專利名稱：(n,k)方塊碼的軟輸入軟輸出解碼裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是關于無線傳輸?shù)募夹g領域， 尤指一種(n，k)方塊碼的軟輸入軟輸出解碼裝置。
背景技術：
隨著高信息傳輸速度等應用要求的增加，用于信息傳輸?shù)耐ㄓ嵧ǖ郎厦繂挝粫r間 再生或傳送的信息量也會增加。因此，當通訊通道狀態(tài)惡化時，將更容易有更多錯誤產(chǎn)生。 在無線通訊中，通常會使用在通訊通道中具有高錯誤修正效能的錯誤更正方法或錯誤修正 碼，用以檢測并更正錯誤位。圖1是現(xiàn)有無線傳輸系統(tǒng)的示意圖。其中，外環(huán)編碼裝置(Outer encoder) 110對 來源位序列進行編碼。內(nèi)環(huán)編碼裝置(Inner encoder) 120再對外環(huán)編碼裝置110的輸出 序列進行編碼，然后經(jīng)由無線通道130傳輸。內(nèi)環(huán)解碼裝置(Inner decoder) 140則對無線通道130傳送來的碼元進行解碼。內(nèi) 環(huán)解碼裝置140可輸出與該碼元相對應的硬決定(hard decision)，也可輸出與該碼元相 對應的軟決定(soft decision)。外環(huán)解碼裝置(Outer decoder) 150會接收從內(nèi)環(huán)解碼裝 置140中輸出的硬決定(hard-decision)或軟決定(soft-decision)，并執(zhí)行對應使用在外 環(huán)編碼裝置110中預定編碼方法來進行解碼，進而輸出所解碼的信息。當外環(huán)編碼裝置110采用渦輪碼(turbo code)或是低密度同位檢查碼(low density parity check code,LDPC)等較常用的編碼方式時，內(nèi)環(huán)解碼裝置140則需提供給 外環(huán)解碼裝置150相對于每位的對數(shù)似然比(Log likelihood ratio，LLR)。我們稱此具有 產(chǎn)生軟決定功能的內(nèi)解碼器為具有軟輸入軟輸出(SOft-In-SOft-0ut，SIS0)的解碼裝置。當外環(huán)解碼裝置150是軟決定解碼(soft-decision decoding)時，其會參 考輸入位的軟值(soft value)，例如0.2或0.9，用以執(zhí)行錯誤修正，例如渦輪碼解碼 (turbo code decoding)與低密度同位檢查石馬(low density parity check code, LDPC) 解碼，以取代以參考輸入位的硬值(0或1)所執(zhí)行的錯誤修正，例如傳統(tǒng)里德所羅門編碼 (Reed-Solomon coding)。在軟決定解碼過程中，由于所考慮的概率密度函數(shù)(probability density function, pdf)常具有指數(shù)特性，因此常使用對數(shù)似然比作為輸出，用以降低計算的復雜 度。然而，在頻率選擇性衰退通道(frequency selective channels)中，軟輸入軟輸出解 碼裝置的設計仍為一艱難的挑戰(zhàn)。因此，有需要提供一種完整且通用的軟輸入軟輸出解碼 裝置的設計方法。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種(n，k)方塊碼的軟輸入軟輸出解碼裝置，以降低軟 輸入軟輸出解碼裝置的硬體架構(gòu)的復雜度，并可在不犧牲解碼效能下計算對數(shù)似然比。