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KR102743028B1 - Bicm reception device using non-uniform 16-symbol signal constellation for low density parity check codeword with 4/15 code rate, and method using the same - Google Patents

Bicm reception device using non-uniform 16-symbol signal constellation for low density parity check codeword with 4/15 code rate, and method using the same Download PDF

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KR102743028B1
KR102743028B1 KR1020230058308A KR20230058308A KR102743028B1 KR 102743028 B1 KR102743028 B1 KR 102743028B1 KR 1020230058308 A KR1020230058308 A KR 1020230058308A KR 20230058308 A KR20230058308 A KR 20230058308A KR 102743028 B1 KR102743028 B1 KR 102743028B1
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권선형
이재영
김흥묵
허남호
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Abstract

비균등 16-심볼 신호성상을 이용한 변조기 및 변조 방법이 개시된다. 본 발명의 일실시예에 따른 비균등 16-심볼 신호성상을 이용한 변조기는 부호율이 4/15인 LDPC 부호(LDPC code)에 상응하는 부호어(codeword)를 수신하는 메모리; 및 상기 부호어를 4비트 단위로 비균등 16-심볼 신호성상의 16개 심볼들에 맵핑하는 프로세서를 포함한다.A modulator and a modulation method using a non-uniform 16-symbol signal constellation are disclosed. A modulator using a non-uniform 16-symbol signal constellation according to one embodiment of the present invention includes a memory that receives a codeword corresponding to an LDPC code having a code rate of 4/15; and a processor that maps the codeword to 16 symbols of a non-uniform 16-symbol signal constellation in units of 4 bits.

Description

부호율이 4/15인 LDPC 부호어를 위한 비균등 16-심볼 신호성상을 이용한 BICM 수신 장치 및 이를 이용한 방법 {BICM RECEPTION DEVICE USING NON-UNIFORM 16-SYMBOL SIGNAL CONSTELLATION FOR LOW DENSITY PARITY CHECK CODEWORD WITH 4/15 CODE RATE, AND METHOD USING THE SAME}{BICM RECEPTION DEVICE USING NON-UNIFORM 16-SYMBOL SIGNAL CONSTELLATION FOR LOW DENSITY PARITY CHECK CODEWORD WITH 4/15 CODE RATE, AND METHOD USING THE SAME}

본 발명은 비균등 신호성상(non-uniform signal constellation)을 이용하는 심볼 맵핑에 관한 것으로, 특히 디지털 방송 채널에서 오류정정부호화된 데이터를 전송하기 위한 변조기(modulator)에 관한 것이다.The present invention relates to symbol mapping using non-uniform signal constellation, and more particularly to a modulator for transmitting error-correcting encoded data in a digital broadcasting channel.

BICM(Bit-Interleaved Coded Modulation)은 대역-효율적인(bandwidth-efficient) 전송기술로 오류정정부호기(error-correction coder), 비트단위 인터리버(bit-by-bit interleaver) 및 높은 차수의 변조기(modulator)가 결합된 형태이다.BICM (Bit-Interleaved Coded Modulation) is a bandwidth-efficient transmission technology that combines an error-correction coder, a bit-by-bit interleaver, and a high-order modulator.

BICM은 오류정정부호기로 LDPC(Low-Density Parity Check) 부호기 또는 터보 부호기를 이용함으로써, 간단한 구조로 뛰어난 성능을 제공할 수 있다. 또한, BICM은 변조 차수(modulation order)와 오류정정부호의 길이 및 부호율 등을 다양하게 선택할 수 있기 때문에, 높은 수준의 플렉서빌러티(flexibility)를 제공한다. 이와 같은 장점 때문에, BICM은 DVB-T2나 DVB-NGH 와 같은 방송표준에서 사용되고 있을 뿐만 아니라 다른 차세대 방송시스템에서도 사용될 가능성이 높다.BICM can provide excellent performance with a simple structure by using LDPC (Low-Density Parity Check) coder or turbo coder as an error correction coder. In addition, BICM provides a high level of flexibility because the modulation order, error correction code length, and code rate can be selected in various ways. Due to these advantages, BICM is not only being used in broadcasting standards such as DVB-T2 and DVB-NGH, but is also likely to be used in other next-generation broadcasting systems.

이와 같은 장점에도 불구하고, BICM은 커패서티(capacity) 측면에서 쉐넌(Shannon) 한계(limit)와 상당한 차이를 보인다. 이와 같은 쉐넌 한계와의 차이를 줄이기 위해서는 보다 우수한 신호성상을 이용한 변조(modulation)가 필수적이다.Despite these advantages, BICM has a significant gap with the Shannon limit in terms of capacity. To reduce this gap with the Shannon limit, modulation using better signal characteristics is essential.

본 발명의 목적은 방송 시스템 채널에서 오류정정 부호화된 데이터를 전송하기 위해 균등 신호성상보다 효율적인 비균등 신호성상을 이용한 변조기 및 변조 방법을 제공하는 것이다.The purpose of the present invention is to provide a modulator and modulation method using an unequal signal constellation that is more efficient than an equal signal constellation for transmitting error correction encoded data in a broadcasting system channel.

또한, 본 발명의 목적은 부호율이 4/15인 LDPC 부호기에 최적화되어 ATSC 3.0 등 차세대 방송시스템에 적용될 수 있는, 비균등 16-심볼 맵핑(symbol mapping)을 위한 변조기 및 변조 방법을 제공하는 것이다.In addition, an object of the present invention is to provide a modulator and a modulation method for non-uniform 16-symbol mapping, which are optimized for an LDPC encoder with a code rate of 4/15 and can be applied to next-generation broadcasting systems such as ATSC 3.0.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 비균등 16-심볼 신호성상을 이용한 변조기는, 부호율이 4/15인 LDPC 부호(LDPC code)에 상응하는 부호어(codeword)를 수신하는 메모리; 및 상기 부호어를 4비트 단위로 비균등 16-심볼 신호성상의 16개 심볼들 중 하나에 맵핑하는 프로세서를 포함한다.According to the present invention, a modulator using an unequal 16-symbol signal constellation to achieve the above-mentioned object includes a memory for receiving a codeword corresponding to an LDPC code having a code rate of 4/15; and a processor for mapping the codeword to one of 16 symbols of the unequal 16-symbol signal constellation in units of 4 bits.

이 때, 상기 16개 심볼들은 심볼들 사이의 거리가 비균등(non-uniform)하고, 1사분면의 4개의 심볼들의 제1 그룹, 상기 제1 그룹의 4개의 심볼들과 허수축을 기준으로 대칭인 4개의 심볼들의 제2 그룹, 상기 제1 그룹의 4개의 심볼들과 원점을 기준으로 대칭인 4개의 심볼들의 제3 그룹 및 상기 제1 그룹의 4개의 심볼들과 실수축을 기준으로 대칭인 제4 그룹을 포함할 수 있다.At this time, the 16 symbols may include a first group of four symbols in the first quadrant with non-uniform distances between the symbols, a second group of four symbols symmetrical with respect to the imaginary axis with respect to the four symbols of the first group, a third group of four symbols symmetrical with respect to the origin with respect to the four symbols of the first group, and a fourth group symmetrical with respect to the real axis with respect to the four symbols of the first group.

이 때, 상기 제1 그룹의 4개의 심볼들(w0, w1, w2, w3)에 상응하는 벡터는 w이고, 상기 제2 그룹의 4개의 심볼들(w4, w5, w6, w7)에 상응하는 벡터는 -conj(w)(conj(w)는 w의 모든 요소의 켤레복소수를 출력하는 함수)이고, 상기 제3 그룹의 4개의 심볼들(w12, w13, w14, w15)에 상응하는 벡터는 -w이고, 상기 제4 그룹의 4개의 심볼들(w8, w9, w10, w11)에 상응하는 벡터는 conj(w)일 수 있다.At this time, the vector corresponding to the four symbols (w 0 , w 1 , w 2 , w 3 ) of the first group may be w, the vector corresponding to the four symbols (w 4 , w 5 , w 6 , w 7 ) of the second group may be -conj(w) (conj(w) is a function that outputs the complex conjugate of all elements of w), the vector corresponding to the four symbols (w 12 , w 13 , w 14 , w 15 ) of the third group may be -w, and the vector corresponding to the four symbols (w 8 , w 9 , w 10 , w 11 ) of the fourth group may be conj(w).

이 때, 상기 제1 그룹의 4개의 심볼들 중 둘은 서로 실수 성분의 크기(amplitude)와 허수 성분의 크기(amplitude)가 대칭적일 수 있다.At this time, two of the four symbols of the first group may be symmetrical in the magnitude of the real component and the magnitude of the imaginary component.

이 때, 상기 제1 그룹의 4개의 심볼들은 w0, w1, w2 및 w3이고, |real(w0)| = |imaginary(w1)|(real(i)는 i의 실수성분을 출력하는 함수, imaginary(i)는 i의 허수성분을 출력하는 함수, i는 임의의 복소수)이고, |real(w1)| = |imaginary(w0)|이고, |real(w2)| = |imaginary(w3)|이고, |real(w3)| = |imaginary(w2)|일 수 있다.At this time, the four symbols of the first group are w 0 , w 1 , w 2 , and w 3 , and |real(w 0 )| = |imaginary(w 1 )| (real(i) is a function that outputs the real component of i, imaginary(i) is a function that outputs the imaginary component of i, and i is any complex number), and |real(w 1 )| = |imaginary(w 0 )|, |real(w 2 )| = |imaginary(w 3 )|, and |real(w 3 )| = |imaginary(w 2 )|.

이 때, 상기 16개 심볼들은 하기 표와 같이 정의될 수 있다.At this time, the above 16 symbols can be defined as shown in the table below.

[표][graph]

또한, 본 발명에 따른 비균등 16-심볼 신호성상을 이용한 변조 방법은, 부호율이 4/15인 LDPC 부호(LDPC code)에 상응하는 부호어(codeword)를 수신하는 단계; 상기 부호어를 4비트 단위로 비균등 16-심볼 신호성상의 16개 심볼들 중 하나에 맵핑하는 단계; 및 상기 맵핑에 상응하여 반송파의 진폭 및 위상 중 어느 하나 이상을 조정하는 단계를 포함한다.In addition, a modulation method using an unequal 16-symbol signal constellation according to the present invention includes the steps of: receiving a codeword corresponding to an LDPC code having a code rate of 4/15; mapping the codeword to one of 16 symbols of the unequal 16-symbol signal constellation in units of 4 bits; and adjusting at least one of the amplitude and phase of a carrier corresponding to the mapping.

또한, 본 발명에 따른 BICM 장치는 부호율이 4/15인 LDPC 부호어를 출력하는 오류정정 부호화기; 상기 LDPC 부호어를 상기 LDPC 부호어의 패러럴 팩터(parallel factor)에 상응하는 사이즈의 비트그룹 단위로 인터리빙하여 인터리빙된 부호어를 출력하는 비트 인터리버; 및 상기 인터리빙된 부호어를 4비트 단위로 비균등 16-심볼 신호성상의 16개 심볼들로 맵핑하는 변조기를 포함한다.In addition, the BICM device according to the present invention includes an error correction encoder that outputs an LDPC codeword having a code rate of 4/15; a bit interleaver that interleaves the LDPC codeword into bit group units having a size corresponding to a parallel factor of the LDPC codeword and outputs an interleaved codeword; and a modulator that maps the interleaved codeword into 16 symbols of an unequal 16-symbol signal constellation in units of 4 bits.

본 발명에 따르면, 차세대 방송 시스템에서 오류정정 부호화된 데이터를 전송하기 위한 신호성상(signal constellation)을 의도적으로 왜곡시킴으로써 균등 신호성상에 비해 현저히 향상된 성능을 얻을 수 있다.According to the present invention, by intentionally distorting a signal constellation for transmitting error correction encoded data in a next-generation broadcasting system, significantly improved performance can be obtained compared to a uniform signal constellation.

