KR950014380B1 - 여러종류의 에러보호를 갖은 코드 변조 장치 및 그 방법 - Google Patents

여러종류의 에러보호를 갖은 코드 변조 장치 및 그 방법 Download PDF

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KR950014380B1
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1995년11월25일
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아메리칸 텔리폰 앤드 텔레그라프 캄파니
로널드 디. 슬루스키
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Abstract

내용 없음.

Description

여러종류의 에러보호를 갖은 코드 변조 장치 및 그 방법
제1도는 본 발명의 원리를 구현한 송신기의 블록도.
제2도는 제1도의 송신기에서 전송된 전송신호를 수신하는 수신기의 블록도.
제3도는 종래의 신호 배치도.
제4도는 제1도의 송신기에 사용되는 신호배치도.
제5도는 제4도의 배치도에 대한 비트할당 방법을 보이는 배치도.
제6도는 제1도의 송신기에 사용될 수 있는 격자형 엔코더의 일례를 보이는 블록도.
제7도는 여기서 재시된 여러 실시예들의 성능을 비교한 비교표.
제8도는 제1도의 송신기에 사용될 수 있는 다른 신호배치도.
제9도 내지 제11도는 함께 제1도의 송신기에 사용될 수 있는 다른 형식의 격자형 엔코더를 보이는 도면들.
제12도는 제1도의 송신기에 사용될 수 있는 다른 신호배치도.
제13도는 제1도의 송신기에 사용될 수 있는 다른 형식의 격자형 엔코더를 보이는 블록도.
제14도는 제1도의 송신기에 사용될 수 있는 또다른 신호배치도.
제15도는 제1도의 송신기의 체널 엔코더 중의 하나에 임펄스 잡음 면역성을 보강하기 위해 추가될 수 있는 비트 삽입기의 블록도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
101 : 화상신호원(video signal source)
104 : 신호원 엔코더(source encoder)
114,115 : 체널 엔코더(channel encoder)
131 : 배치 매핑기(conslellation mapper)
본 발명은 디지탈 데이타의 전송에 관한 것으로, 특히 화상신호를 표시하는 디지탈 데이타의 전송에 관한것이다.
어떤형태의 디지탈 전송이 일반적으로 고해상도 텔레비젼(HDTV)로 불리는 차제대 탤레비젼(TV)에 필요하리라는 것은 일반적으로 공감되고 있다. 이러한 요구는 주로 아날로그 신호처리보다 디지탈 신호처리가더 강력한 화상 압축방법으로 사용될 수 있기 때문이다. 그러나 디지탈 전송은 여러 수신위치에서 신호 대잡음비(SNR)의 작은 변화에도 민감하기 때문에 완전 디지탈 전송시스템으로의 이행에는 우리가 있어 왔다.
"임계효과(thershold effect)"라 불리는 이런 현상은 TV 방속국으로부터 각각 50 및 63마일에 위치하는두 TV 수상기의 경우를 고려하여 설명될 수 있다. 방송신호의 제기는 대략 거리의 제곱에 반비례하므로 두 TV 수상기에서 수신된 신호제기의 차이는 약 2dB이라는 것을 용이하게 알 수 있다. 디지탈 전송방법이사용되고 50마일 거리의 수상기로의 전송이 10-6의 비트 오류율을 나타낸다고 가정한다. 다른 수상기에서의 2dB의 추가적 신호손실이 그 수상기의 입력단에서 2dB의 SNR 감소로 환산된다면, 이 수상기는 약 10-4의비트 오류율로 동작될 것이다. 이러한 종류의 비트 오류율에 의해, 50마일 거리의 TV 수상기는 메우 양호한 수신이 이뤄지나, 다른 TV 수상기의 수신은 매우 불량해질 것이다. 이러한 단거리에서의 급격한 성능저하(격변)은 방송산업에서는 받아들일 수 없는 것으로 간주된다(이에 비해 현재 사용되는 아날로그 TV전송방법에서의 성능 저하는 횔씬 더 완만하다).
따라서 이러한 문제점을 극복하여 TV 분야에 이용될 수 있는 디지탈 전송방법이 필요하다. 다른 디지탈전송환경에서 사용되는 해결책들로는 a) 케이블식 전송 시스템에서의 재생중계기의 사용이나, 또는 b) 음성대역 데이타 분야에서의 폴백(faI1-back)데이타 전송속도 또는 개선된 전화선의 사용들을 들 수 있는데, 이들은 TV의 자유공간 방송환경에서는 전혀 적용될 수 없다.
디지탈 TV 신호의 공중(over-the-air)방송을 위한 표준 디지탈 전송의 약점을 극복하는 유효한 기술은 본 출원인의 피고용자에 의해 개발되었는데, 이것은 특정한 형식의 신호원 코딩 단계와 이에 이은 특정한형식의 채널 매핑(channel mapping) 단계를 포함한다. 더 상세히 설명하면, 신호원 코딩 단계는 TV 신호가 그 이상의 데이타 스트림으로 표현되도록 하는 반면, 채널 매핑단계에 있어서는 여러 데이타 스트림들의 데이타 요소들이 수신기에서 잘못 검지될 가능성이 서로 다르도록 하는 매핑이 이루어진다. 예를들어 상술한 데이타 스트림중 제1스트림은 예를들어 음성, 프레임(framing) 정보 및 화상정보중 필수적 부분등 전체 TV 신호중 가장 중요하다고 간주되는 성분들을 반송(carry)시키며, 이 데이타 스트림은 그 데이타 요소들이 최소의 오류 가능성을 갖도록 매핑된다. 제2데이타 스트림은 진체 TV 신호중 제1데이타 스트림의 것보다 덜 중요하다고 간주되는 성분을 반송시키며 이 데이타 스트림은 그 데이타 요소들이 제1데이타스트림의 것처럼 낮지는 않은 오류 가능성을 갖도록 매핑된다. 일반적으로 전체 TV 신호를 임의수의 데이타 스트림으로 표현하며 각각 다른 중요성을 가지는 성분들을 반송시키며 각각 다른 오류 가능성올 갖는다. 이러한 방법은 TV 수상기 거리에 따른 수신화질의 완만한 저하를 달성하는데, 왜냐하면 수상기의 비트 오류율은 방송 송신기로부터의 거리의 증가에 따라 증가하며 비교적 덜 중요한 TV 신호 정보를 표현하는 비트가 먼저 영향을 받기 때문이다.
