WO2011059166A1 - 통신 시스템에서 데이터 수신 장치 및 방법 - Google Patents

통신 시스템에서 데이터 수신 장치 및 방법 Download PDF

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WO2011059166A1
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박성익
김흥묵
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한국전자통신연구원
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Definitions

  • the present invention relates to a communication system, and more particularly, to a data receiving apparatus and method for receiving data using a low-density parity check (LDPC) decoding scheme in a digital broadcasting system. It is about.
  • LDPC low-density parity check
  • next generation communication system active researches are being conducted to provide users with services of various quality of service (QoS: QoS) having high transmission speeds.
  • QoS quality of service
  • methods for providing digital broadcasting to a user quickly and stably through various resources such as various types of video and audio data have been proposed.
  • many transmission schemes have been proposed to improve transmission efficiency of broadcast data including various types of video and audio data, and in particular, various encodings for more stable transmission of a large amount of broadcast data.
  • decoding schemes have been proposed.
  • a method of encoding and decoding broadcast data using a convolutional code has been proposed.
  • the broadcast data using the convolutional code has been proposed.
  • a Trellis Coded Modulation (TCM) encoding and decoding scheme has been proposed.
  • the receiver of the digital broadcasting system trellis to firstly remove noise generated in the channel through which the broadcasting data is transmitted. Decode the TCM code based on. In this case, the receiver can easily decode the TCM code through a low complexity Viterbi algorithm, but when decoding the TCM using the Viterbi algorithm, the decoding performance is remarkably degraded.
  • the decoding performance of the TCM code differs greatly from Shannon's channel capacity limit, and therefore, there is a limit to stably providing a normal high quality digital broadcast to a user.
  • a transmitter encodes broadcast data into a TCM code and transmits the broadcast data to a receiver, and decodes broadcast data encoded by a TCM code through a Viterbi algorithm to provide digital broadcasting to a user.
  • the receiver decodes broadcast data encoded by the TCM code through the Viterbi algorithm
  • the decoding performance of the TCM code through the Viterbi algorithm is not very close to the channel capacity limit of Shannon.
  • the decoding error of the broadcast data increases, thereby providing a normal high quality digital broadcasting to the user.
  • a decoding method for minimizing a decoding error with a decoding performance close to Shannon's channel capacity limit in a communication system such as a digital broadcasting system, and encoding the data with the TCM code.
  • a data reception method for stably providing normalized high quality digital broadcasting to a user by decoding the converted broadcast data.
  • an object of the present invention is to provide an apparatus and method for receiving data in a communication system.
  • Another object of the present invention is to provide a data receiving apparatus and method for receiving data using a low density parity check decoding method from broadcast data encoded by a trellis code modulation coding scheme in a communication system.
  • an apparatus for receiving data in a communication system comprising: a demodulator for demodulating data received through an antenna in a vestigial sideband (VSB) demodulation scheme; An equalizer for equalizing the demodulated data; A first decoder which decodes the equalized data by a low-density parity check (LDPC) decoding method; A deinterleaver for deinterleaving the data decoded by the low density parity check decoding method; A second decoder which decodes the deinterleaved data by Reed-Solomon (RS); And a derandomizer configured to derandomize the RS demodulated data to recover data received through the antenna.
  • LDPC low-density parity check
  • RS Reed-Solomon
  • a device for receiving data in a communication system comprising: a decoder for decoding data received through an antenna using an iterative decoding algorithm; The decoder decodes a Trellis Coded Modulation (TCM) code of data received through the antenna using a low-density parity check (LDPC) decoding method using the iterative decoding algorithm.
  • TCM Trellis Coded Modulation
  • LDPC low-density parity check
  • a method of receiving data in a communication system includes: a parity check matrix of a trellis coded modulation (TCM) code in data received through an antenna; Calculating a check matrix; Converting the calculated parity check matrix into a low-density parity check (LDPC) matrix; And decoding data received through the antenna based on the converted low density parity check matrix, and then restoring data received through the antenna.
  • TCM trellis coded modulation
  • LDPC low-density parity check
  • the decoding performance of broadcast data encoded by the trellis code modulation coding scheme is reduced by receiving data using the low density parity check decoding method from the broadcast data encoded by the trellis code modulation coding scheme in the communication system. Decoding errors are minimized by approaching the channel capacity limit of, thereby stably providing normal high quality broadcast data to the user.
  • the present invention can improve the performance of the digital broadcast system by improving the decoding performance and the reception performance of the broadcast data in the communication system.
  • FIG. 1 is a view schematically showing the structure of a data transmission apparatus in a communication system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a structure of a data receiving apparatus in a communication system according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a structure of a data receiving apparatus in a communication system according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating an operation process of a data receiving apparatus in a communication system according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the present invention proposes an apparatus and method for receiving broadcast data in a communication system such as a digital broadcast system.
  • a transmitter encodes data using a Trellis Coded Modulation (TCM) encoding scheme as an example of a convolutional code.
  • TCM Trellis Coded Modulation
  • the receiver is a low-density parity check (LDPC: Low-Density Parity) as an example of the forward error correction (FEC) method (hereinafter referred to as 'FEC') Check, hereinafter referred to as 'LDPC'), the data encoded by the TCM code is decoded and received using a decoding scheme.
  • LDPC Low-density parity check
  • FEC forward error correction
  • the transmitter will encode and transmit broadcast data with a TCM code in a digital broadcasting system
  • the receiver will decode and receive broadcast data encoded with a TCM code using an LDPC decoding method.
  • the data receiving apparatus and method proposed by the present invention can be applied to other communication systems other than the digital broadcasting system, and can be applied to other decoding schemes including the FEC scheme as well as the LDPC decoding scheme, such as an iterative decoding algorithm. It can also be applied to decoding schemes using algorithms such as sum-product or min-sum.
  • LDPC decoding is performed so that the decoding performance of the broadcast data encoded by the receiver in the TCM code is close to Shannon's channel capacity limit, thereby minimizing decoding errors. It decodes and receives the broadcast data encoded by the TCM code, thereby stably providing a normal high quality digital broadcast to a user of the receiver. Then, the structure of the data transmission apparatus in the communication system according to the embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIG. 1.
  • 1 is a view schematically showing the structure of a data transmission apparatus in a communication system according to an embodiment of the present invention.
  • 1 is a diagram schematically illustrating a transmitter structure of an ATSC (Advanced Television System Committee) terrestrial digital TV system as a digital broadcasting system.
  • ATSC Advanced Television System Committee
  • the apparatus for transmitting data reads data randomized by the data randomizer 105 and randomizes the data randomized by the data randomizer 105.
  • RS Reed-Solomon, hereinafter referred to as 'RS'
  • MUX multiplexing unit
  • VSB Vestigial SideBand
  • RF Radio Frequency, RF
  • RF up-converter 140 up-converting to the band, and amplifying the power of the data up-converted into the RF band by the RF up-converter 140 It includes a high power amplifier 145 to transmit through.
  • the data randomizer 105 receives a Moving Picture Experts Group (MPEG) -2 TS (Transport Stream) as a data stream of broadcast data, randomizes the input data stream, and transmits the spectrum of data to the broadcast data. It is distributed in all bands of available frequency band. In this case, as the data spectrum is distributed to all bands by the randomization of the data randomization unit 105, energy is prevented from being concentrated in a specific frequency band during transmission of broadcast data.
  • MPEG Moving Picture Experts Group
  • TS Transport Stream
  • the RS encoder 110 encodes the randomized data into an RS code with an RS code having excellent burst error correction capability.
  • the data randomized by the RS encoder 110 is encoded by an RS code which is a linear code, and as a result, RS errors are reduced.
  • the interleaver 115 interleaves the data encoded with the RS code, and the RS-coded data is rearranged regularly by the interleaving.
