CN101796785B - 主要用于Nordstrom-Robinson码译码器的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有用来对Nordstrom-Robinson码编码信息进行译码的Nordstrom-Robinson码译码器的设备，其中，距离计算器(13)适于从干扰消除器(10)接收块间干扰消除向量(X)和块内干扰补偿Nordstrom-Robinson码向量(S(i))，以计算在这两个向量(X、S(i))之间的欧几里德距离；译码器(14)适于接收由距离计算器(13)计算的欧几里德距离，并且挑选最小距离和其对应Nordstrom-Robinson码代码字，且输出判定Nordstrom-Robinson码向量；及软信息计算器(15)适于从距离计算器(13)接收欧几里德距离，并且计算对数-似然比(LLR)。

Description

主要用于Nordstrom-Robinson码译码器的设备和方法

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的、主要用于Nordstrom-Robinson码译码器的设备，并且涉及一种用于Nordstrom-Robinson码译码器的方法。 

背景技术

在现代数字通信系统中，特别是像地面广播TV系统(TV：电视)之类的无线移动系统，高度注意由反射、折射等引起的多路径回波。在单载波系统中，自适应判定反馈均衡器(DFE)常常用来消除由回波引起的符号间干扰(ISI)。但在其中强回波存在并且SNR(信噪比)非常低的某些严酷环境中，自适应DFE不能良好地工作。将均衡器与信道代码相结合的结构，可用来改进符号判定质量，该符号判定质量将被反馈回均衡器的FBF部分(FBF：反馈滤波器)。例如，在ATSC系统中(ATSC：Advanced Television Systems Committee)，使用Viterbi码。卷积码的缺点是它可能引起误码扩散。 

在中国地面数字电视标准中，有一种推荐模式，在这种推荐模式中，利用QPSK调制(QPSK：正交相移键控)应用叫做Nordstrom-Robinson码(NR码)的块代码。由Nordstrom和Robinson发现的NR码，是已知的最值得注意的代码之一。它是包括长度16的256个代码字的独特二进制代码，从而它们中的任意两个在至少六个位置中不同。这是对于这种长度和最小距离可能的最大数量的代码字。 

中国地面数字电视标准推荐两种载波模式，单载波模式和多载波模式。在单载波模式中，NR码与均衡器结合以改进符号判定质量， 如以上讨论的那样。在多载波模式中，它表现得像内部码。 

图5表示与均衡器相结合的现有技术NR译码器6和FEC译码器7(FEC：前向纠错)的一般结构。输入信号或数据，特别是接收的向量，输入到前馈滤波器(FFF)1中。前馈滤波器1的输出数据输入到加法器2的输入端中。而且，反馈滤波器(FBF)5的输出数据输入到加法器的另一输入端中。在加法器2中相加后的数据输出到NR译码器6中，并且输出到误码发生器3中。NR译码器6从自适应DFE取得软符号，并且译码接收的向量。然后，NR译码器6将结果输出到反馈滤波器5，输出到误码发生器3及输出到前向纠错译码器7(FEC译码器)。而且，抽头系数更新器4提供成，用来更新用于前馈滤波器1和反馈滤波器5的抽头系数。 

由于NR码的译码程序是基于块的，所以在译码器中将有延迟。这意味着，译码器在每次译码之前，应该收集包含16比特的8个符号。假定NR译码器6使用k个符号时间进行译码处理，并因此，均衡器的反馈滤波器5部分对于译码器的接收符号，不能补偿这k+8个符号的干扰。所以NR译码器6应该包括消除此干扰的单元。 

NR编码信息的通用译码方法是最大似然译码。对于这种方法的最直接手段是对于每个代码字根据接收的向量计算欧几里德(Euclidean)距离，并且然后选择欧几里德距离最靠近接收代码字的代码字。并且这是译码二进制块编码向量的最好方式，但其实施规模非常巨大，并且有时是不可持续的。 