본 발명에 따라, 신호원 엔코딩 단계에서 발생된 상이한 등급(class)의 데이타 요소에 대해 여리 수준의 오류 보호를 제공한다는 상술한 기본적 개념을 사용하나, 격자형(trellis)코드 변조등의 코드 변조(coded modulation)를 사용하여 잡음 면역성(noise immunity)을 강화한 방법이 제공된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 특히 (N≥1)인 소정의 2N 차원 체널 심볼(channel symbol) 배치도(constellation)의 심볼들이 이하에서 각각 "슈퍼심볼(super symbo1)"이라 호칭될 그룹(group)들로 분할된다. 각 심볼 간격들의 각 연속동안에, 소정수의 가장 중요한 데이타 요소들이 채널 엔코딩되고, 이에 따라 체널코딩된 데이타 요소들이 슈퍼심볼중의 특정한 하나를 식별한다. 체널 인코딩될 수도 있는 남아있는 데이타 요소들은, 식별된 슈퍼심볼로부터 전송을 위해 특정심볼을 선택하는데 사용된다.
여기까지 설명한 방법은 체널 심볼들을 일반적으로 "서브셋(subset)"이라 불리는 그룹들로 역시 분할하는 종래의 코드변조방법과 대체적으로 유사하다. 그러나 종래기술의 서브셋은 서브셋 내의 심볼들간의 최소 기하학적 거리(이하 "최소거리"라 칭함)가 배치도 전체내의 심볼들간의 최소거리 보다 크다는 제약 조건하에 형성된다. 그러나 본 발명에 의하면 슈퍼심볼의 심볼들간의 최소거리는 배치도 전체내의 심볼들간의 최소거리와 동일하다. 가장 중요한 데이타 요소들에 다른 데이타 요소들보다 더 큰 잡음 면역성을 부여하는 것은이 거리특성인데, 잡음 면역성은 슈퍼심볼들간의 최소거리를 가능한한 크게, 일반적으로 배치도의 최소거리보다 크게 유지함으로써 최적화 된다. 슈퍼심볼이 정의되고 나면, 마치 각 슈퍼심볼이 종래 배치도의 종래의 심볼인 것처럼 슈퍼심볼들간의 거리에 기초하여 가장 중요한 데이타 요소에 대한 코드를 설계할 수 있다. 이렇게 함으로써 다른 데이타 요소들에 대해 달성될 수 있는 것보다 더 큰 특정수준의 잡음 면역성이가장 중요한 데이타 요소들에 대해 달성될 수 있다.
사실, 이들 다른 데이타 요소들이 코딩손실을 받는다면, 즉, 어느 정도 감소된 잡음 면역성을 갖는 상관관계(tradeoff)가 포함되어 있다. 그러나 중요한 것은 가장 중요한 데이타 요소들에 대한 코딩 이득은 다른종래의 코드 변조방법에서 달성될 수 있는 것보다 더 크게 달성될 수 있다.
바람직한 실시예의 설명에 앞서, 여기서 설명되는 여러가지 디지탈 신호처리 개념들은 본 발명의 신규한것을 제외하고는 디지탈 라디오 및 음성대역 네이타 전송(모덴) 분야등에 잘 알려져 있는 것이므로 상세한설명을 생략한다. 이러한 기술중에는 2N 차원 체널 심볼 배치도를 사용하는 다차원 신호처리가 있는데, 여기서 N은 어떤 정수, 격자형 코딩, 스크램블링, 통과대역 정형, 등화(equalization), 비터비(Viterbi) 즉 최대확률 디코딩 등이다. 이들 개념들은 I. Kalet 등에 1974.5.7 부여된 미국특허 제3,810,021호, J. Werner에 1977. 3. 29 부여된 미국특허 제4,015,222호, J. Salz 등에 1979. 10. 9 부여된 미국특허 제4,170,764호, K. H. Mueller 등에 198l. 1. 27 부여된 미국특허 제4,247,040호, R. D. Fracassi 등에 1981. 12. 8 부여된 미국특허 제4,304,962호, A. Gersho 등에 1984. 6. 26 부여된 미국특허 제4,457,004호, J. E. Mazo에 1984. 12. 18 부여된 미국특허 제4,489,418호, L. Wei어1 1985. 5. 28 부여된 미국특허 제4,520,490호, G. D. Fomey, Jr.에 1986. 6. 24 부여된 미국특허 제4,597,090호, 들에 기재되어 있는데 이들 모두는 본 발명에 참조되었다.
제1도에서, 화상 신호원(video signal source,101)은 화상정보 또는 인텔레전스(intelligence)를 표현하는 아날로그 화상신호를 출력하여 신호원 엔코더(source encoder : 104)에 인가한다. 신호원 엔코더는 나머지 데이타 요소들로 표현되는 정보 즉 인텔레전스 부분보다 더 중요한 정보 즉, 인텔레전스의 부분을 표현하는 데이타 요소들의 적어도 한 서브셋을 가지는 디지탈 신호를 출력한다. 예를들어 각 데이타 요소는각 심볼간격에서 연속으로 발생하는 m+k 정보 비트를 가진 데이타 비트이다. 이 심볼간격들은 N 신호간격을 포함하는데, 여기서 2N은 후술하는 배치도의 차원수이다. 신호 간격은 T초의 지속시간을 가지며, 이에 따라 심볼간격은 각각 NT 초의 지속시간을 가진다. 2차원 배치도, 즉 N=l을 이용하는 실시예에서는, 신호간격과 심볼간격은 같아진다.
전술한 m+k 정보 비트중, 도선(105)에 인가되는 심볼간격당 m비트의 스트림내의 비트들이, 도선(106)에 인가되는 심볼간격당 k비트의 스트름내의 비트들보다 더 중요하다. 이런 형태의 TV 신호를 발생시키는 두 예를 이하에 제시한다.