依據(jù)本發(fā)明的一特色，本發(fā)明提出一種(n，k)方塊碼的軟輸入軟輸出解碼裝置，該軟輸入軟輸出解碼裝置運用于無線傳輸系統(tǒng)的接收端，該軟輸入軟輸出解碼裝置包括來 源位產(chǎn)生器(source bit generator)、通道編碼器(channel encoder)、傳輸信號映射器 (mapper)、相關器(corrlator)及對數(shù)似然比產(chǎn)生器。該來源位產(chǎn)生器用以產(chǎn)生k個來源 位(source bits)，其中k為正整數(shù)。該通道編碼器連接至該來源位產(chǎn)生器，依據(jù)該k個來 源位(source bits)編碼產(chǎn)生η個位的通道碼C (channel code)，其中η為正整數(shù)。該傳 輸信號映射器連接至該通道編碼器，以將該η位的通道碼映射為m個本地產(chǎn)生的碼元序列 Xdocally generated symbol sequence) 0該相關器連接至該傳輸信號映射器，以接收無 線傳輸?shù)拇a元序列(symbol sequence) Ζ、通道狀態(tài)信息序列(channel state information sequence)!!及該傳輸信號映射器輸出的該本地產(chǎn)生的碼元序列X，并依據(jù)該碼元序列Z、 該通道狀態(tài)信息序列H、及該本地產(chǎn)生的碼元序列X以計算該碼元序列Z的一碼元的相關 性。該對數(shù)似然比產(chǎn)生器連接至該來源位產(chǎn)生器(source bit generator)及該相關器 (corrlator)，以產(chǎn)生該碼元(symbol)的對數(shù)似然比。 依據(jù)本發(fā)明的另一特色，本發(fā)明提出一種(n，k)方塊碼的軟輸入軟輸出解碼裝 置，該軟輸入軟輸出解碼裝置運用于無線傳輸系統(tǒng)的接收端，該軟輸入軟輸出解碼裝置包 括來源位產(chǎn)生器(source bit generator)、通道編碼器(channel encoder)、傳輸信號映射 器(mapper)、距離計算器(distance calculator)及對數(shù)似然比產(chǎn)生器。該來源位產(chǎn)生器 用以產(chǎn)生k個來源位，其中k為正整數(shù)。該通道編碼器連接至該來源位產(chǎn)生器，依據(jù)該k個 來源位編碼產(chǎn)生η個位的通道碼C (channel code)，其中η為正整數(shù)。該傳輸信號映射器 連接至該通道編碼器，以將該η位的通道碼C映射為m個本地產(chǎn)生的碼元序列Xdocally generated symbol sequence) 0該距離計算器連接至該傳輸信號映射器，以接收碼元序列 (symbol sequence) Ζ、通道狀態(tài)信息序列(channel state information sequence) H 及該 傳輸信號映射器輸出的該本地產(chǎn)生的碼元序列X，并依據(jù)該碼元序列Z、該通道狀態(tài)信息序 列H、及該本地產(chǎn)生的碼元序列X以計算該碼元序列Z的一碼元的距離。該對數(shù)似然比產(chǎn)生 器，連接至該來源位產(chǎn)生器(source bit generator)及該距離計算器，以產(chǎn)生該碼元的對 數(shù)似然比。可見，本發(fā)明提供一完整且通用的軟輸入軟輸出解碼裝置的設計方法，并降低現(xiàn) 有軟輸入軟輸出解碼裝置的硬體架構(gòu)的復雜度，可在不犧牲解碼效能的前提下計算對數(shù)似 然比。進一步地，本發(fā)明可運用于一般的線性或非線性方塊碼，同時本發(fā)明技術可運用 于一般的M進制正交幅度調(diào)制(MQAM)調(diào)變，而不受限于傳輸碼的特性。


