KR20150062114A - 데이터 인코딩 방법, 및 이를 이용한 인코더 - Google Patents

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KR20150062114A
KR20150062114A KR1020140131835A KR20140131835A KR20150062114A KR 20150062114 A KR20150062114 A KR 20150062114A KR 1020140131835 A KR1020140131835 A KR 1020140131835A KR 20140131835 A KR20140131835 A KR 20140131835A KR 20150062114 A KR20150062114 A KR 20150062114A
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금오공과대학교 산학협력단
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    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M7/00—Conversion of a code where information is represented by a given sequence or number of digits to a code where the same, similar or subset of information is represented by a different sequence or number of digits
    • H03M7/02—Conversion to or from weighted codes, i.e. the weight given to a digit depending on the position of the digit within the block or code word

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 데이터 인코딩 방법은 이진 데이터를 N 개의 이진 비트 단위로 코드화하는 단계, 상기 코드화된 이진 데이터를 K 개의 M(M은 2 이상의 정수) 진 신호요소 단위로 코드화된 K 차원 M 진 심벌에 매핑시키는 단계 및 상기 매핑된 K 차원 M 진 심벌에 해당하는 K 차원 M 진 신호를 출력하는 단계를 포함하며, 상기 K는 상기 M에 따라 미리 정해지는 정수이고, 상기 N은 Klog2M 보다 크지 않은 최대의 정수이다.

Description

데이터 인코딩 방법, 및 이를 이용한 인코더{A METHOD FOR ENCODING DATA, AND A ENCODER USING THE SAME}
본 발명의 개념에 따른 실시예는 데이터 인코딩 방법, 및 이를 이용한 인코더에 관한 것으로, 보다 상세하게는 높은 전송 효율과 품질로 데이터 전송이 가능한 데이터 인코딩 방법, 및 이를 이용한 인코더에 관한 것이다.
M 진(M-ary) 신호 변조 기술은 N(N>0인 정수) 비트의 2 진 데이터를 M 개의 신호 요소 값 중 하나에 매핑(mapping)하여 전송하는 기술을 말한다. 예컨대, 2개 비트의 2 진 데이터(00,01,10,11)가 4개의 신호 요소(-2V, -1V, +1V, +2V)를 갖는 M 진 신호에 매핑되어 전송될 수 있다. 이 경우, M 진 신호는 2 진 데이터에 비해 2배의 전송 속도 내지 전송 효율을 가질 수 있다.
이때, M은 M=2N 을 만족하여야 하며 이는 설계의 자유도를 떨어뜨린다. 즉, 신호가 전송되는 채널의 상태에 따라 M의 결정이 자유로울수록 전송 효율의 큰 변화없이 효율적인 신호 전송이 가능하나, 일반적인 M 진 신호 변조 기술에 따르면 M=2N 를 만족하는 범위에서 M이 선택되어야 한다. 따라서, 보다 효율적인 신호 전송이 가능한 M 진 신호 변조 기술이 요구된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 채널의 상태에 따라 크게 전송 효율이 저하되지 않는 M 진 신호 변조 기술을 이용한 데이터 인코딩 방법, 및 이를 이용한 인코더를 제공함에 있다.
본 발명의 실시예에 따른 데이터 인코딩 방법은 이진 데이터를 N 개의 이진 비트 단위로 코드화하는 단계, 상기 코드화된 이진 데이터를 K 개의 M(M은 2 이상의 정수) 진 신호요소 단위로 코드화된 K 차원 M 진 심벌에 매핑시키는 단계 및 상기 매핑된 K 차원 M 진 심벌에 해당하는 K 차원 M 진 신호를 출력하는 단계를 포함하며, 상기 K는 상기 M에 따라 미리 정해지는 정수이고, 상기 N은 Klog2M 보다 크지 않은 최대의 정수이다.
실시예에 따라 상기 코드화된 이진 데이터가 매핑되지 않는 K 차원 M 진 심벌을 동기 신호에 매핑시키는 단계를 더 포함한다.
실시예에 따라 상기 K 차원 M 진 신호는 K 차원 M 진 PAM(Pulse Amplitude Modulation) 신호, K 차원 M 진 ASK(Amplitude Shift Keying) 신호, K 차원 M 진 FSK(Frequency Shift Keying) 신호, K 차원 M 진 PSK(Phase Shift Keying) 신호, 또는 K 차원 M 진 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 신호이고, 상기 동기 신호에 매핑된 상기 K 차원 M 진 심벌에 해당하는 상기 K 차원 M 진 신호는 직류 성분이 존재하지 않는 신호이다.
실시예에 따라 상기 M은 채널에서 요구되는 오류율을 만족하면서 상기 채널의 비트 당 평균 신호대 잡음비를 최대로 하는 정수이다.
실시예에 따라 상기 M은 채널의 오류율과 비트 당 평균 신호대 잡음비에 따라 결정되는 정수이다.
실시예에 따라 상기 M은 2의 지수승이 아니다.
실시예에 따라 상기 K는 상기 K 차원 M 진 신호의 신호 요소당 전송 가능한 이진 비트 수인 전송효율과 연산 복잡도에 따라 미리 결정된다.
본 발명의 실시예에 따른 인코더는 이진 데이터를 N 개의 이진 비트 단위로 코드화하는 코드화 유닛, 상기 코드화된 이진 데이터를 K 개의 M(M은 2 이상의 정수) 진 신호요소 단위로 코드화된 K 차원 M 진 심벌에 매핑시키고, 상기 매핑된 K 차원 M 진 심벌에 해당하는 K 차원 M 진 신호를 출력하는 K 차원 M 진 변조기를 포함하며, 상기 K는 상기 M에 따라 미리 정해지는 정수이고, 상기 N은 Klog2M 보다 크지 않은 최대의 정수이다.
실시예에 따라 상기 K 차원 M 진 변조기는 상기 코드화된 이진 데이터가 매핑되지 않는 K 차원 M 진 심벌을 동기 신호에 매핑시킨다.
실시예에 따라 상기 K 차원 M 진 신호는 K 차원 M 진 PAM(Pulse Amplitude Modulation) 신호, K 차원 M 진 ASK(Amplitude Shift Keying) 신호, K 차원 M 진 FSK(Frequency Shift Keying) 신호, K 차원 M 진 PSK(Phase Shift Keying) 신호, 또는 K 차원 M 진 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 신호이고, 상기 동기 신호에 매핑된 상기 K 차원 M 진 심벌에 해당하는 상기 K 차원 M 진 신호는 직류 성분이 존재하지 않는 신호이다.
실시예에 따라 상기 M은 채널에서 요구되는 오류율을 만족하면서 상기 채널의 비트 당 평균 신호대 잡음비를 최대로 하는 정수이다.
실시예에 따라 상기 M은 채널의 오류율과 비트 당 평균 신호대 잡음비에 따라 결정되는 정수이다.
실시예에 따라 상기 M은 2의 지수승이 아니다.
실시예에 따라 상기 K는 상기 K 차원 M 진 신호의 신호 요소당 전송 가능한 이진 비트 수인 전송효율과 연산 복잡도에 따라 미리 결정된다.
본 발명의 실시예에 따른 데이터 인코딩 방법, 및 이를 이용한 인코더에 의하면, 채널의 상태와 신호대 잡음비에 따라 자유롭게 M이 선택될 수 있는 M 진 신호를 이용한 데이터 인코딩을 통해 높은 전송 효율을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인코더를 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 이진 데이터의 일 실시예를 나타내는 타이밍도이다.
도 3은 도 1에 도시된 이진 심벌의 일 실시예를 나타내는 타이밍도이다.
도 4는 도 1에 도시된 이진 심벌과 K 차원 M 진 심벌의 성상도의 일 실시예이다.
도 5는 도 1에 도시된 K 차원 M 진 신호의 일 실시예를 나타내는 타이밍도이다.
도 6은 K 차원 M 진 신호의 하나의 신호 요소가 보낼 수 있는 비트 수를 이용해 K를 결정하기 위한 방법을 설명하기 위한 표이다.
도 7은 특정 채널 상황에서 적절한 K 차원 M 진 신호를 결정하는 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 8은 도 1에 도시된 인코더의 데이터 인코딩 방법을 나타내는 흐름도이다.