도선(105,106)에 인가된 비트들은 독립적으로 스크램블러(110,111)에서 스크램블 된뒤, 도선(112,113)상에 각각 m 및 k 병렬비토로 출력된다(스크램블은 통상 직렬비트 스트림에 대해 수행된다. 따라서 제1도에 도시하지는 않았으나 스크램블러(l10,111)은 각 입력비트들을 스크램블하기 전에 병직렬 변환하고 출력에서 직병렬 변환하는 겻으로 가정한다). 이하에 더 상세히 설명할 것이나 본 발명에 따라 도선(112,113)상비트의 각 그룹들은 예를들어 격자형 엔코더인 채널 엔코더(114,115)에 인가되고, 채널 엔코더는 각 심볼간격에 대해 각각 확장(expand)된 r 및 p비트의 (단 r＞m 및 p＞k) 확장된 그룹들을 도선(121,122)으로 출력한다. 이들 비트들의 값들은 함께 채널 심볼들의 소정의 배치도(후술할 제4도의 메치도와 같은)의 특정체널 심볼을 식별한다. 식별된 채널 심볼의 복소 평면좌표가 배치도 매핑기(constellation mapper ; 131)에 의해 출력되는데, 이것은 룩업 테이블(look up table)이나 논리 소자의 직접 조합으로서 이뤄진다. 연속하여 종래의 통과 대역정형(passband shaping)과 TV 변조가 각각 통과대역정형기(14l)와 TV 변조기(151)에 의해 이뤄진다. 최종적인 아날로그 신호는 안테나(152)를 통해 통신체널(여기서는 자유공간 채널)로 방송된다.
본 발명의 이론적 배경의 이해를 위해 여기서 제3도를 고찰하기로 한다. 제3도는 디지탈 라디오나 음성대역 데이타 전송시스템에 일반적으로 사용되는 형식인 표준 2차원 데이타 전송 배치도를 도시한다. 일반적으로 직각 진폭변조(QAM)이라 불리는 이 표준방법에서 각각 네 정보비트를 구비하는 데이타 워드들은 가능한 16개의 2차원 채널 심볼중의 하나로 매핑된다. 각 채널 심볼들은 횡축에 동일위상(I) 과표를, 종축상에 직각위상(Q) 좌표를 가진다. 각 축상에서 체널 심볼 좌표는 ±1 또는 ±3 이어서 각 심볼들간과 이 심볼에 수직 또는 수평으로 인접한 심볼간위 거리는 모든 심볼들에 동일한 "2"가 된다. 이러한 균일한 간격에따라 네 모든 정보 비트들에 대해 동일한 크기의 잡음 면역성이 제공된다
잘 알려져 있다시피, 코드 변조방법을 사용하여 대역폭 효율(신호간격당 정보비트)을 희생시키지 않고도 잡음 면역성을 개선시키는 것이 가능하다. 여기서의 코드 변조방법에서는 이 실시예에서 16심볼 이상을 구비하는 "확장된" 2차원 배치도가 격자형 또는 다른 체널코드와 관련하여 사용된다. 예를들어 전술한 본 출원인의 미국특허 4,520,490호에는 32심볼과, 8상태 격자형 코드와 함께 2차원 배치도를 사용하는 것을 개시하였다. 이 코드 변조방법은 코딩되지 않은 제3도의 경우에 비해 약 4dB 보강된 잡음 면역성을 달성하는데, 역시 신호간격당 4정보비트의 전송을 제공한다. 여기서 역시 네개의 모든 정보비트에 동일한 크기의 잡음 면역성이 제공된다.
본 발명에 의하면, 상이한 등급의 비트들에 대해 상이한 수준의 오류보호를 제공하면서, 코드 변조의 잡음 면역성과 대역폭 효율에 있어서 종래의 이점이 달성된다. 즉 본 출원인은 "가장중요"한 비트의 등급에 대해 전술한 종래의 코드 변조방법으로 이룰 수 있는 것보다 더 높은 수준의 오류보호를 달성할 수 있다는 것을 발견했다. 사실 제1도의 송신기는 이하에 더 상세히 설명될 본 발명 개념을 구현하는 것이다.
제1도의 송신기에 사용된 배치도는 예를들어 제4도에 도시한 2차원 64심볼 배치도이다(각 심볼은 도면에서 점으로 표시됨) 본 발명에 의하면, 이 신호 배치도의 심볼들은 "슈퍼심볼"로 호칭되는 그룹들로 분할된다. 특히 제4도의 배치도는 2r=23=8 슈퍼심볼로 분할된다. 000, 011, 100, 111로 표시된 네 슈퍼심볼들은 각각 그 슈퍼심볼에 할당된 여덟 인접 체널 심볼들로 이루어진다. 001, 010, 101, 110으로 표시된 다른 네 슈퍼심볼들은, 각각 네 인접 채널 심볼을 포함하는 두개의 비인접 그룹들로 이루어진다(이러한 두 그룹의 슈퍼심볼을 사용하면, 전체 배치도가 예를들어 다른 경우보다 양호한 신호 내 잡음비, 더 낮은 피크대평균 전력비 및 더 양호한 균형등을 얻을 수 있다).
이 실시예에서 m=k=2이다. 즉 비트의 50%가 가장 중요한 비트의 등급내에 있다. 각 엔코더(114,115)가 한 용장비트(redundant bit)를 추가하여 r=p=3이 된다. 도선(121)상의 r=3 비트들은 여덟 슈퍼심볼들중 하나를 식별하고, 도선(122)상의 P=3 심볼들은 식별된 슈퍼심볼내의 여덟 채널 심볼중 특정한 하나를 선택한다·본 발명의 한 중요한 특징에 의하면, 한 슈퍼심볼내의 심볼들간의 최소거리(이 거리는 d2로 표시됨)가 배치도 전체내의 심볼들간의 최소거리와 동일하다. 제4도를 살펴보면 이 기준이 만족되는 것을 알수 있다. 이 특성이 주어지면, 가장 중요한 비트들에 대한 증가된 잡음 면역성은 a) 엔코더(114,115)로 실시되는 코드와, b) d1이 슈퍼심볼들간의 최소거리일때 d1/d2비를 적절히 선택함으로써 제공될 수 있다. (매개변수 d1은 슈퍼심볼들의 모든 짝들간의 거리의 최소값으로 주어진다. 또 슈퍼심볼들의 임의의 짝 간의거리는 슈퍼심볼짝중의 하나의 임의의 심볼과 다른 짝의 임의의 심볼간의 최소거리이다).