FEC译码器的输入可以是硬判定结果或软信息。硬判定结果只是以上描述的最大似然译码符号。然而，如果输入是硬判定结果，则FEC译码器的性能将大大地下降。另一种方式是在NR译码器中每符号地计算软信息，并且将它输出到FEC译码器。 

在中国专利“与NR码相结合的时域均衡器”-CN专利申请号200510026192.4中，提出一种产生用于FEC译码器的软信息的对数-MAP算法。但这种算法的缺点是，实施复杂性非常高。 

在第一方面，使用最大似然译码。一般地，在NR译码器中，最 大似然译码的最直接手段是对于每个代码字根据接收的向量计算欧几里德距离，并且然后在欧几里德空间中对于接收的代码字选择代码字集。向量x和y的欧几里德距离按如下计算 

欧几里德距离＝|x-y|²。 

以上描述的解决方案的缺点是其高计算复杂性。在NR表中有256个代码字，所以为了一个接收向量译码需要进行512次实数乘法。 

第二，存在有对数-MAP算法。对于AWGN信道(AGWN：添加白Gaussian噪声)，接收的符号是y＝as+n，这里a作为信道的脉动响应，n作为添加白Gaussian噪声，s作为传输符号，及y作为输出信号。而且，s、y是复数基带信号，即y＝y_i+jy_q，s＝s_i+js_q。 

在均衡器之后，不管时域均衡器还是频域均衡器都将补偿对于接收符号的信道影响，因而输出符号将是 

$\hat{y}=(\mathrm{as}+n)/a=s+n/a$

使n作为具有零平均值和方差σ²的Gaussian变量。用于M-QAM符号(QAM：正交振幅调制)的每个比特的软度量按如下表示。其中 

$\mathrm{llr}\left(k\right)=\ln \frac{p(\hat{y}/x_k=0)}{p(\hat{y}/x_k=1)},$ (k＝1，2，3，4，5，6，7，8)， 

这里llr(k)是指用于在星座符号中的第k比特的对数-似然比，x_k代表在传输符号s中的第k比特 

$\mathrm{llr}\left(k\right)=\ln \frac{p(\hat{y}/x_k=0)}{p(\hat{y}/x_k=1)}=\ln \frac{\underset{s_i\left(0\right)\∈\left(s\right|x_k=0)}{\mathrm{\Σ}}p\left(\hat{y}\right|s_i\left(0\right))}{\underset{s_i\left(1\right)\∈\left(s\right|x_k=1)}{\mathrm{\Σ}}p\left(\hat{y}\right|s_i\left(1\right))}$

由于n是Gaussian噪声，因而， 

$p\left(\hat{y}\right|s)=\frac{1}{\sqrt{2\mathrm{\π}}\mathrm{\σ}}\exp (-\frac{{\left|a\right|}^2\·{|\hat{y}-s\left(0\right)|}^2}{2{\mathrm{\σ}}^2})$

$\mathrm{llr}\left(k\right)=\ln \frac{\underset{s_i\left(0\right)\∈\left\{s\right|x_k=0\}}{\mathrm{\Σ}}\exp (-\frac{{\left|a\right|}^2}{2{\mathrm{\σ}}^2}\·{|\hat{y}-s_i\left(0\right)|}^2)}{\underset{s_i\left(1\right)\∈\left\{s\right|x_k=1\}}{\mathrm{\Σ}}\exp (\frac{{\left|a\right|}^2}{2{\mathrm{\σ}}^2}\·{|\hat{y}-s_i\left(1\right)|}^2)}$

对数-MAP算法的缺点也是实施复杂性高。 

发明内容

本发明的目的是提供具有复杂性较低的代码译码器(特别是Nordstrom-Robinson码译码器)的一种设备和方法。 

这个目的通过具有根据权利要求1的特征的主要用于Nordstrom-Robinson码译码器的一种设备、和通过具有根据权利要求11的特征的用于Nordstrom-Robinson码译码器的一种方法实现。优选方面和实施例是从属权利要求的主题。 

