CN102571278B - 用于解码以帧接收的数据的方法以及装置 - Google Patents
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Abstract
为了提供一种用于解码以帧接收的数据的方法，其中以帧接收的数据被差分调制以及被卷积编码，以及为了提供一种用于解码以帧接收的数据的装置，该装置具有用于经过差分调制的数据的解调器和卷积解码器，其中如此地改进解码，以使得在相同的信噪比的情况下能够实现较小的误码率或在较小的信噪比的情况下低于最大误码率，并提出了至少执行Turbo解调和去交错以及卷积解码，其中在时间上在Turbo解调之前执行去交错，其中通过迭代处理来执行Turbo解调和卷积解码通过迭代处理来执行，其中卷积解码至少部分地基于软输出维特比算法被来执行卷积解码。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于解码以帧接收的数据的方法以及装置。在诸如根据DAB(数字音频广播(DigitalAudioBroadcasting))标准的数字无线电广播系统中采用多载波方法，其中每个载波利用4进制差分相移键控(4-DPSK)来调制。相移键控(PSK)是对数字信号的相位调制。在该方法中，信号具有恒定的频率和恒定的幅度。载波信号的相位跳跃地以数字调制信号的节律变化。针对DAB传输，多个音频流与同样可能的纯数据业务被共同聚集成具有高的数据率的所谓的信号群(Ensemble)。这样形成的多路传输借助OFDM(正交频分复用)被调制。OFDM是一种使用多个正交载波信号用于数字数据传输的调制方法。在此，每个载波被单独调制。此外，根据DAB标准(ETSI300.401)，为了打散突发错误(SpreizungvonBündelfehlern)而采用频率交错和时间交错。可打孔的卷积码(ConvolutionalCode)用于纠错。此外，根据DAB标准，在接收机中通过所谓的软决策解调执行解调，并且借助相对应的维特比解码器执行卷积解码。卷积码的使用提供了前向纠错的可能性。在此，通过附加引入的冗余实现对传输错误的更高的保护。在此，通过卷积的数学方法，各个有效数据位的信息内容分布在码字的多个位上。在使用维特比解码器的情况下，接收机中的卷积解码在此基于：以确定的概率处理码字的各个位。维特比算法是一种用于确定隐藏状态最可能的序列的动态编程算法。维特比解码器在此不仅能够处理二进制输入序列而且能够处理连续的输入序列。
背景技术
通过C.Berrou、A.Gelavieux、P.Thitimajshima的“NearShannonlimiterror-correctingcodinganddecodingProceedingsofIEEEInternationalConferenceonCommunications”(1993年，ICC93.日内瓦)已知一种用于对并行链接的卷积码进行Turbo解码的原理。
通过Dr.Ing.ThomasMay的“DifferenzielleModulationundKanalkodierunginbreitbandigenOFDM-FunkuebertragungssystemenDissertation”(TUHamburg-Harburg)已知的是：差分调制和简单的卷积码构成的组合形式上对应于链接的卷积码并且因此能够使用Turbo解码的原理。
在EP1284548A2中描述了一种用于通过指针(Zeiger)对以帧接收的数据进行关联的方法以及装置。在此，能够在存储器中实现数据至信道的动态关联。
发明内容
本发明所基于的任务在于如此改进用于解码诸如通过数据无线电广播信号接收到的数据的以帧接收的数据的方法或装置，使得在相同的信噪比的情况下能够实现较小的误码率或在较小的信噪比的情况下低于最大误码率。
根据权利要求1和8的特征的、用于解码以帧接收的数据的方法以及装置来解决该任务。
此后，在开头所说明的用于解码以帧接收的数据的方法中至少执行Turbo解调、去交错以及卷积解码。Turbo解调在此被理解为一种用于解码的方法，其中多个解码器并行地或者串行地相互连接。为此，在解码器之间交换统计信息，其中迭代地实施解码过程。去交错在此被理解为所谓的解扰(Entwuerfelung)。在此，在发射机侧为了减少突发错误而被扰乱的数据被再次以正确的顺序移位。根据现有技术同样设置用于解码经过差分调制的以及经过卷积编码的数据的附加步骤。属于其的有例如如下内容：通过相对应的傅里叶变换、例如FFT(快速傅里叶变换(FastFourierTransform))或DFT(离散傅里叶变化)，每个码元被变换到相对应的频域中。这种傅里叶变换例如作为数据解码时的前几个主要方法步骤中的之一被执行。根据本发明，Turbo解调制、去交错以及卷积解码在时间上被重排，使得去交错在Turbo解调制之前被执行。在此，去交错能够由频率去交错和时间去交错的组合组成。此外，根据本发明的解码方法的特征在于：以迭代的处理环路来执行Turbo解调制以及卷积解码。在此，卷积解码至少部分地基于所谓的SOVA(软输出维特比算法(Soft-Output-Viterbi-Algorithmus))。为了解码各个比特，SOVA附加地也产生关于其可靠性的信息。在此，SOVA是经调制的维特比算法。在此，在SOVA中，为每个信息比特计算错误概率，并且通过所谓的软输出来输出用于连接在后的软决策过程的决定性比特的概率。
