CN1510842A - 通过重复利用奇偶校验比特对级联码进行解码 - Google Patents

通过重复利用奇偶校验比特对级联码进行解码 Download PDF

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Abstract

提供一种用于解码级联码的方法、装置和制造的产品，包括(对于方法而言)步骤：接收表示级联码的数据；第一内部解码接收的数据，产生第一内部消息数据和奇偶校验数据；第一外部解码第一内部消息数据，产生可靠性信息和第一外部消息数据；第二内部解码第一外部消息数据，产生第二内部消息数据；以及第二外部解码第二内部消息数据。第二内部解码是以下数据的函数：来自第一外部解码的可靠性信息，第一外部消息数据和来自第一内部解码的奇偶校验数据。

Description

通过重复利用奇偶校验比特对级联码进行解码
技术领域
本发明涉及一种解码级联码的装置和方法，特别涉及一种通过重复利用奇偶校验比特解码级联码的装置和方法。
背景技术
级联码是一种具有内码和外码的两次编码类型的码。内码编码外码。
内码校正大多数由通信信道引入的错误，并且典型地是一种卷积码。外码校正大多数在第一解码过程中发生的解码错误(典型地是突发错误)。Reed-Solomon(里德-索罗门)(R-S)码通常被用作外码。
图1是根据背景技术的典型级联码系统100的方框图。该系统100包括：外部编码器102、可选交织器104、内部编码器106、调制器108、通信信道110、解调器112、内部解码器114、可选去交织器116(如果交织器104存在，它就存在)以及外部解码器118。
图2是根据符合高级电视标准委员会(ATSC)8-VSB(残余边带)标准的背景技术的级联码迭代解码器200的方框图。该解码器200包括：第一内部网格编码调制(TCM)解码器202、可选去交织器204(它本身具有符号去交织器206和卷积去交织器208)、第一外部R-S解码器210、可选交织器212(它本身具有卷积交织器214和符号交织器216)、内部TCM编码器218、第二内部TCM解码器220、第二可选去交织器222(如果交织器212存在，它就存在)(该去交织器222包括符号去交织器224和卷积去交织器226)以及第二外部R-S解码器228。
解码器200被设计为对出现了加性高斯白噪声(AWGN)的信道起作用。用于8-VSB的ATSC标准要求解码器成功地解码接收的信号，该信号在最小每符号能量(Es/No)或信噪比(SNR)为14.9dB时，具有1.93×10-4的最大段误码率。
解码器200将解码SNR为14.9dB或更大的信号。对于低于14.9dB的SNR，解码器200将不能解码接收的信号，然而这样的失败不能防止解码器200被认为是符合ATSC的。
发明内容
本发明的实施例提供一种用于解码级联码的方法、装置和制造的产品。该方法包括：接收表示级联码的数据；第一内部解码接收的数据，产生第一内部消息数据和奇偶校验数据；第一外部解码第一内部消息数据，产生可靠性信息和第一外部消息数据；第二内部解码第一外部消息数据，产生第二内部消息数据；以及第二外部解码第二内部消息数据。第二内部解码是以下数据的函数：来自第一外部解码的可靠性信息、第一外部消息数据和来自第一内部解码的奇偶校验数据。
根据对下面例举实施例、所附权利要求和附图的详细描述，本发明的附加特征和优点将会更加清楚。
附图说明
图1是根据背景技术的典型级联码系统的方框图；
图2是根据背景技术的级联码迭代解码器的方框图；
图3是根据本发明的实施例的级联码解码器的方框图；
图4是根据本发明的实施例的级联码的迭代解码器的方框图；
图5是表示根据本发明的实施例的质量评估(qualitative assessment)信息的表；
图6是根据本发明的实施例的内部解码器的格子结构图(trellisdiagram)；
图7是根据本发明的实施例的分支度量值(branch metric values)的表；
图8是根据本发明的实施例的级联码的流水线迭代解码器的方框图；
图9A和9B是根据本发明的实施例的级联码解码参与者和动作的统一建模语言(UML)时序图；
图10是根据本发明的实施例的第二内部解码器的更详细方框图。UML时序图中的动作被标以不同类型的箭头。 将表示期望响应动作的动作。
Figure A0314113900072
将表示响应动作。 将表示隐含了响应的动作。以及
Figure A0314113900074
将表示不期望响应的动作。