特别是，提供有一种设备，该设备具有用来译码代码编码信息的块代码译码器，所述块代码译码器包括：距离计算器，适于从干扰消除器分别接收块间干扰消除符号、数据或向量、和块内干扰补偿代码向量，以计算在这两个向量之间的欧几里德距离；译码器，适于接收由距离计算器计算的欧几里德距离，并且挑选最小距离和其对应码代码字且输出判定代码向量；及软信息计算器，适于从距离计算器接收欧几里德距离，并且计算对数-似然比。 

特别是，提供有一种设备，其中距离计算器适于使用近似运算，以计算在接收向量与每个补偿代码向量之间的欧几里德距离。这降低了硬件复杂性。而且，这种近似函数能是绝对值函数或曲线近似、等等。 

优选地，译码器适于收集欧几里德距离集中的所有欧几里德距离，并且找出最小的一个欧几里德距离和对应代码字，及将译码后的代码字映射到代码向量。特别是，译码器适于收集256个欧几里德距离，并且将具有16比特的译码后的代码字映射到代码向量。 

软信息计算器可适于，对于一个码代码字从欧几里德距离计算器获得欧几里德距离集中的所有欧几里德距离，并且使用最大-对数-MAP算法计算对数-似然比。特别是，软信息计算器适于，对于一个Nordstrom-Robinson码代码字从欧几里德距离计算器获得256个欧几里德距离。使用最大-对数-MAP算法是为了降低计算复杂性。 

干扰消除器可包括：块间干扰消除器，适于从均衡器接收代码向 量和反馈滤波器的抽头系数、和从译码器接收之前的译码后的代码向量，并且消除接收代码向量的块间干扰；和块内干扰补偿器，适于从代码查找表获得代码字和从均衡器获得反馈滤波器的抽头系数，并且产生补偿代码向量。特别是，这样的块间干扰消除器消除接收代码向量的块间干扰，并且块内干扰补偿器适于从代码PN查找表获得代码字和从均衡器获得反馈滤波器的抽头系数，以产生补偿代码向量。 

特别是，块间干扰消除器适于从均衡器收集反馈滤波器部分的抽头系数和收集之前的译码后的代码向量，并且运算它们之间的卷积以产生块间干扰，及从接收代码向量减去块间干扰。 

块内干扰补偿器可适于，从代码查找表获得代码字，并且运算代码向量与在均衡器中的反馈滤波器的系数之间的卷积以产生块内干扰，及将块内干扰添加到代码向量。特别是，块内干扰补偿器从NR码查找表获得所有或者特别是256个代码字。 

而且，提供一种与代码译码器系统相结合的自适应判定反馈均衡器，该自适应判定反馈均衡器包括自适应反馈均衡器、干扰消除器、及在这样一种设备中的这样一种代码译码器。特别是，自适应判定反馈均衡器适于消除多路径回波和将均衡符号馈送到干扰消除器，其中干扰消除器适于产生块间干扰消除代码向量和块内干扰补偿代码向量和将它们馈送到代码译码器，并且其中，代码译码器适于产生译码后的代码向量和软对数-似然比值，并且将译码后的代码向量馈送到干扰消除器和均衡器的反馈滤波器部分和将软对数-似然比值馈送到前向纠错译码器。 

优选的是，当在这样一种设备中或在这样一种自适应判定反馈均衡器中时，代码译码器适于作为Nordstrom-Robinson码译码器，该Nordstrom-Robinson码译码器将对应Nordstrom-Robinson码代码字选作代码，并且输出判定Nordstrom-Robinson码向量作为代码向量。 