通过方法步骤的特定的时间安排，在诸如数字无线电广播接收系统的系统中实际上能够采用或使用用于经过差分调制的以及经过卷积编码的数据的Turbo解码原理，而无需在此附加更高的存储器需求或计算性能需求。因此，在相同的信噪比的情况下，能够实现较小的误码率。此外，在例如2.5dB的较小的信噪比的情况下，能够低于最大误码率。这导致AWGN(加性高斯白噪声(AdditiveWhiteGaussianNoise))信道中的直至2.5dB的增益。AWGN在此被理解为加性高斯白噪声(AWGR)，其表示信号幅度是高斯分布的并且其频谱噪声功率密度是恒定的白噪声。
在重建复用信号时，优选的是借助指针以及相对应的交错存储器来执行数据的关联、尤其是比特的实部和虚部的关联。借助这种指针概念，诸如可被放置在不同位并且甚至不同码字中的实部比特和虚部比特的、共同相关的数据能够被再次可靠地彼此关联。其优点在于：这些数据能够保留在存储器中的这些位上，并且单个地通过以表格形式存放在存储器上的指针执行关联。
优选地，在根据诸如DAB、DAB+和DMB的数字无线电广播系统的、用于数字无线电广播接收机的接收链中采用根据本发明的方法。本方法此外能够被用于如下传输方法：这些传输方法，诸如DAB、DAB+和DMB，使用差分调制。在此，本方法能够用于根据其标准的所设置的传输方法的所有业务。
优选地，通过所使用的软输出维特比算法仅针对卷积码中的非打孔位产生所谓的软输出。由于解调器在通过卷积解码器的迭代处理环路产生的软输出中不能够使用被打孔的位，所以通过这种优选的措施能够减少相应的花费。软输出说明比特是“0”还是“1”的概率。相反，硬输出是决定性的比特。因此，软输出与每个硬输出关联。被打孔的位是码字的比特位置，其通过所谓的打孔在发射机侧曾被省略。通过发射极侧的打孔，码字长度能够被准确地设计到针对随后的数据传输的确定的帧长度上。因此在接收机侧设置解打孔。
此外，优选的是：在解调器的软输出中，以所谓的零位来替换打孔位。由此，解调器的软输出完全不被解打孔，而是通过卷积解码器或软输出维特比算法在每个打孔位上采用“0”，而无需在此使用软输出值的存储器。由此，直至最终解码卷积码，针对被打孔的位能够节省存储器。优选地，只有在最后的迭代之后，才在硬输出的输出处进行解打孔。
此外，优选地还能够使用软输出的值作为迭代的处理环路的中断标准。在此，只要软输出的值超过预先给定的边界值，解码结果就被视为足够可靠，并且因此中断迭代处理。优选地，在开始限定的最大数目的迭代之后，如果在该最大数目的迭代之后还始终存在非常小的软输出量，则这被用作用于所谓的外部码的擦除解码或者错误隐藏(Error-Concealment)的指示符。这些措施是必需的，以便通过特别灵敏的信息中的错误位来避免重建的信号的可能的损害。由于在差分调制的情况下在时间方向上能够彼此独立地解调OFDM子载波，因此通过仅迭代地重新解调子载波，能够进一步减少迭代处理的花费，在这些子载波中卷积解码器提供具有非常小的量的软输出，因为这将评估暗示为特别不可靠。由此能够节省对已经被可靠地决定的比特的重新解调。
根据本发明的用于解码以帧接收的数据的装置具有解调器以及卷积解码器。解调器在此用于解调经过差分调制的数据，并且根据本发明被构造为Turbo解调器。此外，解码装置具有至少一个去交错器，其中去交错器被设置在Turbo解调器之前。在此，尤其是设置为：去交错器由两个分离的去交错器、即一个时间去交错器和一个频率去交错器构造。根据本发明，卷积解码器被构造为SOVA解码器并且与解调器共同形成用于为了解调而接收到的数据的迭代处理环路。
有利地，该装置具有用于重建复用信号的交错存储器。通过这种交错存储器能够使用用于例如能够被放置在不同位上并且甚至被放置在不同码字上的实部比特和虚部比特的关联的、所谓的指针概念。
附图说明
现在参照附图示例性解释本发明。附图中：
图1示出了DAB系统的由现有技术(ETSI300.401)已知的接收链的方框图；
图2示出了由现有技术(Dr.Ing.ThomasMay“DifferenzielleModulationundKanalkodierunginbreitbandigenOFDM-FunkuebertragungssystemenDissertation”)已知的用于DPSK和卷积码的Turbo解码原理的方框图；
图3示出了用于解码以帧接收的数据的依据本发明的方法以及依据本发明的装置的方框图；以及
图4示出了用于解码以帧接收的数据的依据本发明的方法以及依据本发明的装置的另一方框图。
具体实施方式
图1示出了如例如由数字无线电广播系统的标准ETSI300.401已知的DAB系统的通常的接收链。接收链设置为借助傅里叶变换10变换OFDM传输的以帧接收的数据，其中这些数据被差分调制和被卷积编码，如此变换以使得每个码元被反变换至相对应的频域中。在紧接着的差分解调11中，恢复复数信号状态。由于根据DAB标准在发射机中为了打散突发错误，对这些数据进行频率交错以及时间交错，所以被解调的数据在接收机中紧接着解调11而经历去交错器，该去交错器包括频率去交错器12和时间去交错器13。接着，通常的DAB接收链设置有解打孔14和通过相对应的维特比解码器15的软决策解调。