또한, 본 발명은 부호율이 4/15인 LDPC 부호기에 최적화되어 ATSC 3.0 등 차세대 방송시스템에 적용될 수 있는 비균등 16-심볼 신호성상이 제공된다.In addition, the present invention provides an unequal 16-symbol signal constellation that is optimized for an LDPC encoder with a code rate of 4/15 and can be applied to next-generation broadcasting systems such as ATSC 3.0.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 방송 신호 송/수신 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 방송 신호 송/수신 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 LDPC 부호에 상응하는 패러티 검사 행렬의 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 길이가 64800인 LDPC 부호어의 비트그룹들을 나타낸 도면이다.
도 5는 길이가 16200인 LDPC 부호어의 비트그룹들을 나타낸 도면이다.
도 6은 인터리빙 시퀀스에 따른 비트 그룹들 단위의 인터리빙을 나타낸 도면이다.
도 7은 16-QAM의 신호성상을 나타낸 도면이다.
도 8은 부호율이 4/15인 LDPC 부호에 최적화된 비균등 16-심볼 신호성상을 나타낸 도면이다.
도 9는 부호율이 4/15인 LDPC 부호에 대하여 도 7에 도시된 균등 신호성상과 도 8에 도시된 비균등 신호성상의 성능을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 16-심볼 비균등 신호성상을 이용한 변조기를 나타낸 블록도이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 16-심볼 비균등 신호성상을 이용한 변조 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
FIG. 1 is a block diagram showing a broadcast signal transmission/reception system according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart illustrating a broadcast signal transmission/reception method according to one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing the structure of a parity check matrix corresponding to an LDPC code according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a diagram showing bit groups of an LDPC codeword whose length is 64800.
Figure 5 is a diagram showing bit groups of an LDPC codeword with a length of 16200.
Figure 6 is a diagram showing interleaving of bit groups according to an interleaving sequence.
Figure 7 is a diagram showing the signal characteristics of 16-QAM.
Figure 8 is a diagram showing an unequal 16-symbol signal constellation optimized for an LDPC code with a code rate of 4/15.
Figure 9 is a diagram showing the performance of the uniform signal constellation shown in Figure 7 and the unequal signal constellation shown in Figure 8 for an LDPC code with a code rate of 4/15.
FIG. 10 is a block diagram showing a modulator using a 16-symbol unequal signal constellation according to an embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a flowchart illustrating a modulation method using a 16-symbol unequal signal constellation according to an embodiment of the present invention.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.The present invention will be described in detail with reference to the attached drawings as follows. Herein, repeated descriptions, well-known functions that may unnecessarily obscure the gist of the present invention, and detailed descriptions of configurations are omitted. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those with average knowledge in the art. Accordingly, the shapes and sizes of elements in the drawings may be exaggerated for a clearer description.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 방송 신호 송/수신 시스템을 나타낸 블록도이다.FIG. 1 is a block diagram showing a broadcast signal transmission/reception system according to one embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, BICM 장치(10)와 BICM 수신 장치(30)가 무선 채널(20)을 매개로 통신을 수행하는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 1, it can be seen that a BICM device (10) and a BICM receiving device (30) communicate via a wireless channel (20).

BICM 장치(10)는 k비트의 정보 비트들(information bits; 11)을 오류정정 부호화기(13)에서 부호화(encoding)하여 n비트의 부호어(codeword)를 생성한다. 이 때, 오류정정 부호화기(13)는 LDPC 부호화기 또는 터보 부호화기 등일 수 있다.The BICM device (10) encodes k-bit information bits (11) in an error correction encoder (13) to generate an n-bit codeword. At this time, the error correction encoder (13) may be an LDPC encoder or a turbo encoder, etc.

부호어는 비트 인터리버(14)에 의하여 인터리빙되어 인터리빙된 부호어가 생성된다.The codeword is interleaved by a bit interleaver (14) to generate an interleaved codeword.

이 때, 인터리빙은 비트그룹 단위로 수행될 수 있다. 이 때, 오류정정 부호화기(13)는 길이가 16200이고 부호율이 4/15인 LDPC 부호화기일 수 있고, 길이 16200의 부호어는 총 45개의 비트그룹들로 구분될 수 있고, 비트그룹들 각각은 LDPC 부호어의 패러럴 팩터(parallel factor)인 360개의 비트들을 포함할 수 있다.At this time, interleaving can be performed in bit group units. At this time, the error correction encoder (13) can be an LDPC encoder with a length of 16200 and a code rate of 4/15, and a codeword with a length of 16200 can be divided into a total of 45 bit groups, and each of the bit groups can include 360 bits, which is a parallel factor of the LDPC codeword.

이 때, 인터리빙은 후술할 인터리빙 시퀀스에 상응하여 비트그룹 단위로 수행될 수 있다. At this time, interleaving can be performed in bit group units corresponding to the interleaving sequence described later.

이 때, 비트 인터리버(14)는 채널에서 발생한 군집오류를 효과적으로 분산시켜서 오류정정부호의 성능열화를 방지한다. 이 때, 비트 인터리버(14)는 오류정정부호의 길이 및 부호율, 그리고 변조차수에 따라서 개별적으로 설계될 수 있다.At this time, the bit interleaver (14) effectively disperses clustering errors occurring in the channel to prevent performance degradation of the error correction code. At this time, the bit interleaver (14) can be individually designed according to the length and code rate of the error correction code, and the modulation order.

인터리빙된 부호어는 변조기(15)에 의해 변조되어 안테나(17)를 통해 전송된다. The interleaved codeword is modulated by a modulator (15) and transmitted through an antenna (17).

이 때, 변조기(15)는 심볼 맵핑장치를 포함하는 개념이다. 이 때, 변조기(15)는 16개의 컨스틸레이션(constellation)들에 코드들을 맵핑하는 16-심볼 맵핑을 수행하는 심볼 맵핑 장치일 수 있다.At this time, the modulator (15) is a concept that includes a symbol mapping device. At this time, the modulator (15) may be a symbol mapping device that performs 16-symbol mapping that maps codes to 16 constellations.

이 때, 변조기(15)는 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 변조기 등의 균등(uniform) 변조기일 수도 있고, 비균등(non-uniform) 변조기일 수도 있다.At this time, the modulator (15) may be a uniform modulator such as a QAM (Quadrature Amplitude Modulation) modulator, or may be a non-uniform modulator.

특히, 변조기(15)는 16개의 컨스틸레이션(constellation)들을 가지는 NUC(Non-Uniform Constellation) 심볼맵핑을 수행하는 심볼 맵핑 장치일 수 있다. 즉, 변조기(15)는 인터리빙된 부호어를 4비트 단위로 비균등 16-심볼 신호성상의 16개 심볼들로 맵핑할 수 있다.In particular, the modulator (15) may be a symbol mapping device that performs NUC (Non-Uniform Constellation) symbol mapping having 16 constellations. That is, the modulator (15) may map an interleaved codeword into 16 symbols of a non-uniform 16-symbol signal constellation in 4-bit units.

무선 채널(20)을 통해 전송된 신호는 BICM 수신 장치(30)의 안테나(31)를 통해 수신되고, BICM 수신 장치(30)에서는 BICM 장치(10)에서 일어났던 과정의 역과정을 거친다. 즉, 수신된 데이터가 복조기(33)에 의해 복조되고, 비트 디인터리버(34)에 의해 디인터리빙되고, 오류정정 복호화기(35)에 의해 복호되어 최종적으로 정보 비트들을 복원할 수 있다.A signal transmitted through a wireless channel (20) is received through an antenna (31) of a BICM receiving device (30), and the BICM receiving device (30) undergoes a reverse process of the process that occurred in the BICM device (10). That is, the received data is demodulated by a demodulator (33), deinterleaved by a bit deinterleaver (34), and decoded by an error correction decoder (35) to finally restore the information bits.

전술한 바와 같은 송/수신 과정은 본 발명의 특징을 설명하기 위해 필요한 최소한의 범위 내에서 설명된 것으로 이외에도 데이터 전송을 위해 필요한 많은 과정이 추가될 수 있음은 당업자에게 자명하다.The above-described transmission/reception process has been described within the minimum scope necessary to explain the features of the present invention, and it is obvious to those skilled in the art that many processes necessary for data transmission may be added in addition to the above-described process.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 방송 신호 송/수신 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.FIG. 2 is a flowchart illustrating a broadcast signal transmission/reception method according to one embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 방송 신호 송/수신 방법은 먼저 입력 비트들(information bits)을 오류정정 부호화한다(S210).Referring to FIG. 2, a broadcast signal transmission/reception method according to one embodiment of the present invention first performs error correction encoding on input bits (information bits) (S210).

즉, 단계(S210)는 k비트의 정보 비트들(information bits)을 오류정정 부호화기에서 부호화하여 n비트의 부호어(codeword)를 생성한다.That is, step (S210) encodes k-bit information bits in an error correction encoder to generate an n-bit codeword.

이 때, 단계(S210)는 후술할 LDPC 부호화 방법과 같이 수행될 수 있다.At this time, step (S210) can be performed like the LDPC encoding method described later.

또한, 방송 신호 송/수신 방법은 n비트의 부호어를 비트그룹 단위로 인터리빙하여 인터리빙된 부호어를 생성한다(S220).In addition, the broadcast signal transmission/reception method interleaves n-bit codewords into bit group units to generate interleaved codewords (S220).

이 때, n비트의 부호어는 길이가 16200이고 부호율이 4/15인 LDPC 부호어일 수 있고, 길이 16200의 부호어는 총 45개의 비트그룹들로 구분될 수 있고, 비트그룹들 각각은 LDPC 부호어의 패러럴 팩터(parallel factor)에 상응하는 360개의 비트들을 포함할 수 있다.At this time, the n-bit codeword can be an LDPC codeword with a length of 16200 and a code rate of 4/15, and the codeword with a length of 16200 can be divided into a total of 45 bit groups, and each of the bit groups can include 360 bits corresponding to a parallel factor of the LDPC codeword.

이 때, 인터리빙은 후술할 인터리빙 시퀀스에 상응하여 비트그룹 단위로 수행될 수 있다.At this time, interleaving can be performed in bit group units corresponding to the interleaving sequence described later.

또한, 방송 신호 송/수신 방법은 부호화된 데이터를 변조한다(S230).Additionally, the broadcast signal transmission/reception method modulates encoded data (S230).

즉, 단계(S230)는 인터리빙된 부호어를 변조기에 의해 변조한다.That is, step (S230) modulates the interleaved codeword by a modulator.

이 때, 변조기는 심볼 맵핑장치를 포함하는 개념이다. 이 때, 변조기는 16개의 컨스틸레이션(constellation)들에 코드들을 맵핑하는 16-심볼 맵핑을 수행하는 심볼 맵핑 장치일 수 있다.At this time, the modulator is a concept that includes a symbol mapping device. At this time, the modulator may be a symbol mapping device that performs 16-symbol mapping that maps codes to 16 constellations.

이 때, 변조기는 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 변조기 등의 균등(uniform) 변조기일 수도 있고, 비균등(non-uniform) 변조기일 수도 있다.At this time, the modulator may be a uniform modulator such as a QAM (Quadrature Amplitude Modulation) modulator, or a non-uniform modulator.

특히, 변조기는 16개의 컨스틸레이션(constellation)들을 가지는 NUC(Non-Uniform Constellation) 심볼맵핑을 수행하는 심볼 맵핑 장치일 수 있다. 즉, 변조기는 인터리빙된 부호어를 4비트 단위로 비균등 16-심볼 신호성상의 16개 심볼들로 맵핑할 수 있다.In particular, the modulator may be a symbol mapping device that performs NUC (Non-Uniform Constellation) symbol mapping having 16 constellations. That is, the modulator may map an interleaved codeword into 16 symbols of a non-uniform 16-symbol signal constellation in units of 4 bits.

또한, 방송 신호 송/수신 방법은 변조된 데이터를 송신한다(S240).Additionally, the broadcast signal transmission/reception method transmits modulated data (S240).

즉, 단계(S240)는 변조된 부호어를 안테나를 통해 무선 채널로 전송한다.That is, step (S240) transmits the modulated codeword through a wireless channel via an antenna.

