KR101142203B1

KR101142203B1 - Ｄｖｂ－ｓ２ 기반 신호 복조 방법

Info

Publication number: KR101142203B1
Application number: KR1020080117066A
Authority: KR
Inventors: 김판수; 장대익
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2008-11-24
Filing date: 2008-11-24
Publication date: 2012-05-07
Also published as: KR20100058310A; US20100128821A1

Abstract

위성 방송 프레임 신호를 복조하는 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 DVB-S2(Digital Video Broadcasting - via Satellite, Second Generation) 규격의 위성 방송 프레임 신호를 복조하는 복조기의 복조 방법은, 심볼 타이밍을 동기화하는 단계; 심볼 타이밍 동기 후 프레임을 동기화하는 단계; 프레임 동기화 후 반송파를 복원하는 단계; 및 반송파 복원 완료 후 모드코드(MODCOD) 정보를 복호하여 프레임 구성 정보를 획득하는 단계;를 포함한다. 이에 의해 고속 복조 및 복조 데이터의 신뢰성이 확보된다.

Description

ＤＶＢ－Ｓ２ 기반 신호 복조 방법{Signal demodulation method based on DVB-S2}

본 발명은 복조 기술에 관한 것으로, 특히 DVB-S2(Digital Video Broadcasting - via Satellite, Second Generation) 시스템의 전송 구조에서 프레임 신호를 복조하는 기술에 관한 것이다.

본 연구는 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 IT성장동력기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다.[과제관리번호: 2007-S-008-02, 21GHz대역 위성방송 전송기술개발]

DVB-S2 시스템에서는 전송 효율을 최대화시키기 위하여 채널 상태에 따라 변화 혹은 적응적으로 최적의 변조방식 및 부호화율을 선택하여 전송하는 가변형 변조 및 부호화(Adaptive Coding and Modulation, ACM) 방식을 사용한다. 이 방식의 사용으로 인해 위성 방송 및 통신 시스템의 각 수신기는 전파 조건에 따라 가변적 혹은 적응적으로 데이터를 수신 혹은 링크를 제어함으로써, 전송용량 개선이 가능하다.

ACM 전송방식은 점 대 점 통신환경에 적합한 채널 적응형 전송방법으로 단일 전송로를 구성하며 송수신지역의 채널상태에 국한하여 전송환경이 결정되며 최적의 변조방식 선정에 의해 전송채널을 보장할 수 있다. 그러나 방송환경에서는 수신지역이 넓고 수신지역의 채널환경이 다양하기 때문에 동일한 전송방식에 의한 적응형 변조방식으로는 모든 지역의 통신환경을 만족시킬 수 없는 특징이 있다. 따라서 방송환경에서는 다양한 전송방식을 시분할로 전송하며, 수신기에서는 전송채널환경에 적합한 최적의 변조방식을 선택할 수 있는 가변형 변조 및 부호화(Variable Coding and Modulation, VCM) 방식을 적용한 전송 프레임을 제안함으로써, 채널상태에 적응적으로 신뢰성 있는 방송을 시청하도록 한다.

이 같은 DVB-S2 시스템에서, 수신기는 MODCOD 정보 5비트와 프레임 길이 정보 1비트, 파일럿 존재 유무 정보 1비트를 획득하기 위해 리드 뮬러(Reed Muller, RM) 복호기술(64,7)을 통해서 7비트 정보를 획득한다. 또는 RM(32,6)을 통해서 MSB(Most Significant Bit) 6비트를 획득하고, 반복/반전 확인을 통해서 1비트 정보를 획득한다. 그러나 이 RM 복호기술은 신호 복조가 완료된 다음 정확한 정보를 획득할 수 있다. 즉, 반송파 주파수 오차가 존재하는 경우는 정확한 데이터를 획득하는 것이 불가능하다. 더욱이, 복조 초기모드인 cold start 상태에서 위의 7비트 정보를 획득하지 못하면 디스크램블링 및 파일럿의 위치 정보를 파악하지 못하기 때문에, 파일럿 심볼을 신호 복조를 위해 활용하는 데 어려움이 발생한다.

본 발명은 이 같은 배경에서 도출된 것으로, VCM/ACM 모드에서 복조 데이터의 신뢰성을 확보하기 위한 기술적 방안을 제공함을 목적으로 한다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 DVB-S2 규격의 위성 방송 프레임 신호를 복조하는 복조기의 복조 방법은, 심볼 타이밍을 동기화하는 단계; 심볼 타이밍 동기 후 프레임을 동기화하는 단계; 프레임 동기화 후 반송파를 복원하는 단계; 및 반송파 복원 완료 후 모드코드(MODCOD) 정보를 복호하여 프레임 구성 정보를 획득하는 단계;를 포함한다.

상기 반송파 복원 단계는 프레임 스타트(Start of Frame) 심볼을 이용해 반송파 복원을 수행한다.

본 발명에 의해 고신뢰도를 가지는 VCM/ACM 신호의 복조가 가능해진다. 기존 발명은 주파수 오차가 존재하는 경우에 정밀 IF 튜너를 제어값을 변경해서 주파수 오차를 낮춘 후 VCM/ACM 기능을 수행하는 반면, 본 발명은 디지털 복조기에서 IF 튜너의 제어 없이 VCM/ACM 복조가 가능하다.

전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명을 이러한 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 DVB-S2 PL 프레임 구조도이며, 도 2는 모드 식별자(MOD ID), 프레임 유형(frame type), 및 파일롯 존재(the existence of pilot)를 검출하기 위한 심볼 구분 정보 테이블도이다.

SOF(Start of Frame) 블록은 DVB-S2 규격에서 프레임 동기를 위해 사용되는 프레임으로써, 특정 비트 패턴의 26 심볼로 구성된다. MODCOD(MODulation & CODing configuration) 블록은 7비트로 구성되는데, 5비트의 변조방식(Modulation Type) 및 부호화율(Coding Rate) 정보, 1비트의 프레임 길이(Frame length) 정보, 1비트의 파일롯 존재 유무(With/Without Pilot) 정보를 포함한다. 이 7비트는 (32,6) RM 부호화가 수행된 후에 파일럿 존재 유무를 나타내는 마지막 1비트를 가지고 반복/반전해서 π/2 BPSK 변조하면 총 64심볼이 구성된다. DATA 블록은 데이터 정보를 나타내는 블록으로써, 슬롯당 90심볼로 이루어진 16개의 슬롯으로 구성되어 총 1440심볼로 이루어진다. PILOT 블록은 36심볼로 파일럿 데이터 정보가 삽입되는 블록이다.

CCM(Constant Cdoing and Modulation) 기술의 경우 일정한 길이의 PL 프레임이 전송되지만, VCM/ACM 전송인 경우, 도 2에 도시된 바와 같이 16가지 다른 모드의 PL 프레임 길이로 데이터가 전송된다. 아울러 코딩율(coding rate) 정보에 따라서 동일한 PL 프레임 길이이지만 다른 부호율의 채널 복호가 수행되어야 한다.

도 3은 대표적인 DVB-S2 복조기 구성도이다.

ADC 출력의 수신신호는 심볼 타이밍 동기, 프레임 동기, 주파수 동기, 위상 동기 등을 거쳐 신호 복조가 된다. 맨 마지막 과정에서 FEC 복호단으로 데이터를 넘겨주기 이전에 RM 디코딩을 통해서 부호율 정보와 프레임 길이 정보를 획득해서 전달해야 한다. 특히 VCM/ACM 복조 및 복호의 경우, 매 PL 프레임마다 새로운 부호율 정보와 프레임 길이 정보를 전달해야 한다. 따라서 RM 디코딩의 결과값이 정확해야만 정확한 데이터 복호가 가능하며, 정확한 RM 디코딩을 위해서는 우선 신호의 반송파 오차가 복원되어야 한다.

도 4는 도플러 주파수 오차에 따른 RM 디코딩 성능 그래프도이다.

case 1부터 case 10까지의 채널환경은 다음과 같다.