특히, 가장중요한 비트들에 대한 코드 변조방법이 마치 여덟 슈퍼심볼이 종래의 배치도에서 종래의 여덟심볼들인 겻처럼 구성될 수 있다(종래의 배치도에서는 이 경우 슈퍼심볼(001, 010, 101, 110)의 경우와 같이 한 심볼은 반으로 분할될 수 없다. 그러나 코딩 설계의 목적으로 반분된 슈퍼심볼 각각을 그 두위치중의 하나에만 위치하는 것처럼 취급할 수 있다). 이러한 코드 변조방법을 설계하기 위해, 여덟개의 슈퍼심볼들은 종래에서와 같이 소정수의 서브셋들로 분할되며, 적절한 코드가 가장 중요한 비트들의 일부를 엔코딩하는데 사용되어 일련의 서브셋들을 정의하는 코딩된 출력비트의 스트림을 출력한다. 그러면 나머지 가장 중요한 입력 비트들은 각 식별된 서브셋으로부터 슈퍼심볼을 선택하는데 사용된다. 이 특정 실시예에서, 각서브셋은 단지 한 슈퍼심볼만을 포함하므로 여덟개의 서브셋이 존재하며, 모든 가장 중요한 입력비트, 즉도선(112) 상의 두 비트가 엔코딩된다. 따라서 특정 서브셋의 식별은 특정 슈퍼심볼을 역시 식별한다. 이특정 슈퍼심볼로부터 최종적으로 전송될 심볼이 다른 덜 중요한 비트의 함수로서 선택된다.
중요한 것은, 이 방법은, 분할과 코드 선택에 의해, 다른 모든 조건이 동일하다면, 덜 중요한 데이타 요소에 대해 달성 가능한 잡음 면역성 보다도 높은 면역성(따라서, 종래의 코드 변조에 의해 제공될 수 있는것보다 더 큰 특정수준의 잡음 면역성)을 제공할 수 있다는 점이다.
상술한 바와같이, 도선(113)상의 덜 중요한 비트는 전송을 위해 식별된 슈퍼심볼로부터 특정 심볼을 선택하는데 사용된다. 양호한 실시예에서, 이 선택도 또한 코드 변조 방식을 포함하며, 적어도 덜 중요한 비트의 일부가 엔코딩되어 슈퍼심볼내의 심볼들의 특정 서브셋을 식별하고, 이 서브셋이 하나보다 많은 심볼을 포함하고 있다면 나머지 비트들은 이 심볼들중에 특정한 하나를 선택한다(슈퍼심볼내의 심볼 배열은 물론 엔코더(115)가 그 코딩이득을 최대화 할 수 있도록 함께 선택된다). 다시 이 실시예에 있어서, 각 슈퍼심볼내에는 심볼의 여덟캐의 서브셋, 즉 서브셋당 한 심볼이 존재하며, 도선(113)상의 양쪽에서 덜 중요한 비트들이 엔코딩된다. 따라서 도선(122)상의 세 코딩된 비트들은 한번에 그리고 동시에 먼저 식별된 슈퍼심볼로부터 서브셋과 특정 심볼 양쪽을 식별한다.
양 엔코더(114,115)의 구체적 실시예가 제6도에 도시되었다(이 도면에서 "T"로 표시된 박스는 T초 지연요소, "+"호 표시된 원은 배타적 OR 게이트이고, 두 입력 게이트는 AND 게이트인데, 그중 하나는 입력의 하나를 반전시킨다). 전술한 바와같이, 엔코더(114)의 3비트 출력은 특정 슈퍼심볼을 식별한다. 특히 엔코더(14)의 세 출력단(제6도의 위에서 아래로 보아)으로 출력되는 비트값 "110"은 제4도의 슈퍼심볼(110)을 식별하며, 다른 일곱개의 가능한 비트 패턴도 마찬가지다. 또 엔코더(115)의 3비트 출력은 식별된 슈퍼심볼내의 특정 심볼을 선택한다·특히 슈퍼심볼내의 특정 체널 심볼로의 비트값 할당은 제4도 배치도의 우상 사분면에 대해 제5도에 도시되었다. 다른 세 사분면에 대한 비트할당 방법은 제5도를 단순히 회전시김으로써 얻어진다. 따라서 예를들어, 엔코더(1l5)가 제 출력단(위에서 아래로 보아)으로 출력한 비트값 "110"은 식별된 슈퍼심볼에서 001로 표시된 채널 심볼을 식별한다(각 슈퍼심볼에는 하나씩 이 심볼이 존재 한다) .
제6도의 엔코더에 실행된 특정 격자형 코드를 사용하면 d1과 d2의 값을 변화시킴으로써 여러가지 작동변수의 상관관계를 얻을 수 있다. 제4도의 배치도에서 알 수 있는 두가지 가능성이 제7도의 표에 도시된다. 특히 d/d2=2.5이면, 5.7dB의 코딩 이득(제3도에 도시된 코딩되지 않는 160AM 방법(본 실시예와 동일한 대역폭 효율을 가지는며)과 비교 측정한 것으로, 1000비트의 블록크기에 대해 블록오류율 10-3이다)이 가장중요한 비트들에 대해 이뤄지는 반면, 덜 중요한 비트들에 대해서는 -2.8dB(즉 코딩손실)의 코딩이득의 희생이 수반된다. 한편 d1/d2=3.5일때, 가장중요한 비트에 대한 6.6dB의 코딩이득이, 덜중요한 비트에 대한 -4.6dB의 코딩 이득 희생으로 이뤄진다. 피크 내 평균 전력비는 모든 실시예에서 "2"인데, 이는 종래의 비코딩 변조방법으로 달성되는 것과 동일하다.