图2示出了用于经过差分PSK(DPSK)调制的和经过卷积编码的信号的Turbo解码的原理。在Dr.Ing.ThomasMay的“DifferenzielleModulationundKanalkodierunginbreitbandigenOFDM-FunkuebertragungssystemenDissertation”中例如推导出了：差分调制和简单的卷积码的组合形式上对应于链接的卷积码并且因此Turbo解码原理是可应用的。为此，所谓的SOVA解调器17、卷积解码器20、去交错器或频率去交错器12和时间去交错器13与交错器19共同相互连接成迭代的处理环路。但是，用于DAB系统的这个概念的实际转换花费非常高。在通过图2示出的布局中，交错器在DAB传输模式1下例如会通过288个OFDM码元。这与频率去交错器相组合会导致高的存储器和计算性能需求。
为了在使用图2中示出的Turbo解码的情况下避免较高的存储器需求或计算性能需求，在解调17之前实现由频率去交错器12和时间去交错器13所组成的去交错。这是可能的，因为频率交错规则(Frequenzinterleavervorschrift)涉及载波的位置并且不通过解调来改变。时间交错规则(Zeitinterleavervorschrift)每16比特重复一次。通过映射分开被调制到子载波的实部和虚部上的比特。这些比特被放置在码字的相差载波的数目的位上。由于在DAB系统中在所有模式下载波数目是16的多个倍数，所以实部和虚部的比特适用相同的时间交错规则。由此也能在解调之前放置时间去交错器13。解调器17放在傅里叶变换10、频率去交错器12以及时间去交错器13之后的布局在图3中示出。在图3中同样示出了用于Turbo调制的迭代处理环路，其通过功能块SOVA解调器17和SOVA卷积解码器20与必需的解打孔14和用于软输出22的打孔21的打孔单元共同来实现。为了简化迭代环路中的重复的打孔21和解打孔14，在解打孔14时仅一次地以如下形式补充解调过的软输出22：在打孔位上采用零。在稍后的解调步骤中，软输出22被直接覆盖至所指的(richten)位。
图4示出了基于图3中的布局的方框图，其中解打孔14在时间上被设置在SOVA卷积解码器20之后。因此，在迭代环路之内，能够节省解打孔14和打孔21。由此能够进一步减少所需的计算性能需求。在这种情况下，还能够节省用于被打孔的位的存储器，直至卷积码的最终解码。解调器17的软输出22在这种情况下完全没有被解打孔。SOVA卷积解码器20为此在打孔位处始终采用零，而无需使用软输出值的存储器。只有在最后的迭代之后，在硬输出23的输出处进行解打孔14。
Claims (10)
1.用于解码以帧接收的数据的方法，其中所述以帧接收的数据被差分调制以及被卷积编码，其特征在于，至少执行Turbo解调(17)和去交错(12，13)以及卷积解码(20)，其中在时间上在所述Turbo解调(17)之前执行所述去交错(12，13)，其中所述去交错由频率去交错和时间去交错的组合组成，其中通过迭代处理来执行所述Turbo解调(17)和所述卷积解码(20)，其中至少部分地基于软输出维特比算法来执行所述卷积解码(20)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过指针设置数据的动态关联，其中所述关联是用于关联比特的实部和虚部。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过数字无线电广播信号来接收所述以帧接收的数据。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过所述软输出维特比算法仅针对卷积码中的未被打孔的位产生软输出(22)。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述解调器(17)的所述软输出(22)中以零位替换打孔位。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，仅在硬输出(23)的输出时进行解打孔(14)。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述软输出(22)的值也用作所述迭代处理的中断标准。
8.用于解码以帧接收的数据的装置，其中，所述装置具有用于经过差分调制的数据的解调器(17)和卷积解码器(20)，其特征在于，所述解调器(17)被构造为Turbo解调器(17)，其中至少一个去交错器(12，13)被设置在所述Turbo解调器(17)之前，其中所述去交错由频率去交错和时间去交错的组合组成，其中所述卷积解码器被构造为SOVA解码器(20)并且与所述解调器(17)共同形成迭代处理环路。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，该装置具有存储器，其中所述存储器被构造为交错存储器。
10.根据权利要求8至9中任一项所述的装置在无线电广播接收机中的应用，以解码通过数字无线电广播信号的以帧接收的数据。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |