KR100213028B1 - 디지탈 신호 복호화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디지탈 신호 복호화장치에 관한 것으로서, 자기기록매체로부터 재생된 신호를 PR class-IV 신호로 처리하여 선형등화를 수행한 후, 우수와 기수로 분리하지 않고 바로 비터비디코더로 인가하도록 구성함으로써 하드웨어량을 감축시킬 수 있을 뿐 아니라 자기기록매체로부터 재생된 신호를 PR class-IV 신호로 처리하여 선형등화를 수행한 후, 우수와 기수로 분리하여 비터비 디코딩을 수행한 경우보다 복호화된 신호의 에러발생률이 감소한다.

Description

디지탈 신호 복호화장치

제1도는 자기기록매체로부터 재생된 신호를 PR class-IV 신호로 처리한 경우에 대한 일반적인 디지탈 신호 복호화장치의 블럭도이다.

제2도는 제1도에 도시된 서브 비터비 디코더의 개략적인 구성블럭도이다.

제3a도 내지 제3d도는 제1도에 도시된 각부의 입출력신호의 파형도이다.

제4a도와 제4b도는 제1도에 도시된 디멀티플렉서에서 출력되는 우수 및 기수에 대한 상태도와 상태표의 일예이다.

제5도는 제2도에 도시된 서브 비터비 디코더의 상세블럭도이다.

제6도는 본 발명에 의한 디지탈 신호 복호화장치의 개략적인 블럭도이다.

제7a도 및 제7b도는 제6도에 도시된 디지탈 신호 복호화장치의 상태도와 상태표이다.

제8도는 제7b도에 도시된 상태표에 다른 트렐리스도이다.

제9a도 내지 제9d도는 제6도에 도시된 디지탈 신호 복호화장치에 사용되는 비터비 디코더의 일실시예에 따른 상세블럭도이다.

본 발명은 디지탈 신호 복호화장치에 관한 것으로, 특히 자기기록매체로부터 재생된 신호를 PR(Partial Response) 신호로 처리하여 선형등화를 수행한 후, 우수와 기수로 분리하지 않고 바로 비터비 디코더로 인가하도록 구성한 디지탈 신호 복호화장치에 관한 것이다.

일련의 디지탈 신호들을 베이스밴드 특성을 갖는 통신채널을 통하여 전송하면, 수신단에서 수신된 신호에는 가산잡음과 함께 신호간섭이 존재한다. 수신된 신호로부터 전송신호를 검출하기 위하여 신호간섭을 제거하는 등화과정을 거치지만, 이 등화과정에서 가산잡음이 증폭되므로 전송신호의 검출에 어려움이 따른다.

그러나 PRS(Partial Response Signal) 시스템에서는 주어진 채널상태를 고려하여 적절하게 지정된 양의 신호간섭을 허용하므로 수신단에서의 신호처리가 매우 용이하며, 채널의 대역폭을 더욱 효과적으로 사용할 수 있는 장점이 있으므로 기저대역의 데이타전송 및 FM이나 SSB 등의 다양한 변조방식에 적용할 수 있다.

PRS 시스템의 종류에는 (1+D), (1-D). (1-D²)등이 있으며, 각각 듀오바이너리(duobinary), 다이코드(dicode), 클래스-4(class-IV)로 불리우고 있다. 여기서, D는 딜레이를 나타낸다. 이 중 클래스-4는 자기데이타 저장채널과 그 특성이 유사하고, 듀오바이너리는 광자기 채널과 그 특성이 유사하다.

그리고, 최우시퀀스평가(Maximum-Likelihood Sequence Estimation : 이하 MLSE라 약함) 방식은 수신되는 신호에 간섭이 존재할 때 일련의 심볼시퀀스를 검출하는데 효과적인 방법이며, 특히 비터비 알고리즘(Viterbi Algorithm)은 MLSE 방식을 효율적으로 구현하는 방법이다.

따라서 신호를 PR(Partial-Response) 형태로 처리하여 수신된 신호에 지정된 양 만큼의 간섭을 허용한 다음 비터비 알고리즘으로 처리하면, 비터비 알고리즘을 포함한 수신단의 크기와 복잡도를 급격히 감소시킬 수 있을 뿐 아니라 신호 대 잡음비(SNR : Signal to Noise Ratio) 성능 저하를 극복할 수 있다.

한편, 자기채널에서 PR(Partial Response) class-IV 시스템에 적용한 디지탈 신호 복호화장치의 개략적인 블럭도가 제1도에 도시되어 있다. 그러면 제1도에 도시된 디지탈 신호 복호화장치에 대하여 제2도 내지 제5도를 참조하여 설명하기로 한다.

우선, 제1도에 있어서 입력신호(a_k; 제3a도)는 프리코더(11)에서 2T 프리코딩(precoding)되어 INRZI(Interleaved Non Return to Zero Inverter) 신호(b_k=[a_k+b_k-2]_mod2: 제3b도)로 되어 기록증폭기(12)로 출력되고, 기록증폭기(12)에서 소정의 증폭율로 증폭된다. 이 b_k신호는 채널(13)을 통해 미분되어지고, 채널(13)을 통해 자기기록매체(미도시)로부터 재생되는 신호(c_k: 제3c도)는 재생증폭기(14)에서 증폭된 후, 채널(13)에 의한 신호의 왜곡성분을 보상하는 선형등화기(15)에서 등화된다. 자기채널의 미분특성에 의해 채널(13)을 (1-D) PR 시스템으로 볼 수 있으므로, 선형등화기(15)로부터 출력되는 신호를 (1+D) 등화기(16)에서 전체적으로 PR class-IV 시스템에 해당하는 신호로 만든다. 이 (1+D) 등화기(16)로부터 출력되는 신호(y_k=c_k+c_k-1: 제3d도)는 아날로그/디지탈(A/D) 변환기(17)에서 디지탈신호로 변환되고, 디멀티플렉서(DEMUX : 18)에서 디지탈신호를 우수(even)와 기수(odd)로 분리하고, 우수와 기수에 대해 각각 서브 비터비 디코더(19a, 19b)를 통해 원래의 디지탈신호를 복호한다. 서브 비터비 디코더(19a, 19b)에 의해 복호된 신호는 멀티플렉서(MUX : 20)를 통해 하나의 신호로 통합되어 출력된다.

제2도는 제1도에 도시된 서브 비터비 디코더(19a, 19b)의 개략적인 구성블럭도로서, 디멀티플렉서(제1도의 18)로부터 서브 비터비 디코더(제1도의 19a, 19b)로 각각 입력된 신호는 브랜치 평가량 계산회로(21)에서 엔코더에 의해 부호화된 가정된 값과 브랜치 평가량을 계산하여 더하기/비교기/선택기회로(22)로 출력한다. 더하기/비교기/선택기회로(22)에 있어서 먼저 더하기에서는 계산된 브랜치 평가량값과 이전의 상태평가량값을 상태도에 따라 더하고, 비교기에서는 현재상태로 입력되는 각각의 상태평가량을 비교하고, 선택기에서는 평가량이 작은 것을 선택하여 상태메모리(23)로 출력한다. 이때 비교기에 의해 선택된 패스선택신호는 패스메모리(path memory : 24)로 입력된다. 한편, 상태메모리(23)에는 현재 상태평가량값이 저장된다. 패스메모리(24)는 트렐리스(trellis) 형태로 구성되어 있으며, 더하기/비교기/선택기회로(22)에서 출력되는 패스선택신호와 상태도에 따른 복호되어질 값을 입력으로 하여 트렐리스 형태의 패스메모리(24)를 따라서 원신호가 복호된다.

디멀티플렉서(18)에서 디지탈신호를 우수와 기수로 분리하였을때 NRZI의 형태로 되어지며, 이때 우수에 대한 상태도와 상태표는 각각 제4a도 및 제4b도와 같이 나타낼 수 있다. 즉, 예를 들면, 현재 상태 b_k-1이 '1'이고, 이력신호 a_k가 '1'이면 다음 상태 b_k는 '0'이 되고, 출력 y_k는 '-A'로 된다. 여기서 출력값의 종류는 -A, 0, A가 있다. 이 y_k값은 서브 비터비 디코더(19a)로 입력되는데, 서브 비터비 디코더(19a)의 상세블럭도는 제5도에 도시되어 있다.

제5도에 도시된 서브 비터비 디코더(19a)에 있어서, 브랜치 평가량 계산회로(21)는 가산기와 감산기로 구성되고, 더하기/비교기/선택기회로(22)는 두개의 가산기와, 두개의 비교기와 두개의 멀티플렉서로 구성된다. 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.

비터비 디코더에서는 수신된 값과 가정된 값간의 유클리디언 거리를 계산하여 브랜치 평가량을 구하고, 상태도에 따라 브랜치 평가량값과 이전 상태의 상태평가량을 더하고, 현재 상태로 입력되는 상태평가량등을 비교하여 평가량이 작은 값을 선택한다. 즉, 이전상태의 상태평가량을 m_k(0), m_k(1)이라 하면,

가 된다.