圖1是現(xiàn)有無線傳輸系統(tǒng)的示意圖。圖2是本發(fā)明(n，k)方塊碼的軟輸入軟輸出解碼裝置300的結(jié)構(gòu)圖。圖3是本發(fā)明相關器的結(jié)構(gòu)圖。圖4是本發(fā)明(n，k)方塊碼的軟輸入軟輸出解碼裝置300另一實施例的結(jié)構(gòu)圖。圖5是本發(fā)明一模擬結(jié)果的示意圖。圖6是本發(fā)明另一模擬結(jié)果的示意圖。圖7是本發(fā)明又一模擬結(jié)果的示意圖。
圖8是本發(fā)明再一模擬結(jié)果的示意圖。主要元件符號說明外環(huán)編碼裝置110內(nèi)環(huán)編碼裝置120無線通道130內(nèi)環(huán)解碼裝置140外環(huán)解碼裝置150軟輸入軟輸出解碼裝置300來源位產(chǎn)生器310通道編碼器320傳輸信號映射器330相關器340對數(shù)似然比產(chǎn)生器350子對數(shù)似然比產(chǎn)生器351解多工器3511第一最大值找尋裝置3512第一暫存裝置3514第二最大值找尋裝置3513第二暫存裝置3515減法器3516共軛復數(shù)器341第一乘法器343取實數(shù)值裝置345第二乘法器347加法器349
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例，對 本發(fā)明所述方案作進一步地詳細說明。本發(fā)明可在不犧牲解碼效能的前提下以計算對數(shù)似然比，本發(fā)明可運用于一般的 線性或非線性方塊碼，同時本發(fā)明技術可運用于一般的MQAM調(diào)變，而無需受限于傳輸碼的 特性。本發(fā)明中將以地面數(shù)字電視廣播傳輸標準(DTMB)系統(tǒng)為例，以說明其中軟輸入軟輸 出內(nèi)解碼器(例如NR碼)的架構(gòu)及設計方式。本發(fā)明(n，k)方塊碼的軟輸入軟輸出解碼裝置可用于一般的方塊碼。為方便解說 本發(fā)明的技術方案，本發(fā)明以DTMB中所使用的(16，8)NR碼為例子加以解說，NR編碼器是 將8個位編碼成16個位，其中，a0. . . a7是該NR編碼器的輸入信號，a0. . . a7e0. . . e7是該NR 編碼器的輸出信號，該NR編碼器的輸出信號為是統(tǒng)碼(systematic code)，其中，包含信息 位(a0. . . a7)及冗余位(e0. · · e7)。有關本發(fā)明(n，k)方塊碼的軟輸入軟輸出解碼裝置，以下先推導其所需的數(shù)學公 式。對于最佳化軟信息在通用多路徑通道(multipath channel)且在多載波的系統(tǒng)運作模 式下的明確數(shù)學公式將先被推導獲得，例如對數(shù)似然比(LLR)。在單載波的運作模式下，碼 元是在時域中傳輸。等化運算已經(jīng)被執(zhí)行，用以消除碼元間的干擾。假設第i個來源位為b”收到的碼元序列(symbol sequence)為Ζ、且通道狀態(tài)信 息序列(channel state information sequence)為H，則對數(shù)似然比(LLR)的定義可以用 公式(1)表示
權利要求
1.一種(n，k)方塊碼的軟輸入軟輸出解碼裝置，所述裝置運用于無線傳輸系統(tǒng)的接收 端，其特征在于，所述軟輸入軟輸出解碼裝置包括來源位產(chǎn)生器，用以產(chǎn)生k個來源位，其中k為正整數(shù)；通道編碼器，連接至所述來源位產(chǎn)生器，依據(jù)所述k個來源位編碼，進而產(chǎn)生具有η個 位的通道碼，其中η為正整數(shù)；傳輸信號映射器，連接至所述通道編碼器，用以將所述具有η位的通道碼映射為m個本 地產(chǎn)生的碼元序列；相關器，連接至所述傳輸信號映射器，用以依據(jù)碼元序列、通道狀態(tài)信息序列及所述傳 輸信號映射器輸出的所述本地產(chǎn)生的碼元序列，用以計算所述碼元序列中的一碼元的相關 性；以及對數(shù)似然比產(chǎn)生器，連接至所述來源位產(chǎn)生器及該相關器，用以產(chǎn)生所述碼元相對應 位的對數(shù)似然比。
2.如權利要求1所述的(n，k)方塊碼的軟輸入軟輸出解碼裝置，其特征在于，所述相 關器包含m個共軛復數(shù)器，其中第m’個復數(shù)共軛器接收所述碼元序列中的第m’個碼元，用以進 行共軛復數(shù)運算，其中，m、m’為正整數(shù)，1彡m’彡m;m個第一乘法器，其中第m’個第一乘法器用以接收所述第m’個復數(shù)共軛器的輸出及所 述本地產(chǎn)生的碼元序列的第m’個傳輸碼，并執(zhí)行乘法運算；m個取實數(shù)值裝置，其中第m’個取實數(shù)值裝置連接至所述第m’個第一乘法器，并對所 述第m’個第一乘法器的輸出進行取實數(shù)值運算；m個第二乘法器，其中第m’個第二乘法器連接至所述第m’個取實數(shù)值裝置，用以接收 所述通道狀態(tài)信息序列的第m’個通道狀態(tài)信息，并執(zhí)行乘法運算；以及一個加法器，連接至所述m個第二乘法器，以對所述m個第二乘法器的輸出執(zhí)行加法運 算而產(chǎn)生所述相關性。
3.如權利要求2所述的(n，k)方塊碼的軟輸入軟輸出解碼裝置，其特征在于，所述對 數(shù)似然比產(chǎn)生器包含k個子對數(shù)似然比產(chǎn)生器，其中的第k’個子對數(shù)似然比產(chǎn)生器包含第k’解多工器，連接至所述來源位產(chǎn)生器及所述相關器，依據(jù)第k’來源位以輸出相對 應的所述相關性，其中，k、k’為正整數(shù)，1彡k’ ^k；第一最大值找尋裝置，連接至所述第k’解多工器的第一輸出端，以找尋所述相關性中 的最大值；第一暫存裝置，連接至所述第一最大值找尋裝置，用以暫存所述第一最大值找尋裝置 的輸出；第二最大值找尋裝置，連接至所述第k’解多工器的第二輸出端，用以找尋所述相關性 中的最大值；第二暫存裝置，連接至所述第二最大值找尋裝置，用以暫存所述第二最大值找尋裝置 的輸出；以及減法器，連接至所述第一暫存裝置及所述第二暫存裝置，用以將所述第二暫存裝置的 輸出減去所述第一暫存裝置的輸出，進而產(chǎn)生第k’個對數(shù)似然比。
4.如權利要求3所述的(n，k)方塊碼的軟輸入軟輸出解碼裝置，其特征在于，所述減法器將所述第二暫存裝置的輸出減去所述第一暫存裝置的輸出得到差值后，進一步用于計 算所述差值與所估算的高斯分布噪聲的變異數(shù)的商，進而產(chǎn)生第k’個對數(shù)似然比。
5.如權利要求3或4所述的(n，k)方塊碼的軟輸入軟輸出解碼裝置，其特征在于，所 述(n，k)方塊碼為線性方塊碼或非線性方塊碼。
6.如權利要求5所述的(n，k)方塊碼的軟輸入軟輸出解碼裝置，其特征在于，所述通 道編碼器為NR碼編碼器。
7.如權利要求1所述的(n，k)方塊碼的軟輸入軟輸出解碼裝置，其特征在于，所述傳 輸信號映射器為等振幅器傳輸信號映射器；所述等振幅器傳輸信號映射器為4進制正交幅度調(diào)制4-QAM傳輸信號映射器。