  • the TCM encoder 120 encodes the interleaved data by using a TCM code, which is an example of a convolution code, and the interleaved data by the TCM encoder 120 is encoded by a TCM code that is a linear code.
  • the multiplexer 125 multiplexes the data encoded by the TCM code using a field synchronization signal and a segment synchronization signal.
  • the multiplexed data includes baseband ATSC broadcast data. do. That is, the data encoded by the TCM code by the multiplexing is converted into ATSC broadcast data of a baseband.
  • the pilot inserter 130 inserts a pilot into ATSC broadcast data of the multiplexed baseband, and the pilot-inserted data may be represented by Equation 1 below.
  • Equation 1 t (n) denotes data into which a pilot signal is inserted, s (n) denotes ATSC broadcast data of a baseband, and P denotes a pilot, for example, a constant 1.25 corresponding to ATSC. have.
  • the VSB modulator 135 modulates data of the baseband into which the pilot is inserted, using a VSB modulation scheme, and the RF up-converter 140 up-converts data of the VSB modulated baseband to an RF band. . That is, the data of the baseband VSB modulated by the up-conversion is converted into an RF band, and the high power amplifier 145 amplifies the power of the data converted into the RF band to high power, and then performs an antenna. Through the receiver of the digital broadcasting system.
  • the baseband data into which the pilot is inserted is VSB modulated and up-converted by the VSB modulator 135 to be converted into VSB modulated data of an intermediate frequency (IF) band, and then the IF VSB modulated data of a band is up-converted to the RF band by the RF up-converter 140, and the data of the up-converted RF band is amplified by the high-power amplifier 145 to be amplified by an antenna. Can be sent.
  • IF intermediate frequency
  • the apparatus for transmitting data in a digital broadcasting system encodes broadcast data into an RS code and a TCM code, which are linear codes, and transmits the data to a receiver.
  • a data receiving apparatus for receiving broadcast data coded with an RS code and a TCM code, which are linear codes will be described in more detail with reference to FIG. 2.
  • 2 is a diagram schematically illustrating a structure of a data receiving apparatus in a communication system according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • 2 is a diagram schematically illustrating a receiver structure of an ATSC terrestrial digital TV system as a digital broadcasting system.
  • the data receiving apparatus includes a tuner 205 for receiving the encoded broadcast data through the antenna as described above, and the data received by the tuner 205 of the data transmitting apparatus.
  • a VSB demodulator 210 that demodulates in a VSB demodulation scheme corresponding to a VSB modulation scheme, an equalizer 215 that equalizes the VSB demodulated data by the VSB demodulator 210, and the equalizer TCM decoding unit 220 for TCM decoding data equalized by 215 using a Viterbi algorithm, and deinterleaver for deinterleaving the TCM decoded data by the TCM decoding unit 220.
  • deinterleaver (deinterleaver) 225, an RS decoder 230 for RS decoding the data deinterleaved by the deinterleaver 225, and derandomizing the data decoded by the RS decoder 230.
  • a data randomizing section D (data derandomizer) (240) to restore the emitter.
  • the tuner 205 receives down-conversion of broadcast data of an RF band received through an antenna into broadcast data of a base band, and the VSB demodulator 210 receives the received base band. Is demodulated in the VSB demodulation scheme corresponding to the VSB modulation scheme in the data transmission apparatus described above.
  • the broadcast data of the RF band received through the antenna is down-converted by the tuner 205 and converted into broadcast data of the IF band, and then the broadcast data of the IF band is transmitted to the VSB demodulator 210.
  • the equalizer 215 equalizes the data of the VSB demodulated base band and removes a multi-path signal generated when transmitting broadcast data through a wireless channel.
  • the TCM decoder 220 performs TCM decoding on the equalized data in accordance with the TCM encoding scheme in the data transmission apparatus described above. That is, the TCM decoder 220 decodes the data encoded by the TCM code, which is a linear code, in the data transmission apparatus using a Viterbi algorithm.
  • the noise generated when the broadcast data is transmitted through the wireless channel is removed from the TCM decoded data by the TCM decoder 220.
  • the deinterleaver 225 deinterleaves the TCM decoded data, and the RS decoder 230 decodes the deinterleaved data corresponding to the RS coding scheme in the aforementioned data transmission apparatus. That is, the RS decoder 230 decodes data encoded by the RS code, which is a linear code, in the data transmission apparatus. Here, a burst error is corrected in the RS decoded data by the RS decoder 230. That is, the noise generated when the broadcast data is transmitted through the wireless channel is again removed from the RS decoded data by the RS decoder 230.
  • the data derandomization unit 240 de-randomizes the RS-decoded data and restores the received broadcast data to output the reconstructed broadcast data of the MPEG-2 TS.
  • the data receiving apparatus When the data receiving apparatus receives broadcast data encoded with a linear code RS and a TCM code, the data receiving apparatus performs TCM decoding and RS decoding on the broadcast data encoded with the RS code and the TCM code according to the encoding of the data transmitting apparatus. do. In this case, when the data receiving apparatus decodes the broadcast data encoded by the RS code and the TCM code through the Viterbi algorithm, decoding performance is deteriorated. In particular, the decoding performance of the TCM code is significantly different from the channel capacity limit of Shannon. The decoding error of the received broadcast data increases accordingly.
  • the data receiving apparatus performs LDPC decoding to minimize decoding error of the received broadcast data when the decoding performance approaches the channel capacity limit of Shannon.
  • the data receiving apparatus for performing LDPC decoding on the broadcast data coded by the RS code and the TCM code, which are linear codes, in the communication system according to an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIG. 3.
  • 3 is a diagram schematically illustrating a structure of a data receiving apparatus in a communication system according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • 3 is a diagram schematically illustrating a receiver structure of an ATSC terrestrial digital TV system as a digital broadcasting system.
  • the data receiving apparatus includes a tuner 305 for receiving the broadcast data encoded as described above through an antenna and a VSB modulation scheme of the data transmitting apparatus with the data received by the tuner 305.
  • the equalizer 315 for equalizing the data demodulated by the VSB demodulator 310, and the data equalized by the equalizer 315.
  • LDPC decoding unit 320 performing LDPC decoding using an iterative decoding algorithm, a deinterleaver 325 deinterleaving LDPC decoded data by the LDPC decoding unit 320, and deinterleaved by the deinterleaver 325.
  • RS decoder 330 for RS decoding data
  • data derandomizer 335 for derandomizing the data RS decoded by the RS decoder 330 to restore broadcast data received through an antenna. do.
  • the tuner 305 down-converts and receives broadcast data of an RF band received through an antenna into broadcast data of a base band, and the VSB demodulator 310 stores the received baseband data as described above. Demodulate in the VSB demodulation method corresponding to the VSB modulation method in the data transmission apparatus.
  • the broadcast data of the RF band received through the antenna is down-converted by the tuner 305 and converted into broadcast data of the IF band, and then the broadcast data of the IF band is transmitted to the VSB demodulator 310.
  • the equalizer 315 equalizes the data of the VSB demodulated baseband to remove the multipath signal generated when the broadcast data is transmitted through the wireless channel.
  • the LDPC decoding unit 320 decodes the TCM encoded data since the equalized data is TCM encoded data corresponding to the TCM encoding scheme in the aforementioned data transmission apparatus. That is, the LDPC decoder 320 performs LDPC decoding on data encoded with a TCM code, which is a linear code, in the data transmission apparatus using an iterative decoding algorithm.
  • the noise generated when the broadcast data is transmitted through the wireless channel is removed from the LDPC decoded data by the LDPC decoder 320.
  • the LDPC decoder 320 calculates a parity check matrix of the TCM code from data encoded with a TCM code that is a linear code based on a trellis, and calculates the calculated parity check matrix.
  • the parity check matrix of the TCM code is converted into an LDPC matrix.
  • the LDPC decoder 320 converts the calculated parity check matrix of the TCM code so that the LDPC matrix has a small number of cycles of a short length in a Tanner graph, preferably a minimum number.
  • the LDPC decoder 320 calculates a parity check matrix of the TCM code from the data encoded by the TCM code.
  • the parity check matrix of the calculated TCM code is converted into an LDPC matrix.
  • the LDPC decoder 320 iteratively decodes, that is, LDPC-decodes the TCM-coded data using an iterative decoding algorithm based on the transformed LDPC matrix, for example, a sum product or a minimum sum algorithm.
  • the decoding performance of the LDPC decoder 320 that is, the data receiver is received through an antenna using an iterative decoding algorithm.
  • the performance of decoding data is close to Shannon's channel capacity limit, which maximizes decoding performance.
  • the deinterleaver 325 deinterleaves the LDPC decoded data, and the RS decoder 330 RS decodes the deinterleaved data corresponding to the RS coding scheme in the aforementioned data transmission apparatus. That is, the RS decoding unit 330 decodes data encoded with an RS code which is a linear code in the data transmission apparatus. Here, a burst error is corrected in the RS decoded data by the RS decoder 330. In other words, the noise generated when the broadcast data is transmitted through the wireless channel is again removed from the RS decoded data by the RS decoder 330.
  • the data derandomization unit 335 de-randomizes the RS-decoded data and restores the received broadcast data to output the reconstructed broadcast data of the MPEG-2 TS.
  • the data receiving apparatus When the data receiving apparatus according to the embodiment of the present invention receives the broadcast data encoded with the RS code and the TCM code, which are linear codes, the data receiving apparatus decodes the broadcast data encoded with the RS code and the TCM code using an iterative decoding algorithm. . That is, when the data receiving apparatus receives broadcast data encoded with a TCM code based on a linear code, particularly a trellis, through an antenna, the data receiving apparatus converts a parity check matrix of the TCM code from the broadcast data encoded with the TCM code. After the calculation, LDPC decoding is performed by converting the calculated parity check matrix of the TCM code into an LDPC matrix.
  • the decoding error of broadcast data encoded with RS code and TCM code and the decoding performance of TCM code are close to Shannon's channel capacity limit, thereby minimizing decoding error of received broadcast data. do. That is, the data receiving apparatus according to an embodiment of the present invention decodes broadcast data received through an antenna by using an iterative decoding algorithm, that is, LDPC decoding, so that a normal high definition digital broadcast is transmitted to a user without deterioration of decoding performance. Provide stable.
  • an operation of decoding and receiving broadcast data encoded by an RS code and a TCM code in a communication system according to an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIG. 4.
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating an operation process of a data receiving apparatus in a communication system according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • step S410 the data receiving apparatus receives broadcast data from the data transmitting apparatus as described above through an antenna and down-converts the broadcast data of the RF band to the broadcast data of the baseband band.
  • VSB demodulates the received broadcast data in a VSB demodulation scheme corresponding to a VSB modulation scheme in the data transmission apparatus.
  • the data receiving apparatus equalizes the VSB demodulated broadcast data and then decodes the received broadcast data using LDPC decoding, that is, an iterative decoding algorithm.
  • the broadcast data received through the antenna is data encoded with an RS code and a TCM code, which are linear codes in the data transmission apparatus as described above, and trellis from the broadcast data received through the antenna during the LDPC decoding.
  • the calculated parity check matrix of the TCM code is converted into an LDPC matrix for LDPC decoding, and the broadcast data received through the antenna is decoded based on the converted LDPC matrix.
  • the parity check matrix of the calculated TCM code is converted to the LDPC matrix so that the LDPC matrix has a small number of cycles of a short length in a Tanner graph, and both the TCM code and the RS code that code the broadcast data in the data transmission apparatus are used.
  • the parity check matrix of the TCM code is calculated from the broadcast data received through the antenna, and the parity check matrix of the calculated TCM code is converted into the LDPC matrix.
  • the broadcast data received through the antenna is decoded using an iterative decoding algorithm based on the transformed LDPC matrix, for example, a sum product or a minimum sum algorithm, wherein the converted LDPC matrix has a short length in a tenor graph.
  • the decoding performance of broadcast data received through the antenna is close to Shannon's channel capacity limit, thereby maximizing the decoding performance.
  • the noise generated when the broadcast data is transmitted through the wireless channel is removed from the LDPC decoded data by the LDPC decoding.
  • step S430 the data receiving apparatus, after deinterleaving the LDPC-decoded broadcast data to maximize the decoding performance as described above, that is, to minimize the decoding error of the broadcast data received through the antenna, RS decoding do.
  • a burst error is corrected in the RS decoded data by the RS decoding, and noise generated when the broadcast data is transmitted through a wireless channel is removed again in the RS decoded data.
  • the data receiving apparatus derandomizes the RS decoded data, restores broadcast data received through the antenna, and outputs recovered broadcast data of MPEG-2 TS.
  • decoding data of the broadcast data received from the data transmission apparatus through an antenna using an iterative decoding algorithm that is, LDPC decoding of the received broadcast data
  • an iterative decoding algorithm that is, LDPC decoding of the received broadcast data
  • the decoding performance of broadcast data encoded with trellis-based TCM code is close to Shannon's channel capacity limit, thereby minimizing decoding error of the received broadcast data. Therefore, in the embodiment of the present invention, a normal high quality digital broadcast is stably provided to a user without deterioration in decoding performance of broadcast data received through an antenna.

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Abstract

본 발명은, 디지털 방송 시스템에서 저밀도 패리티 검사(LDPC: Low-Density Parity Check) 복호화 방식을 이용하여 데이터를 수신하는 데이터 수신 장치 및 방법에 관한 것으로, 안테나를 통해 수신되는 데이터에서 트렐리스 부호 변조(TCM: Trellis Coded Modulation) 부호의 패리티 검사 행렬(Parity Check Matrix)을 계산하고, 상기 계산한 패리티 검사 행렬을 저밀도 패리티 검사 행렬로 변환하며, 상기 변환한 저밀도 패리티 검사 행렬을 기반으로 상기 안테나를 통해 수신되는 데이터를 복호화한 후, 상기 안테나를 통해 수신되는 데이터를 복원한다.

Description

통신 시스템에서 데이터 수신 장치 및 방법
본 발명은 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 디지털 방송 시스템에서 저밀도 패리티 검사(LDPC: Low-Density Parity Check, 이하 'LDPC'라 칭하기로 함) 복호화 방식을 이용하여 데이터를 수신하는 데이터 수신 장치 및 방법에 관한 것이다.
차세대 통신 시스템에서는 고속의 전송 속도를 가지는 다양한 서비스 품질(QoS: Quality of Service, 이하 'QoS'라 칭하기로 함)의 서비스들을 사용자들에게 제공하기 위한 활발한 연구가 진행되고 있다. 이러한 차세대 통신 시스템의 일 예로 디지털 방송 시스템은, 다양한 형태의 영상 및 음성 데이터 등을 한정된 자원을 통해 빠르고 안정적으로 사용자에게 디지털 방송을 제공하기 위한 방안들이 제안되고 있다. 다시 말해, 디지털 방송 시스템은, 다양한 형태의 영상 및 음성 데이터 등을 포함하는 방송 데이터의 전송 효율을 향상시키기 위해 많은 전송 방안들이 제안되고 있으며, 특히 대용량의 방송 데이터를 보다 안정적으로 전송하기 위해 다양한 부호화 및 복호화 방식들이 제안되고 있다.