상기 (1)식에서 평가량은 상대치를 구하므로 공통부분인 y_k ²을 제거하고, A/2로 나누면,

가 된다.

제5도에 있어서, 브랜치 평가량 계산회로(21)에서는 수신된 입력신호(y_k)와 가정된 값 ±A/2와의 차로부터 브랜치 평가량을 구하고, 더하기/비교기/선택기회로(22)에서는 상태메모리(23)에 저장된 이전 상태평가량값과 더하기/비교기/선택기회로(22)에서 출력되는 브랜치 평가량값을 더하여 둘 중에서 평가량이 작은 값을 선택하여 현재의 상태평가량을 구하고, 이때 비교기에서 선택된 신호 ps(0)는 패스메모리(24)로 입력된다. 즉, 예를 들면, 이전상태의 평가량이 m_k-1(0)=0, m_k-1(1)=3이고, 수신값 y_k=1이면 상기 식(2)에 의해 m_k(0)=m_k-1(0)가 선택되고, 이때 패스선택신호 ps(0)=(0)가 선택된다. 패스선택신호 ps(0)는 패스메모리(24)로 입력되고, 패스메모리(24)에서는 가정된 복호되어질 값과 패스선택신호에 의해 트렐리스 형태의 패스메모리(24)를 통해 원신호를 복호한다.

상기에서 살펴본 바와 같이 종래의 디지탈 신호 복호화장치에서는 자기기록매체로부터 재생되는 디지탈신호를 PR class-IV 신호로 처리하여 우수와 기수로 분리한 후 각각 다른 비터비 디코더를 사용하여 원래의 디지탈 신호를 복호화함으로써 하드웨어량이 증가하는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 자기기록매체로부터 재생된 신호를 PR class-IV 신호로 처리하여 선형등화를 수행한 후, 우수와 기수로 분리하지 않고 바로 비터비 디코더로 인가하도록 구성한 디지탈 신호 복호화장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 디지탈 신호 복호화장치는 소정의 방식으로 변조되어 입력되는 신호에 대하여 프리코딩을 수행하여 INRZI 신호로 만들기 위한 프리코더; 상기 프리코더에서 출력되는 INRZI 신호를 채널을 통해 자기기록매체에 기록하기에 적합한 제1소정의 증폭율로 증폭하기 위한 기록증폭기; 상기 자기기록매체로부터 채널을 통해 재생되는 신호를 제2소정의 증폭율로 증폭하기 위한 재생증폭기; 상기 재생증폭기에서 출력되는 신호의 상기 채널에 의한 왜곡성분을 보상하기 위한 선형등화기; 상기 선형등화기에서 출력되는 신호를 디지탈신호로 변환하기 위한 아날로그/디지탈 변환기; 및 상기 아날로그/디지탈 변환기에서 출력되는 신호를 비터비 알고리즘에 의해 복호하여 변조 이전의 신호를 검출하기 위한 비터비 디코더를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 비터비 디코더는 재생된 신호로부터 차평가량을 구하기 위해 단순화된 식

을 이용하여 신호를 평가하여 원신호를 복호한다.

또한, 상기 비터비 디코더는 수신신호와 가정된 출력값 A/2 와의 차를 구하기 위한 감산기, 상기 수신신호와 가정된 출력값 A/2와의 합을 구하기 위한 가산기, 이전상태의 평가량을 상기 제2항의 식에 의하여 각각 비교하는 비교기 및 비교된 것 중 상태평가량이 작은 것을 선택하는 선택기 및 선택된 신호에 상기 감산기와 가산기의 출력신호를 더하는 가산기로 구성된 상태평가량 계산회로, 이전 상태평가량이 현재 상태평가량으로 대치되는 상태메모리, 상기 상태평가량 계산회로에서 출력되는 패스선택신호와 상태도에 따라 설정된 복호되어질 값을 입력으로 하여 트렐리스 형태의 메모리셀에 의해 생존패스를 추적하여 원신호를 복호하기 위한 패스메모리로 구성된다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

제6도는 본 발명에 의한 디지탈 신호 복호화장치의 개략적인 블럭도로서, 프리코더(61), 기록증폭기(62), 재생증폭기(64), 선형등화기(65), 아날로그/디지탈(A/D) 변환기(66)와 비터비 디코더(67)로 구성된다.