8.一種(n，k)方塊碼的軟輸入軟輸出解碼裝置，所述裝置運用于無線傳輸系統(tǒng)的接收 端，其特征在于，所述軟輸入軟輸出解碼裝置包括來源位產(chǎn)生器，用以產(chǎn)生k個來源位，其中k為正整數(shù)；通道編碼器，連接至所述來源位產(chǎn)生器，依據(jù)所述k個來源位編碼，產(chǎn)生具有η個位的 通道碼，其中η為正整數(shù)；傳輸信號映射器，連接至所述通道編碼器，用以將所述具有η位的通道碼映射為m個本 地產(chǎn)生的碼元序列；距離計算器，連接至所述傳輸信號映射器，用以根據(jù)碼元序列、通道狀態(tài)信息序列及所 述傳輸信號映射器輸出的所述本地產(chǎn)生的碼元序列，進而計算所述碼元序列中的一碼元的 距離；以及對數(shù)似然比產(chǎn)生器，連接至所述來源位產(chǎn)生器及該距離計算器，用以產(chǎn)生所述碼元相 對應位的對數(shù)似然比。
9.如權利要求8所述的(n，k)方塊碼的軟輸入軟輸出解碼裝置，其特征在于，所述對 數(shù)似然比產(chǎn)生器包含k個子對數(shù)似然比產(chǎn)生器，其中的第k’個子對數(shù)似然比產(chǎn)生器包含第k’解多工器，連接至所述來源位產(chǎn)生器及所述距離計算器，依據(jù)k’來源位用以輸出 對應的所述距離，其中，k、k’為正整數(shù)，1彡k’ ^k；第一最小值找尋裝置，連接至所述第k’解多工器的第一輸出端，用以找尋所述距離中 的最小值；第一暫存裝置，連接至所述第一最小值找尋裝置，用以暫存所述第一最小值找尋裝置 的輸出；第二最小值找尋裝置，連接至所述第k’解多工器的第二輸出端，用以找尋所述距離中 的最小值；第二暫存裝置，連接至所述第二最小值找尋裝置，用以暫存所述第二最小值找尋裝置 的輸出；以及減法器，連接至所述第一暫存裝置及所述第二暫存裝置，用以將所述第一暫存裝置的 輸出減去所述第二暫存裝置的輸出，以產(chǎn)生第k’個對數(shù)似然比。
10.如權利要求9所述的(n，k)方塊碼的軟輸入軟輸出解碼裝置，其特征在于，所述減 法器將所述第二暫存裝置的輸出減去所述第一暫存裝置的輸出得到差值后，進一步用于計 算所述差值與所估算的高斯分布噪聲的變異數(shù)的商，進而產(chǎn)生第k’個對數(shù)似然比。
11.如權利要求9或10所述的(n，k)方塊碼的軟輸入軟輸出解碼裝置，其特征在于，所述(n，k)方塊碼為線性方塊碼或非線性方塊碼。
12.如權利要求11所述的(n，k)方塊碼的軟輸入軟輸出解碼裝置，其特征在于，所述 通道編碼器為NR碼編碼器。
13.如權利要求8所述的(n，k)方塊碼的軟輸入軟輸出解碼裝置，其特征在于，所述傳 輸信號映射器為等振幅器傳輸信號映射器；所述等振幅器傳輸信號映射器為4進制正交幅度調(diào)制4-QAM傳輸信號映射器。
全文摘要
本發(fā)明提供公開了一種(n，k)方塊碼的軟輸入軟輸出(Soft-In-Soft-Out，SISO)解碼裝置。該裝置包括來源位產(chǎn)生器用以產(chǎn)生k個來源位，通道編碼器依據(jù)k個來源位編碼，進而產(chǎn)生n個位的通道碼(channel code)，傳輸信號映射器將n個位的通道碼映射為m個本地產(chǎn)生的碼元序列(locally generated symbol sequence)，相關器根據(jù)無線傳輸?shù)拇a元序列(symbol sequence)、通道狀態(tài)信息序列(channel state information sequence)及該本地產(chǎn)生的碼元序列，用以計算該碼元序列中的一碼元的相關性，對數(shù)似然比產(chǎn)生器連接至該來源位產(chǎn)生器及該相關器，用以產(chǎn)生該碼元的對數(shù)似然比。采用本發(fā)明公開的裝置能夠降低軟輸入軟輸出解碼裝置的硬體架構(gòu)的復雜度，并可在不犧牲解碼效能的前提下計算對數(shù)似然比。
文檔編號H03M13/15GK102006086SQ20101052657
公開日2011年4月6日 申請日期2010年10月19日 優(yōu)先權日2010年10月19日
發(fā)明者曾俊杰 申請人:凌陽科技股份有限公司