본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인코더를 나타내는 블록도이다. 도 2는 도 1에 도시된 이진 데이터의 일 실시예를 나타내는 타이밍도이다. 도 3은 도 1에 도시된 이진 심벌의 일 실시예를 나타내는 타이밍도이다. 도 4는 도 1에 도시된 이진 심벌과 K 차원 M 진 심벌의 성상도의 일 실시예이다. 도 5는 도 1에 도시된 K 차원 M 진 신호의 일 실시예를 나타내는 타이밍도이다. 도 6은 K 차원 M 진 신호의 하나의 신호 요소가 보낼 수 있는 비트 수를 이용해 K를 결정하기 위한 방법을 설명하기 위한 표이다. 도 7은 특정 채널 상황에서 적절한 K 차원 M 진 신호를 결정하는 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 인코더(10)는 호스트(host, 미도시)로부터 이진 데이터(DATA)를 입력 받아 이진 데이터(DATA)에 대해 인코딩(encording)을 수행하여 인코딩된 데이터(E_DATA)를 채널(channel, 미도시)로 출력할 수 있다.
호스트(미도시)는 스트림(stream) 형태의 복수의 2 진 비트를 포함하는 이진 데이터(DATA)와 클럭 신호(CLK)를 인코더(10)로 전송할 수 있다. 예컨대, 호스트(미도시)는 CPU(Central Processing Unit), 메모리 장치(memory device) 또는 다양한 논리 회로로 구현될 수 있다.
채널(미도시)은 데이터가 전송되는 경로를 의미하며, 데이터를 필요로 하는 수신 측에 데이터를 제공할 수 있다.
인코더(10)는 스마트폰(smart phone), 이동 전화기(cellular phone), PDA(personal digital assistant) 등의 유선 및/또는 무선 통신 장치의 일부로 구현될 수 있다. 인코더(10)는 스트림 형태의 이진 데이터(DATA)를 그대로 채널(미도시)에 전송할 경우 빠른 전송 속도를 기대할 수 없고, 채널(미도시)의 노이즈(noise)에 취약할 수 있으므로 이진 데이터(DATA)에 대해 인코딩을 수행할 수 있다.
인코더(10)는 PAM(Pulse Amplitude Modulation), ASK(Amplitude Shift Keying), FSK(Frequency Shift Keying), PSK(Phase Shift Keying), 또는 QAM (Quadrature Amplitude Modulation)과 같이 이들이 혼합된 방식으로 변조된 인코딩된 데이터(E_DATA)를 생성할 수 있다.
인코더(10)의 구체적인 구성에 대한 설명에 앞서, 본 명세서에서 설명되는 용어들에 대해 정의하고자 한다.
비트(bit)란 이진 데이터를 나타내는 기본 단위이며, 비트를 전달하는 속도를 전송률라고 하며 단위는 bits/s를 사용한다. 신호요소란 기저대역 전송에서 일정한 진폭의 전압 펄스를 말하며, 아날로그 변조에서는 일정한 주파수, 위상, 또는 진폭을 갖는 신호펄스를 말한다. 하나의 신호요소는 한 개 이상의 비트를 의미할 수 있다. 즉, PAM-4에서는 하나의 신호요소가 4 개의 전압 레벨로 표현되므로, 2 비트를 의미한다.
변조율(modulation rate)은 신호요소의 전이(transition) 속도로서 대역폭(bandwidth)과 가장 밀접한 관계가 있고, 변조율의 단위는 baud이다.
심벌(symbol)은 의미 있는 비트의 집합과 더 큰 의미로 의미 있는 신호요소의 집합을 의미할 수 있다.
인코더(10)는 코드화 유닛(coding unit, 100), N 분주기(N-frequency divider, 110), K 차원 M 진 변조기(K-dimensional M-ary modulator, 120), 및 K 체배기(K-frequency multiplier, 130)를 포함할 수 있다.
코드화 유닛(100)은 호스트(미도시)로부터 이진 데이터(DATA)를 수신하여 분주 클럭 신호(CLK_D)에 따라 이진 데이터(DATA)를 N 개의 이진 비트 단위로 코드화할 수 있다. 상기 N은 정수이다.