제6도의 구성에 따른 동작을 살펴보면, 2T 프리코더(61)는 입력신호(a_k: 제3a도)를 INRZI 신호(b_k=[a_k+b_k-2]_mod2: 제3b도)로 만들고, 기록증폭기(62)에서 소정의 증폭율로 증폭한 후, 채널(63)을 통해 자기기록매체(미도시)에 기록한다. 자기기록매체로부터 채널을 통해 재생된 신호는 재생증폭기(64)에서 증폭된 후, 선형등화기(65)에서 등화하여 채널(63)에 의해 왜곡된 신호가 보상된다. 선형등화기(65)의 출력신호(c_k=b_k-b_k-1: 제3c도)는 아날로그/디지탈 변환기(66)에서 디지탈신호로 변환되고 아날로그/디지탈 변환기(66)의 출력신호는 비터비 디코더(67)에서 디코딩되어 원래 디지탈신호로 복호된다.

제7a도와 제7b도는 제6도에 도시된 디지탈 신호 복호화장치의 상태도와 상태표로서, 제7b도에 도시된 상태표에서 입력신호(a_k: 제3a도)가 '1'이고, 현재상태(T1, T2)가 '00'일때 다음상태(T^2, T^1)은 '01'이 되고, 출력(c_k)은 '1'이 된다. 이 상태표에서 상태는 s(0)=(00), s(1)=(01), s(2)=(10), s(3)=(11)로 4가지가 존재한다. 그리고, 이 시스템에 의한 가정된 출력값은 +A, 0, -A가 된다. 이 상태표에 따른 트렐리스도는 제8도에 도시되어 있다.

제8도에 있어서, 현재시점 t=k일 경우, m_k-1(0), m_k-1(1), m_k-1(2), m_k-1(3)은 이전상태까지의 상태평가량 값이고, m_k(0), m_k(1), m_k(2), m_k(3)은 현재상태까지의 상태평가량 값이다.

제9a도 내지 제9d도는 제6도에 도시된 디지탈 신호 복호화장치에 사용되는 비터비 디코더의 일실시예에 따른 도면으로서, MLSE 기법은 생존패스를 찾기 위해 현재상태로 입력되는 여러 패스중에서 가장 우(likelihood)한 패스를 선택하는 방법이므로 이는 상태평가량을 구하는 방법을 단순화시킨 것이다. 여기서, 제9a도는 브랜치 평가량 계산회로, 제9b도는 더하기/비교기/선택기회로 즉, 상태평가량 계산회로, 제9c도는 상태메모리, 제9d도는 패스메모리를 각각 나타낸다. 제9a도에 도시된 브랜치 평가량 계산회로는 가산기와 감산기로 구성되고, 제9b도에 도시된 더하기/비교기/선택기회로는 2개의 비교기와 2개의 멀티플렉서로 구성되고, 제9c도에 도시된 상태메모리는 4개의 D 플립플롭으로 구성되고, 제9d도에 도시된 패스메모리는 복수개의 패스메모리셀로 구성된다. 제9a도 내지 제9d도에 도시된 비터비 디코더의 동작에 대하여 설명하면 다음과 같다.

상기 (3)식에서 현재 상태평가량 m_k(0), m_k(1), m_k(2), m_k(3)을 구할때 상대치를 구하면 되므로 공통부분인 y² _k을 빼고 2A로 나누어서 단순화하면

상기 (4)식에 있어서, m_k(0)과 m_k(1)은 min[m_k-1(0), m_k-1(2)]가 공통으로 사용되므로 하나의 비교기 즉, 제1비교기를 사용하고, m_k(2)과 m_k(3)은 min[m_k-1(1), m_k-1(3)]가 공통으로 사용되므로 하나의 비교기 즉, 제2비교기를 사용한다.

상기 (4)식에 의하여 제9a도에 도시된 브랜치 평가량 계산회로에서는 수신신호(c_k)와 A/2와의 차로부터 r(1)을 구하고, 수신신호(c_k)와 -A/2와의 합으로부터 r(2)을 구한다.

한편, 제9b도에 도시된 더하기/비교기/선택기회로 즉, 상태평가량 계산회로에서는 상태평가량 m_k(0), m_k(1), m_k(2), m_k(3)을 구하고 생존패스에 대한 패스선택신호를 구한다. 여기서, 상태평가량 m_k(0)는 이전 상태평가량 m_k-1(0)와 m_k-1(2)을 제1비교기에서 비교하여 평가량이 작은 것을 선택하여 출력한다. 상태평가량 m_k(1)은 제1비교기에서 선택된 평가량을 제9a도에 도시된 브랜치 평가량 계산회로에서 구한 r(1)과 더한 값으로 구해진다. 상태평가량 m_k(2)은 이전 상태평가량 m_k-1(1)와 m_k-1(3)을 제2비교기에서 비교하여 평가량이 작은 것을 선택하고, 제2비교기에서 선택된 평가량을 제9a도에 도시된 브랜치 평가량 계산회로에서 구한 r(2)과 더한 값으로 구해진다. 상태평가량 m_k(3)은 제2비교기에서 비교되어 선택된 평가량이 해당된다. 상기한 바와 같이 구해진 현재 상태평가량은 제9c도에 도시된 상태메모리로 입력되고, 제1비교기와 제2비교기에 의해 선택된 패스선택신호 ps0과 ps1은 제9d도에 도시된 패스메모리로 입력된다.

제9c도에 도시된 상태메모리는 이전 상태평가량값이 현재 상태평가량 값으로 대치된다.

제9d도에 도시된 패스메모리는 제8도에 도시된 트렐리스도에서 공통되는 부분인 m_k(0)와 m_k(1)에 대해 하나의 패스메모리셀을 사용하고, m_k(2)와 m_k(3)에 대해 하나의 패스메모리셀을 사용하여 단순화시킬 수 있다.

패스메모리는 더하기/비교기/선택기회로에서 출력되는 패스선택신호 ps0 및 ps1와, 미리 설정된 복호되어질 값(1,0)을 입력으로 하여 멀티플렉서와 D 플립플롭으로 구성된 패스메모리셀이 트렐리스 형태로 구성된 패스메모리를 따라 생존패스를 추적하여 원신호를 복호한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의한 디지탈 신호 복호화장치에서는 자기기록매체로부터 재생된 신호를 PR class-IV 신호로 처리하여 선형등화를 수행한 후, 우수와 기수로 분리하지 않고 바로 비터비 디코더로 인가하도록 구성함으로써 하드웨어량을 감축시키고, 따라서 하드웨어 구현에 소요되는 비용을 절감시킨 이점이 있다.

또한, 자기기록매체로부터 재생된 신호를 PR class-IV 신호로 처리하여 선형등화를 수행한 후, 우수와 기수로 분리하여 비터비 디코딩을 수행한 경우보다 복호화된 신호의 에러발생률이 감소한 이점이 있다.

Claims (3)

1. 소정의 방식으로 변조되어 입력되는 신호에 대하여 프리코딩을 수행하여 INRZI 신호를 만들기 위한 프리코더; 상기 프리코더에서 출력되는 INRZI 신호를 채널을 통해 자기기록매체에 기록하기에 적합한 제1소정의 증폭율로 증폭하기 위한 기록증폭기; 상기 자기기록매체로부터 채널을 통해 재생되는 신호를 제2소정의 증폭율로 증폭하기 위한 재생증폭기; 상기 재생증폭기에서 출력되는 신호의 상기 채널에 의한 왜곡성분을 보상하기 위한 선형등화기; 상기 선형등화기에서 출력되는 신호를 디지탈신호로 변환하기 위한 아날로그/디지탈 변환기; 및 상기 아날로그/디지탈변환기에서 출력되는 재생된 신호로부터 현재의 상태평가량을 구하기 위한 식을 단순화시키고, 이 단순화시킨 식에 적합하게 구성된 하드웨어에 의해 원신호를 복호화하는 비터비 디코더를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지탈신호 복호화장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 비터비 디코더는 재생된 신호로부터 현재 상태평가량을 구하기 위해 단순화된 식

   을 이용하여 원신호를 복호하도록 구성된 것을 특징으로 하는 디지탈 신호 복호화장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 비터비 디코더는 수신신호와 가정된 출력값 A/2와의 차를 구하기 위한 감산기 ; 상기 수신신호와 가정된 출력값 A/2와의 합을 구하기 위한 가산기; 이전상태의 평가량을 상기 제2항의 식에 의하여 각각 비교하는 비교기 및 비교된 것 중 상태평가량이 작은 것을 선택하는 선택기 및 선택된 신호에 상기 감산기와 가산기의 출력신호를 더하는 가산기로 구성된 상태평가량 계산회로; 이전 상태평가량이 현재 상태평가량으로 대치되는 상태메모리; 및 상기 상태평가량 계산회로에서 출력되는 패스선택회로와 상태도에 따라 설정된 복호되어질 값을 입력으로하여 트렐리스 형태의 메모리 셀에 의해 생존패스를 추적하여 원신호를 복호하기 위하여 상기 제2항에 식에 의해 단순화된 패스메모리로 구성되는 것을 특징으로 하는 디지탈신호 복호화장치.