이렇게 디지털 방송 시스템에서 대용량의 방송 데이터를 고속 및 안정적으로 전송하기 위한 방안의 일 예로 컨벌루션 코드(convolutional code)를 이용하여 방송 데이터를 부호화 및 복호화하는 방안이 제안되었으며, 상기 컨벌루션 코드를 이용하여 방송 데이터를 부호화 및 복호화하는 방안의 일 예로 트렐리스 부호 변조(TCM: Trellis Coded Modulation, 이하 'TCM'이라 칭하기로 함) 부호화 및 복호화 방식이 제안되었다.
상기 TCM 부호화 및 복호화 방식을 이용하여 디지털 방송 시스템이 디지털 방송을 사용자에게 제공할 경우, 상기 디지털 방송 시스템의 수신기는, 방송 데이터가 전송되는 채널에서 발생하는 잡음을 1차적으로 제거하기 위해 트렐리스를 기반으로 하여 TCM 부호를 복호화한다. 이때, 상기 수신기는, 복잡도가 낮은 비터비(Viterbi) 알고리즘을 통해 상기 TCM 부호를 용이하게 복호화할 수 있지만, 상기 비터비 알고리즘을 이용하여 상기 TCM을 복호화할 경우 복호 성능이 현저하게 저하되며, 특히 TCM 부호의 복호 성능이 섀넌(Shannon)의 채널 용량 한계(limit)와 큰 차이가 나며, 그러므로 사용자에게 정상적인 고화질의 디지털 방송을 안정적으로 제공함에는 한계가 있다.
다시 말해, 디지털 방송 시스템은, 송신기가 방송 데이터를 TCM 부호로 부호화하여 수신기로 송신하며, 수신가 TCM 부호로 부화화된 방송 데이터를 비터비 알고리즘을 통해 복호화하여 사용자에게 디지털 방송을 제공한다. 하지만, 전술한 바와 같이 수신기에서 비터비 알고리즘을 통해 TCM 부호로 부화화된 방송 데이터를 복호화할 경우, 상기 비터비 알고리즘을 통한 TCM 부호의 복호 성능이 섀넌의 채널 용량 한계에 크게 근접하지 못하며, 그 결과 방송 데이터의 복호 오류가 증가함으로 사용자에게 정상적인 고화질의 디지털 방송을 제공함에는 문제가 있다.
따라서, 통신 시스템, 예컨대 디지털 방송 시스템에서 TCM 부호로 부화화된 방송 데이터를 섀넌의 채널 용량 한계에 근접한 복호 성능으로 복호 오류를 최소화하는 복호 방식이 필요하며, 또한 이러한 복호화 방식으로 상기 TCM 부호로 부화화된 방송 데이터를 복호화하여 사용자에게 정상적인 고화질의 디지털 방송을 안정적으로 사용자에게 제공하기 위한 데이터 수신 방안이 필요하다.
따라서, 본 발명의 목적은 통신 시스템에서 데이터 수신 장치 및 방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 통신 시스템에서 트렐리스 부호 변조 부호화 방식으로 부호화된 방송 데이터를 섀넌의 채널 용량 한계에 근접하여 복호 오류를 최소화하는 데이터 수신 장치 및 방법을 제공함에 있다.
그리고, 본 발명의 다른 목적은, 통신 시스템에서 트렐리스 부호 변조 부호화 방식으로 부호화된 방송 데이터를 저밀도 패리티 검사 복호화 방식을 이용하여 데이터를 수신하는 데이터 수신 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 통신 시스템에서 데이터를 수신하는 장치에 있어서, 안테나를 통해 수신되는 데이터를 잔류측파대(VSB: Vestigial SideBand) 복조 방식으로 복조하는 복조부; 상기 복조된 데이터를 등화(equalizing)하는 등화부(equalizer); 상기 등화된 데이터를 저밀도 패리티 검사(LDPC: Low-Density Parity Check) 복호화 방식으로 복호화하는 제1복호화부; 상기 저밀도 패리티 검사 복호화 방식으로 복호화된 데이터를 디인터리빙(deinterleaving)하는 디인터리버(deinterleaver); 상기 디인터리빙된 데이터를 리드 솔로몬(RS: Reed-Solomon) 복호화하는 제2복호화부; 및 상기 RS 복화된 데이터를 디랜덤화(derandomizing)하여 상기 안테나를 통해 수신되는 데이터를 복원하는 디랜덤화부(derandomizer)를 포함한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 다른 장치는, 통신 시스템에서 데이터를 수신하는 장치에 있어서, 안테나를 통해 수신되는 데이터를 반복 복호(iterative decoding) 알고리즘을 이용하여 복호화하는 복호화기를 포함하며, 상기 복호화기는, 상기 안테나를 통해 수신되는 데이터의 트렐리스 부호 변조(TCM: Trellis Coded Modulation) 부호를 상기 반복 복호 알고리즘을 이용하여 저밀도 패리티 검사(LDPC: Low-Density Parity Check) 복호화 방식으로 복호화한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 통신 시스템에서 데이터를 수신하는 방법에 있어서, 안테나를 통해 수신되는 데이터에서 트렐리스 부호 변조(TCM: Trellis Coded Modulation) 부호의 패리티 검사 행렬(Parity Check Matrix)을 계산하는 단계; 상기 계산한 패리티 검사 행렬을 저밀도 패리티 검사(LDPC: Low-Density Parity Check) 행렬로 변환하는 단계; 및 상기 변환한 저밀도 패리티 검사 행렬을 기반으로 상기 안테나를 통해 수신되는 데이터를 복호화한 후, 상기 안테나를 통해 수신되는 데이터를 복원하는 단계를 포함한다.