즉, 코드화 유닛(100)은 클럭 신호(CLK)에 동기화되어 스트림 형태로 연속적으로 입력되는 이진 데이터(DATA)를 래치(latch)하여 N 개의 이진 비트 단위로 코드화된 이진 심벌(C_DATA)을 분주 클럭 신호(CLK_D)에 동기화시켜 출력할 수 있다.
예컨대, 도 2에서와 같은 이진 데이터(DATA)가 코드화 유닛(100)으로 입력되는 경우 이진 데이터(DATA)는 클럭 신호(CLK)에 동기화되어 연속적으로 입력되는 신호이다. 클럭 신호(CLK)의 한 주기에 대응하는 이진 데이터(DATA)는 하나의 비트를 의미한다. 이진 데이터(DATA)가 하이 레벨(HL)과 로우 레벨(LL)일 때 이진 데이터(DATA)는 각각 1과 0의 비트 값을 가진다.
N이 3이라 할 때, 코드화 유닛(100)은 순차적으로 입력되는 3 개의 비트를 일시적으로 저장하고 클럭 신호(CLK)의 주파수의 1/3배에 해당하는 주파수를 갖는 분주 클럭 신호(CLK_D)에 동기화하여 저장된 3 개의 비트를 이진 심벌(C_DATA)로서 출력할 수 있다.
즉, 도 3에서와 같이 코드화 유닛(100)은 순차적으로 입력되는 3개의 비트인 000을 일시적으로 저장하고 분주 클럭 신호(CLK_D)의 하강 에지에서 000을 이진 심벌(C_DATA)로서 출력할 수 있다. 또한, 이후 입력되는 3개의 비트인 100을 일시적으로 저장하고 분주 클럭 신호(CLK_D)의 하강 에지에서 100을 이진 심벌(C_DATA)로서 출력할 수 있다.
N 분주기(110)는 클럭 신호(CLK)를 입력받아 클럭 신호(CLK)의 주파수의 1/N배(예컨대, 도 3에서 1/3배)에 해당하는 주파수를 갖는 분주 클럭 신호(CLK_D)를 생성하여 코드화 유닛(100)과 K 체배기(130)에 공급할 수 있다.
K 차원 M 진 변조기(120)는 코드화된 이진 데이터인 이진 심벌(C_DATA)을 K 개의 M 진 신호요소 단위로 코드화된 K 차원 M 진 심벌에 매핑시키고, 상기 매핑된 K 차원 M 진 심벌에 해당하는 K 차원 M 진 신호(E_DATA)를 출력할 수 있다. 또한, K 차원 M 진 변조기(120)는 이진 심벌(C_DATA)이 매핑되지 않는 K 차원 M 진 심벌을 동기 신호에 매핑시킬 수 있다.
K 체배기(130)는 분주 클럭 신호(CLK_D)를 입력받아 분주 클럭 신호(CLK_D)의 주파수의 K 배(예컨대, 도 5에서는 2 배)에 해당하는 주파수를 갖는 체배 클럭 신호(CLK_M)를 생성하여 K 차원 M 진 변조기(120)에 공급할 수 있다.
도 4에는 이진 심벌(C_DATA)과 K 차원 M 진 심벌의 성상도(constellation)의 일 실시예가 도시되어 있다. 도 3과 같이 이진 심벌(C_DATA) 하나가 3개의 비트를 포함하는 경우 이진 심벌(C_DATA)은 (x0,x1,x2)로 표현될 수 있고, 이진 심벌(C_DATA)이 가질 수 있는 경우의 수는 23=8 개가 된다. 2 차원 3 진 심벌은 각각이 3개의 데이터 값(-A,0,A)을 표현할 수 있는 2개의 신호 요소를 포함하며, (y0,y1)로 표현될 수 있다. 각각이 2개의 데이터 값(0 또는 1)을 표현할 수 있는 3개의 비트를 포함하는 이진 심벌(C_DATA)은 3 차원 2 진 심벌에 해당할 수 있다. 이진 심벌(x0,x1,x2) 각각은 2 차원으로 배열된 2 차원 3 진 심벌에 대응하는 심벌(y0,y1)에 매핑될 수 있다.