附图是试图描述本发明的例举实施例，而不应将其解释为限制本发明的范围，并且附图不应被认为是按比例画的，除非明确标明。
具体实施方式
本发明的实施例表示以下认知：地面广播环境实际上并不是AWGN信道，更正确的是，接收的信号包括直接接收的发送信号的形式以及发送信号的反射信号(间接接收形式)。结果，通过AWGN信道SNR在14.9dB等级上的到达信号，在实际地面广播环境中到达时更可能是SNR在14.6Db等级上的信号。这减小了8-VSB解码器的有效接收范围，因为如上所述，根据背景技术的解码器200将不能解码SNR低于14.9dB的信号。
本发明的另一实施例表示下面的认知：如果在来自第一外部解码器210的第一外部解码消息数据中有错误，由内部TCM编码器218(重新编码)产生的奇偶校验数据将具有错误，并且第二内部TCM解码器220不能校正这样的错误。
本发明的另一实施例表示这样的认知，即关于可被解码的最小SNR信号，解码器性能可被增强，而不需要改变根据背景技术的编码的结构。
图3是根据本发明的实施例的级联码解码器300的方框图。该解码器300包括：例如TCM解码器的第一内部解码器302；延迟单元304；可选第一去交织器306(它本身可包括第一符号去交织器308和第一卷积去交织器310)；例如R-S解码器的第一外部解码器312；可选交织器314(它本身可包括卷积交织器316和符号交织器318)；例如TCM解码器的第二内部解码器320；可选第二去交织器322(它本身可包括第二符号去交织器324和第二卷积去交织器326)；以及例如R-S解码器的第二外部解码器328。
将发现来自第一内部解码器302的奇偶校验数据不被丢弃而是被提供给延迟单元304。适当的延迟之后，延迟单元304将(适当延迟之后的)奇偶校验数据提供给第二内部解码器320。延迟单元304将该奇偶校验数据与来自第一外部解码器312的第一外部消息数据在时间上对准。换言之，由延迟单元304引入的适当延迟，可以补偿由R-S解码器312和(如果存在)第一去交织器306引入的延迟，这使得奇偶校验数据和第一外部消息数据在时间上重新对准。
第二内部解码器320从第一外部解码器312接收可靠性信息。这样的可靠性信息涉及来自第一内部解码器302的奇偶校验数据的可靠性和由第一外部解码器312产生的第一外部消息数据的可靠性。这样的可靠性信息可以是下面将讨论的如图5的表所示的质量估计(即低、中或高)。
在第一外部解码器312中，当接收分组中的错误数目大于解码器312的纠错能力(例如，对于8-VSB来说是8个错误)时，解码器312就不校正分组中的任何错误。在此情况下，解码器312可以产生指示相应分组不可校正的信号。但是，当错误不是大到不校正时，解码器312就可以通过产生错误位置多项式而产生指示校正符号错误位置的信号。
相对于背景技术，根据本发明的实施例的解码器300的性能可以通过从第一内部解码器302输入奇偶校验数据和从第一外部解码器312输入可靠性信息，以及从第一外部解码器312输入第一外部消息数据、而被提高。与仅能够解码具有14.9dB或更高的SNR的信号的背景技术解码器200相比，解码器300可以解码具有至少14.6dB(如果不更低)的SNR的信号。
图6是表示相应于内部解码器302和320的编码器的算法的格子结构图600(这里，在编码器的两个寄存器中可能有4种状态)。图6示出了具有根据编码算法的状态的发送数据。有多种编码算法，因此有本发明的实施例可以使用的多种格子结构。特定格子结构600仅被提供用来进行进一步讨论，而不限于此。
标号602指向起始状态，即编码器的两个寄存器的起始状态。格子结构600具有4种状态。标号604指向在编码器中收到新的输入数据时，从一个状态到另一种状态的转换。标号608指向转换604过程所达到的结束状态。标号606指向转换604导致的两种可能输出值。例如，就图6的例子而言，当相应编码器(未示出)从状态00至状态10时，将输出，即发送-3或5。
通常可以通过相对于输入数据(目前考虑的接收符号)，为格子结构600中的每一个可能的分支，从多个分支度量候选值中进行选择，来完成解码器302/320中的解码，然后执行加-比较-选择(ACS)处理，然后执行追溯(traceback)处理。ACS和追溯处理是公知的。但是，从多个分支度量候选值等中进行选择表示本发明的实施例。分支度量值在软数据的情况下，可以基于欧几里德(Euclidian)距离，在硬数据的情况下，基于汉明(Hamming)距离。
就其具有8比特量化，即，其是表示0-255个电平的8比特数据而言，来自第一内部解码器302的奇偶校验数据和第一外部消息数据可为软判决数据。