본 발명은, 통신 시스템에서 트렐리스 부호 변조 부호화 방식으로 부호화된 방송 데이터를 저밀도 패리티 검사 복호화 방식을 이용하여 데이터를 수신함으로써, 트렐리스 부호 변조 부호화 방식으로 부호화된 방송 데이터의 복호 성능이 섀넌의 채널 용량 한계에 근접하여 복호 오류를 최소화하며, 그에 따라 사용자에게 정상적인 고화질의 방송 데이터를 안정적으로 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은, 통신 시스템에서 방송 데이터의 복호 성능 및 수신 성능을 향상시킴으로써 디지털 방송 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 송신 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 수신 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 수신 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 수신 장치의 동작 과정을 개략적으로 도시한 도면.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩뜨리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
본 발명은, 통신 시스템, 예컨대 디지털 방송 시스템에서 방송 데이터를 수신하는 장치 및 방법을 제안한다. 여기서, 본 발명의 실시 예에서는, 통신 시스템에서 송신기가 컨벌루션 코드(convolutional code)의 일 예로 트렐리스 부호 변조(TCM: Trellis Coded Modulation, 이하 'TCM'이라 칭하기로 함) 부호화 방식으로 데이터를 부호화하여 송신하며, 수신기가 TCM 부호로 부호화된 데이터를 수신한 후, 순방향 오류 정정(FEC: Forward Error Correction, 이하 'FEC'라 칭하기로 함) 방식의 일 예로 저밀도 패리티 검사(LDPC: Low-Density Parity Check, 이하 'LDPC'라 칭하기로 함) 복호화 방식을 이용하여 상기 TCM 부호로 부호화된 데이터를 복호화하여 수신한다. 후술할 본 발명의 실시 예에서는, 디지털 방송 시스템에서 송신기가 방송 데이터를 TCM 부호로 부호화하여 송신하고, 수신기가 TCM 부호로 부호화된 방송 데이터를 LDPC 복호화 방식으로 복호화하여 수신하는 것을 중심으로 설명하지만, 본 발명에서 제안하는 데이터 수신 장치 및 방법은, 디지털 방송 시스템 이외의 다른 통신 시스템들에도 적용될 수 있으며, 또한 LDPC 복호화 방식뿐만 아니라 FEC 방식을 포함하는 다른 복호화 방식, 예컨대 반복 복호(iterative decoding) 알고리즘으로 합곱(sum-product) 또는 최소합(min-sum) 등의 알고리즘을 이용하는 복호화 방식들에도 적용될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에서는, 디지털 방송 시스템에서 수신기가 TCM 부호로 부호화된 방송 데이터의 복호 성능이 섀넌(Shannon)의 채널 용량 한계(limit)에 근접하여 복호 오류가 최소화되도록 LDPC 복호화 방식을 통해 상기 TCM 부호로 부호화된 방송 데이터를 복호화하여 수신하며, 그에 따라 수신기의 사용자에게 정상적인 고화질의 디지털 방송을 안정적으로 제공한다. 그러면 여기서, 도 1을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 송신 장치의 구조를 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 송신 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 도 1은, 디지털 방송 시스템으로 ATSC(Advanced Television System Committee) 지상파 디지털 TV 시스템의 송신기 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 상기 데이터 송신 장치는, 입력되는 방송 데이터를 랜덤화(randomizing)하는 데이터 랜덤화부(data randomizer)(105), 상기 데이터 랜덤화부(105)에 의해 랜덤화된 데이터를 리드 솔로몬(RS: Reed-Solomon, 이하 'RS'라 칭하기로 함) 부호로 부호화하는 RS 부호화부(RS encoder)(110), 상기 RS 부호화부(110)에 의해 RS 부호화된 데이터를 인터리빙(interleaving)하는 인터리버(interleaver)(115), 상기 인터리버(115)에 의해 인터리빙된 데이터를 TCM 부호로 부호화하는 TCM 부호화부(TCM encoder)(120), 상기 TCM 부호화부(120)에 의해 TCM 부호화된 데이터를 다중화(Multiplexing)하는 다중화부(MUX)(125), 상기 다중화부(125)에 의해 다중화된 데이터에 파일럿(pilot)을 삽입하는 파일럿 삽입부(130), 상기 파일럿 삽입부(130)에 의해 파일럿이 삽입된 데이터를 잔류측파대(VSB: Vestigial SideBand, 이하 'VSB'라 칭하기로 함) 변조 방식으로 변조하는 VSB 변조부(135), 상기 VSB 변조부(135)에 의해 VSB 변조된 데이터를 베이스 밴드(base band)에서 무선 주파수(RF: Radio Frequency, 이하 'RF'라 칭하기로 함) 대역으로 업-컨버젼(up-conversion)하는 RF 상향 변환부(140), 및 상기 RF 상향 변환부(140)에 의해 RF 대역으로 상향 변환된 데이터의 전력을 증폭하여 안테나를 통해 송신하는 고전력 증폭부(145)를 포함한다.
상기 데이터 랜덤화부(105)는 방송 데이터의 데이터 스트림으로 MPEG(Moving Picture Experts Group)-2 TS(Transport Stream)을 입력받고, 상기 입력된 데이터 스트림을 랜덤화하여 데이터의 스펙트럼을 상기 방송 데이터의 송신 시 이용 가능한 주파수 대역의 전 대역에 분산한다. 여기서, 상기 데이터 랜덤화부(105)의 랜덤화에 의해 데이터의 스펙트럼이 전 대역에 분산됨에 따라, 방송 데이터의 송신 시에 특정 주파수 대역에 에너지가 집중되는 것이 방지된다.
상기 RS 부호화부(110)는 버스트 에러(burst error) 정정 능력이 우수한 RS 부호로 상기 랜덤화된 데이터를 RS 부호로 부호화한다. 여기서, 상기 RS 부호화부(110)에 의해 상기 랜덤화된 데이터는, 선형 부호(linear code)인 RS 부호로 부호화되며, 이렇게 RS 부호화함에 따라 데이터의 오류가 감소된다. 그리고, 상기 인터리버(115)는, 상기 RS 부호로 부호화된 데이터를 인터리빙하며, 상기 인터리빙에 의해 상기 RS 부호화된 데이터는 규칙적으로 재배열된다.
상기 TCM 부호화부(120)는 상기 인터리빙된 데이터를 컨벌루션 코드의 일 예인 TCM 부호로 부호화하며, 상기 TCM 부호화부(120)에 의해 상기 인터리빙된 데이터는 선형 부호인 TCM 부호로 부호화된다. 상기 다중화부(125)는, 상기 TCM 부호로 부호화된 데이터를 필드 동기(field synchronization) 신호 및 세그먼트 동기(segment synchronization) 신호를 이용하여 다중화되며, 상기 다중화된 데이터는, 베이스 밴드의 ATSC 방송 데이터가 된다. 즉, 상기 다중화에 의해 상기 TCM 부호로 부호화된 데이터는 베이스 밴드의 ATSC 방송 데이터로 변환된다.
상기 파일럿 삽입부(130)는 상기 다중화된 베이스 밴드의 ATSC 방송 데이터에 파일럿을 삽입하며, 상기 파일럿이 삽입된 데이터는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
수학식 1
Figure PCTKR2010005233-appb-M000001
수학식 1에서 t(n)은 파일럿 신호가 삽입된 데이터를 의미하고, 상기 s(n)은 베이스 밴드의 ATSC 방송 데이터를 의미하며, P는 파일럿으로, 예컨대 ATSC에 상응하여 상수 1.25로 나타낼 수 있다.
상기 VSB 변조부(135)는 상기 파일럿이 삽입된 베이스 밴드의 데이터를 VSB 변조 방식으로 변조하며, 상기 RF 상향 변환부(140)는 상기 VSB 변조된 베이스 밴드의 데이터를 RF 대역으로 업-컨버젼한다. 즉, 상기 업-컨버젼에 의해 상기 VSB 변조된 베이스 밴드의 데이터는 RF 대역으로 변환되며, 상기 고전력 증폭부(145)는, 상기 RF 대역으로 변환된 데이터의 전력을 고전력으로 증폭한 후, 안테나를 통해 디지털 방송 시스템의 수신기로 송신한다. 여기서, 상기 파일럿이 삽입된 베이스 밴드의 데이터는, 상기 VSB 변조부(135)에 의해 VSB 변조 및 업-컨버젼되어 중간 주파수(IF: Intermediate Frequency) 대역의 VSB 변조된 데이터로 변환된 후, 상기 IF 대역의 VSB 변조된 데이터가 상기 RF 상향 변환부(140)에 의해 RF 대역으로 업-컨버젼되며, 상기 업-컨버젼된 RF 대역의 데이터가 상기 고전력 증폭부(145)에 의해 전력 증폭되어 안테나를 통해 송신될 수 있다.
이렇게 본 발명의 실시 예에 따른 디지털 방송 시스템에서의 데이터 송신 장치는, 방송 데이터를 선형 코드인 RS 부호 및 TCM 부호로 부호화하여 수신기로 송신한다. 그러면 여기서, 도 2를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 선형 코드인 RS 부호 및 TCM 부호로 부호된 방송 데이터를 수신하는 데이터 수신 장치에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 수신 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 도 2는, 디지털 방송 시스템으로 ATSC 지상파 디지털 TV 시스템의 수신기 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 상기 데이터 수신 장치는, 전술한 바와 같이 부호화된 방송 데이터를 안테나를 통해 수신하는 튜너(tuner)(205), 상기 튜너(205)에 의해 수신된 데이터를 상기 데이터 송신 장치의 VSB 변조 방식에 상응하여 VSB 복조 방식으로 복조하는 VSB 복조부(210), 상기 VSB 복조부(210)에 의해 VSB 복조된 데이터를 등화(equalizing)하는 등화부(equalizer)(215), 상기 등화부(215)에 의해 등화된 데이터를 비터비(Viterbi) 알고리즘을 이용하여 TCM 복호화하는 TCM 복호화부(220), 상기 TCM 복호화부(220)에 의해 TCM 복호화된 데이터를 디인터리빙(deinterleaving)하는 디인터리버(deinterleaver)(225), 상기 디인터리버(225)에 의해 디인터리빙된 데이터를 RS 복호화하는 RS 복호화부(230), 및 상기 RS 복호화부(230)에 의해 RS 복호화된 데이터를 디랜덤화(derandomizing)하여 안테나를 수신된 방송 데이터를 복원하는 데이터 디랜덤화부(data derandomizer)(240)를 포함한다.
상기 튜너(205)는, 안테나를 통해 수신되는 RF 대역의 방송 데이터를 베이스 밴드의 방송 데이터로 다운-컨버젼(down-conversion)하여 수신하며, 상기 VSB 복조부(210)는, 상기 수신한 베이스 밴드의 데이터를 전술한 데이터 송신 장치에서의 VSB 변조 방식에 상응하여 VSB 복조 방식으로 복조한다. 여기서, 상기 안테나를 통해 수신된 RF 대역의 방송 데이터는 상기 튜너(205)에 의해 다운-컨버젼되어 IF 대역의 방송 데이터로 변환된 후, 상기 IF 대역의 방송 데이터가 상기 VSB 복조부(210)에 의해 VSB 복조 및 다운-컨버젼되어 베이스 밴드의 VSB 복조된 데이터가 될 수 있다.
상기 등화부(215)는, 상기 VSB 복조된 베이스 밴드의 데이터를 등화하여 무선 채널을 통한 방송 데이터의 송신 시 발생하는 다중 경로(multi-path) 신호를 제거한다. 상기 TCM 복호화부(220)는, 상기 등화된 데이터를 전술한 데이터 송신 장치에서의 TCM 부호화 방식에 상응하여 TCM 복호화한다. 즉, 상기 TCM 복호화부(220)는 상기 데이터 송신 장치에서 선형 부호인 TCM 부호로 부호화된 데이터를 비터비 알고리즘을 이용하여 복호화한다. 여기서, 상기 TCM 복호화부(220)에 의해 상기 TCM 복호화된 데이터에는 무선 채널을 통한 방송 데이터의 송신 시 발생하는 잡음이 제거된다.
상기 디인터리버(225)는, 상기 TCM 복호화된 데이터를 디인터리빙하며, 상기 RS 복호화부(230)는, 상기 디인터리빙된 데이터를 전술한 데이터 송신 장치에서의 RS 부호화 방식에 상응하여 RS 복호화한다. 즉, 상기 RS 복호화부(230)는, 상기 데이터 송신 장치에서 선형 부호인 RS 부호로 부호화된 데이터를 복호화한다. 여기서, 상기 RS 복호화부(230)에 의해 상기 RS 복호화된 데이터에는 버스트 에러가 정정된다. 즉, 상기 RS 복호화부(230)에 의해 상기 RS 복호화된 데이터에는 무선 채널을 통한 방송 데이터의 송신 시 발생하는 잡음이 다시 제거된다. 상기 데이터 디랜덤화부(240)는, 상기 RS 복호화된 데이터를 디랜덤화하여 수신되는 방송 데이터를 복원하여 MPEG-2 TS의 복원된 방송 데이터를 출력한다.
이러한 데이터 수신 장치는, 선형 부호인 RS 부호 및 TCM 부호로 부호화된 방송 데이터를 수신하면, 데이터 송신 장치의 부호화에 상응하여 상기 RS 부호 및 TCM 부호로 부호화된 방송 데이터를 TCM 복호 및 RS 복호를 수행한다. 이때, 상기 데이터 수신 장치가 비터비 알고리즘을 통해 RS 부호 및 TCM 부호로 부화화된 방송 데이터를 복호화할 경우, 복호 성능이 저하되며, 특히 TCM 부호의 복호 성능이 섀넌의 채널 용량 한계와 큰 차이가 있으며, 그에 따라 수신된 방송 데이터의 복호 오류가 증가한다. 그러므로, 본 발명의 실시 예에서는, 데이터 수신 장치가 LDPC 복호를 수행하여 복호 성능이 섀넌의 채널 용량 한계에 근접하여 수신된 방송 데이터의 복호 오류를 최소화한다. 그러면 여기서, 도 3을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 선형 코드인 RS 부호 및 TCM 부호로 부호된 방송 데이터를 LDPC 복호화하여 수신하는 데이터 수신 장치에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 수신 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 도 3은, 디지털 방송 시스템으로 ATSC 지상파 디지털 TV 시스템의 수신기 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 데이터 수신 장치는, 전술한 바와 같이 부호화된 방송 데이터를 안테나를 통해 수신하는 튜너(305), 상기 튜너(305)에 의해 수신된 데이터를 상기 데이터 송신 장치의 VSB 변조 방식에 상응하여 VSB 복조 방식으로 복조하는 VSB 복조부(310), 상기 VSB 복조부(310)에 의해 VSB 복조된 데이터를 등화하는 등화부(315), 상기 등화부(315)에 의해 등화된 데이터를 반복 복호 알고리즘을 이용하여 LDPC 복호화하는 LDPC 복호화부(320), 상기 LDPC 복호화부(320)에 의해 LDPC 복호화된 데이터를 디인터리빙하는 디인터리버(325), 상기 디인터리버(325)에 의해 디인터리빙된 데이터를 RS 복호화하는 RS 복호화부(330), 및 상기 RS 복호화부(330)에 의해 RS 복호화된 데이터를 디랜덤화하여 안테나를 통해 수신된 방송 데이터를 복원하는 데이터 디랜덤화부(335)를 포함한다.
상기 튜너(305)는, 안테나를 통해 수신되는 RF 대역의 방송 데이터를 베이스 밴드의 방송 데이터로 다운-컨버젼하여 수신하며, 상기 VSB 복조부(310)는, 상기 수신한 베이스 밴드의 데이터를 전술한 데이터 송신 장치에서의 VSB 변조 방식에 상응하여 VSB 복조 방식으로 복조한다. 여기서, 상기 안테나를 통해 수신된 RF 대역의 방송 데이터는 상기 튜너(305)에 의해 다운-컨버젼되어 IF 대역의 방송 데이터로 변환된 후, 상기 IF 대역의 방송 데이터가 상기 VSB 복조부(310)에 의해 VSB 복조 및 다운-컨버젼되어 베이스 밴드의 VSB 복조된 데이터가 될 수 있다.
상기 등화부(315)는, 상기 VSB 복조된 베이스 밴드의 데이터를 등화하여 무선 채널을 통한 방송 데이터의 송신 시 발생하는 다중 경로 신호를 제거한다. 상기 LDPC 복호화부(320)는, 상기 등화된 데이터가 전술한 데이터 송신 장치에서의 TCM 부호화 방식에 상응하여 TCM 부호화된 데이터임으로, 상기 TCM 부호화된 데이터를 복호화한다. 즉, 상기 LDPC 복호화부(320)는 상기 데이터 송신 장치에서 선형 부호인 TCM 부호로 부호화된 데이터를 반복 복호 알고리즘을 이용하여 LDPC 복호화한다. 여기서, 상기 LDPC 복호화부(320)에 의해 상기 LDPC 복호화된 데이터에는 무선 채널을 통한 방송 데이터의 송신 시 발생하는 잡음이 제거된다.
보다 구체적으로 설명하면, 상기 LDPC 복호화부(320)는, 트렐리스틀 기반으로 하여 선형 부호인 TCM 부호로 부호화된 데이터에서 상기 TCM 부호의 패리티 검사 행렬(Parity Check Matrix)을 계산하고, 상기 계산한 TCM 부호의 패리티 검사 행렬을 LDPC 행렬(LDPC Matrix)로 변환한다. 여기서, 상기 LDPC 복호화부(320)는, 상기 LDPC 행렬이 태너(Tanner) 그래프에서 짧은 길이의 사이클 개수를 적게 갖도록, 바람직하게는 최소로 갖도록 상기 계산한 TCM 부호의 패리티 검사 행렬을 변환하며, 이때 상기 데이터 송신 장치에서 방송 데이터를 부호화한 TCM 부호 및 RS 부호 모두 선형 부호임으로, 상기 LDPC 복호화부(320)는, 상기 TCM 부호로 부호화된 데이터에서 상기 TCM 부호의 패리티 검사 행렬을 계산하게 되며, 또한 상기 계산한 TCM 부호의 패리티 검사 행렬을 LDPC 행렬로 변환하게 된다. 그리고, 상기 LDPC 복호화부(320)는, 상기 변환한 LDPC 행렬을 바탕으로 반복 복호 알고리즘으로, 예컨대 합곱 또는 최소합 등의 알고리즘을 이용하여 상기 TCM 부호화된 데이터를 반복 복호, 즉 LDPC 복호화한다. 여기서, 상기 변환한 LDPC 행렬이 테너 그래프에서 짧은 길이의 사이클 개수가 적게 가짐에 따라, 상기 LDPC 복호화부(320)의 복호 성능, 즉 데이터 수신 장치가 반복 복호 알고리즘을 이용하여 안테나를 통해 수신된 방송 데이터를 복호화하는 성능은 섀넌의 채널 용량 한계에 근접하여 복호 성능이 극대화된다.
상기 디인터리버(325)는, 상기 LDPC 복호화된 데이터를 디인터리빙하며, 상기 RS 복호화부(330)는, 상기 디인터리빙된 데이터를 전술한 데이터 송신 장치에서의 RS 부호화 방식에 상응하여 RS 복호화한다. 즉, 상기 RS 복호화부(330)는, 상기 데이터 송신 장치에서 선형 부호인 RS 부호로 부호화된 데이터를 복호화한다. 여기서, 상기 RS 복호화부(330)에 의해 상기 RS 복호화된 데이터에는 버스트 에러가 정정된다. 즉, 상기 RS 복호화부(330)에 의해 상기 RS 복호화된 데이터에는 무선 채널을 통한 방송 데이터의 송신 시 발생하는 잡음이 다시 제거된다. 상기 데이터 디랜덤화부(335)는, 상기 RS 복호화된 데이터를 디랜덤화하여 수신되는 방송 데이터를 복원하여 MPEG-2 TS의 복원된 방송 데이터를 출력한다.
이러한 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 수신 장치는, 선형 부호인 RS 부호 및 TCM 부호로 부호화된 방송 데이터를 수신하면, 상기 RS 부호 및 TCM 부호로 부호화된 방송 데이터를 반복 복호 알고리즘을 이용하여 복호화한다. 즉, 상기 데이터 수신 장치는, 선형 부호, 특히 트렐리스를 기반으로 한 TCM 부호로 부호화된 방송 데이터를 안테나를 통해 수신하면, 상기 TCM 부호로 부호화된 방송 데이터에서 상기 TCM 부호의 패리티 검사 행렬을 계산한 후, 상기 계산한 TCM 부호의 패리티 검사 행렬을 LDPC 행렬로 변환하여 LDPC 복호를 수행한다.
이렇게 상기 데이터 수신 장치가 LDPC 복호를 수행함에 따라 RS 부호 및 TCM 부호로 부화화된 방송 데이터의 복호 성능, TCM 부호의 복호 성능이 섀넌의 채널 용량 한계에 근접하여 수신된 방송 데이터의 복호 오류가 최소화된다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 수신 장치는, 안테나를 통해 수신된 방송 데이터를 반복 복호 알고리즘을 이용하여 복호, 다시 말해 LDPC 복호를 수행하여 복호 성능의 열화 없이 정상적인 고화질의 디지털 방송을 사용자에게 안정적으로 제공한다. 그러면 여기서, 도 4를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 수신 장치가 RS 부호 및 TCM 부호로 부호화된 방송 데이터를 복호화하여 수신하는 동작에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 데이터 수신 장치의 동작 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, S410단계에서, 상기 데이터 수신 장치는, 안테나를 통해 전술한 바와 같은 데이터 송신 장치로부터 방송 데이터를 수신하여 RF 대역의 방송 데이터를 베이스 밴드 대역의 방송 데이터로 다운-컨버젼한 후, 상기 데이터 송신 장치에서의 VSB 변조 방식에 상응하여 VSB 복조 방식으로 상기 수신한 방송 데이터를 VSB 복조한다.
그런 다음, S420단계에서, 상기 데이터 수신 장치는, 상기 VSB 복조된 방송 데이터를 등화화한 후, LDPC 복호화, 즉 반복 복호 알고리즘을 이용하여 수신한 방송 데이터를 복호화한다. 여기서, 상기 안테나를 통해 수신된 방송 데이터는 전술한 바와 같이 데이터 송신 장치에서 선형 부호인 RS 부호 및 TCM 부호로 부호화된 데이터이며, 상기 LDPC 복호 시, 상기 안테나를 통해 수신된 방송 데이터에서 트렐리스를 기반으로 한 상기 TCM 부호의 패리티 검사 행렬을 계산한다. 그리고, 상기 계산한 TCM 부호의 패리티 검사 행렬을 LDPC 복호를 위한 LDPC 행렬로 변환하며, 상기 변환한 LDPC 행렬을 기반으로 하여 상기 안테나를 통해 수신된 방송 데이터를 복호화한다.
이때, 상기 LDPC 행렬이 태너 그래프에서 짧은 길이의 사이클 개수를 적게 갖도록 상기 계산한 TCM 부호의 패리티 검사 행렬은 상기 LDPC 행렬로 변환되며, 상기 데이터 송신 장치에서 방송 데이터를 부호화한 TCM 부호 및 RS 부호 모두 선형 부호임으로, 상기 안테나를 통해 수신된 방송 데이터에서 상기 TCM 부호의 패리티 검사 행렬이 계산되며, 또한 상기 계산한 TCM 부호의 패리티 검사 행렬이 상기 LDPC 행렬로 변환된다. 그리고, 상기 변환된 LDPC 행렬을 바탕으로 반복 복호 알고리즘으로, 예컨대 합곱 또는 최소합 등의 알고리즘을 이용하여 상기 안테나를 통해 수신된 방송 데이터가 복호화되며, 여기서 상기 변환한 LDPC 행렬이 테너 그래프에서 짧은 길이의 사이클 개수가 적게 가짐, 바람직하게는 최소로 가짐에 따라, 상기 안테나를 통해 수신된 방송 데이터의 복호 성능은 섀넌의 채널 용량 한계에 근접하여 복호 성능이 극대화된다. 여기서, 상기 LDPC 복호화에 의해 상기 LDPC 복호화된 데이터에는 무선 채널을 통한 방송 데이터의 송신 시 발생하는 잡음이 제거된다.
다음으로, S430단계에서, 상기 데이터 수신 장치는, 전술한 바와 같이 복호 성능이 극대화되어, 즉 상기 안테나를 통해 수신된 방송 데이터의 복호 오류가 최소화되도록 LDPC 복호화된 방송 데이터를 인터리빙한 후, RS 복호화한다. 여기서, 상기 RS 복호화에 의해 상기 RS 복호화된 데이터에는 버스트 에러가 정정되며, 또한 상기 RS 복호화된 데이터에는 무선 채널을 통한 방송 데이터의 송신 시 발생하는 잡음이 다시 제거된다.
그리고, S440단계에서, 상기 데이터 수신 장치는, 상기 RS 복호화된 데이터를 디랜덤화하여 상기 안테나를 통해 수신된 방송 데이터를 복원하여 MPEG-2 TS의 복원된 방송 데이터를 출력한다.
이렇게 본 발명의 실시 예에서는, 안테나를 통해 데이터 송신 장치로부터 수신되는 방송 데이터를 반복 복호 알고리즘을 이용하여 복호화, 다시 말해 상기 수신된 방송 데이터를 LDPC 복호화함에 따라, 상기 수신된 방송 데이터의 복호 성능, 특히 트렐리스 기반의 TCM 부호로 부화화된 방송 데이터의 복호 성능이 섀넌의 채널 용량 한계에 근접하여 상기 수신된 방송 데이터의 복호 오류가 최소화된다. 그러므로, 본 발명의 실시 예에서는, 안테나를 통해 수신된 방송 데이터의 복호 성능의 열화 없이 정상적인 고화질의 디지털 방송을 사용자에게 안정적으로 제공한다.
본 출원은 2009년 11월 13에 출원된 한국특허출원 제 10-2009-0109603호 및 2010년 5월 19일에 출원된 한국특허출원 10-2010-0046294호의 전체 내용이 참조로 통합되었으며 요지를 포함한다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (20)

  1. 통신 시스템에서 데이터를 수신하는 장치에 있어서,
    안테나를 통해 수신되는 데이터를 잔류측파대(VSB: Vestigial SideBand) 복조 방식으로 복조하는 복조부;
    상기 복조된 데이터를 등화(equalizing)하는 등화부(equalizer);
    상기 등화된 데이터를 저밀도 패리티 검사(LDPC: Low-Density Parity Check) 복호화 방식으로 복호화하는 제1복호화부;
    상기 저밀도 패리티 검사 복호화 방식으로 복호화된 데이터를 디인터리빙(deinterleaving)하는 디인터리버(deinterleaver);
    상기 디인터리빙된 데이터를 리드 솔로몬(RS: Reed-Solomon) 복호화하는 제2복호화부; 및
    상기 RS 복화된 데이터를 디랜덤화(derandomizing)하여 상기 안테나를 통해 수신되는 데이터를 복원하는 디랜덤화부(derandomizer)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1복호화부는, 상기 등화된 데이터에서 트렐리스(Trellis)를 기반으로 한 트렐리스 부호 변조(TCM: Trellis Coded Modulation) 부호의 패리티 검사 행렬(Parity Check Matrix)을 계산하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1복호화부는, 상기 계산한 패리티 검사 행렬을 저밀도 패리티 검사 행렬(Low-Density Parity Check Matrix)로 변환하고, 상기 변환한 저밀도 패리티 검사 행렬을 기반으로 상기 등화된 데이터를 복호화하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1복호화부는, 상기 변환한 저밀도 패리티 검사 행렬을 기반으로 반복 복호(iterative decoding) 알고리즘을 이용하여 상기 등화된 데이터를 복호화하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1복호화부는, 상기 변환한 저밀도 패리티 검사 행렬을 기반으로 합곱(sum-product) 알고리즘 또는 최소합(min-sum) 알고리즘을 이용하여 상기 등화된 데이터를 복호화하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제1복호화부는, 상기 변환한 저밀도 패리티 검사 행렬이 태너(Tanner) 그래프에서 짧은 길이의 사이클 개수를 최소로 갖도록 상기 계산한 패리티 검사 행렬을 변환하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 안테나를 통해 수신되는 데이터를 무선 주파수(RF: Radio Frequency) 대역에서 중간 주파수(IF: Intermediate Frequency) 대역 또는 베이스 밴드(base band)로 다운-컨버젼(down-conversion)하여 상기 복조부로 출력하는 튜너(tuner)를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 등화부는, 상기 안테나를 통해 수신되는 데이터에서 다중 경로(multi-path) 신호를 제거하고;
    상기 제1복호화부 및 상기 제2복호화부는, 상기 안테나를 통해 수신되는 데이터에서 잡음을 제거하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 장치.
  9. 통신 시스템에서 데이터를 수신하는 장치에 있어서,
    안테나를 통해 수신되는 데이터를 반복 복호(iterative decoding) 알고리즘을 이용하여 복호화하는 복호화기를 포함하며,
    상기 복호화기는, 상기 안테나를 통해 수신되는 데이터의 트렐리스 부호 변조(TCM: Trellis Coded Modulation) 부호를 상기 반복 복호 알고리즘을 이용하여 저밀도 패리티 검사(LDPC: Low-Density Parity Check) 복호화 방식으로 복호화하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 복호화기는,
    상기 안테나를 통해 수신되는 데이터의 트렐리스 부호 변조 부호를 복호화하는 제1복호화부; 및
    상기 안테나를 통해 수신되는 데이터의 리드 솔로몬(RS: Reed-Solomon) 부호를 복호화하는 제2복호화부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 복호화기는, 상기 안테나를 통해 수신되는 데이터에서 상기 트렐리스 부호 변조 부호의 패리티 검사 행렬(Parity Check Matrix)을 계산하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 복호화기는, 상기 계산한 패리티 검사 행렬을 저밀도 패리티 검사 행렬(Low-Density Parity Check Matrix)로 변환하고, 상기 변환한 저밀도 패리티 검사 행렬을 기반으로 상기 반복 복호 알고리즘을 이용하여 상기 안테나를 통해 수신되는 데이터를 복호화하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 복호화기는, 상기 변환한 저밀도 패리티 검사 행렬을 기반으로 합곱(sum-product) 알고리즘 또는 최소합(min-sum) 알고리즘을 이용하여 상기 안테나를 통해 수신되는 데이터를 복호화하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 복호화기는, 상기 변환한 저밀도 패리티 검사 행렬이 태너(Tanner) 그래프에서 짧은 길이의 사이클 개수를 최소로 갖도록 상기 계산한 패리티 검사 행렬을 변환하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 장치.
  15. 통신 시스템에서 데이터를 수신하는 방법에 있어서,
    안테나를 통해 수신되는 데이터에서 트렐리스 부호 변조(TCM: Trellis Coded Modulation) 부호의 패리티 검사 행렬(Parity Check Matrix)을 계산하는 단계;
    상기 계산한 패리티 검사 행렬을 저밀도 패리티 검사(LDPC: Low-Density Parity Check) 행렬로 변환하는 단계; 및
    상기 변환한 저밀도 패리티 검사 행렬을 기반으로 상기 안테나를 통해 수신되는 데이터를 복호화한 후, 상기 안테나를 통해 수신되는 데이터를 복원하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 복호화하는 단계는, 상기 안테나를 통해 수신되는 데이터를 반복 복호(iterative decoding) 알고리즘을 이용하여 복호화하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 복호화하는 단계는, 상기 안테나를 통해 수신되는 데이터를 합곱(sum-product) 알고리즘 또는 최소합(min-sum) 알고리즘을 이용하여 복호화하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 복호화하는 단계는, 상기 안테나를 통해 수신되는 데이터의 트렐리스 부호 변조 부호를 복호화하고, 상기 안테나를 통해 수신되는 데이터의 리드 솔로몬(RS: Reed-Solomon) 부호를 복호화하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 변환하는 단계는, 상기 변환한 저밀도 패리티 검사 행렬이 태너(Tanner) 그래프에서 짧은 길이의 사이클 개수를 최소로 갖도록 상기 계산한 패리티 검사 행렬을 변환하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 방법.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 복원하는 단계는, 상기 복화화된 데이터를 디랜덤화(derandomizing)하여 상기 안테나를 통해 수신되는 데이터를 복원하는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 방법.
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