즉, 2 차원 3 진 심벌은 32=9의 경우의 수를 가지므로, 8개의 경우의 수를 가지는 이진 심벌(C_DATA)이 매핑될 수 있다. 예컨대, 이진 심벌(C_DATA)의 (0,0,0)은 2 차원 3 진 심벌의 (-A,-A)에 매핑되고, (1,1,1)은 (0,+A)에 매핑될 수 있다.
도 4에서는 가까운 거리에 있는 2 차원 3 진 심벌 간에 이진 심벌(C_DATA)의 데이터 값의 차이를 가급적 작게 하는 형태로 매핑되어 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.
K 차원 M 진 변조기(120)는 이진 심벌(C_DATA)이 매핑되지 않는 2 차원 3 진 심벌인 (+A,-A)를 동기 신호에 매핑시킬 수 있다. 상기 동기 신호는 K 차원 M 진 심벌에 해당하는 K 차원 M 진 신호인 인코딩된 데이터(E_DATA)를 수신 측에서 정확하게 인식하기 위해 필요한 신호이다. 예컨대, 2 차원 3 진 심벌에 해당하는 2 차원 3 진 신호에 포함된 하나의 심벌은 2개의 3 진 신호 요소로 구성되는바, 첫번째 3진 신호 요소가 두번째 3진 신호 요소로 또는 두번째 3진 신호 요소가 첫번째 3진 신호 요소로 잘못 인식되는 경우를 막기 위해 동기 신호가 필요할 수 있다. 즉, 2 차원 3 진 신호가 연속되는 (-A,0)의 심벌과 (-A,+A)의 심벌에 해당할 경우 (-A,0)의 심벌의 0과 (-A,+A)의 심벌의 -A를 하나의 (0,-A)의 심벌로 인식하는 것을 막기 위함이다.
K 차원 M 진 심벌에 해당하는 K 차원 M 진 신호는 K 차원 M 진 PAM 신호, K 차원 M 진 ASK 신호, K 차원 M 진 FSK 신호, K 차원 M 진 PSK 신호, 또는 K 차원 M 진 QAM 신호일 수 있다. 즉, K 차원 M 진 신호는 M 진으로 표현될 수 있는 모든 형태의 신호들을 포함한다. 만일 K 차원 M 진 심벌에 해당하는 K 차원 M 진 신호가 K 차원 M 진 PAM 신호인 경우, 즉, K 차원 M 진 신호의 K 차원 M 진 심벌들이 진폭의 변화로 표현될 경우, 동기 신호에 매핑된 K 차원 M 진 심벌에 해당하는 K 차원 M 진 신호는 직류 성분이 존재하지 않는 신호일 수 있다. 이는 직류 성분을 갖지 않는 신호가 임의의 채널에 대한 투과성이 좋으므로 신호의 무결성에 직접적으로 관련있는 동기 신호는 직류 성분을 갖지 않는 신호일 것이 요구될 수 있다.
예컨대, 도 4에서 동기 신호에 매핑되는 (+A,-A)에 해당하는 2 차원 3 진 PAM 신호는 +A와 -A의 전압 레벨을 순차적으로 가지므로 하나의 심벌에 해당하는 2 차원 3 진 PAM 신호는 시간에 따라 적분한 결과로 0의 직류 성분을 가질 수 있다.
실시예에 따라 K 차원 M 진 변조기(120)는 인코더(10)의 내부 또는 외부의 컨트롤 로직(미도시)의 제어에 따라 일정한 수의 심벌마다 동기 신호를 삽입할 수 있다.
K 차원 M 진 변조기(120)는 분주 클럭 신호(CLK_D)의 주파수의 K배에 해당하는 주파수를 갖는 체배 클럭 신호(CLK_M)에 동기화하여 이진 심벌(C_DATA)에 매핑된 K 차원 M 진 심벌에 해당하는 K 차원 M 진 신호 즉, 인코딩된 데이터(E_DATA)를 출력할 수 있다.
도 5에서는 도 3에 도시된 이진 심벌(C_DATA)이 도 4에 도시된 성상도에 따라 매핑된 2 차원 3 진 심벌에 해당하는 K 차원 M 진 신호(E_DATA)가 도시되어 있으며, K 차원 M 진 신호(E_DATA)는 2 차원 3 진 PAM 신호인 경우에 해당한다.
예컨대, 이진 심벌인 (0,0,0)이 상기 성상도에서 (-A,-A)에 매핑되므로 (-A,-A)에 해당하는 2 차원 3 진 신호(E_DATA)가 출력될 수 있다. 이후, 이진 심벌인 (1,0,0)이 상기 성상도에서 (-A,0)에 매핑되므로 (-A,0)에 해당하는 2 차원 3 진 신호(E_DATA)가 출력될 수 있다. A는 임의의 양수일 수 있다.
2 차원 3 진 신호(E_DATA)는 하나의 심벌이 심벌 시간(Tc) 동안 출력되며, 하나의 심벌은 2개의 신호 요소로 이루어지므로 신호 요소 시간(Ts)은 심벌 시간(Tc)의 1/2배에 해당한다.
K 차원 M 진 신호(E_DATA)의 하나의 심벌당 전송되는 이진 데이터(DATA)의 비트 수는 다음의 수학식 1과 같다.
Figure pat00001
[P]는 P보다 크지 않은 최대의 정수를 의미하며, 따라서 N은 Klog2M 보다 크지 않은 최대의 정수를 의미한다. 예컨대, 2 차원 3 진 신호의 경우 2log23=3.169925 이므로 N은 3이 된다. 즉, 2 차원 3 진 신호가 하나의 심벌당 전송할 수 있는 이진 데이터(DATA)의 비트 수는 3개이며, 이는 도 2 내지 도 5에서 설명한 바와 일치한다.
K 차원 M 진 신호(E_DATA)의 하나의 신호 요소당 전송되는 이진 데이터(DATA)의 비트 수는 다음의 수학식 2와 같다.
Figure pat00002
이는 K 차원 M 진 신호(E_DATA)의 하나의 심벌은 K 개의 신호 요소를 포함하기 때문이다. 예컨대, 2 차원 3 진 신호가 하나의 심벌은 2 개의 신호 요소를 포함하므로 하나의 신호 요소당 전송할 수 있는 이진 데이터(DATA)의 비트 수는 3/2=1.5 개이다.
도 6에는 M이 2에서 8의 정수 값을 갖는 경우 각 K에서 r(M,K) 의 변화를 나타낸 표가 도시되어 있다. M은 도 7과 관련해 후술하는 바와 같이 오류율과 신호대 잡음비에 따라 결정되는 정수이다. M이 결정된 경우 K 가 결정되어야 수학식 1에 의해 N이 결정됨으로써 인코더(10)의 변조 방식이 결정될 수 있다.
K 차원 M 진 신호(E_DATA)의 하나의 신호 요소당 전송되는 이진 데이터(DATA)의 비트 수 r(M,K)는 수학식 2에 의해 결정되며 동일한 M에서 대체적으로 K가 증가할수록 r(M,K)는 증가하게 된다. 특히, K가 무한대로 커지게 되면 r(M,K)는 log2M에 수렴하는 특징을 갖는다.
K가 증가할수록 r(M,K)는 증가하므로 전송 효율은 좋아질 수 있으나, K 차원 M 진 변조기(120)가 수행하여야 하는 연산이 복잡해질 수 있고 동기가 맞지 않을 경우 수신 측이 잘못된 데이터로 인식할 수 있는 가능성이 높아지게 된다.
따라서, 되도록 K 가 크지 않으면서 log2M과 차이가 크지 않게 되는 K를 적절하게 선택할 필요가 있다.
도 6에서 음영으로 처리된 부분이 각각의 M에서 적절한 것으로 결정된 K가 나타나 있다. 예컨대, M이 3일 때 K가 2인 경우, r(M,K)는 1.500이고 K 가 증가할수록 r(M,K)가 증가하게 되나 K가 무한대일 때의 1.585와 크게 차이가 나지 않는바 K는 2로 결정될 수 있다.