此外，优选的是有一种用来译码Nordstrom-Robinson码编码信息的方法，其中，块间干扰消除向量和块内干扰补偿Nordstrom-Robinson码向量被处理以计算在这两个向量之间的欧几 里德距离；最小距离和其对应Nordstrom-Robinson码代码字被处理，并且基于欧几里德距离输出判定Nordstrom-Robinson码向量；及基于欧几里德距离计算对数-似然比。特别是，这样的方法适于在这样的设备中或在这样的自适应判定反馈均衡器中执行。 

附图说明

关于包括的附图将更详细地描述实施例。表示有： 

图1是与均衡器组合的NR译码器和FEC译码器的元件， 

图2是块间干扰消除的元件， 

图3是块间干扰补偿的元件， 

图4是三种方法的比较，及 

图5是与均衡器组合的一般NR译码器的元件。 

具体实施方式

根据优选实施例，对于在中国地面DTV标准中的单载波模式提供有将NR码与时域均衡器相结合的一种新颖装置或设备和方法。个别或全部块可能适于作为软件、硬件、或组合的软件和硬件。特别是，它包括块间干扰消除单元11、块内干扰消除单元12、NR译码器11，该NR译码器11如图1中所示，提供复杂性降低的NR译码器11。 

这里执行一种为了复杂性降低计算欧几里德距离的近似方法、和一种通过最大-对数-MAP算法计算用于FEC模块的软度量的方法。 

图1表示与均衡器组合的NR译码器11和FEC译码器7(FEC：前向纠错)的一般结构。就可使用的现有技术元件和功能而论，不再详细地描述它们。输入信号或数据，特别是接收向量，输入到前馈滤波器(FFF)1中。前馈滤波器1的输出数据输入到加法器2的输入端中。而且，反馈滤波器(FBF)5的输出数据输入到加法器的另一输入端中。在加法器2中相加的数据输出到干扰消除器10中，并且输出到误码发生器3中。由干扰消除器10提供的数据输入到NR译码器6中，该干扰消除器10包括块间干扰消除单元11和块内干扰消 除单元12。NR译码器6取得信号，特别是符号，并且译码接收向量。然后，NR译码器6将结果输出到反馈滤波器5，输出到误码发生器3，及输出到前向纠错译码器7。而且，抽头系数更新器4被设置成用来更新用于前馈滤波器1和反馈滤波器5的抽头系数。 

换句话说，图1表示与均衡器组合的NR译码器6和FEC译码器的结构。NR译码器基本上包括5个单元。由块间干扰消除单元11采用的单元1，从均衡器获得软符号和FBF抽头系数，然后针对块间干扰消除由之前的NR块引起的干扰。由块内干扰消除单元12采用的单元2，补偿在同一NR块内由其它符号引起的干扰，该干扰叫做块内干扰。由距离计算器13采取的单元3，计算接收向量到在NR表中的每个代码字的欧几里德距离。由译码器14采用的单元4，选择最小距离，并且然后获得其对应代码字。由软信息计算器15采用的单元5，计算软信息。 

加法器2输出的软符号输入到块间干扰消除单元11中。块间干扰消除单元11输出的符号输入到距离计算器13中。而且，抽头系数计算器4的抽头系数输入到块内干扰消除单元12中。块内干扰消除单元12输出的符号输入到距离计算器13中。距离计算器13的结果输入到译码器14中，并且输入到软信息计算器15中。译码器14输出的数据或符号作为判定符号ds，输入到误码发生器3中，并且输入到反馈滤波器5中。软信息计算器15输出的数据或符号作为LLR(对数似然比)，输出到FEC译码器7。 

用于块间干扰消除的单元1的结构表示在图2中。由于NR码的译码过程是基于块的，该块在QPSK调制中具有例如8个符号，所以在译码的同时有k个符号延迟。因而，由之前(k+8)个符号引起的干扰不能由在均衡器中的FBF部分及时地补偿，如在部分2中提到的那样。这个单元1存储之前k个译码符号和反馈滤波器5的抽头系数，然后将它们卷积，及输出是块间干扰。最后，在接收块中消除块间干扰。 