- Uncoded, AWGN(Additive White Gaussian Noise)

→ Case 1

- PLSC(Physical Layer Signaling Code) Decoding, Rayleigh fading

→ Case 2 : f_d _, _norm = 1.56×10^-5 (f_c=21GHz, BW=25MHz, v=20km/h)

→ Case 3 : f_d _, _norm = 1.78×10^-4 (f_c=12GHz, BW=25MHz, v=400km/h)

→ Case 4 : f_d _, _norm = 3.11×10^-4 (f_c=21GHz, BW=25MHz, v=400km/h)

→ Case 5 : f_d _, _norm = 1.56×10^-3 (f_c=21GHz, BW=5MHz, v=400km/h)

- PLSC Decoding, Rician fading (K=15dB)

→ Case 6 : f_d _, _norm = 1.56×10^-5 (f_c=21GHz, BW=25MHz, v=20km/h)

→ Case 7 : f_d _, _norm = 1.78×10^-4 (f_c=12GHz, BW=25MHz, v=400km/h)

→ Case 8 : f_d _, _norm = 3.11×10^-4 (f_c=21GHz, BW=25MHz, v=400km/h)

→ Case 9 : f_d _, _norm = 1.56×10^-3 (f_c=21GHz, BW=5MHz, v=400km/h)

- PLSC Decoding, AWGN

→ Case 10

Case 1부터 case 10까지 각기 다른 채널환경에 따른 RM 디코더의 성능을 보인다. 특히, case 2, 3 4의 경우 RM 디코더의 성능은 error floor를 겪고 있고, case 6, 7, 8의 경우도 Eb/No의 코딩이득 열화를 보이고 있다. 따라서, RM 디코더의 성능 열화를 개선하기 위해서는 반드시 반송파 복원 및 채널 추정이 우선시되어야 한다.

도 5는 VCM/ACM을 위한 신호 복조 흐름도이다.

복조기는 IF(Intermidiate Frequency)로 하향변환되고 다시 기저대역으로 변환된 수신신호를 ADC로 통과시킨다. 그 다음 ADC 출력 신호의 전체 프레임에 대해 주파수 오차 보정을 수행한 후 심볼 타이밍 동기를 수행한다(단계 S500)(단계 S505)(단계 S510). 여기서 심볼 타이밍 동기화란 신호의 심볼열들의 클록 타이밍을 조정함으로써, 심볼 구간에서 최대 SNR(Signal to Noise Ratio)을 가지는 지점을 찾는 동작을 말한다. 심볼 타이밍 동기가 수행된 후, 신호 레벨을 추정하고 보정을 수행한다(단계 S515). 그 다음 최적(optimum) 샘플링 값으로 PL 헤더를 이용해 프레임 동기를 수행하고, SOF 이후의 64심볼로 구성되는 MODCOD 정보를 이용해 RM 디코딩을 수행해서 프레임 구성(configuration) 정보를 획득한다(단계 S520)(단계 S530).

RM 디코더의 복호에 의한 지연시간 구간 동안 PL 프레임을 저장한다(단계 S535). 이후 RM 디코딩이 완료되면 디코딩 결과를 통해 프레임 구조를 검출하고, 파일럿 위치 카운터를 리셋한다(단계 S540). 이후 PL 프레임에 대해 디스크램블링을 수행하고, 파일럿 추출 및 반송파 오차를 추적(tracking)한다(단계 S545)(단계 S550). SNR을 추정하고, 디매핑(demapping)한다(단계 S555). 이후 디인터리빙(deinterleaving) 및 LDPC(Low Density Parity Check) 디코딩한다(단계 S560).

한편, 본 발명의 특징적인 양상에 따라 RM 디코딩 이전에 SOF 심볼을 이용해 반송파 복원을 반복적으로 계속 수행한다(단계 S525). 즉, 누적된 주파수/위상 오차를 추정하고 보정한다. 바람직하게 RM 디코더가 디코딩할 수 있는 주파수 오차 크기만큼 반송파 복원을 수행, 즉 MODCOD 정보 복호가 가능한 잔류 반송파 오차환 경까지 반송파 복원을 반복적으로 계속 수행한다. 이 경우 반송파 복원 lock detector가 활성화(enable)되면 정보를 추출하여 각 디스크램블러단, 파일럿 위치를 추출하기 위한 곳, 디매퍼(demapper)로 데이터를 전달해서 PL 프레임 지연 없이 일괄축적 복조 형태로 feedforward 복조를 수행한다.