또한, M이 5일 때 K가 2 또는 3인 경우, r(M,K)는 2.000이므로 K가 1일 때와 차이가 없으므로 K=4를 살펴보면 r(M,K)는 2.250이며 K 가 증가할수록 r(M,K)가 증가하게 되나 K가 무한대일 때의 2.322와 크게 차이가 나지 않는바 K는 4로 결정될 수 있다.
M이 7일 때 K가 2, 3 또는 4인 경우보다 5일 때, r(M,K)는 2.800으로 가장 높으며 K 가 5 정도라면 K 차원 M 진 변조기(120)가 수행하여야 하는 연산의 복잡도가 그리 높지 않다고 판단할 수 있다. 또한, K가 증가할수록 r(M,K)가 증가하게 되나 K가 무한대일 때의 2.807과 크게 차이가 나지 않는바 K는 5로 결정될 수 있다.
이와 같이 각각의 M에서 전송 효율, 연산의 복잡도, 및 수신 측이 잘못된 데이터로 인식할 수 있는 가능성 등을 고려하여 K가 미리 결정될 수 있다. 미리 결정된 K는 인코더(10)의 내부 또는 외부의 컨트롤 로직(미도시)이 M에 따라 정해진 K를 기초로 인코더(10)를 제어할 수 있다. 도 6의 표에서 결정되는 K는 하나의 예시에 불과하며, 실시예에 따라 동일한 M에서 다른 K로 결정될 수 있다.
또한, M이 2, 4, 8일 때는 M=2N을 만족하므로 K와 무관하게 r(M,K)가 일정함을 알 수 있으며, 이 경우 연산이 가장 복잡하지 않도록 K=1로 결정될 수 있다.
K 차원 M 진 PAM 신호(E_DATA)의 오류율 P(M,K)은 하나의 신호 요소에서 오류가 발생할 확률이며, 다음의 수학식 3에 의해 근사화될 수 있다.
Figure pat00003
여기서, erfc(x) 함수는 여오차함수로서 가우스 오차 함수(error fuction)인 erf(x)와 erfc(x)=1-erf(x)의 관계를 갖는다. γb는 비트 당 평균 신호대 잡음비로서, M 개의 전압 레벨을 등 간격으로 배치한 PAM 신호에서 신호 요소 당 평균 신호대 잡음비를 의미하는 γav로부터 다음의 수학식 4에 의해 계산될 수 있다.
Figure pat00004
K 차원 M 진 신호(E_DATA)의 오류율 P(M,K)은 K 차원 M 진 신호(E_DATA)의 성능과 관련되어 있으며 이진 데이터(DATA)의 종류에 따라 요구되는 오류율은 달라질 수 있다. 예컨대, 이진 데이터(DATA)가 전화기의 음성 신호에 해당할 경우와 문서 파일을 구성하는 코드일 경우보다 정확성이 요구되는 이진 데이터(DATA)인 문서 파일을 구성하는 코드일 때 요구되는 오류율이 낮아질 수 있다.
도 7에서는 M과 K가 도 6에서 정해진 바와 같이 각각 (2,1), (3,2), (4,1), (5,4), (6,2), (7,5), (8,1)일 때 오류율에 따른 비트 당 평균 신호대 잡음비(SNR/bit)가 도시되어 있다.
만일 특정 채널에서 비트 당 평균 신호대 잡음비가 17dB이고 요구되는 오류율이 1.0E-05 이하를 만족해야 한다고 가정한다. 이 경우 도 7에서 볼 수 있듯이 M=8을 선택할 수 없다. 그 이유는 M=8일 때는 비트 당 평균 신호대 잡음비가 18.5dB 정도 되어야 오류율 1.0E-05를 보장할 수 있기 때문이다. 이 때, 일반적인 M 진 신호 변조 기술에 따르면 M=2N 을 만족하여야 하므로 비트당 평균 신호대 잡음비가 13.8dB에서도 해당 오류율을 만족하는 M=4를 선택하여야 하며 신호 요소 당 전송할 수 있는 비트 수 r(M,K)는 2가 된다.
그러나 본 발명의 실시예에 따른 인코더(10)에 의하면, M=2N 를 만족하지 않아도 되는 M=6을 선택하여 2 차원 6 진 신호를 이용할 수 있다. 이 때, 비트 당 평균 신호대 잡음비는 약 16.5dB에서 해당 오류율을 만족하며, 신호 요소 당 전송할 수 있는 비트 수 r(M,K)는 2.5가 되므로 전송 효율이 25% 증가된다.