特别是，提供有用于之前符号的缓冲器20和用于TAP系数的缓 冲器21，这些缓冲器的数据输入到卷积单元22中。卷积后的数据输入到加法器23中。另外，来自另外元件或输入的接收块被输入到加法器23中，用来进行加法并且输出数据、符号或向量X。 

用于块内干扰补偿的单元2的细节表示在图3中。因为当前接收块不可能消除在这个代码字被知道之前由中间符号引起的该干扰，所以有消除该干扰的可选择方式。 

数据，特别是NR代码表25输出的代码，输入到用于第i个代码字N(i)的元件中。其输出输入到卷积单元28中，并且输入到加法器29中。在加法器29中减去卷积的结果，以输出数据、符号或向量S(i)。 

在NR代码集中总共有256个代码字，用于每个代码向量的符号间干扰可通过在代码向量与估计信道响应之间的线性卷积来计算，该估计信道响应来自均衡器。然后从原始块减去符号间干扰。所以，得到256个“脏”代码向量S(i)，这些代码向量S(i)只包含块内干扰。 

然后挑选最大似然算法，以便实现最好译码增益。在单元3中，计算在加法器23和29的结果之间，即在符号X与符号S(i)之间，的欧几里德距离。并且用于欧几里德距离的计算是费资源的，因为它包含需要大量乘法的平方运算。 

为了降低复杂性，值得使用其它形式的计算来代替平方值计算，尽管它可能带来某种系统性能降低。为了简化计算，绝对值可用来代替平方。或者可使用更复杂的函数，比如曲线近似。 

图4表示三种方法的比较，并且在AWGN信道中进行仿真。它表明，近似只带来很小的性能降低。 

在单元4中，对NR进行译码。译码器14收集所有256个欧几里德距离，并且找出最小欧几里德距离和对应NR代码字。特别是具有16比特的译码块被映射成符号，并且然后输出到干扰消除器10、误码发生器3及反馈滤波器5。 

在单元5中，计算软信息LLR(对数-似然比)，以便帮助在前向纠错译码器7中的FEC模块进行软输入迭代译码。所以，可实现 较好性能。单元5对于一个NR块从单元4得到特别是256个欧几里德距离，并且输出用于前向纠错的对数-似然比LLR，作为输出代码。 

如提到的那样，在中国专利“与NR码相结合的时域均衡器”-CN专利申请号200510026192.4中，提出在部分3中描述的对数-MAP算法，以产生用于FEC译码器的软信息。但这这种算法的缺点是，实施复杂性非常高。 

这里提出近似最大-对数-MAP结构。该算法描述成 

$\mathrm{llr}\left(k\right)\≈\{\underset{s_i\left(1\right)\∈\left\{s\right|x_k=1\}}{\min }\left({|\hat{y}-s_i\left(1\right)|}^2\right)-\underset{s_i\left(0\right)\∈\left\{s\right|x_k=0\}}{\min }\left({|\hat{y}-s_i\left(0\right)|}^2\right)\}.$

最大-对数-MAP算法有时仍然复杂，因为它在一次计算中包含用来计算欧几里德距离的两个平方。幸运地，平方值可由绝对值或曲线近似函数代替。绝对值近似算法可给出为 

$\mathrm{llr}\left(k\right)\≈\{\underset{s_i\left(1\right)\∈\left\{s\right|x_k=1\}}{\min }\left(\right|\hat{y}-s_i\left(1\right)\left|\right)-\underset{s_i\left(0\right)\∈\left\{s\right|x_k=0\}}{\min }\left(\right|\hat{y}-s_i\left(0\right)\left|\right)\}.$

Claims (13)

1.一种具有用于对代码编码信息进行译码的块代码译码器的设备，

其特征在于所述块代码译码器包括：

-距离计算器(13)，适于从干扰消除器(10)接收块间干扰消除向量(X)和块内干扰补偿代码向量(S(i))，以计算在这两个向量(X、S(i))之间的欧几里德距离，