第二内部解码器320中的格子结构600的分支度量值可以根据来自第一外部解码器312的可靠性信息和来自第一内部解码器302的奇偶校验数据而被加权。图7是描述这样的加权实例的表。第一列的值“8-VSB电平”表示接收符号可以采用的值。这样的值对应于相关奇偶校验比特值和相关两个比特消息数据的值的组合。
在分支度量值标题下面是列组，其列出用十六进制符号(0h＝010，...，ffh＝25510)表示的值。每一列组相应于4个发送数据对，即(-7，1)，(-5，3)，(-3，5)和(-1，7)中的一个。这里，根据图6的例举格子结构，当分别穿越每个分支时，可以产生2种可能的输出。在每一列组内，有相应于情况1、情况2和情况3的列。如此，一种情况是一组可以通过查找表(LUT)存取的数据。
图7的表的每一种情况中的值可以如下确定。对于每一个可能的分支，评估8种可能的VSB电平的每一个。对于给定的8-VSB电平中的一个，确定从两个可能输出中的每一个到给定电平的欧几里德距离，并选择两个距离中较小的那个，并在表示该情况的部分的列中存储相应的值。
图7的情况1列的分支度量值对应于第一外部解码器312的可靠性被质量评估为“中”以及来自第一内部解码器302的奇偶校验数据的可靠性被质量评估为“中”的情况。同样的对应关系存在于情况2和情况3的列中。
图4是根据本发明的实施例的用于解码级联码的迭代解码器400的方框图。该解码器400包括：例如TCM解码器的第一内部解码器402；延迟单元404；可选第一去交织器406(它本身可包括第一符号去交织器408和第一卷积去交织器410)；例如R-S解码器的第一外部如R-S解码器412；可选交织器414(它本身可包括卷积交织器416和符号交织器418)；例如TCM解码器的第二内部解码器420；可选第二去交织器422(它本身可包括第二符号去交织器424和第二卷积去交织器426)；以及例如R-S解码器的第二外部解码器428。
单元404和414-428可被认为是这样一个单元430，其可被重复/流水线操作直到获得期望的编码增益和误码率(BER)。换言之，单元430是可重复单元430。通过图8强调这一点，图8示出了根据本发明实施例，用于解码级联码的迭代解码器800的方框图。该解码器800包括可重复单元430和相似的可重复单元830。可重复单元830包括：延迟单元804；可选第二交织器814(它本身可包括第二卷积交织器816和第二符号交织器818)；例如TCM解码器的第三内部解码器820；可选第三去交织器822(它本身可包括第三符号去交织器824和第三卷积去交织器826)；以及例如R-S解码器的第三外部解码器828。
图9A和9B是根据本发明的实施例的级联码解码参与者和动作的UML时序图。图9A和9B可被用于解释图8的迭代解码器的操作。
图9A中，在动作902，从级联码源提供级联码。源802的例子可为通过通信信道110接收信号的解调器112。第一内部解码器402接收级联码，解码该级联码并在动作904向可选第一去交织器406提供第一内部消息数据。第一内部解码器402通过在动作906将第一奇偶校验数据提供给第一延迟单元404而重复利用该第一奇偶校验数据。第一去交织器406在动作907向第一外部解码器412提供去交织的第一内部消息数据。
或者，如果因为级联码被预定为不被交织而不存在第一去交织器406，那么可以从第一内部解码器402直接向第一外部解码器412提供第一内部消息数据。
第一外部解码器412解码去交织的第一内部消息数据，产生第一外部消息数据，其在动作908被提供给可选交织器414。第一外部解码器412也产生可靠性信息，并在动作910将其提供给第二内部解码器420。第一延迟单元404延迟第一奇偶校验数据，并在动作912将其提供给第二内部解码器420。交织器414交织第一外部消息数据，并在动作914将交织的第一外部消息数据提供给第二内部解码器420。
或者，交织器414可被省略。在该情况下，可从第一外部解码器412将第一外部消息数据直接提供给第二内部解码器420。
第二内部解码器420根据可靠性信息和第一奇偶校验数据进行操作，同时解码第一外部消息数据，产生第二内部消息数据，其在动作916被第二内部解码器420提供给可选第二去交织器422。第二内部解码器420通过在动作918向第二延迟单元804提供第二奇偶校验数据而重复利用它所产生的第二奇偶校验数据。第二去交织器422在动作920将去交织的第二内部消息数据提供给第二外部解码器428。
或者，如果去交织器422因为交织器414不存在而不存在，那么，可从第二内部解码器420直接向第二外部解码器428提供第二内部消息数据。