정리하면, 본 발명은 상술한 바와 같이 복조를 수행하는 경우 SOF의 위치, pilot 심볼의 위치 정보를 알면 특히 낮은 SNR 환경과 주파수 오차가 큰 경우 반송파 복원에 도움을 받아 자주 빠르고 정확하게 반송파 오차를 제거할 수 있다.

프레임 동기로부터 프레임 길이 정보를 획득하는 경우 도 2의 16가지 경우 중 1개를 찾아낼 수 있으나, CCM 전송인 경우만 가능하다. 게다가 최종적으로 PL 프레임 복조후 데이터를 soft information으로 디매핑하여 LDPC 디코더에 전달할 경우 변조방식, 프레임길이, 부호화율 정보가 제공되어야 하므로, 이를 위해서는 RM 디코딩(MODCOD 5비트 정보복호, 프레임 길이 1비트 정보복호, pilot 존재유무 1비트 정보복호)해야 하는데, RM 디코딩이 복호에 성공하려면 잔류주파수 오차가 심볼속도 대비 약 0.03%이어야 한다.

따라서 본 발명은 SOF 심볼을 이용하여 계속적인 초기 반송파 복원을 수행하여 반송파 복원 lock 검출기가 주파수 오차가 0.03% 미만일 경우 (RM 복호가 가능한 시점부터) 복호를 수행해서 7비트 정보를 획득하고 PL 디스크램블링을 수행하여 파일롯 심볼이 있는 경우 반송파 복원에 활용하는 것이다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 DVB-S2 시스템에서 VCM/ACM의 경우 PLframe 신호의 스트림 예시도이다.

도 2는 MOD ID, frame type, 파일롯 존재 유무를 검출하기 위한 심볼 구분 정보 테이블도.

도 3은 대표적인 DVB-S2 복조기 구성도.

도 4는 도플러 주파수 오차에 따른 RM 디코딩 성능 그래프도.

도 5는 VCM/ACM을 위한 신호 복조 흐름도.

Claims

DVB-S2(Digital Video Broadcasting - via Satellite, Second Generation) 규격의 위성 방송 프레임 신호를 복조하는 복조기의 복조 방법에 있어서,

심볼 타이밍을 동기화하는 단계;

심볼 타이밍 동기 후 프레임을 동기화하는 단계;

프레임 동기화 후 반송파를 복원하는 단계; 및

반송파 복원 완료 후 모드코드(MODCOD) 정보를 복호하여 프레임 구성 정보를 획득하는 단계;를 포함하되,

상기 반송파를 복원하는 단계는 주파수 오차를 추정하고, 주파수 오차가 존재할 경우 보정함을 특징으로 하는 위성 방송 신호 복조 방법.
제1항에 있어서,

상기 위성 방송 프레임 신호는 적응형 코딩 및 변조(Adaptive Coding and Modulation) 기법에 따른 신호임을 특징으로 하는 위성 방송 신호 복조 방법.
제1항에 있어서,

상기 위성 방송 프레임 신호는 가변형 코딩 및 변조 기법(Variable Coding and Modulation)에 따른 신호임을 특징으로 하는 위성 방송 신호 복조 방법.
제1항에 있어서,

상기 반송파 복원 단계는 프레임 스타트(Start of Frame) 심볼을 이용해 연속적인 반송파 복원을 수행함을 특징으로 하는 위성 방송 신호 복조 방법.
제4항에 있어서,

상기 반송파 복원 단계는 MODCOD 정보 복호가 가능한 잔류 반송파 오차환경까지 반송파 복원을 반복적으로 계속 수행함을 특징으로 하는 위성 방송 신호 복조 방법.