-译码器(14)，适于接收由距离计算器(13)计算出的欧几里德距离，并且挑选最小距离和其对应码代码字，且输出判定代码向量，及

-软信息计算器(15)，适于从距离计算器(13)接收所述欧几里德距离，并且计算对数-似然比(LLR)。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述距离计算器(13)适于使用近似运算，以计算在所接收到的向量与每个经过补偿的代码向量之间的欧几里德距离。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述译码器(14)适于收集欧几里德距离集的所有欧几里德距离，并且找出最小的一个欧几里德距离和对应代码字，及将译码后的代码字映射到所述代码向量。

4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述软信息计算器(15)适于，对于一个码代码字从欧几里德距离计算器获得欧几里德距离集的所有欧几里德距离，并且使用最大-对数-MAP算法计算对数-似然比(LLR)。

5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述干扰消除器(10)包括

-块间干扰消除器(11)，适于从均衡器接收代码向量和反馈滤波器(5)的抽头系数并从译码器(6)接收之前的译码代码向量，并且消除所接收的代码向量的块间干扰；和

-块内干扰补偿器(12)，适于从代码查找表(25)获得代码字和从均衡器获得所述反馈滤波器(5)的抽头系数，并且产生经过补偿的代码向量。

6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述块间干扰消除器(11)适于从均衡器收集所述反馈滤波器(5)部分的抽头系数和收集之前的译码后代码向量，并且运算它们之间的卷积以产生块间干扰，及从所接收的代码向量减去所述块间干扰。

7.根据权利要求5或6所述的设备，其中，所述块内干扰补偿器(12)适于从代码查找表获得代码字，并且运算所述代码向量与均衡器中的反馈滤波器(5)的系数之间的卷积以产生块内干扰，及将所述块内干扰加到所述代码向量。

8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述块代码译码器适于作为Nordstrom-Robinson码译码器，所述Nordstrom-Robinson码译码器将对应Nordstrom-Robinson码代码字选作代码，并且输出判定Nordstrom-Robinson码向量作为代码向量。

9.一种与代码译码器系统相结合的自适应判定反馈均衡器，包括

-自适应反馈均衡器，

-干扰消除器，及

-根据权利要求1所述的设备中的块代码译码器。

10.根据权利要求9所述的自适应判定反馈均衡器，适于消除多路径回波并将均衡符号馈送给所述干扰消除器(10)，其中，所述干扰消除器(10)适于产生块间干扰消除代码向量和决内干扰补偿代码向量并将它们馈送到所述块代码译码器，并且其中，所述块代码译码器适于产生译码后代码向量和软对数-似然比(LLR)值，并且将译码后代码向量馈送到干扰消除器(10)和均衡器的反馈滤波器(5)部分并将所述软对数-似然比(LLR)馈送到前向纠错译码器(7)。

11.根据权利要求9或10所述的自适应判定反馈均衡器，其中，所述块代码译码器适于作为Nordstrom-Robinson码译码器，所述Nordstrom-Robinson码译码器将对应Nordstrom-Robinson码代码字选作代码，并且输出判定Nordstrom-Robinson码向量作为代码向量。

12.一种用于对Nordstrom-Robinson码编码信息进行译码的方法，其中

-块间干扰消除向量(X)和块内干扰补偿Nordstrom-Robinson码向量(S(i))被处理，以计算在这两个向量(X、S(i))之间的欧几里德距离，

-所计算出的最小距离及其对应Nordstrom-Robinson码代码字被处理，并且基于所述欧几里德距离输出判定Nordstrom-Robinson码向量，及

-基于所述欧几里德距离计算对数-似然比LLR。

13.根据权利要求12所述的方法，适于在根据权利要求1至8中的任一项所述的设备中或根据权利要求9或10所述的自适应判定反馈均衡器中执行。

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