또한, 방송 신호 송/수신 방법은 수신된 데이터를 복조(demodulation)한다(S250).Additionally, the broadcast signal transmission/reception method demodulates the received data (S250).

즉, 단계(S250)는 수신기의 안테나를 통해 무선 채널을 통해 전송된 신호를 수신하고 수신된 데이터를 복조기에 의하여 복조한다.That is, step (S250) receives a signal transmitted through a wireless channel via an antenna of the receiver and demodulates the received data using a demodulator.

또한, 방송 신호 송/수신 방법은 복조된 데이터를 디인터리빙한다(S260). 이 때, 단계(S260)의 디인터리빙은 단계(S220)의 역과정에 해당하는 것일 수 있다.In addition, the broadcast signal transmission/reception method deinterleaves the demodulated data (S260). At this time, the deinterleaving of step (S260) may correspond to the reverse process of step (S220).

또한, 방송 신호 송/수신 방법은 디인터리빙된 부호어를 오류정정 복호화한다(S270).In addition, the broadcast signal transmission/reception method performs error correction decoding on the deinterleaved codeword (S270).

즉, 단계(S270)는 수신기의 오류정정 복호기를 통해 오류정정 복호화를 수행하여 최종적으로 정보 비트들을 복원한다.That is, step (S270) performs error correction decoding through the error correction decoder of the receiver to ultimately restore the information bits.

이 때, 단계(S270)는 후술할 LDPC 부호화 방법의 역과정에 해당하는 것일 수 있다.At this time, step (S270) may correspond to the reverse process of the LDPC encoding method described later.

LDPC(Low Density Parity Check) 부호는 AWGN(Additive White Gaussian Noise) 채널에서 쉐넌(Shannon) 한계에 근접하는 부호로 알려져 있으며, 터보부호보다 근사적으로(asymptotically) 우수한 성능, 병렬복호(parallelizable decoding) 등의 장점이 있다.LDPC (Low Density Parity Check) codes are known as codes that approach the Shannon limit in AWGN (Additive White Gaussian Noise) channels, and have advantages such as asymptotically better performance than turbo codes and parallelizable decoding.

일반적으로, LDPC 부호는 랜덤하게 생성된 낮은 밀도의 PCM(Parity Check Matrix)에 의해 정의된다. 그러나, 랜덤하게 생성된 LDPC 부호는 PCM을 저장하기 위해 많은 메모리가 필요할 뿐만 아니라, 메모리를 액세스하는데 많은 시간이 소요된다. 이와 같은 문제를 해결하기 위해 쿼시-사이클릭(Quasi-cyclic) LDPC(QC-LDPC) 부호가 제안되었으며, 제로 메트릭스(zero matrix) 또는 CPM(Circulant Permutation Matrix)으로 구성된 QC-LDPC 부호는 하기 수학식 1에 의해 표현되는 PCM에 의해 정의된다.In general, LDPC codes are defined by randomly generated low-density PCM (Parity Check Matrix). However, randomly generated LDPC codes not only require a lot of memory to store PCM, but also take a lot of time to access the memory. To solve this problem, quasi-cyclic LDPC (QC-LDPC) codes have been proposed, and QC-LDPC codes composed of zero matrix or Circulant Permutation Matrix (CPM) are defined by PCM, which is expressed by the following mathematical expression 1.

[수학식 1][Mathematical Formula 1]

여기서, J는 크기가 L x L인 CPM이며 하기 수학식 2와 같이 주어진다. 이하에서, L은 360일 수 있다.Here, J is a CPM of size L x L and is given by the following mathematical expression 2. In the following, L can be 360.

[수학식 2][Mathematical formula 2]

또한, Ji는 L x L 항등행렬(identity matrix) I(=J0)를 오른쪽으로 i(0=i<L)번 이동시킨 것이며, J는 L x L 영행렬(zero matrix)이다. 따라서, QC-LDPC 부호에서는 Ji를 저장하기 위해 지수(exponent) i만 저장하면 되기 때문에, PCM를 저장하기 위해 요구되는 메모리가 크게 줄어든다.Also, J i is the L x L identity matrix I(=J 0 ) shifted to the right i(0=i<L) times, and J is the L x L zero matrix. Therefore, in QC-LDPC codes, only the exponent i needs to be stored to store J i , so the memory required to store PCM is greatly reduced.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 LDPC 부호에 상응하는 패러티 검사 행렬의 구조를 나타낸 도면이다.FIG. 3 is a diagram showing the structure of a parity check matrix corresponding to an LDPC code according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 행렬 A와 C의 크기는 각각 g x K와 (N-K-g) x (K+g)이며, 크기가 L x L인 영행렬과 CPM으로 구성된다. 또한, 행렬 z는 크기가 g x (N-K-g)인 영행렬이고, 행렬 D는 크기가 (N-K-g) x (N-K-g)인 항등행렬(identity matrix)이며, 행렬 B는 크기가 g x g인 이중 대각행렬(dual diagonal matrix)이다. 이 때, 행렬 B는 대각선의 원소와 대각선의 아래쪽에 이웃하는 원소들 이외의 모든 원소들이 모두 0인 행렬일 수도 있고, 하기 수학식 3과 같이 정의될 수도 있다.Referring to FIG. 3, the sizes of matrices A and C are g x K and (N-K-g) x (K+g), respectively, and they consist of a zero matrix and a CPM of size L x L. In addition, matrix z is a zero matrix of size g x (N-K-g), matrix D is an identity matrix of size (N-K-g) x (N-K-g), and matrix B is a dual diagonal matrix of size g x g. In this case, matrix B may be a matrix in which all elements other than the diagonal elements and the neighboring elements below the diagonal are 0, or may be defined as in Mathematical Formula 3 below.

[수학식 3][Mathematical Formula 3]

여기서, ILxL는 크기가 L x L인 항등행렬이다. Here, I LxL is the identity matrix of size L x L.

즉, 행렬 B는 일반적인(bit-wise) 이중 대각행렬일 수도 있고, 상기 수학식 3에 표기된 바와 같이 항등행렬을 블록으로 하는 블럭와이즈(block-wise) 이중 대각행렬일 수도 있다. 일반적인(bit-wise) 이중 대각행렬에 대해서는 한국공개특허 2007-0058438호 등에 상세히 개시되어 있다.That is, matrix B may be a general (bit-wise) double diagonal matrix, or may be a block-wise double diagonal matrix having the identity matrix as a block as expressed in the mathematical expression 3 above. The general (bit-wise) double diagonal matrix is disclosed in detail in Korean Patent Publication No. 2007-0058438, etc.

특히, 행렬 B가 일반적인(bit-wise) 이중 대각행렬인 경우, 이러한 행렬 B를 포함하는 도 3에 도시된 구조의 PCM에 행 퍼뮤테이션(row permutation) 또는 열 퍼뮤테이션(column permutation)을 적용하여 쿼시 사이클릭으로 변환할 수 있음은 당업자에게 자명하다. In particular, if the matrix B is a general (bit-wise) double diagonal matrix, it is obvious to those skilled in the art that the PCM structured as shown in Fig. 3 including such matrix B can be converted into a quasi-cyclic one by applying row permutation or column permutation.

이 때, N은 부호어(codeword)의 길이이며, K는 정보(information)의 길이를 각각 나타낸다.Here, N represents the length of the codeword and K represents the length of the information.

본 발명에서는 아래 표 1과 같이 부호율(code rate)이 4/15이며, 부호어의 길이가 16200인 새롭게 설계된 QC-LDPC 부호를 제안한다. 즉, 길이가 4320인 정보를 입력 받아, 길이가 16200인 LDPC 부호어를 생성하는 LDPC 부호를 제안한다.In the present invention, a newly designed QC-LDPC code is proposed, which has a code rate of 4/15 and a codeword length of 16200, as shown in Table 1 below. That is, an LDPC code is proposed, which receives information of length 4320 and generates an LDPC codeword of length 16200.

표 1은 본 발명의 QC-LDPC 부호의 A, B, C, D, Z 행렬의 크기를 나타낸다.Table 1 shows the sizes of the A, B, C, D, and Z matrices of the QC-LDPC code of the present invention.

새롭게 설계된 LDPC 부호는 수열 형태로 표시될 수 있으며, 수열과 행렬(패러티 비트 체크 행렬)은 등가(equivalent) 관계가 성립하고, 수열은 하기 테이블과 같이 표현될 수 있다.The newly designed LDPC code can be represented in the form of a sequence, and the sequence and the matrix (parity bit check matrix) have an equivalent relationship, and the sequence can be expressed as shown in the table below.

[테이블][table]

제1행: 19 585 710 3241 3276 3648 6345 9224 9890 10841 Row 1: 19 585 710 3241 3276 3648 6345 9224 9890 10841

제2행: 181 494 894 2562 3201 4382 5130 5308 6493 10135 Row 2: 181 494 894 2562 3201 4382 5130 5308 6493 10135

제3행: 150 569 919 1427 2347 4475 7857 8904 9903 Row 3: 150 569 919 1427 2347 4475 7857 8904 9903

제4행: 1005 1018 1025 2933 3280 3946 4049 4166 5209 Row 4: 1005 1018 1025 2933 3280 3946 4049 4166 5209

제5행: 420 554 778 6908 7959 8344 8462 10912 11099 Row 5: 420 554 778 6908 7959 8344 8462 10912 11099

제6행: 231 506 859 4478 4957 7664 7731 7908 8980 Row 6: 231 506 859 4478 4957 7664 7731 7908 8980

제7행: 179 537 979 3717 5092 6315 6883 9353 9935 Row 7: 179 537 979 3717 5092 6315 6883 9353 9935

제8행: 147 205 830 3609 3720 4667 7441 10196 11809 Row 8: 147 205 830 3609 3720 4667 7441 10196 11809

제9행: 60 1021 1061 1554 4918 5690 6184 7986 11296 Row 9: 60 1021 1061 1554 4918 5690 6184 7986 11296

제10행: 145 719 768 2290 2919 7272 8561 9145 10233 Row 10: 145 719 768 2290 2919 7272 8561 9145 10233

제11행: 388 590 852 1579 1698 1974 9747 10192 10255 Row 11: 388 590 852 1579 1698 1974 9747 10192 10255

제12행: 231 343 485 1546 3155 4829 7710 10394 11336 Row 12: 231 343 485 1546 3155 4829 7710 10394 11336

제13행: 4381 5398 5987 9123 10365 11018 11153 Row 13: 4381 5398 5987 9123 10365 11018 11153

제14행: 2381 5196 6613 6844 7357 8732 11082 Row 14: 2381 5196 6613 6844 7357 8732 11082

제15행: 1730 4599 5693 6318 7626 9231 10663Row 15: 1730 4599 5693 6318 7626 9231 10663

수열형태로 표기된 LDPC 부호는 DVB 표준에서 널리 사용되고 있다.LDPC codes written in a sequence form are widely used in the DVB standard.

본 발명의 일실시예에 따르면, 수열형태로 표기된 LDPC 부호는 다음과 같이 부호화(encoding)된다. 정보크기(information size)가 K인 정보블록(information block) S=(s0, s1, ..., sK-1)를 가정하자. LDPC 부호화기(encoder)는 크기가 K인 정보블록 S를 이용하여 크기가 N=K+M1+M2인 부호어(codeword) 를 생성한다. 여기서, M1=g, M2=N-K-g이다. 또한, M1은 이중 대각행렬(dual diagonal matrix) B에 대응하는 패러티(parity)의 크기이며, M2는 항등행렬 D에 대응하는 패러티의 크기이다. 부호화 과정은 다음과 같다.According to one embodiment of the present invention, an LDPC code expressed in a sequence form is encoded as follows. Assume an information block S=(s 0 , s 1 , ..., s K-1 ) whose information size is K. An LDPC encoder uses the information block S whose size is K to create a codeword whose size is N = K + M 1 + M 2 . generates. Here, M 1 =g, M 2 =NKg. Also, M 1 is the size of the parity corresponding to the dual diagonal matrix B, and M 2 is the size of the parity corresponding to the identity matrix D. The encoding process is as follows.

-초기화(initialization):-Initialization:

[수학식 4][Mathematical Formula 4]

-첫 번째 를 상기 테이블의 수열의 제1행에 명시된 패러티 비트 주소들(parity bit addresses)에서 누적(accumulate)한다. 예를 들어, 길이가 16200이며, 부호율이 4/15인 LDPC 부호에서의 누적 과정은 다음과 같다.-first accumulates at the parity bit addresses specified in the first row of the sequence of the above table. For example, the accumulation process in an LDPC code with a length of 16200 and a code rate of 4/15 is as follows.

여기서 덧셈()은 GF(2)에서 일어난다.Addition here( ) occurs in GF(2).

-다음 L-1개의 정보비트, 즉 들에 대해서는, 하기 수학식 5에서 계산된 패러티 비트 주소들에서 누적한다.-The next L-1 bits of information, i.e. For the fields, the parity bit addresses calculated in the following mathematical expression 5 are accumulated.

[수학식 5][Mathematical Formula 5]

여기서, x는 첫 번째 비트 에 대응되는 패러티 비트 주소들, 즉 상기 테이블의 수열의 제1행에 표기된 패러티 비트 주소들을 나타내며, Q1 = M1/L, Q2 = M2/L, L = 360이다. 또한, Q1과 Q2는 하기 표 2에 정의된다. 예를 들어, 길이가 16200이며, 부호율이 4/15인 LDPC 부호는 M1 = 1080, Q1 = 3, M2 = 10800, Q2 = 30, L = 360이므로, 두 번째 비트 에 대해서는 상기 수학식 5를 이용하면 다음과 같은 연산이 수행된다.Here, x is the first bit The parity bit addresses corresponding to Q 1 = M 1 /L, Q 2 = M 2 /L, L = 360. In addition, Q 1 and Q 2 are defined in Table 2 below. For example, an LDPC code with a length of 16200 and a code rate of 4/15 is M 1 = 1080, Q 1 = 3, M 2 = 10800, Q 2 = 30, L = 360, so the second bit For this, the following operation is performed using the above mathematical expression 5.

표 2는 설계된 QC-LDPC 부호의 M1, M2, Q1, Q2의 크기를 나타낸다.Table 2 shows the sizes of M 1 , M 2 , Q 1 , and Q 2 of the designed QC-LDPC code.

-다음의 부터 까지의 새로운 360개의]-Next from 360 new]

정보비트들은 상기 수열의 제2행을 이용하여, 상기 수학식 5로부터 패러티 비트 누적기들의 주소를 계산하고, 누적한다.Information bits are calculated and accumulated by using the second row of the above sequence and the addresses of the parity bit accumulators from the above mathematical expression 5.

-비슷한 방법으로, 새로운 L개의 정보비트들로 구성된 모든 그룹(group)들에 대해서, 상기 수열들의 새로운 행을 이용하여, 상기 수학식 5로부터 패러티 비트 누적기들의 주소를 계산하고, 누적한다.- In a similar manner, for all groups consisting of new L information bits, the addresses of the parity bit accumulators are calculated and accumulated from the above equation (5) using the new row of the above sequences.

-에서 까지의 모든 정보비트들이 사용된 후, i = 1부터 시작하여 하기 수학식 6의 연산을 순차적으로 수행한다.- at After all information bits up to are used, the operation of the following mathematical expression 6 is performed sequentially starting from i = 1.

[수학식 6][Mathematical Formula 6]

-다음으로, 하기 수학식 7과 같은 패러티 인터리빙(interleaving)을 수행하면, 이중 대각행렬 B에 대응하는 패러티 생성이 완료된다.-Next, by performing parity interleaving as in the following mathematical expression 7, parity generation corresponding to the double diagonal matrix B is completed.

[수학식 7][Mathematical formula 7]

K개의 정보비트()를 이용하여 이중 대각행렬 B에 대응하는 패러티 생성이 완료되면, M1개의 생성된 패러티()을 이용하여, 항등행렬 D에 대응하는 패러티를 생성한다.K bits of information ( ) is used to generate parities corresponding to the double diagonal matrix B, then M 1 generated parities ( ) is used to generate a parity corresponding to the identity matrix D.

-에서 까지의 L개의 비트들로 구성된 모든 그룹(group)들에 대해서, 상기 수열들의 새로운 행(이중 대각행렬 B에 대응하는 패러티를 생성할 때 이용한 마지막 행의 바로 다음 행부터 시작)과 상기 수학식 5를 이용하여 패러티 비트 누적기들의 주소를 계산하고, 관련 연산을 수행한다.- at For all groups consisting of L bits up to , the addresses of the parity bit accumulators are calculated using the new row of the above sequences (starting from the row immediately following the last row used when generating the parity corresponding to the double diagonal matrix B) and the above mathematical expression 5, and related operations are performed.

-에서 까지의 모든 비트들이 사용된 후, 하기 수학식 8과 같은 패러티 인터리빙을 수행하면, 항등행렬 D에 대응하는 패러티 생성이 완료된다.- at After all bits up to are used, parity interleaving as in mathematical expression 8 below is performed, and parity generation corresponding to the identity matrix D is completed.

[수학식 8][Mathematical formula 8]

도 4는 길이가 64800인 LDPC 부호어의 비트그룹들을 나타낸 도면이다.Figure 4 is a diagram showing bit groups of an LDPC codeword with a length of 64800.

도 4를 참조하면, 길이가 64800인 LDPC 부호어가 180개의 비트그룹들(0th group ~ 179th group)로 구분되는 것을 알 수 있다.Referring to Figure 4, it can be seen that the LDPC codeword with a length of 64800 is divided into 180 bit groups ( 0th group to 179th group).

이 때, 360은 LDPC 부호어의 패러럴 팩터(Parallel Factor; PF)일수 있다. 즉, PF가 360이기 때문에, 길이가 64800인 LDPC 부호어는 도 4에 도시된 바와 같이 180개의 비트그룹들로 구분되고, 각각의 비트그룹들은 360비트들을 포함한다.At this time, 360 can be the parallel factor (PF) of the LDPC codeword. That is, since the PF is 360, the LDPC codeword with a length of 64800 is divided into 180 bit groups as shown in Fig. 4, and each bit group contains 360 bits.

도 5는 길이가 16200인 LDPC 부호어의 비트그룹들을 나타낸 도면이다.Figure 5 is a diagram showing bit groups of an LDPC codeword with a length of 16200.

도 5를 참조하면, 길이가 16200인 LDPC 부호어가 45개의 비트그룹들(0th group ~ 44th group)으로 구분되는 것을 알 수 있다.Referring to Figure 5, it can be seen that the LDPC codeword with a length of 16200 is divided into 45 bit groups ( 0th group to 44th group).

이 때, 360은 LDPC 부호어의 패러럴 팩터(Parallel Factor; PF)일수 있다. 즉, PF가 360이기 때문에, 길이가 16200인 LDPC 부호어는 도 5에 도시된 바와 같이 45개의 비트그룹들로 구분되고, 각각의 비트그룹들은 360비트들을 포함한다.At this time, 360 can be the parallel factor (PF) of the LDPC codeword. That is, since the PF is 360, the LDPC codeword with a length of 16200 is divided into 45 bit groups as shown in Fig. 5, and each bit group contains 360 bits.

도 6은 인터리빙 시퀀스에 따른 비트 그룹들 단위의 인터리빙을 나타낸 도면이다.Figure 6 is a diagram showing interleaving of bit groups according to an interleaving sequence.

도 6을 참조하면, 설계된 인터리빙 시퀀스에 의해 비트그룹의 순서를 바꿈으로써 인터리빙이 수행되는 것을 알 수 있다.Referring to Fig. 6, it can be seen that interleaving is performed by changing the order of bit groups according to the designed interleaving sequence.

예를 들어, 길이가 16200인 LDPC 부호어에 대한 인터리빙 시퀀스가 아래와 같다고 가정하자.For example, suppose the interleaving sequence for an LDPC codeword of length 16200 is as follows.

인터리빙 시퀀스 = {24 34 15 11 2 28 17 25 5 38 19 13 6 39 1 14 33 37 29 12 42 31 30 32 36 40 26 35 44 4 16 8 20 43 21 7 0 18 23 3 10 41 9 27 22}Interleaving sequence = {24 34 15 11 2 28 17 25 5 38 19 13 6 39 1 14 33 37 29 12 42 31 30 32 36 40 26 35 44 4 16 8 20 43 21 7 0 18 23 3 10 41 9 27 22}

그러면, 도 4에 도시된 것과 같은 LDPC 부호어의 비트그룹들의 순서는 인터리빙 시퀀스에 의해 도 6에 도시된 것처럼 바뀐다.Then, the order of bit groups of the LDPC codeword as shown in Fig. 4 is changed as shown in Fig. 6 by the interleaving sequence.

즉, LDPC 부호어(610) 및 인터리빙된 부호어(620)가 각각 45개의 비트그룹들을 포함하고, 인터리빙 시퀀스에 의해 LDPC 부호어(610)의 24번째 비트그룹이 인터리빙된 LDPC 부호어(620)의 0번째 비트그룹이 되고, LDPC 부호어(610)의 34번째 비트그룹이 인터리빙된 LDPC 부호어(620)의 1번째 비트그룹이 되고, LDPC 부호어(610)의 15번째 비트그룹이 인터리빙된 LDPC 부호어(620)의 2번째 비트그룹이 되고, LDPC 부호어(610)의 11번째 비트그룹이 인터리빙된 LDPC 부호어(620)의 3번째 비트그룹이 되고, LDPC 부호어(610)의 2번째 비트그룹이 인터리빙된 LDPC 부호어(620)의 4번째 비트그룹이 되는 것을 알 수 있다.That is, the LDPC codeword (610) and the interleaved codeword (620) each include 45 bit groups, and the 24th bit group of the LDPC codeword (610) becomes the 0th bit group of the interleaved LDPC codeword (620) by the interleaving sequence, the 34th bit group of the LDPC codeword (610) becomes the 1st bit group of the interleaved LDPC codeword (620), the 15th bit group of the LDPC codeword (610) becomes the 2nd bit group of the interleaved LDPC codeword (620), the 11th bit group of the LDPC codeword (610) becomes the 3rd bit group of the interleaved LDPC codeword (620), and the 2nd bit group of the LDPC codeword (610) becomes the 4th bit group of the interleaved LDPC codeword (620). You can see that it is possible.

길이가 N ldpc 인 LDPC 부호어 N group = N ldpc / 360 개의 비트그룹들로 쪼개어진다. 이 때, N ldpc 는 16200일 수 있다.LDPC codeword of length N ldpc is split into N group = N ldpc / 360 bit groups. In this case, N ldpc can be 16200.

[수학식 9][Mathematical formula 9]

여기서, X j 는 j번째 비트그룹을 나타내며, 각각의 X j 는 360 비트들로 구성된다.Here, X j represents the jth bit group, and each X j consists of 360 bits.

비트그룹들로 분할된 LDPC 부호어는 하기 수학식 10과 같이 인터리빙된다.The LDPC codeword divided into bit groups is interleaved as shown in the following mathematical expression 10.

[수학식 10][Mathematical Formula 10]

여기서, Y j 는 인터리빙된 j번째 비트그룹을 나타내며, π(j)는 비트그룹 단위 인터리빙을 위한 퍼뮤테이션 오더(permutation order)이다. 퍼뮤테이션 오더는 하기 수학식 11의 인터리빙 시퀀스에 대응한다.Here, Y j represents the jth interleaved bit group, and π( j ) is the permutation order for bit group unit interleaving. The permutation order corresponds to the interleaving sequence of the following mathematical expression 11.