第二外部解码器428解码去交织的第二内部消息数据，产生第二外部消息数据，其在动作922被提供给可选第二交织器814。第二外部解码器428产生可靠性信息，并在动作924将其提供给第三内部解码器820。图9B中，第二延迟单元804延迟第二奇偶校验数据，并在动作926将其提供给第三内部解码器820。第二交织器814交织第二外部消息数据，并在动作927将交织的第二外部消息数据提供给第三内部解码器820。
或者，交织器814可被省略。在该情况下，可从第二外部解码器428将第二外部消息数据直接提供给第三内部解码器820。
第三内部解码器820根据来自第二外部解码器428的可靠性信息和来自第二内部解码器420的第二奇偶校验数据进行操作，同时解码来自第二外部解码器428的第二外部消息数据，产生第三内部消息数据，其在动作928由第三内部解码器820提供给可选第三去交织器822。如果存在第三可重复单元(未示出)，第三内部解码器820通过在动作918向第三延迟单元(未示出)输出第三奇偶校验数据而重复利用它所产生的奇偶校验数据。第三去交织器822在动作930向第三外部解码器828提供去交织的第三内部消息数据。
第三外部解码器828解码去交织的第三内部消息数据，产生输出的第三外部消息数据。如果存在第三可重复单元(未示出)，那么也可包括下面的动作。第三外部消息数据将在动作932被提供给可选交织器(未示出)。同样，第三外部解码器828将产生可靠性信息，并在动作934将其提供给第四内部解码器(未示出)。
图10是根据本发明的实施例的、例如420的第二内部解码器的更详细的方框图。R-S解码器可具有：逻辑单元1006，用于评估相应分组是否具有足够少的错误，以便将其看作是可校正分组或不可校正分组，产生UP输出信号；以及逻辑单元1008，用于识别分组中哪个字节已被校正(如通过产生错误位置多项式)，产生CS信号。
解码器420包括：逻辑单元1010，用于根据UP信号和CS信号(如图5所示)的值，从多个分支度量值的特定情况的LUT中选择一个LUT；逻辑单元1012，用于为获得相应于4个发送数据对的分支度量值而将逻辑单元1010选择的LUT编入索引；加比较选择(ACS)单元1014；以及追溯(TB)单元1016。单元1014将单元1012获得的分支度量值相加，以获得累积度量，在总和之间进行比较，并选择具有最小值的总和。由于ACS单元1014和TB单元1016是公知的，不提供进一步的描述。
在内部解码器是TCM解码器而外部解码器是R-S解码器的情况下，已经讨论了内部和外部解码器。可使用内部和外部解码器的其它组合，例如将使用卷积码的维特比解码器作为内部解码器且将R-S解码器作为外部解码器，或者，R-S解码器作为内部和外部解码器。
在不脱离本发明的精神和本质特征的情况下，可以以其它形式体现本发明。应将上述实施例看作是本发明的非限制性的示例。所附权利要求书限定了本发明的保护范围。权利要求书的意义及其等价内的所有变化均包含在其保护范围内。

Claims (22)

1.一种解码级联码的方法，该方法包括以下步骤：
接收表示级联码的数据；
第一内部解码接收的数据，产生第一内部消息数据和奇偶校验数据；
第一外部解码第一内部消息数据，产生可靠性信息和第一外部消息数据；
第二内部解码第一外部消息数据，产生第二内部消息数据，第二内部解码是以下数据的函数：
来自第一外部解码的可靠性信息，
第一外部消息数据，和
来自第一内部解码的奇偶校验数据；以及
第二外部解码第二内部消息数据。
2.如权利要求1所述的方法，其中，
奇偶校验数据是第一奇偶校验数据；
第二外部解码产生第二外部消息数据和可靠性信息，和
第二内部解码也产生第二奇偶校验数据；
该方法还包括：
第三内部解码第二外部消息数据，产生第三内部消息数据，该第三内部解码是以下数据的函数：
来自第二外部解码的可靠性信息，
第二外部消息数据，以及
来自第二内部解码的第二奇偶校验数据；以及
第三外部解码第三内部消息数据。
3.如权利要求2所述的方法，还包括：
去交织第一内部消息数据，第一外部解码可对去交织的第一内部消息数据进行操作。
4.如权利要求2所述的方法，还包括：
交织第一外部消息数据，第二内部解码可对交织的第一外部消息数据进行操作；以及
去交织第二内部消息数据，第二外部解码可对去交织的第二内部消息数据进行操作。
5.如权利要求2所述的方法，还包括：
在第二内部解码操作第一奇偶校验数据之前，第一延迟该第一奇偶校验数据；以及
在第三内部解码操作第二奇偶校验数据之前，第二延迟该第二奇偶校验数据。