제2도의 수신기(수상기)에서, 안테나(201)로 수신된 아날로그 방송신호는, 예를 들면 처리장치(21l)로의 복조를 포함하는 종래의 텔레비젼 프로트-엔트(front-end)처리를 받고, A/D 변환기(212)에 의해 디지탈형태로 변환된다. 다음 신호는 통과대역 등화기(221)에 의해 등화(equalize)되어 병렬로된 도선(222,223)을 통해 체널 디코더(231,232)로 인가된다. 각 채널 디코더는 예를들어 비더비(Viterbi)디코더 같은 최대 확률디코더(maximun likelihood decoder)이다. 특히 채널 디코더(23l)의 기능은 가장 근사한 일면의 슈퍼심볼들을 식별하는 것이며, 반면에 체널 더코더(232)의 기능은 그 일련의 슈퍼심볼이 결정되었을때 가창 근사한 일련의 심볼들을 식별하는 것이다. 따라서 디코더(231)는 그 내부에 채널 엔코더(114)에서 사용된 코드에 대한 정보를 저장하며, 반면에 디코더(232)는 채널 엔코더(115)에 사용된 코드 정보를 저장하고 있다. 이에 부가하여, 두 디코더들간에는 사용된 배치도 및, 각 슈퍼심볼들에 심볼들이 할당된 방식에 대한 정보가 내장되어 있다.
채널 디코더(231)내에서는, 제1디코딩 단계가 예를들어 제4도 및 제5도의 점(A)과 같은 수신된 심볼과 가장 근접한 슈퍼심볼 또는 반분 슈퍼심볼을 각 서브셋내에서 발전한다. 이 경우에는 각 서브셋당 하나의 슈퍼심볼만이 존재하는 것에 유의해야 한다. 체널 디코더(231)는 각 슈퍼심볼 또는 반분 슈퍼심볼에 대한 신호공간내의 하나의 특별한 신호위치를 가정한다. 3개의 이와 같은 위치가 제4도에서 X로 표시된다. 다른 위치도 동일하게 위치된다. 그때 그 슈퍼심볼 또는 반분 슈퍼심볼과 수신된 심볼간의 거리가 결정된다(수신된 심볼과 슈퍼심볼 또는 반분 슈퍼심볼간의 거리는 전자와 후자의 현재정의된 위치 사이의 거리이다). 그다음 디코딩과정은, 비터비 디코더가 종래의 코드변조 시스템에서 가장 근사한 일련의 종래 심볼을 찾는 것과 완전히 동일한 방법으로 진행되어 가장 근사한 일련의 전송된 슈퍼심볼들을 찾아낸다.
체널디코더(232)의 동작은 제5도를 참조하여 설명한다. 첫단계는 수신된 심볼을 90。의 정수때로 회전시켜 그 결과 심볼을 향상 제5도에 도시된 사분면과 같은 제1상한에 위치시키는 것이다. 다음, 회전된 심볼이 슈퍼심볼 000에 가까운가 또는 슈퍼심볼(001,101)의 제1상한 반분중의 하나에 가까운가를 판단한다. 그뒤 슈퍼심볼 또는 두개의 반분 슈퍼심볼(이 디코딩 과정에서 이 두 슈퍼심볼 반분은 모두 같은 슈퍼심볼에 속하는 것처럼 취급된다)의 심볼의 각 서브셋에 대해 회전된 심볼에 가장 근접한 심볼이 식별되어 그들간의 거리가 계산된다. 그러면 이정보는 덜 중요한 정보 비트의 재생을 위해 채널 디코더(232)에 사용되어 가장 근사한 일련의 전송심볼들을 식별한다. 바꿔말하면, 이 가장 근사한 일련의 전송 심볼들의 판단은 덜 중요한 비트들을 추출할 목적으로만 사용된다. 더 중요한 비트들은 상술한 바와 같이 채널 디코더(231)로부터 재생된다.
디코더(232)를 구성하는 대체적 방법은, 디코더(231)가 슈퍼심볼의 식별에 관한 결정을 행하는 것을 대기하고, 이 정보를 덜 중요한 비트의 재생에 이용하는 것이다(이 경우에는 회전은 필요하지 않다). 이 방법의 장점은 덜 중요한 비트에 대해 더 많은 복소 코드를 사용할 수 있어서 더 큰 잡음면역성을 제공할 수 있으나 수신기 처리 지연이 증가되는 약점이 있다.
이하에 설명하는 4차원등의 다차원 심볼이 사용되는 경우의 디코딩도, 당업계의 통상의 전문가라면 이해할 수 있듯이 유사한 방법으로 수행된다.
디코더(231,232)에 의해 출력된 비트는, 디스크램블러(241,242)에 의해 더스크램불되며 이들 더스크램블러는 각각 송신기의 스크램블러(110,111)와 반대의 기능을 실행한다. 예를 들어 CRT 표시기등에 표시될수 있도록 포맷된 화상신호가 디스크램블러에서 출력되어 신호원 디코더(253)에 의해 디스크램블러 출력으로부터 발생되고, 이것에 의해 원래의 화상정보 또는 인텔리전스를 제생한다. 이 신호는 CRT 표시기(260)에 언가된다.
본 발명은 여러가지 변경이 가능하다. 예를 들어 제8도의 2차원 배치도를 고찰해보면, 이것은 각각 여덟심볼을 포함하는 네 슈퍼심볼로 구성된다. 이러한 배치도는 m=1, k=2, (즉 대역폭 효율이 신호간격당 3정보 비트이며 가장 중요한 비트는 전체의 33.3%를 구성하는)를 갖는 시스템에 사용될 수 있으며, 이 경우각 채널 엔코더는 한 용장비트를 도입한다(즉, r=2 및 p=3). 그러나 대역폭 효율을 증가시키기 위해, 이배치도를 신호간격당 4정보 비트를 지원하는 4차원 코드의 기초로 사용될 수 있다.
특히, 4차원 배치도는 제8도의 배치도를 그 자체와 연쇄(결합)시켜 각 4차원 심볼이 제2점과 연쇄된 2차원 배치도로부터 선택된 제1점을 포함하도록 구성할 수 있다(여기서 "점"이라는 용어는 제8도의 2차원배치도의 한요소를 지칭항으로써 차원과 무관하게 "심볼"이라 호칭해온 전체코딩된 것과 구분한다. 이와 유사하게 "슈퍼포인트(superpoint)"이라는 용어도 사용할 것이다). 이 4차원 경우에는, m=3, k=5인 정보비트가 2T의 지속시간을 갖는 심볼간격으로 채널 엔코더(114,115)에 각각 입력된다. 이에 따라 신호간격당 네정보 비트(또는 신호 간격상 여덟 정보 비트)의 평균이 얻어진다. 이 경우 더 중요한 비트는 정보비트중3/(3+5)=3/8=37.5%를 구성한다.