[수학식 11][Mathematical Formula 11]

인터리빙 시퀀스Interleaving sequence

={34 3 19 35 25 2 17 36 26 38 0 40 27 10 7 43 21 28 15 6 1 37 18 30 32 33 29 22 12 13 5 23 44 14 4 31 20 39 42 11 9 16 41 8 24}={34 3 19 35 25 2 17 36 26 38 0 40 27 10 7 43 21 28 15 6 1 37 18 30 32 33 29 22 12 13 5 23 44 14 4 31 20 39 42 11 9 16 41 8 24}

즉, 부호어 및 인터리빙된 부호어 각각이 0번째 비트그룹부터 44번째 비트그룹까지 45개의 비트그룹들을 포함한다고 할 때, 수학식 11의 인터리빙 시퀀스는 부호어의 34번째 비트그룹이 인터리빙된 부호어의 0번째 비트그룹이 되고, 부호어의 3번째 비트그룹이 인터리빙된 부호어의 1번째 비트그룹이 되고, 부호어의 19번째 비트그룹이 인터리빙된 부호어의 2번째 비트그룹이 되고, 부호어의 35번째 비트그룹이 인터리빙된 부호어의 3번째 비트그룹이 되고, ..., 부호어의 8번째 비트그룹이 인터리빙된 부호어의 43번째 비트그룹이 되고, 부호어의 24번째 비트그룹이 인터리빙된 부호어의 44번째 비트그룹이 됨을 의미한다. That is, when each of the codeword and the interleaved codeword includes 45 bit groups from the 0th bit group to the 44th bit group, the interleaving sequence of mathematical expression 11 means that the 34th bit group of the codeword becomes the 0th bit group of the interleaved codeword, the 3rd bit group of the codeword becomes the 1st bit group of the interleaved codeword, the 19th bit group of the codeword becomes the 2nd bit group of the interleaved codeword, the 35th bit group of the codeword becomes the 3rd bit group of the interleaved codeword, ..., the 8th bit group of the codeword becomes the 43rd bit group of the interleaved codeword, and the 24th bit group of the codeword becomes the 44th bit group of the interleaved codeword.

특히, 수학식 11에 나타내어진 인터리빙 시퀀스는 16-심볼 맵핑(특히, NUC 심볼 맵핑)이 사용되고, 길이가 16200이고 부호율이 4/15인 LDPC 부호기가 사용되는 경우에 최적화된 것이다.In particular, the interleaving sequence represented in mathematical expression 11 is optimized when 16-symbol mapping (specifically, NUC symbol mapping) is used and an LDPC encoder with a length of 16200 and a code rate of 4/15 is used.

일반적으로, 방송 및 통신 시스템에서 오류정정 부호화된 데이터를 전송하기 위해 균등(uniform) QAM(Quadrature Amplitude Modulation)을 사용한다.Typically, uniform QAM (Quadrature Amplitude Modulation) is used to transmit error-correcting encoded data in broadcasting and communication systems.

도 7은 16-QAM의 신호성상을 나타낸 도면이다.Figure 7 is a diagram showing the signal characteristics of 16-QAM.

도 7을 참조하면, 4비트가 맵핑(mapping)되는 16-QAM의 신호성상의 16개의 심볼들이 균등(uniform)하게 분포되어 있는 것을 알 수 있다.Referring to Figure 7, it can be seen that 16 symbols of the signal properties of 16-QAM to which 4 bits are mapped are uniformly distributed.

도 7에서 각 심볼간 비트열 맵핑은 그레이 맵핑(gray mapping)을 적용하였으나, 다른 종류의 비트열 맵핑도 사용 가능하다.In Fig. 7, gray mapping is applied to the bit-string mapping between each symbol, but other types of bit-string mapping can also be used.

도 7에 도시된 균등 16-QAM은 성상점(constellation point)들 사이의 거리가 일정하다. 이러한 균등 QAM은 오류정정 부호의 부호율과 상관 없이 사용될 수 있다는 장점이 있으나, 특정 부호율에 특화된 비균등(non-uniform) 신호성상에 비해 낮은 퍼포먼스를 보여줄 수 밖에 없다. 이론적으로, AWGN(Addictive White Gaussian Noise) 채널환경에서 채널 입력신호(송신신호)의 크기(amplitude)와 채널 자체의 크기(amplitude)가 동시에 가우시안(Gaussian) 분포를 따를 때, 송신신호와 수신신호 사이의 상호 정보(mutual information)인 커패시티(capacity)가 최대가 됨이 알려져 있다. 이러한 이론적 배경을 바탕으로, 의도적인 신호성상의 왜곡을 통해 균등 성상에 비해 더 좋은 성능을 얻을 수 있다.The uniform 16-QAM illustrated in Fig. 7 has a constant distance between constellation points. This uniform QAM has the advantage of being able to be used regardless of the code rate of the error correction code, but it cannot help but show lower performance than the non-uniform signal constellation specialized for a specific code rate. Theoretically, it is known that in an AWGN (Addictive White Gaussian Noise) channel environment, when the amplitude of the channel input signal (transmission signal) and the amplitude of the channel itself simultaneously follow a Gaussian distribution, the capacity, which is the mutual information between the transmission signal and the reception signal, is maximized. Based on this theoretical background, better performance can be obtained than the uniform constellation through intentional distortion of the signal constellation.

비균등 신호 성상의 설계는 대칭형 설계 기술이 사용될 수 있다.The design of the unequal signal constellation can use symmetrical design techniques.

즉, 16-QAM의 경우, 1사분면의 4개의 신호성상 심볼들을 우선적으로 설계한 후, 나머지 3개의 사분면에 대한 신호성상 심볼들은 대칭적으로 설계할 수 있다.That is, in the case of 16-QAM, the four signal constellation symbols of the first quadrant are designed first, and then the signal constellation symbols for the remaining three quadrants can be designed symmetrically.

예를 들어, 1사분면의 4개의 신호성상 심볼들의 벡터를 w=(w0, w1, w2, w3)라 하면, 나머지 사분면에 대한 신호성상 심볼들의 벡터는 아래와 같이 정해질 수 있다. For example, if the vector of four signal constellation symbols in the first quadrant is w=( w0 , w1 , w2 , w3 ), the vector of signal constellation symbols for the remaining quadrants can be determined as follows.

- 1사분면 : (w0, w1, w2, w3) = w- Quadrant 1: (w 0 , w 1 , w 2 , w 3 ) = w

- 2사분면 : (w4, w5, w6, w7) = -conj(w)- 2nd quadrant: (w 4 , w 5 , w 6 , w 7 ) = -conj(w)

- 3사분면 : (w12, w13, w14, w15) = -w- 3rd quadrant: (w 12 , w 13 , w 14 , w 15 ) = -w

- 4사분면 : (w8, w9, w10, w11) = conj(w)- Quadrant 4: (w 8 , w 9 , w 10 , w 11 ) = conj(w)

여기서, conj(w)는 w의 모든 요소의 켤레복소수를 출력하는 함수일 수 있다.Here, conj(w) can be a function that outputs the complex conjugate of all elements of w.

물론, 신호성상 심볼들의 벡터는 이와 다른 다양한 방식으로 정해질 수도 있다.Of course, the vectors of signal constellation symbols can be determined in various other ways.

심볼 wi는 10진수 값(decimal value) i에 대응하는 비트열 맵핑값을 가질 수 있다. 예를 들어, w3 = 3(10) = 0010(2)일 수 있다.A symbol w i can have a bit-string mapping value corresponding to the decimal value i. For example, w 3 = 3 (10) = 0010 (2) .

비균등 신호성상을 설계할 때, 대칭형 설계 기술을 사용하면 복잡도를 크게 낮출 수 있는 장점이 있다.When designing an unequal signal constellation, using symmetric design techniques has the advantage of greatly reducing complexity.

설계 복잡도를 더 낮추기 위해, 1사분면의 4개의 신호성상 심볼들에 상응하는 벡터 w의 real과 imaginary의 크기(amplitude)가 대칭적(symmetric)이라고 가정할 수 있다. 즉, 1사분면의 4개의 심볼들 중 둘은 서로 실수 성분의 크기(amplitude)와 허수 성분의 크기가 대칭적일 수 있다.To further reduce the design complexity, we can assume that the real and imaginary amplitudes of vector w corresponding to the four signal constellation symbols in the first quadrant are symmetric. That is, two of the four symbols in the first quadrant can have symmetrical real component and imaginary component amplitudes.

이 경우, 4개의 복소수를 설계하는 대신, 4개의 PAM(Pulse Amplitude Modulation) 포인트를 설계하는 것이 된다. 이 때, 가장 작은 PAM 값을 1로 설정하고, 나머지 3개의 PAM 값을 찾은 후 파워(power)를 정규화(normalization)할 수 있다. 결과적으로, 위에 언급된 대칭성을 이용함으로써, 3개의 PAM 값을 설계하면 총 16개의 신호성상을 생성할 수 있다.In this case, instead of designing four complex numbers, we design four PAM (Pulse Amplitude Modulation) points. At this time, we can set the smallest PAM value to 1, find the remaining three PAM values, and then normalize the power. As a result, by utilizing the symmetry mentioned above, we can generate a total of 16 signal constellations by designing three PAM values.

일반적으로는 L = M2개의 신호성상을 설계하기 위해서는 M-1개의 PAM 값들을 설계하면 된다.In general, to design L = M 2 signal constellations, you only need to design M-1 PAM values.

M-1개의 PAM 값들이 얻어졌으면, 얻어진 M-1개의 PAM 값들과 가장 작은 PAM 값을 파워 정규화(power normalization)하고 난 결과를 PAM_norm = [P1 P2 ... PM]이라고 정의한다. PAM_norm을 이용하여 w를 구함에 있어서, real과 imaginary의 PAM 값이 대칭적(symmetric)이라는 가정을 이용하여, 아래와 같이 표현할 수 있다.When M-1 PAM values are obtained, the obtained M-1 PAM values and the smallest PAM value are power normalized, and the result is defined as PAM_norm = [P 1 P 2 ... P M ]. When obtaining w using PAM_norm , it can be expressed as follows by using the assumption that the real and imaginary PAM values are symmetric.

|real(w0)| = |imaginary(w1)||real(w 0 )| = |imaginary(w 1 )|

|real(w1)| = |imaginary(w0)||real(w 1 )| = |imaginary(w 0 )|

|real(w2)| = |imaginary(w3)||real(w 2 )| = |imaginary(w 3 )|

|real(w3)| = |imaginary(w2)||real(w 3 )| = |imaginary(w 2 )|

(real(i)는 i의 실수성분을 출력하는 함수, imaginary(i)는 i의 허수성분을 출력하는 함수, i는 임의의 복소수)(real(i) is a function that outputs the real component of i, imaginary(i) is a function that outputs the imaginary component of i, and i is any complex number)

즉, 1사분면 심볼들에 상응하는 벡터 w의 실수값을 정의하면, 이에 따라 w의 모든 허수값도 정의된다. 1사분면에 총 4개의 심볼들을 가지는 16-QAM의 경우, 아래의 표 3과 같이 총 4!(factorial) = 4 X 3 X 2 X 1 = 24개의 조합 방법을 가지게 된다. 하기 표 3은 1사분면 심볼들에 상응하는 벡터인 w를 구하는 24가지 방법을 나타낸다.That is, if the real values of the vector w corresponding to the first-quadrant symbols are defined, all imaginary values of w are also defined accordingly. In the case of 16-QAM having a total of 4 symbols in the first quadrant, there are a total of 4! (factorial) = 4 X 3 X 2 X 1 = 24 combination methods, as shown in Table 3 below. Table 3 below shows 24 ways to obtain w, a vector corresponding to the first-quadrant symbols.