6.如权利要求1所述的方法，其中，第一内部解码是网格编码调制(TCM)解码、维特比解码和Reed-Solomon解码中的一种，并且第一外部解码是Reed-Solomon解码。
7.如权利要求1所述的方法，还包括：
去交织第一内部消息数据，第一外部解码可对去交织的第一内部消息数据进行操作。
8.如权利要求1所述的方法，还包括：
交织第一外部消息数据，第二内部解码可对交织的第一外部消息数据进行操作；以及
去交织第二内部消息数据，第二外部解码可对去交织的第二内部消息数据进行操作。
9.如权利要求1所述的方法，还包括：
在第二内部解码操作奇偶校验数据之前，延迟该奇偶校验数据。
10.如权利要求1所述的方法，其中，对于接收的符号，第二内部解码基于以下信息确定表示有关编码的格子结构中所有分支的合适分支度量值：
接收符号是其一部分的分组是否是不可校正的；以及
接收符号是其一部分的字节是否已被第一外部解码校正。
11.一种用于解码级联码的装置，该装置包括：
第一内部解码器，用于接收和解码表示级联码的数据，产生第一内部消息数据和奇偶校验数据；
第一外部解码器，用于解码第一内部消息数据，产生可靠性信息和第一外部消息数据；
第二内部解码器，用于解码第一外部消息数据，产生第二内部消息数据，第二内部解码器作为以下数据的函数进行解码：
来自第一外部解码器的可靠性信息，
第一外部消息数据，和
来自第一内部解码器的奇偶校验数据；以及
第二外部解码器，用于解码第二内部消息数据。
12.如权利要求11所述的装置，其中，
奇偶校验数据是第一奇偶校验数据；
第二外部解码器产生第二外部消息数据和可靠性信息；
第二内部解码器也产生第二奇偶校验数据；以及
该装置还包括：
第三内部解码器，用于解码第二外部消息数据，产生第三内部消息数据，该第三内部解码器作为以下数据的函数进行解码：
来自第二外部解码器的可靠性信息，
第二外部消息数据，以及
来自第二内部解码器的第二奇偶校验数据；以及
第三外部解码器，用于解码第三内部消息数据。
13.如权利要求12所述的装置，还包括：
去交织器，用于去交织第一内部消息数据，第一外部解码器可对去交织的第一内部消息数据进行操作。
14.如权利要求12所述的装置，还包括：
交织器，用于交织第一外部消息数据，第二内部解码器可对交织的第一外部消息数据进行操作；以及
去交织器，用于去交织第二内部消息数据，第二外部解码器可对去交织的第二内部消息数据进行操作。
15.如权利要求12所述的装置，还包括：
第一延迟单元，用于在第二内部解码器操作第一奇偶校验数据之前，延迟该第一奇偶校验数据；以及
第二延迟单元，用于在第三内部解码器操作第二奇偶校验数据之前，延迟该第二奇偶校验数据。
16.如权利要求11所述的装置，其中，第一内部解码器是网格编码调制(TCM)解码器、维特比解码器和Reed-Solomon解码器中的一种，并且第一外部解码器是Reed-Solomon解码器。
17.如权利要求11所述的装置，还包括：
去交织器，用于去交织第一内部消息数据，第一外部解码器可对去交织的第一内部消息数据进行操作。
18.如权利要求11所述的装置，还包括：
交织器，用于交织第一外部消息数据，第二内部解码器可对交织的第一外部消息数据进行操作；以及
去交织器，用于去交织第二内部消息数据，第二外部解码器可对去交织的第二内部消息数据进行操作。
19.如权利要求11所述的装置，还包括：
延迟单元，用于在第二内部解码器操作奇偶校验数据之前，延迟该奇偶校验数据。
20.如权利要求11所述的装置，其中，对于接收的符号，第二内部解码器基于以下信息确定表示有关编码的格子结构中所有分支的合适分支度量值：
接收符号是其一部分的分组是否是不可校正的；以及
接收符号是其一部分的字节是否已被第一外部解码器校正。
21.一种用于解码级联码的装置，该装置包括：
第一内部部件，用于接收和解码表示级联码的数据，产生第一内部消息数据和奇偶校验数据；
第一外部部件，用于解码第一内部消息数据，产生可靠性信息和第一外部消息数据；
第二内部部件，用于解码第一外部消息数据，产生第二内部消息数据，第二内部部件作为以下数据的函数进行操作：
来自第一外部部件的可靠性信息，
第一外部消息数据，和
来自第一内部部件的奇偶校验数据；以及
第二外部部件，用于解码第二内部消息数据。
22.一种计算机可读介质上的代码排列，由一个或多个处理器执行所述代码排列，使得根据权利要求1所述的方法解码级联码。
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