터 수신율을 보장하기 위해 계층변조 기법을 적용하는 것이 바람직하지만 현재 계층변조 기법은 동일한 주파수 대역폭에서 데이터 전송효율을 높이기 위한 연구가 활발히 진행되고 있어, 단일 주파수 망 측면에서 계층변조 기법을 적용한 기술은 미비한 실정이다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 Advanced Television Systems Committee의 "ATSC Digital Television Standard"를 들 수 있으며, 이러한 종래 기술은 ATSC 방식에 관한 것으로, 지상파 3D HDTV 방송을 제공하기에 전송 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
Advanced Television Systems Committee, "ATSC Digital Television Standard", ATSC Doc, A/53 parts 1~6, (2007. 1.)
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로,
본 발명에 따른 고선명 텔레비전의 지상파 수신을 위한 계층변복조 시스템의 목적은 단일 주파수 망 내에 단일 캐리어 주파수 분할 다중 접속(SC-FDE) 기반의 지상파 3D 고선명 텔레비전(HDTV) 방송 환경에 있어서, 수신 신호대 잡음비(SNR)가 낮은 지역에서 최소한의 데이터 수신율을 보장하고, 수신 SNR이 높은 지역에서 최대한의 데이터 수신율을 보장할 수 있는 계층변복조 시스템을 제공하는데 있다.
다른 목적은, 기존 데이터 스트림에 부가적인 데이터 스트림을 삽입하여, 높은 유효 전송률을 확보하는데 있다.
또 다른 목적은, 전송 데이터 사이에 보호 구간을 삽입하여, 다중 경로 채널 환경에 적합하게 하고, 고차 직교 진폭 변조(QAM-Quadrature Amplitude Modulation)를 적용하고자 하는데 있다.
또 다른 목적은, 최대비 합성 기법을 이용하여, 다중 수신 안테나의 어레이 이득을 획득하도록 하는데 있다.
본 발명에 따른 고선명 텔레비전의 지상파 수신을 위한 계층변복조 시스템은 단일 주파수 망 내에서 단일 캐리어 주파수분할 다중 접속(SC-FDE : Single Carrier FDMA) 기반의 지상파 신호를 처리하는 송신부 및 수신부로 구성되되, 상기 송신부는 송신신호를 계층 변조하는 계층변조부, 채널 추정을 위한 보호구간인 UW(Unique Word)을 제공하는 보호구간제공부 및 상기 계층변조부와 상기 보호구간삽입부와 연결되어, 상기 계층변조부에서 생성된 변조 신호에 보호구간 신호를 삽입하여, 프레임을 구성하는 보호구간합성부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 고선명 텔레비전의 지상파 수신을 위한 계층변복조 시스템에 있어서, 계층변조부는 상위순위(HP-High Priority) 스트림인 기존 데이터 스트림과 하위순위(LP-Low Priority) 스트림인 부가 데이터 스트림을 하나의 데이터 스트림으로 변조하며, 상기 상위순위 스트림은 64QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 스트림으로 변조하고, 상기 하위순위 스트림은 QPSK(Quadrature phase-shift keying)로 변조하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 고선명 텔레비전의 지상파 수신을 위한 계층변복조 시스템에 있어서, 보호구간합성부는 상기 상위순위 스트림과 상기 하위순위 스트림의 변조 후, 결합된 변조 스트림은 비균일 256QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 스트림으로 결합시켜 전송하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 고선명 텔레비전의 지상파 수신을 위한 계층변복조 시스템에 있어서, 프레임은 UW와 CP(Cyclic Prefix)를 결합한 성분과 또 다른 UW 성분을 추가하여 결합한 Q구간 및 데이터 구간과 상기 Q구간이 결합된 N구간을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 고선명 텔레비전의 지상파 수신을 위한 계층변복조 시스템에 있어서, 수신부는 수신 안테나와 연결되어, 수신 신호를 동기화하는 동기화부, 상기 동기화부와 연결되어, 데이터와 UW 구간을 분리하는 데이터분리부, 상기 데이터분리부와 연결되며, Q구간에 대해 주파수 영역에서 채널을 추정하고, 주파수 영역 등화기 블록에서 채널을 보상하는 채널처리부, 상기 데이터분리부와 연결되어, N구간의 신호를 처리하는 