제9도는 4차원 실시예에 대한 체널 엔코더(114,115)의 구조를 도시한다. 엔코더(114)는 3비트 입력에 한용장(redundant) 비트를 추가하여, 각각 제8도로부터 제1및 제2슈퍼포인트를 식별하는 한쌍의 2비트 출력을 제공한다. 전송될 4차원 심볼의 제1점이 제2슈퍼포인트로부터 선택되고, 저송될 4차원 심볼의 제2짐이 제2슈퍼포인터로부터 선택된다.
덜 중요한 비트는 이러한 선택을 제공하는데 사용된다. 특히, 엔코더(15)는 도선(113)상의 5비트 입력에한 용장비트를 추가하여, 엔코더(114)로 식별된 제1 및 제2슈퍼포인터로부터 특정점을 각각 선택하는 두개의 3비트 출력을 제공한다.
체널 엔코더(114,115)내에서 실제 엔코딩을 수행하는 구체적 회로가 제10도에 도시되었는데, 여기서 비트변환기는 제11도의 표에 따라 동작된다.
d1/d2의 여러값에 대한 이 실시예의 상대적 성능은 제7도에 도시된다. 가장 중요한 비트가 전체중 더 낮은 비율(제1의 실시예의 50%에 비해 본 실시예에서는 37.5%)을 구성하도록 한다면, 더 큰 코딩 이득이가장 중요한 비트들에 대해 달성가능하다.
코드 변조방법의 다른 특징을, 전체코드의 차원과 독립적인 제8도를 기준하여 설명하면, 이것은 제4도및 제12도(12도는 이하에 설명항)에 보인 바와 같이 더 중요한 비트들의 임펄스 잡음에 대해 다른 배치도보다 더 큰 잡음면역성을 제공하리라 기대되는 코드 변조 방법에 사용될 수 있다. 그 이유는 여러 슈퍼포인트들의 상대적 의치가, 진폭이 아닌, 각(angular)정보만에 의해 정의될 수 있기 때문이다.
제8도의 형식의 배치도에 기준한 코드 변조방법에서 가장 중요한 비트의 임펄스 잡음에 대한 더 큰 보호는 채널 엔코더(114)에 의해 출력된 비트를 재배열하고, 엔코드에 의해 상호 근접하여 발생되는 비트들이, 시스템 지연 제한조건이 허용하는 한 최대로 분리함으로써 달성될 수 있다. 이러한 목적으로, 체널 엔코더(114)는 제15도에 도시된 바와 같은 이런 재배열을 수행하는 비트 인터리버(bit interleaver)를 포함할 수있다(수신기에서는 채널 더코더(231)전방에 상보적인 디인터리버가 물론 사용된다). 한편, 유효한 일련의 슈퍼심볼간의 기하학적 거리가 이 일련의 슈퍼심볼과 관련된 일련의 비트들간의 해밍(Hamming)거리와 동일(가능한 스케일 인자(factor)제거)한 코드변조시스템(이상에서 실명한 코드변조 방법의 경우)에 있어서는, 이러한 재배열로 부가적인 백색 가우시안(White Gaussian) 잡음에 대하여 코드의 성능이 열화되지 않는다. 그러나, 다른 한편, 이와 같은 재배열은 임퍼스 잡음에 대하여 향상된 면역성을 갖는다. 이것은 임펄스 잡음의 돌발적 성질에 기인한다(향상된 임펄스 잡음 면역성은 상술한 제한조건을 만족시키지 않고 본원에 개시된 여러 다른 방법들로도 달성될 수 있는데, 예를 들어 전송전에 2차원 신호점을 재배열하는 방법이다. 그러나 이 방법은 비트가 재배열 되어을때 보다 다소 덜 효율적이다).
또다른 대안으로서 예를 들어 각각 네 심볼을 포함하는 여덟 슈퍼심볼로 구성된 제12도의 2차원 배치도를 고찰한다. 이 배치에서 m=2, k=1 즉 대역폭 효율이 신호간격당 3정보 비트이고 더 중요한 비트가 전체의 66.7%를 차지하며, 각 채널 엔코더가 한 용장비트를 도입하여(r=3 및 p=2가 되는 2차원 신호처리방법에 사용될 수 있다. 그러나 전술한 바와 같이 대역폭 효율을 높이기 위해, 이와 동일한 배치가 4차원코드의 기초로서 사용될 수 있다. 여기서 신호간격당 4정보 비트의 평균에 대해 m=5 및 k=3으로 된다.이 경우 더 중요한 비트는 정보비트는 5/8=62.5%를 차지한다. 이 실시에는 가장 중요한 비트와 가장 덜중요한 비트가 바먼 것을 제외하고는 전술한 실시예와 유사하다. 마지막으로 제7도에 대해 지적될 것은, 가장 중요한 비트의 비율증가는, 이들 비트에 대한 코딩 이득을 감소시킨다는 것이다.
또한 중요한 것은 본 발명의 구현에 사용되는 배치도는 이하에서 설명할 모든 경우에서와 같이 직교정렬(orthogonally aligned)된 점들을 가질 필요는 없다는 것이다. 예를 들어 제14도의 배치도는 방사상으로 정렬된 점들을 가지고 있다.
여기에는 각각 여덟 심볼을 가진 여덟 슈퍼심볼이 존재한다. 따라서 이 배치도는 m=2, k=2인 2차원코드 변조 방법을 지원할 수 있다. 각 슈퍼심볼은 각도(angular)정보만을 기준하여 식별될 수 있다. 따라서 이 배치도는 제8도의 배치도처럼, 더 중요한 비트들에 다른 배치도들보다 더 큰 임펄스 잡음 면역성을제공하리라 기내되는 코드 변조방법에 사용될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 (원리를 단순히 예시한 것이다. 예를 들어 제1도에서는 단지 한 방송신호 극성이 사용되는 것으로 가정하였다. 그러나 제1코드 회로 세트와 병렬인 제2신호원 코딩 데이타 스트림을 엔코딩하며, 발생된 코드 변조 신호를 제2극성을 사용하여 전송함으로써 본 발명의 대역폭 효율을 배가 시킬수 있다. 이와는 달리, 한 데이타 코딩 도선이 이용된다해도 두 극성상에 교호적 신호점을 전송함으로써 그속도를 배가시킬 수도 있다.