방법method w0의 Real Real of w 0 w0의 Imaginary Imaginary of w 0 w1의 Real Real of w 1 w1의 Imaginary Imaginary of w 1 w2의 Real Real of w 2 w2의 Imaginary Imaginary of w 2 w3의 Real Real of w 3 w3의 Imaginary Imaginary of w 3 11 P1 P 1 P2 P 2 P2 P 2 P1 P 1 P3 P 3 P4 P 4 P4 P 4 P3 P 3 22 P1 P 1 P2 P 2 P2 P 2 P1 P 1 P4 P 4 P3 P 3 P3 P 3 P4 P 4 33 P1 P 1 P3 P 3 P3 P 3 P1 P 1 P2 P 2 P4 P 4 P4 P 4 P2 P 2 44 P1 P 1 P3 P 3 P3 P 3 P1 P 1 P4 P 4 P2 P 2 P2 P 2 P4 P 4 55 P1 P 1 P4 P 4 P4 P 4 P1 P 1 P2 P 2 P3 P 3 P3 P 3 P2 P 2 66 P1 P 1 P4 P 4 P4 P 4 P1 P 1 P3 P 3 P2 P 2 P2 P 2 P3 P 3 77 P2 P 2 P1 P 1 P1 P 1 P2 P 2 P3 P 3 P4 P 4 P4 P 4 P3 P 3 88 P2 P 2 P1 P 1 P1 P 1 P2 P 2 P4 P 4 P3 P 3 P3 P 3 P4 P 4 99 P2 P 2 P3 P 3 P3 P 3 P2 P 2 P1 P 1 P4 P 4 P4 P 4 P1 P 1 1010 P2 P 2 P3 P 3 P3 P 3 P2 P 2 P4 P 4 P1 P 1 P1 P 1 P4 P 4 1111 P2 P 2 P4 P 4 P4 P 4 P2 P 2 P1 P 1 P3 P 3 P3 P 3 P1 P 1 1212 P2 P 2 P4 P 4 P4 P 4 P2 P 2 P3 P 3 P1 P 1 P1 P 1 P3 P 3 1313 P3 P 3 P1 P 1 P1 P 1 P3 P 3 P2 P 2 P4 P 4 P4 P 4 P2 P 2 1414 P3 P 3 P1 P 1 P1 P 1 P3 P 3 P4 P 4 P2 P 2 P2 P 2 P4 P 4 1515 P3 P 3 P2 P 2 P2 P 2 P3 P 3 P1 P 1 P4 P 4 P4 P 4 P1 P 1 1616 P3 P 3 P2 P 2 P2 P 2 P3 P 3 P4 P 4 P1 P 1 P1 P 1 P4 P 4 1717 P3 P 3 P4 P 4 P4 P 4 P3 P 3 P1 P 1 P2 P 2 P2 P 2 P1 P 1 1818 P3 P 3 P4 P 4 P4 P 4 P3 P 3 P2 P 2 P1 P 1 P1 P 1 P2 P 2 1919 P4 P 4 P1 P 1 P1 P 1 P4 P 4 P2 P 2 P3 P 3 P3 P 3 P2 P 2 2020 P4 P 4 P1 P 1 P1 P 1 P4 P 4 P3 P 3 P2 P 2 P2 P 2 P3 P 3 2121 P4 P 4 P2 P 2 P2 P 2 P4 P 4 P1 P 1 P3 P 3 P3 P 3 P1 P 1 2222 P4 P 4 P2 P 2 P2 P 2 P4 P 4 P3 P 3 P1 P 1 P1 P 1 P3 P 3 2323 P4 P 4 P3 P 3 P3 P 3 P4 P 4 P1 P 1 P2 P 2 P2 P 2 P1 P 1 2424 P4 P 4 P3 P 3 P3 P 3 P4 P 4 P2 P 2 P1 P 1 P1 P 1 P2 P 2

예를 들어, 부호율이 4/15인 LDPC 부호에 대하여 설계된 최적의 PAM_norm 값은 [0.3412 0.5241 0.5797 1.1282]일 수 있다.이 때, 얻어진 PAM_norm을 상기 표 3의 방법 1을 이용하여 1사분면 심볼들에 상응하는 벡터 w로 변환하면 w=[0.3412+0.5241i 0.5241+0.3412i 0.5797+1.1282i 1.1282+0.5797i]를 얻을 수 있다.하기 표 4는 부호율 4/15인 LDPC 부호에 최적화된 비균등 16-심볼 신호성상의 16개의 심볼들을 나타낸다. 일반적으로 오류정정부호는 부호율에 따라 작동 SNR과 오류정정능력이 다르기 때문에, 각각의 부호율 별로 최적화된 벡터 w 값을 사용해야 BICM의 성능을 극대화시킬 수 있다. 만약, 특정 부호율에서 최적화된 비균등 신호성상을 다른 부호율에 사용하게 되면, BICM의 성능을 크게 저하시킬 수 있으므로 LDPC 부호의 부호율에 맞는 비균등 신호성상을 사용하는 것이 중요하다.For example, the optimal PAM_norm value designed for an LDPC code with a code rate of 4/15 can be [0.3412 0.5241 0.5797 1.1282]. At this time, if the obtained PAM_norm is converted into a vector w corresponding to the 1st quadrant symbols using Method 1 of Table 3, w = [0.3412 + 0.5241i 0.5241 + 0.3412i 0.5797 + 1.1282i 1.1282 + 0.5797i] can be obtained. Table 4 below shows 16 symbols of an unequal 16-symbol signal constellation optimized for an LDPC code with a code rate of 4/15. In general, since an error correction code has different operating SNR and error correction capability depending on the code rate, the vector w value optimized for each code rate must be used in order to maximize the performance of BICM. If an unequal signal constellation optimized for a specific code rate is used for a different code rate, it can significantly degrade the performance of BICM, so it is important to use an unequal signal constellation that matches the code rate of the LDPC code.

WW ConstellationConstellation 00 0.3412 + 0.5241i0.3412 + 0.5241i 11 0.5241 + 0.3412i0.5241 + 0.3412i 22 0.5797 + 1.1282i0.5797 + 1.1282i 33 1.1282 + 0.5797i1.1282 + 0.5797i 44 -0.3412 + 0.5241i-0.3412 + 0.5241i 55 -0.5241 + 0.3412i-0.5241 + 0.3412i 66 -0.5797 + 1.1282i-0.5797 + 1.1282i 77 -1.1282 + 0.5797i-1.1282 + 0.5797i 88 0.3412 - 0.5241i0.3412 - 0.5241i 99 0.5241 - 0.3412i0.5241 - 0.3412i 1010 0.5797 - 1.1282i0.5797 - 1.1282i 1111 1.1282 - 0.5797i1.1282 - 0.5797i 1212 -0.3412 - 0.5241i-0.3412 - 0.5241i 1313 -0.5241 - 0.3412i-0.5241 - 0.3412i 1414 -0.5797 - 1.1282i-0.5797 - 1.1282i 1515 -1.1282 - 0.5797i-1.1282 - 0.5797i

도 8은 부호율이 4/15인 LDPC 부호에 최적화된 비균등 16-심볼 신호성상을 나타낸 도면이다.도 8을 참조하면, 4비트가 맵핑(mapping)되는 16-심볼 비균등 신호성상의 16개의 심볼들이 비균등(non-uniform)하게 분포되어 있는 것을 알 수 있다.도 8은 설계된 w를 기반으로 계산된 비균등 16-심볼 신호성상을 나타낸다. 이 때, 도 8에 도시된 각 심볼들의 비트열은 그래이 맵핑(gray mapping)을 기반으로 표현되어 있으나, 다른 종류의 비트열 맵핑도 적용 가능하다.Fig. 8 is a diagram showing a non-uniform 16-symbol signal constellation optimized for an LDPC code with a code rate of 4/15. Referring to Fig. 8, it can be seen that 16 symbols of the 16-symbol non-uniform signal constellation to which 4 bits are mapped are non-uniformly distributed. Fig. 8 shows a non-uniform 16-symbol signal constellation calculated based on the designed w. In this case, the bit strings of each symbol shown in Fig. 8 are expressed based on gray mapping, but other types of bit string mapping can also be applied.

도 9는 부호율이 4/15인 LDPC 부호에 대하여 도 7에 도시된 균등 신호성상과 도 8에 도시된 비균등 신호성상의 성능을 나타낸 도면이다.Figure 9 is a diagram showing the performance of the uniform signal constellation shown in Figure 7 and the unequal signal constellation shown in Figure 8 for an LDPC code with a code rate of 4/15.

도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 비균등 신호성상과 균등 16-QAM의 BER(Bit Error Rate)와 FER(Frame Error Rate)가 도시되어 있는 것을 알 수 있다. 도 9에서 비균등 신호성상은 균등 16-QAM에 비해 월등하게 좋은 성능을 보인다.Referring to FIG. 9, it can be seen that the BER (Bit Error Rate) and FER (Frame Error Rate) of the non-uniform signal constellation and the uniform 16-QAM according to the present invention are illustrated. In FIG. 9, the non-uniform signal constellation shows significantly better performance than the uniform 16-QAM.

도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 16-심볼 비균등 신호성상을 이용한 변조기를 나타낸 블록도이다.FIG. 10 is a block diagram showing a modulator using a 16-symbol unequal signal constellation according to an embodiment of the present invention.

도 10을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 16-심볼 비균등 신호성상은 메모리들(1010, 1030) 및 프로세서(1020)를 포함한다. 이 때, 도 10에 도시된 변조기는 도 1에 도시된 변조기(15)에 상응하는 것일 수 있다.Referring to FIG. 10, a 16-symbol unequal signal constellation according to an embodiment of the present invention includes memories (1010, 1030) and a processor (1020). At this time, the modulator illustrated in FIG. 10 may correspond to the modulator (15) illustrated in FIG. 1.

메모리(1010)는 부호율이 4/15인 LDPC 부호(LDPC code)에 상응하는 부호어(codeword)를 수신한다.The memory (1010) receives a codeword corresponding to an LDPC code having a code rate of 4/15.

이 때, 부호어는 오류정정부호화된 LDPC 부호어일 수도 있고, LDPC 부호어가 인터리빙된 부호어일 수도 있다.At this time, the codeword may be an error-correcting LDPC codeword or an interleaved LDPC codeword.

프로세서(1020)는 부호어를 4비트 단위로 비균등 16-심볼 신호성상의 16개 심볼들에 맵핑한다.The processor (1020) maps the codeword to 16 symbols of an unequal 16-symbol signal constellation in 4-bit units.

이 때, 프로세서(1020)는 심볼 맵핑에 상응하여 반송파(carrier)의 진폭 및 위상 중 어느 하나 이상을 조정할 수 있다.At this time, the processor (1020) may adjust at least one of the amplitude and phase of the carrier corresponding to the symbol mapping.

이 때, 16개 심볼들은 심볼들 사이의 거리가 비균등(non-uniform)하고, 1사분면의 4개의 심볼들의 제1 그룹, 상기 제1 그룹의 4개의 심볼들과 허수축을 기준으로 대칭인 4개의 심볼들의 제2 그룹, 상기 제1 그룹의 4개의 심볼들과 원점을 기준으로 대칭인 4개의 심볼들의 제3 그룹 및 상기 제1 그룹의 4개의 심볼들과 실수축을 기준으로 대칭인 제4 그룹을 포함할 수 있다.At this time, the 16 symbols may include a first group of four symbols in the first quadrant with non-uniform distances between the symbols, a second group of four symbols symmetrical with respect to the imaginary axis with respect to the four symbols of the first group, a third group of four symbols symmetrical with respect to the origin with respect to the four symbols of the first group, and a fourth group symmetrical with respect to the real axis with respect to the four symbols of the first group.

이 때, 상기 제1 그룹의 4개의 심볼들(w0, w1, w2, w3)에 상응하는 벡터는 w이고, 상기 제2 그룹의 4개의 심볼들(w4, w5, w6, w7)에 상응하는 벡터는 -conj(w)(conj(w)는 w의 모든 요소의 켤레복소수를 출력하는 함수)이고, 상기 제3 그룹의 4개의 심볼들(w12, w13, w14, w15)에 상응하는 벡터는 -w이고, 상기 제4 그룹의 4개의 심볼들(w8, w9, w10, w11)에 상응하는 벡터는 conj(w)일 수 있다.At this time, the vector corresponding to the four symbols (w 0 , w 1 , w 2 , w 3 ) of the first group may be w, the vector corresponding to the four symbols (w 4 , w 5 , w 6 , w 7 ) of the second group may be -conj(w) (conj(w) is a function that outputs the complex conjugate of all elements of w), the vector corresponding to the four symbols (w 12 , w 13 , w 14 , w 15 ) of the third group may be -w, and the vector corresponding to the four symbols (w 8 , w 9 , w 10 , w 11 ) of the fourth group may be conj(w).

이 때, 상기 제1 그룹의 4개의 심볼들 중 둘은 서로 실수 성분의 크기(amplitude)와 허수 성분의 크기(amplitude)가 대칭적일 수 있다.At this time, two of the four symbols of the first group may be symmetrical in the magnitude of the real component and the magnitude of the imaginary component.

이 때, 상기 제1 그룹의 4개의 심볼들은 w0, w1, w2 및 w3이고, |real(w0)| = |imaginary(w1)|(real(i)는 i의 실수성분을 출력하는 함수, imaginary(i)는 i의 허수성분을 출력하는 함수, i는 임의의 복소수)이고, |real(w1)| = |imaginary(w0)|이고, |real(w2)| = |imaginary(w3)|이고, |real(w3)| = |imaginary(w2)|일 수 있다.At this time, the four symbols of the first group are w 0 , w 1 , w 2 , and w 3 , and |real(w 0 )| = |imaginary(w 1 )| (real(i) is a function that outputs the real component of i, imaginary(i) is a function that outputs the imaginary component of i, and i is any complex number), and |real(w 1 )| = |imaginary(w 0 )|, |real(w 2 )| = |imaginary(w 3 )|, and |real(w 3 )| = |imaginary(w 2 )|.

이 때, 상기 16개 심볼들은 상기 표 4와 같이 정의될 수 있다.At this time, the above 16 symbols can be defined as in Table 4 above.

메모리(1030)는 프로세서(1020)의 동작에 필요한 부가 정보를 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리(1030)는 반송파 주파수, 진폭 등을 저장할 수 있다.The memory (1030) can store additional information necessary for the operation of the processor (1020). For example, the memory (1030) can store carrier frequency, amplitude, etc.

메모리(1010) 및 메모리(1030)는 비트들의 집합을 저장하기 위한 다양한 하드웨어에 상응하는 것일 수도 있고, 어레이(array), 리스트(list), 스택(stack), 큐(queue) 등의 자료구조(data structure)에 상응하는 것일 수도 있다.The memory (1010) and the memory (1030) may correspond to various hardware for storing a set of bits, or may correspond to a data structure such as an array, a list, a stack, or a queue.

이 때, 메모리(1010) 및 메모리(1030)는 물리적으로 별개의 장치가 아니라, 물리적으로는 하나의 장치의 서로 다른 주소에 상응하는 것일 수 있다. 즉, 메모리(1010) 및 메모리(1030)는 물리적으로는 구분되지 않고, 논리적으로만 구분되는 것일 수 있다.At this time, the memory (1010) and the memory (1030) may not be physically separate devices, but may correspond to different addresses of a single device. That is, the memory (1010) and the memory (1030) may not be physically separated, but may be separated only logically.

도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 16-심볼 비균등 신호성상을 이용한 변조 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.FIG. 11 is a flowchart illustrating a modulation method using a 16-symbol unequal signal constellation according to an embodiment of the present invention.

도 11을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 16-심볼 비균등 신호성상을 이용한 변조 방법은, 먼저 부호율이 4/15인 LDPC 부호(LDPC code)에 상응하는 부호어(codeword)를 수신한다(S1110).Referring to FIG. 11, a modulation method using a 16-symbol unequal signal constellation according to an embodiment of the present invention first receives a codeword corresponding to an LDPC code having a code rate of 4/15 (S1110).

이 때, 부호어는 오류정정부호화된 LDPC 부호어일 수도 있고, LDPC 부호어가 인터리빙된 부호어일 수도 있다. 즉, 단계(S1110)는 LDPC 부호화기에서 바로 부호어를 수신할 수도 있고, 중간에 비트 인터리버를 거쳐서 부호어를 수신할 수도 있다.At this time, the codeword may be an error-correcting LDPC codeword, or may be an interleaved LDPC codeword. That is, step (S1110) may receive the codeword directly from the LDPC encoder, or may receive the codeword through a bit interleaver in the middle.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 16-심볼 비균등 신호성상을 이용한 변조 방법은 상기 부호어를 4비트 단위로 비균등 16-심볼 신호성상의 16개 심볼들에 맵핑한다(S1120).In addition, a modulation method using a 16-symbol non-uniform signal constellation according to one embodiment of the present invention maps the codeword to 16 symbols of a non-uniform 16-symbol signal constellation in 4-bit units (S1120).

이 때, 16개 심볼들은 심볼들 사이의 거리가 비균등(non-uniform)하고, 1사분면의 4개의 심볼들의 제1 그룹, 상기 제1 그룹의 4개의 심볼들과 허수축을 기준으로 대칭인 4개의 심볼들의 제2 그룹, 상기 제1 그룹의 4개의 심볼들과 원점을 기준으로 대칭인 4개의 심볼들의 제3 그룹 및 상기 제1 그룹의 4개의 심볼들과 실수축을 기준으로 대칭인 제4 그룹을 포함할 수 있다.At this time, the 16 symbols may include a first group of four symbols in the first quadrant with non-uniform distances between the symbols, a second group of four symbols symmetrical with respect to the imaginary axis with respect to the four symbols of the first group, a third group of four symbols symmetrical with respect to the origin with respect to the four symbols of the first group, and a fourth group symmetrical with respect to the real axis with respect to the four symbols of the first group.

이 때, 상기 제1 그룹의 4개의 심볼들(w0, w1, w2, w3)에 상응하는 벡터는 w이고, 상기 제2 그룹의 4개의 심볼들(w4, w5, w6, w7)에 상응하는 벡터는 -conj(w)(conj(w)는 w의 모든 요소의 켤레복소수를 출력하는 함수)이고, 상기 제3 그룹의 4개의 심볼들(w12, w13, w14, w15)에 상응하는 벡터는 -w이고, 상기 제4 그룹의 4개의 심볼들(w8, w9, w10, w11)에 상응하는 벡터는 conj(w)일 수 있다.At this time, the vector corresponding to the four symbols (w 0 , w 1 , w 2 , w 3 ) of the first group may be w, the vector corresponding to the four symbols (w 4 , w 5 , w 6 , w 7 ) of the second group may be -conj(w) (conj(w) is a function that outputs the complex conjugate of all elements of w), the vector corresponding to the four symbols (w 12 , w 13 , w 14 , w 15 ) of the third group may be -w, and the vector corresponding to the four symbols (w 8 , w 9 , w 10 , w 11 ) of the fourth group may be conj(w).

이 때, 상기 제1 그룹의 4개의 심볼들 중 둘은 서로 실수 성분의 크기(amplitude)와 허수 성분의 크기(amplitude)가 대칭적일 수 있다.At this time, two of the four symbols of the first group may be symmetrical in the magnitude of the real component and the magnitude of the imaginary component.

이 때, 상기 제1 그룹의 4개의 심볼들은 w0, w1, w2 및 w3이고, |real(w0)| = |imaginary(w1)|(real(i)는 i의 실수성분을 출력하는 함수, imaginary(i)는 i의 허수성분을 출력하는 함수, i는 임의의 복소수)이고, |real(w1)| = |imaginary(w0)|이고, |real(w2)| = |imaginary(w3)|이고, |real(w3)| = |imaginary(w2)|일 수 있다.At this time, the four symbols of the first group are w 0 , w 1 , w 2 , and w 3 , and |real(w 0 )| = |imaginary(w 1 )| (real(i) is a function that outputs the real component of i, imaginary(i) is a function that outputs the imaginary component of i, and i is any complex number), and |real(w 1 )| = |imaginary(w 0 )|, |real(w 2 )| = |imaginary(w 3 )|, and |real(w 3 )| = |imaginary(w 2 )|.

이 때, 상기 16개 심볼들은 상기 표 4와 같이 정의될 수 있다.At this time, the above 16 symbols can be defined as in Table 4 above.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 16-심볼 비균등 신호성상을 이용한 변조 방법은 상기 맵핑에 상응하여 반송파(carrier)의 진폭 및 위상 중 어느 하나 이상을 조정한다(S1130).In addition, a modulation method using a 16-symbol unequal signal constellation according to one embodiment of the present invention adjusts at least one of the amplitude and phase of a carrier corresponding to the mapping (S1130).

도 1에 도시된 오류정정 부호화기(13)는 도 10과 같은 구조로 구현될 수도 있다.The error correction encoder (13) illustrated in Fig. 1 may also be implemented with a structure similar to that in Fig. 10.

즉, 오류정정 부호화기는 메모리들 및 프로세서를 포함할 수 있다. 이 때, 제1 메모리는 길이가 16200이고 부호율이 4/15인 LDPC 부호어(codeword)를 저장하기 위한 메모리이고, 제2 메모리는 0으로 초기화되는 메모리일 수 있다.That is, the error correction encoder may include memories and a processor. At this time, the first memory may be a memory for storing an LDPC codeword having a length of 16200 and a code rate of 4/15, and the second memory may be a memory initialized to 0.

메모리들은 각각 λi(i=0, 1, ..., N-1) 및 Pj(j=0, 1, ..., M1+M2-1)에 상응하는 것일 수 있다.The memories may correspond to λ i (i=0, 1, ..., N-1) and P j (j=0, 1, ..., M 1 +M 2 -1), respectively.

프로세서는 패러티 검사 행렬(parity check matrix)에 상응하는 수열을 이용하여 상기 메모리에 대한 누적(accumulation)을 수행하여, 정보 비트들(information bits)에 상응하는 상기 LDPC 부호어를 생성할 수 있다.The processor can perform accumulation on the memory using a sequence corresponding to a parity check matrix to generate the LDPC codeword corresponding to the information bits.

이 때, 누적은 상기 테이블의 수열을 이용하여 갱신되는 패러티 비트 주소들(parity bit addresses)에서 수행될 수 있다.At this time, accumulation can be performed on parity bit addresses that are updated using the sequence of the above table.

이 때, LDPC 부호어는 상기 정보 비트들에 상응하고 길이가 4320(=K)인 시스터매틱(systematic) 파트(λ0, λ1, ..., λK-1), 패러티 검사 행렬에 포함된 이중 대각행렬에 상응하고 길이가 1080(=M1=g)인 제1 패러티 파트(λK, λK+1, ..., λK+M1-1) 및 상기 패러티 검사 행렬에 포함된 항등행렬에 상응하고 길이가 10800(=M2)인 제2 패러티 파트(λK+M1, λK+M1+1, ..., λK+M1+M2-1)를 포함할 수 있다.At this time, the LDPC codeword may include a systematic part (λ 0 , λ 1 , ..., λ K-1 ) corresponding to the information bits and having a length of 4320 (= K), a first parity part (λ K , λ K+1 , ..., λ K + M1-1 ) corresponding to a double diagonal matrix included in the parity check matrix and having a length of 1080 (= M 1 = g), and a second parity part (λ K+M1 , λ K+M1+1 , ..., λ K +M1+M2-1 ) corresponding to an identity matrix included in the parity check matrix and having a length of 10800 (= M 2 ).

이 때, 수열은 상기 시스터매틱 파트의 길이인 4320을 상기 패러티 검사 행렬에 상응하는 CPM 사이즈(L)인 360으로 나눈 값에 제1 패러티 파트의 길이(M1)인 1080을 360으로 나눈 값을 더한 수(4320/360+1080/360=15)만큼의 행들(rows)을 가질 수 있다.At this time, the sequence can have as many rows as the number obtained by adding the value obtained by dividing 4320, which is the length of the systematic part, by 360, which is the CPM size (L) corresponding to the parity check matrix, to the value obtained by dividing 1080, which is the length of the first parity part (M 1 ), by 360 (4320/360+1080/360=15).

전술한 바와 같이, 수열은 상기 테이블로 표현될 수 있다.As mentioned above, the sequence can be represented by the above table.

이 때, 제2 메모리는 제1 패러티 파트의 길이(M1) 및 제2 패러티 파트의 길이(M2)의 합(M1+M2)에 상응하는 사이즈를 가질 수 있다.At this time, the second memory can have a size corresponding to the sum (M 1 +M 2 ) of the length of the first parity part (M 1 ) and the length of the second parity part (M 2 ).