N구간처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 고선명 텔레비전의 지상파 수신을 위한 계층변복조 시스템은 채널처리부 및 상기 N구간처리부와 연결되어, 보상된 수신 신호들을 최대비(MRC-Maximal Ratio Combining)로 결합하는 수신신호결합부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 고선명 텔레비전의 지상파 수신을 위한 계층변복조 시스템은 수신신호결합부와 연결되어, 결합된 수신 신호를 보상하고, 보호구간을 제거하는 보호구간제거부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 고선명 텔레비전의 지상파 수신을 위한 계층변복조 시스템은 보호구간제어부와 연결되어, 수신신호를 계층 복조하여, 상위순위(HP-High Priority) 스트림인 기존 데이터 스트림과 하위순위(LP-Low Priority) 스트림인 부가 데이터 스트림으로 제공하는 계층복조부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 고선명 텔레비전의 지상파 수신을 위한 계층변복조 시스템은 단일 주파수 망 내에 단일 캐리어 주파수 분할 다중 접속(SC-FDE) 기반의 지상파 3D 고선명 텔레비전(HDTV) 방송 환경에 있어서, 수신 신호대 잡음비(SNR)가 낮은 지역에서 최소한의 데이터 수신율을 보장하고, 수신 SNR이 높은 지역에서 최대한의 데이터 수신율을 보장할 수 있는 계층변복조 시스템을 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 단일 주파수 망을 이용하여, 주파수 이용 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 기존 데이터 스트림에 부가적인 데이터 스트림을 삽입함으로써, 높은 유효 전송률을 확보할 수 있는 효과가 있다.
또한, 전송 데이터 사이에 보호 구간을 삽입함으로써, 다중 경로 채널 환경에 강인한 효과가 있으며, 고차 직교 진폭 변조(QAM)를 적용하여, 고효율 3D HDTV 전송을 만족시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 최대비 합성 기법을 이용하여, 다중 수신 안테나의 어레이 이득을 확보하고, 나아가 안정적인 데이터 수신율을 확보할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 고선명 텔레비전의 지상파 수신을 위한 계층변복조 시스템의 전체 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 고선명 텔레비전의 지상파 수신을 위한 계층변복조 시스템에 있어서, 비균일 256QAM 성상도.
도 3은 본 발명에 따른 고선명 텔레비전의 지상파 수신을 위한 계층변복조 시스템에 있어서, UW 기반의 SC-FDE 프레임 구조를 나타내는 개념도.
도 4는 본 발명에 따른 고선명 텔레비전의 지상파 수신을 위한 계층변복조 시스템에 있어서, SFN 구조가 적용된 다중 안테나 구조를 나타내는 도면.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따른 고선명 텔레비전의 지상파 수신을 위한 계층변복조 시스템에 있어서, 브라질 채널의 BER(bit error rate) 성능 비교 그래프.
이하, 본 발명에 따른 고선명 텔레비전의 지상파 수신을 위한 계층변복조 시스템을 실시하기 위한 구체적인 내용을 설명하면 다음과 같다.
[도 1]은 본 발명에 따른 고선명 텔레비전의 지상파 수신을 위한 계층변복조 시스템의 전체 구성도로 크게 송신부(100) 및 수신부(200)를 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 송신부(100) 및 수신부(200)는 단일 주파수망(SFN) 내에서 단일 캐리어 주파수분할 다중 접속(SC-FDE : Single Carrier FDMA) 기반의 지상파 신호를 처리하며, 상기 송신부(100)는 계층변조부(110), 변조신호결합부(120), 보호구간합성부(130) 및 보호구간제공부(140)를 포함한다.
본 발명에 따른 상기 송신부(100)에서 생성된 송신 신호는 단일 주파수망(SFN)을 사용하여 전송되므로, 복수 개의 송신기 및 중계기가 동일한 주파수를 사용할 수 있으며, 이에 따라 주파수 이용 효율이 향상되는 효과가 있는 것이다.
상기 계층변조부(110)는 계층 변조하는 역할을 하며, 본 발명에 따른 계층변조부(110)는 기존 데이터 스트림을 상위 순위(HP-High Priority) 스트림으로 정의하고, 부가적인 스트림을 하위 순위(LP-Low Priority) 스트림으로 정의하며, QPSK변조부(111) 및 64QAM변조부(113)를 포함한다.