또한 이 모든 실시예들에서 덜 중요한 비트도 항상 코딩되는 것으로 하였으나, 이것이 반드시 필요한 것은 아니다 즉, 코딩안된 비트도 식별된 슈퍼심볼로부더 심볼을 선택하는데 사용될 수 있다. 또한 이 실시들에서는 슈퍼포인트간의 최소거리(dl)가 항상 점들간의 최소거리(d1)보다 큰 것으로 하였으나, 이 역시 필수적인 것은 아니다. 예를 들어 제8도에서 d1은 d2와 동일할 수 있다. 또 이상에서 데이타 요소에 대해 두등급만 제택되었으나 본 발명은 이에 제한되지 앓는다. 사실 필요한 만큼의 데이타 요소의 등급이, 덜 중요한 비트의 등급을 2이상의 부등급(subclas)으로 세분하고 본 발명의 원리를 적용하여 이들 부등급의 코딩을 직접적 방법으로 행한다면, 사용될 수 있는 것이다. 또한 각 실시예의 코드는 한변에 3 또는 4정보 비트인 것으로 설명되었으나 본 발명은 이에 전혀 제한되지 않는다.
또 설명된 실시예에서 엔코더(114,115)들은 항상 동일한 차원을 가지나, 이 역시 필수적인 것은 아니다.
예를 들어 2차원 코드를 더 중요한 데이타 요소를에 사용하여 소정 2차원 메치도의 일련의 슈퍼포인트들을 식별하도록 할 수 있다. 한편 4차원 코드를 덜 중요한 데이타 요소들에 사용하여 그 일련의 슈퍼포인트의 일련의 슈퍼포인트짝들로부터 점들을 선택하도록 할 수 있다. 역으로 4차원 코드를 더 중요한 데이타 요소에 사용하고 2차원 코드를 덜 중요한 데이타 요소에 사용할 수도 있다.
상술한 실시예에서 엔코더(114,115)는 항상 8상태 격자형 코드로 구현되나, 이 역시 필수적인 것은 아니다. 8상태 이의의 상태를 갖는 코드도 마찬가지로 사용할 수 있다. 뿐만 아니라 블록형코드등 다른 형식의코드도 격자형 코드 대신 사용할 수 있다.
어떤 응용분야에 있어서는, 채널 방해에 의한 수신신호에서의 위상회전이 가능한 것이 바람직할 수도 있다. 이런 경우에는 이 문제를 처리하도록 채널 엔코더(114)내에 차동 엔코딩 회로가 포함될 수 있다.
또한 이상에서 본 발명은 디지탈 화상 전송 시스텐과 관련하여 설명되었다. 그러나 본 발명은 다른 형식의 디지탈 전송시스템에 마찬가지로 시용될 수 있다. 또 몇몇 특정 배치도만 예시했으나 임의 차원을 갖는여러 다른 배치도들도 사용될 수 있다.
한편 본 발명은 예를 들어 신호원 코더, 스크램블러 등과 같이 개별적인 기능 불록들로 구성되었으나, 하나 또는 복수의 임의의 이들 블록들의 기능은 디지탈 신호처리(DSP)칩등 하나 또는 복수의 적절한 프로그램된 프로세서를 사용하여 수행될 수 있다. 따라서 청구범위에 기재된 각 "수단"들은 어떤 실시예에서는 바로 그 수단의 기능을 수행하도록 특별히 설계된 특정회로에 해당하기도 하며, 다른 실시에에서는 그 회로가 그 기능을 수행하도록 하는 저장 프로그램정보와 조합된 프로제서 중심회로 조합에 해당하기도 한다.
이상에서 명기하지는 않았으나 당업계에 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 원리를 구현한 여러가지 대체척 구성이 가능할 것인바, 이들은 모두 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (21)

  1. 데이타 요소들의 제1확장 그룹을 발생시키기 위해 제1그룹의 데이타 요소를 엔코딩하는 단계와 ; 각 슈퍼심볼은 배치도의 복수의 심볼들로 구성되며 제1확장 그룹의 데이타 요소에 응답하여 소정의 채널심볼 매치도(channel symbol constellation)의 복수의 슈퍼심볼중 하나를 식별하는 단계와, 적어도 제 2그룹의 데이타 요소에 응답하여 상기 식별된 슈퍼심볼중 개별적인 한 심볼을 선택하는 단계와, 상기 선택된심볼을 표시하는 신호를 통신 채널로 전송하는 단계로 이루어지며, 상기 슈퍼심볼중 하나의 상기 심볼중의적어도 하나 사이의 최소 거리가 배치도 전체의 심볼들간의 최소 거리와 동일한 것을 특징으로 하는 코드변조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 선택 단계가, 제2확장그룹의 데이타요소들을발생시키기 위해 상기 제2그룹의 데이타 요소물을 엔코딩하는 단계와, 제2확장 그룹의 데이타 요소에 응답하여 상기 개별적인 심볼을선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 코드 변조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 엔코딩 단계가, 제1그룹의 상기 데이타 요소를 격자형 코딩하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 코드 변조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 신호원 코딩 입력 정보에 의하여, 상기 제1그룹의 데이타요소가 상기 제2그룹의데이타 요소에 의해 포함되는 상기 정보의 부분보다 더 중요한 상기 정보의 부분을 표현하도록 상기 데이타요소들을 발생하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코드 변조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 정보는 텔레비젼 정보인 것을 특징으로 하는 코드 변조 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 식별 단계전에 제 1확장 그룹의 데이타 요소들을 재배열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코드 변조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 슈퍼심볼들중 적어도 하나는 적어도 두 비인접 심볼 그룹으로 구성되는 것을 특징으로 하는 코드 변조 방법.