이 때, 패러티 비트 주소들은 상기 수열의 각각의 행에 나타내진 이전 패러티 비트 주소들 각각(x)과 제1 패러티 파트의 길이(M1)를 비교한 결과에 기반하여 갱신될 수 있다.At this time, the parity bit addresses can be updated based on the result of comparing each of the previous parity bit addresses (x) indicated in each row of the above sequence with the length (M 1 ) of the first parity part.

즉, 패러티 비트 주소들은 상기 수학식 5에 의하여 갱신될 수 있다. 이 때, x는 이전 패러티 비트 주소, m은 정보 비트 인덱스로 0보다 크고 L보다 작은 정수, L은 상기 패러티 검사 행렬의 CPM 사이즈, Q1은 M1/L, M1은 상기 제1 패러티 파트의 사이즈, Q2는 M2/L, M2는 상기 제2 패러티 파트의 사이즈일 수 있다.That is, parity bit addresses can be updated by the above mathematical expression 5. At this time, x is a previous parity bit address, m is an information bit index, which is an integer greater than 0 and less than L, L is the CPM size of the parity check matrix, Q 1 can be M 1 /L, M 1 can be the size of the first parity part, Q 2 can be M 2 /L, M 2 can be the size of the second parity part.

이 때, 상기 누적은 전술한 바와 같이 상기 패러티 검사 행렬의 CPM 사이즈 L=360 단위로 수열의 행을 바꿔가면서 수행될 수 있다.At this time, the above accumulation can be performed by changing the rows of the sequence in units of CPM size L=360 of the above parity check matrix as described above.

이 때, 제1 패러티 파트(λK, λK+1, ..., λK+M1-1)는 상기 수학식 7을 통하여 설명한 바와 같이, 제1 메모리 및 제2 메모리를 이용한, 패러티 인터리빙(parity interleaving)을 수행하여 생성될 수 있다.At this time, the first parity part (λ K , λ K+1 , ..., λ K+M1-1 ) can be generated by performing parity interleaving using the first memory and the second memory as explained through the mathematical expression 7 above.

이 때, 제2 패러티 파트(λK+M1, λK+M1+1, ..., λK+M1+M2-1)는 상기 수학식 8을 통하여 설명한 바와 같이 제1 패러티 파트(λK, λK+1, ..., λK+M1-1)의 생성이 완료된 후 상기 제1 패러티 파트(λK, λK+1, ..., λK+M1-1)와 상기 수열을 이용하여 수행되는 상기 누적이 완료된 후, 제1 메모리 및 제2 메모리를 이용한 패러티 인터리빙(parity interleaving)을 수행하여 생성될 수 있다.At this time, the second parity part (λ K+M1 , λ K+M1+1 , ..., λ K +M1+M2-1 ) can be generated by performing parity interleaving using the first memory and the second memory after the generation of the first parity part (λ K , λ K+ 1 , ..., λ K +M1-1 ) is completed as described through the mathematical expression 8 above, and after the accumulation performed using the first parity part (λ K , λ K+1 , ..., λ K+M1-1 ) and the sequence is completed.

도 1에 도시된 비트 인터리버(14)도 도 10과 같은 구조로 구현될 수 있다.The bit interleaver (14) illustrated in Fig. 1 can also be implemented with a structure similar to Fig. 10.

즉, 제1 메모리는 길이가 16200이고 부호율이 4/15인 LDPC 부호어를 저장할 수 있다. 프로세서는 상기 LDPC 부호어를, 상기 LDPC 부호어의 패러럴 팩터(parallel factor)에 상응하는 비트그룹 단위로 인터리빙하여 인터리빙된 부호어를 생성할 수 있다. 이 때, 패러럴 팩터는 360일 수 있다. 이 때, 비트그룹은 360 비트들을 포함할 수 있다. 이 때, LDPC 부호어는 상기 수학식 9와 같이 45개의 비트그룹들로 분할될 수 있다.That is, the first memory can store an LDPC codeword having a length of 16200 and a code rate of 4/15. The processor can interleave the LDPC codeword in bit group units corresponding to a parallel factor of the LDPC codeword to generate an interleaved codeword. At this time, the parallel factor can be 360. At this time, the bit group can include 360 bits. At this time, the LDPC codeword can be divided into 45 bit groups as in the mathematical expression 9.

이 때, 인터리빙은 퍼뮤테이션 오더(permutation order)를 이용한 상기 수학식 10을 이용하여 수행될 수 있다.At this time, interleaving can be performed using the mathematical expression 10 using the permutation order.

이 때, 퍼뮤테이션 오더는 상기 수학식 11에 의하여 표현되는 인터리빙 시퀀스에 상응하는 것일 수 있다.At this time, the permutation order may correspond to the interleaving sequence expressed by the above mathematical expression 11.

제2 메모리는 상기 인터리빙된 부호어를 16-심볼 맵핑을 위한 변조기로 제공한다.The second memory provides the interleaved codeword to a modulator for 16-symbol mapping.

이 때, 변조기는 도 10을 통하여 설명한 바와 같이 NUC(Non-Uniform Constellation) 심볼 맵핑을 수행하는 심볼 맵핑 장치일 수 있다.At this time, the modulator may be a symbol mapping device that performs NUC (Non-Uniform Constellation) symbol mapping as described through FIG. 10.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 비균등 16-심볼 신호성상을 이용한 변조기, 변조 방법 및 BICM 장치는 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.As described above, the modulator, modulation method, and BICM device using the unequal 16-symbol signal constellation according to the present invention are not limited to the configuration and method of the embodiments described above, and the embodiments may be configured by selectively combining all or part of the embodiments so that various modifications can be made.

1010, 1030: 메모리
1020: 프로세서
1010, 1030: Memory
1020: Processor

Claims (7)

삭제delete 비균등 16-심볼 맵핑에 상응하는 복조(demodulation)를 수행하는 복조기;
상기 복조 이후에 그룹 단위 디인터리빙을 수행하여, 부호율이 4/15인 LDPC 부호어에 상응하는 디인터리빙된 값들을 생성하는 비트 디인터리버; 및
상기 디인터리빙된 값들에 상응하는 LDPC 디코딩을 수행하여 정보 비트들을 복원하는 LDPC 복호화기를 포함하고,
상기 비균등 16-심볼 맵핑은 하기 표와 같이 정의되는 16개의 심볼들에 상응하는 것을 특징으로 하는 BICM(Bit Interleaved and Coded Modulation) 수신 장치.
[표]
A demodulator that performs demodulation corresponding to the nonuniform 16-symbol mapping;
A bit deinterleaver that performs group-based deinterleaving after the above demodulation to generate deinterleaved values corresponding to an LDPC codeword with a code rate of 4/15; and
An LDPC decoder is included to restore information bits by performing LDPC decoding corresponding to the above deinterleaved values,
A BICM (Bit Interleaved and Coded Modulation) receiving device characterized in that the above unequal 16-symbol mapping corresponds to 16 symbols defined as shown in the table below.
[graph]
청구항 2에 있어서,
상기 16개 심볼들은 심볼들 사이의 거리가 비균등(non-uniform)하고, 1사분면의 4개의 심볼들의 제1 그룹, 상기 제1 그룹의 4개의 심볼들과 허수축을 기준으로 대칭인 4개의 심볼들의 제2 그룹, 상기 제1 그룹의 4개의 심볼들과 원점을 기준으로 대칭인 4개의 심볼들의 제3 그룹 및 상기 제1 그룹의 4개의 심볼들과 실수축을 기준으로 대칭인 제4 그룹을 포함하는 것을 특징으로 하는 BICM 수신 장치.
In claim 2,
A BICM receiving device characterized in that the 16 symbols have non-uniform distances between symbols and include a first group of four symbols in the first quadrant, a second group of four symbols symmetrical with respect to the imaginary axis with respect to the four symbols of the first group, a third group of four symbols symmetrical with respect to the origin with respect to the four symbols of the first group, and a fourth group symmetrical with respect to the real axis with respect to the four symbols of the first group.
청구항 3에 있어서,
상기 제1 그룹의 4개의 심볼들(w0, w1, w2, w3)에 상응하는 벡터는 w이고, 상기 제2 그룹의 4개의 심볼들(w4, w5, w6, w7)에 상응하는 벡터는 -conj(w)(conj(w)는 w의 모든 요소의 켤레복소수를 출력하는 함수)이고, 상기 제3 그룹의 4개의 심볼들(w12, w13, w14, w15)에 상응하는 벡터는 -w이고, 상기 제4 그룹의 4개의 심볼들(w8, w9, w10, w11)에 상응하는 벡터는 conj(w)인 것을 특징으로 하는 BICM 수신 장치.
In claim 3,
A BICM receiving device, characterized in that a vector corresponding to the four symbols (w 0 , w 1 , w 2 , w 3 ) of the first group is w, a vector corresponding to the four symbols (w 4 , w 5 , w 6 , w 7 ) of the second group is -conj(w) (conj(w) is a function that outputs the complex conjugate of all elements of w), a vector corresponding to the four symbols (w 12 , w 13 , w 14 , w 15 ) of the third group is -w, and a vector corresponding to the four symbols (w 8 , w 9 , w 10 , w 11 ) of the fourth group is conj(w).
청구항 4에 있어서,
상기 제1 그룹의 4개의 심볼들 중 둘은 서로 실수 성분의 크기(amplitude)와 허수 성분의 크기(amplitude)가 대칭적인 것을 특징으로 하는 BICM 수신 장치.
In claim 4,
A BICM receiving device, characterized in that two of the four symbols of the first group are symmetrical in terms of the amplitude of their real components and the amplitude of their imaginary components.
청구항 5에 있어서,
상기 제1 그룹의 4개의 심볼들은 w0, w1, w2 및 w3이고, |real(w0)| = |imaginary(w1)|(real(i)는 i의 실수성분을 출력하는 함수, imaginary(i)는 i의 허수성분을 출력하는 함수, i는 임의의 복소수)이고, |real(w1)| = |imaginary(w0)|이고, |real(w2)| = |imaginary(w3)|이고, |real(w3)| = |imaginary(w2)|인 것을 특징으로 하는 BICM 수신 장치.
In claim 5,
A BICM receiving device, characterized in that the four symbols of the first group are w 0 , w 1 , w 2 , and w 3 , and |real(w 0 )| = |imaginary(w 1 )| (real(i) is a function that outputs the real component of i, imaginary(i) is a function that outputs the imaginary component of i, and i is any complex number), and |real(w 1 )| = |imaginary(w 0 )|, |real(w 2 )| = |imaginary(w 3 )|, and |real(w 3 )| = |imaginary(w 2 )|.
비균등 16-심볼 맵핑에 상응하는 복조(demodulation)를 수행하는 단계;
상기 복조 이후에 그룹 단위 디인터리빙을 수행하여, 부호율이 4/15인 LDPC 부호어에 상응하는 디인터리빙된 값들을 생성하는 단계; 및
상기 디인터리빙된 값들에 상응하는 LDPC 디코딩을 수행하여 정보 비트들을 복원하는 단계를 포함하고,
상기 비균등 16-심볼 맵핑은 하기 표와 같이 정의되는 16개의 심볼들에 상응하는 것을 특징으로 하는 BICM(Bit Interleaved and Coded Modulation) 수신 방법.
[표]
A step of performing demodulation corresponding to the non-uniform 16-symbol mapping;
A step of performing group-based deinterleaving after the above demodulation to generate deinterleaved values corresponding to an LDPC codeword having a code rate of 4/15; and
A step of restoring information bits by performing LDPC decoding corresponding to the above deinterleaved values,
A BICM (Bit Interleaved and Coded Modulation) receiving method characterized in that the above unequal 16-symbol mapping corresponds to 16 symbols defined as shown in the table below.
[graph]
KR1020230058308A 2014-02-13 2023-05-04 Bicm reception device using non-uniform 16-symbol signal constellation for low density parity check codeword with 4/15 code rate, and method using the same Active KR102743028B1 (en)

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