즉 본 발명의 실시예에 따른 인코더(10)에 의하면, 채널의 상황에 따라 자유롭게 M이 선택될 수 있는 M 진 신호를 이용하여 주어진 신호대 잡음비에 따라 높은 전송 효율을 확보할 수 있다.
도 8은 도 1에 도시된 인코더의 데이터 인코딩 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 1 및 도 8을 참조하면, 코드화 유닛(100)은 호스트(미도시)로부터 이진 데이터(DATA)를 수신하여 분주 클럭 신호(CLK_D)에 따라 이진 데이터(DATA)를 N 개의 이진 비트 단위로 코드화할 수 있다(S800).
K 차원 M 진 변조기(120)는 코드화된 이진 데이터인 이진 심벌(C_DATA)을 K 개의 M 진 신호요소 단위로 코드화된 K 차원 M 진 심벌에 매핑시킬 수 있다(S810).
K 차원 M 진 변조기(120)는 이진 심벌(C_DATA)이 매핑되지 않는 K 차원 M 진 심벌을 동기 신호에 매핑시킬 수 있다(S820).
K 차원 M 진 변조기(120)는 상기 매핑된 K 차원 M 진 심벌에 해당하는 K 차원 M 진 신호(E_DATA)를 출력할 수 있다.
K 체배기(130)는 분주 클럭 신호(CLK_D)를 입력받아 분주 클럭 신호(CLK_D)의 주파수의 K배에 해당하는 주파수를 갖는 체배 클럭 신호(CLK_M)를 생성하여 K 차원 M 진 변조기(120)에 공급할 수 있다(S830).
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 본 발명에 따른 객체 정보 추정 방법을 수행하기 위한 프로그램 코드는 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 전송될 수도 있다.
또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
인코더(10)
코드화 유닛(100)
N 분주기(110)
K 차원 M 진 변조기(120)
K 체배기(130)

Claims (7)

  1. 이진 데이터를 N 개의 이진 비트 단위로 코드화하는 코드화 유닛;
    상기 코드화된 이진 데이터를 K 개의 M(M은 2 이상의 정수) 진 신호요소 단위로 코드화된 K 신호요소 M 진 심벌에 매핑시키고, 상기 매핑된 K 신호요소 M 진 심벌에 해당하는 K 신호요소 M 진 신호를 출력하는 K 차원 M 진 변조기를 포함하며,
    상기 K는 상기 M에 따라 미리 정해지는 정수이고,
    상기 N은 Klog2M 보다 크지 않은 최대의 정수인 인코더.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 K 차원 M 진 변조기는
    상기 코드화된 이진 데이터가 매핑되지 않는 K 신호요소 M 진 심벌을 동기 신호에 매핑시키는 인코더.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 K 신호요소 M 진 신호는 K 신호요소 M 진 PAM(Pulse Amplitude Modulation) 신호, K 신호요소 M 진 ASK(Amplitude Shift Keying) 신호, K 신호요소 M 진 FSK(Frequency Shift Keying) 신호, K 신호요소 M 진 PSK(Phase Shift Keying) 신호, 또는 K 신호요소 M 진 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 신호이고,
    상기 동기 신호에 매핑된 상기 K 신호요소 M 진 심벌에 해당하는 상기 K 신호요소 M 진 신호는 직류 성분이 존재하지 않는 신호인 인코더.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 M은 채널에서 요구되는 오류율을 만족하면서 상기 채널의 비트 당 평균 신호대 잡음비를 최대로 하는 정수이고,
    상기 오류율은 상기 K에 따라 결정되는 인코더.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 M은 채널의 오류율과 비트 당 평균 신호대 잡음비에 따라 결정되고,
    상기 오류율은 상기 K에 따라 결정되는 인코더.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 M은 2의 지수승이 아닌 인코더.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 K는 상기 K 신호요소 M 진 신호의 신호 요소당 전송 가능한 이진 비트 수인 전송효율과 연산 복잡도에 따라 미리 결정되는 인코더.
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