  8. 송신기에 의해 수신기로 전송된 인텔리전스를 수신하는 수신기에서 사용되는 방법에서, 상기 송신기가 각 심볼 간격에 연관되는 m+k개의 데이타 비트들의 연속하는 그륨을 채널 코드화 하는데 적합하고,상기 간격의 각각에서 실행되는 단계가, a) r비트의 확장그룹을 발생하기 위해 제1소정의 코드를 사용하여1그룹의 m개의 비트를(r＞m) 엔코딩하는 단계와, b) 소정의 체널 심볼 배치도의 2r슈퍼심볼중 1개를 상기 r비트의 값의 함수로서 식별하는 단계(상기 슈퍼심볼중 각각은 그것에 할당된 상기 배치도의 복수의 심벌로 이루어지며, 각 슈퍼심볼들간의 최소거리는 배치도전제외 심볼들간의 최소거리와 동일함)와, C) 식별된 한 슈퍼심볼의 채널 심볼들중 선택된 하나된 하나를 표현하는 신호를 발생하는 단계(이 선택은 상기 한그룹의 다른 k비트 값의 함수로서 실행되며)와, d) 상기 신호를 통신채널을 거쳐 수신기로 전송하는 단계로 이루어지며, 상기 방법은, 상기 체널로부더 상기 신호를 수신하는 단계와 ; 상기 수신신호로부터 상기인텔리전스를 재생하는 단계로 구성되며, 상기 재생 단계는 상기 제1소정 코드, 상기 배치도에 관해 수신기에 저장된 정보와, 상기 심볼이 각각의 슈퍼심볼에 할당되는 방법에 응답하여 실행되는 것을 특징으로 하는 코드 변조 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 송신기에서의 신호 발생 단계가, a) p비트(p＞k)의 제2확장 그룹을 발생하기 위해 제2소정의 코드를 사용하여 상기 한 그룹의 다른 k비트를 엔코딩하는 단계와, b) 제2확장 그룹의 데이타 비트에 응답하여 상기 개별적인 심볼을 선택하는 단계로 구성되며, 상기 재생 단계가 또한 상기제2소정의 코드에 대해 상기 수신기에 저장된 정보에 응답하여 수행되는 것을 특징으로 하는 코드 변조 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 인텔리전스가 텔리비젼 정보인 것을 특징으로 하는 코드 변조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 재생 단계가 최대 확률 디코딩(maximum likeIihood decoding)을 이용하여연속 그룹의 데이타 비트들을 재생하기 위해 수신 신호를 디코딩하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코드 변조 방법.
  12. 연속하는 심볼간격 동안 m+k개의 데이타 비트의 각 그룹을 채널 코딩화하는 장치에 있어서, r비트(r＞m)의 확장 그룹을 발생하기 위해 상기 그룹중의 하나의 m비트를 엔코딩하는 수단과, 소정의 체널 심볼 배치도의 2r슈퍼심볼중의 특정한 하나를 상기 r비트의 값의 함수로 식별하는 수단(상기 각 슈퍼심볼은상기 배치도의 복수의 심볼들로 구성되는)과, 상기 식별된 한 슈퍼심볼의 체널 심볼중의 선택된 하나를 표현하는 신호를 발생시키는 수단(상기 선택은 상기 한 그룹의 다른 k비트의 값의 함수로서 실행되는)으로구성되며, 상기 각 슈퍼심볼의 심볼들간의 최소 거리가 상기 배치도 전체의 심볼들간의 최소 거리와 동일한것을 특징으로 하는 코드 변조 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 데이타 비트는 텔레비젼 정보를 표현하는 겻을 특징으로 하는 코드 변조 방법.
  14. 제13항에 있어서, 신호원 코딩 입력 정보에 의하여, 상기 m비트가 상기 k비트에 의해 표현된 상기정보의 부분보다 더 중요한 상기 정보의 부분을 표현하도록 상기 데이타 비트를 발생하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코드 변조 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 발생 수단은, p비트(p＞k)의 확장 그룹을 발생하기 위해 상기 한 그룹의 다른 k비트를 엔코딩하는 수단과, 상기 p비트의 확장 그룹에 응답하여 상기 개별적인 심볼을 선택하는 수단을 포함하는 겻을 특정으로 하는 코드 변조 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 m비트 및 k비트 엔코딩 수단들이 각각 상기 m 및 k비트를 격자형 코딩하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 코드 변조 방법
  17. 제15항에 있어서, 상기 슈퍼심볼중의 적어도 일부가 각각 적어도 두 비인접 심볼 그룹으로 구성되는것을 특징으로 하는 코드 변조 방법.
  18. 제16항에 있어서, 상기 식별 단계 이전에 상기 r비트의 확장 그룹을 재배열하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코드 변조 방법.
  19. 송신기에 의해 수신기로 전송된 인텔리전스를 수신하는 수신기에서 사용되는 장치에서, 상기 송신기가, a) 제1확장스트림의 데이타요소를 발생하기 위해 제1소정의 코드를 사용하는 제1스트림의 데이타요소들을 엔코딩하며, b) 제1확장 스트림의 데이타 요소에 응답하여 소정의 채널 심볼 배치도의 일련의슈퍼심볼을 식별하고(상기 슈퍼심볼들중 적어도 한개의 심볼중 적어도 하나 사이의 최소거리는 배치도 전체의 심볼사이의 최소거리와 동일하며), c) 제2확장스트림의 데이타요소를발생하기 위해 제2소정의 코드를 사용하는 제2스트림의 데이타 요소를 엔코딩하고, d) 적어도 제2확장 스트림의 데이타 요소 함수로서 일련의 각 슈퍼심볼의 심볼들중 하나를 선택하며, e) 상기 선택된 심볼를 표현하는 신호를 통신 채널로 전송하는 수단으로 구성되며, 상기 장치는, 상기 통신 채널란부터 신호를 수신하는 수단과, 상기 제1스트림이 데이타 요소를 재생하기 위해 수신 신호에 대해 최대 확률 디코딩 동작을 실행하고 제2스트림의 데이타요소를 재생하기 위해 수신 신호에 내하여 제2의 최대 확률 디코딩 동작을 실현하는 수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 코드 변조 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 제l 및 제2코드가 격자형 고드인 것을 특징으로 하는 코드 변조 방법.
  21. 제19항에 있어서, 상기 인텔리전스는 텔리비젼 정보인 것을 특징으로 하는 코드 변조 방법.
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