상기 QPSK변조부(111)를 이용하여, LP 스트림을 변조하고, 상기 64QAM변조부(113)를 이용하여, HP 스트림을 ATSC 방식의 8VSB와 유사한 성능으로 변조한다.
또한, 상기 변조신호결합부(120)를 이용하여, 변조된 상기 HP 스트림과 LP 스트림을 결합하고, 비균일 256QAM 스트림으로 전송하게 된다.
[도 2]는 본 발명에 따른 계층 변조된 송신 신호의 비균일 256QAM 성상도로, p는 HP 성상점간의 최소거리, q는 LP 성상점간의 최소거리라고 정의하고, [수학식 1]과 같이 p와 q의 최소거리의 비를 α로 정의한다.
Figure pat00001
α의 변화에 따른 계층변조의 성상도를 구하기 위해 [수학식 2]와 [수학식 3]로 나타낼 수 있다.
Figure pat00002
Figure pat00003
상기 보호구간제공부(140)는 보호구간(UW-Unique word)을 제공하는 역할을 하며, 상기 보호구간합성부(130)는 변조된 송신신호에 상기 보호구간을 삽입하는 역할을 한다.
본 발명에 따른 상기 보호구간(UW)을 삽입함으로써, 주파수 영역 등화기 관점에서, 채널 추정이 용이하고, UW에 CP를 결합하여, ISI(Inter-Symbol Interference) 성분을 제거할 수 있는 것이다.
[도 3]은 본 발명에 따른 송신 신호의 프레임(10) 구조를 나타내는 도면으로, UW 및 CP 결합구간(1), UW구간(3) 및 데이터구간(5)을 포함하며, UW 및 CP 결합구간(1)과 UW구간(3)을 합쳐서 Q구간이라 정의하고, 데이터구간(5)과 UW구간(3)을 합쳐서 N구간이라 정의하고, 본 발명에 따른 데이터 신호인 d(n)와 UW 신호인 u(n)를 산출하는 방법을 [수학식 4]와 같이 정의할 수 있다.
Figure pat00004
이처럼, 본 발명에 따른 상기 송신부(100)는 전송 데이터 사이에 보호 구간(UW)을 삽입함에 따라 다중 경로 환경에 적합한 장점이 있으며, QAM 방식을 적용할 수 있는 장점이 있는 것이다.
[도 4]는 본 발명에 따른 SFN 구조가 적용된 다중 안테나 구조를 나타내는 도면으로, 4개의 동일한 데이터를 전송하는 송신안테나와 각각의 송신 데이터를 수신하는 4개의 수신안테나 구조를 적용하였다.
이때, d0는 Log-Distance 경로 손실 모델의 기준거리, d는 송신 안테나와 수신 안테나의 기준거리, da는 이동한 수신 안테나 위치를 나타낸다.
또한, 하기 [표 1]은 본 발명에 따른 SFN구조에서 송신 안테나와 수신 안테나 위치에 따른 거리 비율을 나타낸다.
Figure pat00005
본 발명에 따른 송신 안테나의 전력 손실은 Log-Distance 경로 손실 모델을 적용하는 것이 바람직하며, [수학식 5] 및 [수학식 6]을 통해 표현할 수 있다.
Figure pat00006
Figure pat00007
이때, PLf(d)는 자유 경로 손실, PLTx(r)은 Log-Distance 경로 손실을 나타내고, 여기서 Pt, Pr, Gt, Gr, λ, n은 각각 송신 전력, 수신 전력, 송신 안테나 이득, 수신 안테나 이득, 파장 그리고 경로 손실 지수를 나타낸다.
이처럼 지상파 SFN 구조에 있어서 송신 안테나가 수신 안테나에 가까울수록 수신 SNR이 커지고, 수신 안테나가 멀어질수록 SNR이 작아지는 특성이 있는데, 본 발명에 따른 상기 송신부(100)는 계층변조(Hierarchical Modulation) 기법을 적용함에 따라 낮은 수신 SNR 지역에서 최소한의 데이터 전송률을 보장하고, 높은 수신 SNR 지역에서는 최대의 데이터 수신율을 보장할 수 있는 것이다.
한편, [도 1]에서 상기 수신부(200)는 상기 송신부(100)에서 전송한 신호를 복조하는 역할을 하며, 본 발명에 따른 상기 수신부(200)는 동기화부(210), 보호구간분리부(220), 데이터분리부(230), N구간처리부(235), 채널처리부(240), 수신신호결합부(250), 보호구간제거부(260) 및 계층복조부(270)를 포함하며, 다음과 같은 방법으로 동작된다.
상기 동기화부(210)는 수신 안테나와 연결되어, 수신 신호를 동기화하는 역할을 하며, 동기화된 신호는 상기 데이터분리부(230)로 전달되어 데이터와 UW 구간이 분리되며, 보호구간분리부(220)를 통해 Q구간이 분리된다.
본 발명에 따른 수신 신호 y는 [수학식 7]과 같이 정의되며, [수학식 8]의 h는 채널 행렬, x는 송신신호, w는 백색부가잡음, ES는 Log-Distance 경로 손실 모델을 적용한 송신 전력 그리고 MF, MT는 송수신 안테나 개수이다.
Figure pat00008
Figure pat00009
본 발명에 있어서, 첫 번째 수신 신호를 y1이라 할 때, 송신신호는 같은 신호로 전송되기 때문에 채널을 [수학식 9]와 같이, h1 , h2, hMR형태로 치환할 수 있다.
Figure pat00010
다음으로, 상기 N구간처리부(235)를 이용하여, 상기 데이터분리부(230)에서 분리된 N구간을 복조하며, 상기 채널처리부(240)를 이용하여, 상기 보호구간분리부(220)에서 분리된 Q구간을 복조하게 된다.
본 발명에 따른 상기 채널처리부(240)는 Q구간복조부(241, 242), 채널추정부(243), Q구간채널보상부(244) 및 N구간채널보상부(245)를 포함하여, 수신된 UW는 주파수 영역에서 채널을 추정하고, 주파수 영역 등화기 블록에서 채널을 보상하게 된다.
상기 수신신호결합부(250)는 상기 채널처리부(240) 및 상기 N구간처리부(235)와 연결되어, 보상된 수신 신호들을 최대비 합성(MRC-Maximal Ratio Combining)을 하는 역할을 하며, 이러한 최대비 합성 기법을 통해 안테나 어레이 이득을 얻어 더욱 안정적인 데이터 수신율을 기대할 수 있는 것이다.
본 발명에 있어서, UW는 주파수 영역 등화기 관점에서 주파수 영역으로 변환하여 채널을 보상 및 최대비 합성 기법을 적용하는 방법은 다음 [수학식 10] 내지 [수학식 12]를 통해 나타낼 수 있다.
Figure pat00011
Figure pat00012
Figure pat00013
상기 보호구간제거부(260)는 상기 신호결합부(250)와 연결되어, 결합된 수신 신호를 보상하고, 보호구간(UW)을 제거하며, 상기 계층복조부(270)를 통해 계층 복조를 수행하여, HP 스트림(271)과 LP 스트림(273)을 복조하게 된다.
본 발명에 따른 계층 복조 과정은 p, q 그리고 α값을 이용하여 심벌의 결정 임계값이 정해진다.
본 발명에 따른 고선명 텔레비전의 지상파 수신을 위한 계층변복조 시스템의 성능을 시험하기 위해 다음과 같은 시뮬레이션 파라미터를 설계하였다.
먼저, Log-Distance 경로 손실을 모델링하기 위해 d0는 1km, d는 30km, da는 6km, 경로 손실 지수는 4, 그리고 4개의 송신 안테나 사이의 중심에서 수신 전력을 1로 적용하였으며, 송, 수신 안테나 자체 손실을 없다고 가정하였다. 그리고 64QAM 심벌사이의 최소거리와 비균일 256QAM 심벌사이의 최소거리 비를 2α값으로 적용하였고, [표 2]와 같이 채널은 브라질 채널 모델을 이용하여 구현하였다. 또한 성능을 평가하기 위해서 채널 추정 값은 알고 있는 채널 값으로 적용하였다. SC-FDE 데이터의 길이는 8K, UW의 CP의 길이는 108샘플, UW의 길이는 500샘플이다. UW 기반 SC-FDE 방식은 SFN에서 ATSC 방식의 5.38MHz 대역폭에서 동작하도록 설계하였다.
채널 구분 Path 1 Path 2 Path 3 Path 4 Path 5 Path 6
A Delay(usec) 0 0.15 2.22 3.05 5.85 5.93
Amplitude(dB) 0 -13.8 -16.2 -14.9 -13.6 -16.4
B Delay(usec) 0 0.3 3.5 4.4 9.5 12.7
Amplitude(dB) 0 -12 -4 -7 -15 -22
C Delay(usec) 0 0.089 0.419 1.506 2.323 2.799
Amplitude(dB) -2.8 0 -3.8 -0.1 -2.5 -1.3
D Delay(usec) 0.15 0.63 2.22 3.05 5.86 5.93
Amplitude(dB) -0.1 -3.8 -2.6 -1.3 0 -2.8
[도 5a] 내지 [도 5d]는 본 발명에 따른 고선명 텔레비전의 지상파 수신을 위한 계층변복조 시스템의 성능을 확인할 수 있는 그래프로, AWGN(Additive White Gaussian Noise) 환경에서 64QAM 및 256QAM의 BER 성능과 브라질 채널 A, B, C, 그리고 D에서 계층변조를 적용시킨 BER 성능을 비교한 그래프이다.
계층변조에서 HP 심벌사이의 최소거리와 비균일 256QAM 심벌사이의 최소거리의 비를 2α값으로 적용하였고, 다중 안테나 및 단일 안테나에서 성능을 비교하면, 채널 코딩을 제외한 SNR 15dB에서 BER 5% 기준으로 데이터 스트림이 복조된다고 했을 때, AWGN에서 64QAM과 256QAM은 만족시키지 못하며, 또한 단일 안테나 기반으로 계층변조를 적용했을 때도 마찬가지이다.
하지만 본 발명에 따른 SFN 구조에서 다중 안테나를 이용하여 계층변조를 적용했을 때는 모든 브라질 채널 A, B, C, 그리고 D에서 64QAM 복조가 SFN 범위 안의 어느 지역에서도 가능하다는 것을 확인할 수 있다.
또한, 수신 안테나가 송신 안테나에 가까워지면 실질적인 SNR이 증가하여 추가적인 SNR을 얻게 됨을 확인할 수 있다. 이는 SFN 범위 중심에서 수신 안테나가 하나의 송신 안테나에 약 12km정도 가까워지면 계층변조의 추가적인 데이터 스트림인 비균일 256QAM 복조가 가능함을 나타내는 것이다.
결론적으로 본 발명에 따른 SFN 구조에서 다중 안테나를 사용하면 어느 지역에서도 최소한의 데이터 스트림 수신이 가능하고, 수신 안테나가 하나의 송신 안테나 쪽으로 가까워지면 실질적인 SNR이 증가되어 추가적인 데이터 스트림 수신이 보장할 수 있어서 고품질 3D HDTV 방송 서비스를 제공할 수 있게 되는 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 단일 주파수 방송망 내에 SC-FDE 기반 지상파 3D HDTV 방송의 환경 적응적 데이터 수신율을 보장하기 위해 제안하는 SFN 구조에서 다중 수신 안테나를 적용한 계층변조시스템을 제공할 수 있으며, 이러한 본 발명에 따른 계층변조시스템을 통해, 수신 지역의 위치에 따라 보다 환경 적응적으로 데이터 수신율을 보장하고, 고품질의 지상파 3D HDTV 방송이 가능하도록 하는 효과를 누릴 수 있는 것이다.
더불어, 본 발명에 따른 고선명 텔레비전의 지상파 수신을 위한 계층변복조 시스템을 적용 시, SFN 내에 수신 안테나에 위치에 따라 전계강도가 높은 지역에는 고품질의 3D HDTV 방송 서비스를 제공할 수 있으며, 전계강도가 낮은 지역에는 최소한의 데이터 서비스를 보장하여 시청자의 QoS(Quality of Service)를 만족시킬 수 있는 효과를 누릴 수 있는 것이다.
이상 본 발명의 실시예로 설명하였으나 본 발명의 기술적 사상이 상기 실시예로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주에서 다양한 본 발명에 따른 고선명 텔레비전의 지상파 수신을 위한 계층변복조 시스템으로 구현할 수 있다.
1 : UW 및 CP 결합구간
3 : UW구간
5 : 데이터구간
10 : 프레임
100 : 송신부
110 : 계층변조부
120 : 변조신호결합부
130 : 보호구간합성부
140 : 보호구간제공부
200 : 수신부
210 : 동기화부
220 : 보호구간분리부
230 : 데이터분리부
235 : N구간처리부
240 : 채널처리부
250 : 수신신호결합부
260 : 보호구간제거부
270 : 계층복조부

Claims (9)

  1. 단일 주파수 망 내에서 단일 캐리어 주파수분할 다중 접속(SC-FDE : Single Carrier FDMA) 기반의 지상파 신호를 처리하는 송신부 및 수신부로 구성되되,
    상기 송신부는,
    송신신호를 계층 변조하는 계층변조부;
    채널 추정을 위한 보호구간인 UW(Unique Word)을 제공하는 보호구간제공부 및
    상기 계층변조부와 상기 보호구간삽입부와 연결되어, 상기 계층변조부에서 생성된 변조 신호에 보호구간 신호를 삽입하여, 프레임을 구성하는 보호구간합성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고선명 텔레비전의 지상파 수신을 위한 계층변복조 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 계층변조부는
    상위순위(HP-High Priority) 스트림인 기존 데이터 스트림과 하위순위(LP-Low Priority) 스트림인 부가 데이터 스트림을 하나의 데이터 스트림으로 변조하며,
    상기 상위순위 스트림은 64QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 스트림으로 변조하고, 상기 하위순위 스트림은 QPSK(Quadrature phase-shift keying)로 변조하는 것을 특징으로 하는 고선명 텔레비전의 지상파 수신을 위한 계층변복조 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 보호구간합성부는 상기 상위순위 스트림과 상기 하위순위 스트림의 변조 후, 결합된 변조 스트림은 비균일 256QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 스트림으로 결합시켜 전송하는 것을 특징으로 하는 고선명 텔레비전의 지상파 수신을 위한 계층변복조 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 프레임은
    상기 UW와 주기적 전치 부호(CP-Cyclic Prefix)를 결합한 성분과 또 다른 UW 성분을 추가하여 결합한 Q구간 및
    데이터 구간과 상기 Q구간이 결합된 N구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 고선명 텔레비전의 지상파 수신을 위한 계층변복조 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 수신부는,
    수신 안테나와 연결되어, 수신 신호를 동기화하는 동기화부;
    상기 동기화부와 연결되어, 데이터와 UW 구간을 분리하는 데이터분리부;
    상기 데이터분리부와 연결되며, Q구간에 대해 주파수 영역에서 채널을 추정하고, 주파수 영역 등화기 블록에서 채널을 보상하는 채널처리부 및
    상기 데이터분리부와 연결되어, N구간의 신호를 처리하는 N구간처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고선명 텔레비전의 지상파 수신을 위한 계층변복조 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 채널처리부 및 상기 N구간처리부와 연결되어, 보상된 수신 신호들을 최대비 합성(MRC-Maximal Ratio Combining)을 하는 수신신호결합부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고선명 텔레비전의 지상파 수신을 위한 계층변복조 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 신호결합부와 연결되어, 결합된 수신 신호를 보상하고, 보호구간을 제거하는 보호구간제거부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고선명 텔레비전의 지상파 수신을 위한 계층변복조 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 보호구간제어부와 연결되어, 수신신호를 계층 복조하여, 상위순위(HP-High Priority) 스트림인 기존 데이터 스트림과 하위순위(LP-Low Priority) 스트림인 부가 데이터 스트림으로 제공하는 계층복조부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고선명 텔레비전의 지상파 수신을 위한 계층변복조 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 송신부는
    송신 안테나의 전력 손실을 로그 거리(Log-distance) 손실 모델을 적용하며,
    상기 로그 거리 손실 모델은
    Figure pat00014

    Figure pat00015
    로 산출되며,
    이때, PLf(d)는 자유 경로 손실, PLTx(r)은 Log-Distance 경로 손실을 나타내고,
    Pt는 송신 전력, Pr는 수신 전력, Gt는 송신 안테나 이득, Gr수신 안테나 이득, λ는 파장, n은 경로 손실 지수인 것을 특징으로 하는 고선명 텔레비전의 지상파 수신을 위한 계층변복조 시스템.
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