DE10120155B4 - Modulation with parallel turbo-rotary coding - Google Patents
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Abstract
Codierer für eine turbocodierte Trelliscodemodulation mit einem Codiererdatenblock zum Speichern von eingehenden Daten und mindestens zwei parallelen rekursiven systematischen Faltungscodierern, wobei die rekursiven systematischen Faltungscodierer zum parallelen Empfangen von Daten von dem Codiererdatenblock angeschlossen sind, wobei jeder parallele rekursive systematische Faltungscodierer einen ersten Satz von Addierern, wobei jeder Addierer zum Empfangen einer Vielzahl von Datenströmen von dem Codiererdatensblock angeschlossen ist, einen zweiten Satz von Addierern, die mit den Ausgängen der jeweiligen Addierer des ersten Satzes von Addierern verbunden sind, und Verzögerungseinheiten zum Zuführen der Ausgangssignale des zweiten Satzes von Addierern zu deren Eingängen in einer rekursiven Anordnung umfaßt.encoder for one Turbo coded trellis codemodulation with an encoder data block for storing incoming data and at least two parallel ones recursive systematic convolutional encoders, the recursive ones systematic convolutional encoder for receiving data in parallel are connected by the encoder data block, each being parallel recursive systematic convolutional encoders a first set of adders, wherein each adder is for receiving a plurality of data streams from connected to the encoder data block, a second set of Adders, with the outputs the respective adder of the first set of adders are, and delay units to Respectively the outputs of the second set of adders to their inputs in a recursive arrangement.
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Diese Erfindung betrifft das Gebiet von digitalen Datenübertragungen und insbesondere einen Codierer zur Verwendung bei der Implementierung eines turbotrelliscodierten Modulationsschemas.These The invention relates to the field of digital data transmissions and more particularly, an encoder for use in implementing a turbocharc-coded modulation schemes.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Ein Turbocode hat aufgrund seines größeren Codiergewinns viel Interesse auf sich gezogen. Siehe beispielsweise "Application of Turbo Codes for Discrete Multi-Tone Modulation", Hamid R. Sadjadpour, AT&T Shannon Labs., 1996. Ein Turbocode besteht aus zwei oder mehreren Faltungscodes, die durch eine Verschachtelungsvorrichtung getrennt sind, welche die Eingangssequenz des ersten Codierers verarbeitet. In einem digitalen Teilnehmermultiplex-(DSL)System kann ein Turbocode verwendet werden, um einen Trelliscode zu ersetzen, um eine bessere Bitfehlerraten-(BER)Leistung zu erhalten. Wenn jedoch die Konstellationsgröße zunimmt, beginnt sich der Codiergewinnvorteil des Turbocodes zu verringern. Dies liegt daran, daß die redundanten Bits die Konstellationsgröße noch größer machen.One Turbo code has due to its larger coding gain attracted much interest. See, for example, "Application of Turbo Codes for Discrete Multi-Tone Modulation ", Hamid R. Sadjadpour, AT & T Shannon Labs. 1996. A turbo code consists of two or more convolutional codes, which are separated by an interleaving device, which processes the input sequence of the first encoder. In a digital Subscriber Multiplexing (DSL) system, a turbo code can be used to replace a trellis code for better bit error rate (BER) performance to obtain. However, as the constellation size increases, the Reduce coding gain advantage of the turbo code. This is because that the redundant bits make the constellation size even larger.
Unsere glechzeitig anhängige Patentanmeldung mit gleichen Datum beschreibt, wie ein Turbocode verwendet werden kann, um nur das niedrigstwertige Bit (LSB) in der Konstellation zu codieren und dadurch eine bessere Leistung zu erzielen als die derzeit verwendete trelliscodierte Modulation, wie z. B. ein Wei-Code. Die erzielbare Datenrate ist nur ein paar dB von der Shannon-Kapazität entfernt.Our currently pending Patent application with same date describes as a turbo code can be used to get only the least significant bit (LSB) in to encode the constellation and thereby better performance to achieve than the currently used trellis-coded modulation, such as For example, a Wei code. The achievable data rate is only a few dB from the Shannon capacity away.
Aus dem Artikel "DMT scheme with multidimensional turbo trellis code" von Cai, Z., Subramanian, K. R. und Zhang, L. in Electronics Letters, vol. 36, no. 4, 17th February 2000, S. 334–335 ist ein Codierer für eine turbocodierte Trelliscodemodulation mit einem Codiererdatenblock zum Speichern von eingehenden Daten und mindestens zwei parallelen rekursiven systematischen Faltungscodierern bekannt, wobei die rekursiven systematischen Faltungscodierer zum parallelen Empfangen von Daten von dem Codiererdatenblock angeschlossen sind.Out the article "DMT scheme with multidimensional turbo trellis code "by Cai, Z., Subramanian, K.R. Zhang, L. in Electronics Letters, vol. 36, no. 4, 17th February 2000, pp. 334-335 is an encoder for a turbocoded trellis code modulation with an encoder data block for storing incoming data and at least two parallel ones Recursive systematic convolutional encoders known, where the recursive systematic convolutional encoder for receiving data in parallel are connected by the encoder data block.
Ferner wird in dem Artikel "Symbol-Based Turbo Codes" von Bingeman, M., und Khandani, A. K. in IEEE Communications Letters, Vol. 3, No. 10, October 1999 eine symbolbasierte Turbocodierung beschrieben, bei der ein Symbol aus mehreren Bits besteht. Ein Codierer, der diese Codierung ausführt, empfängt somit mehrere Bits pro Symbol parallel.Further is in the article "Symbol-Based Turbo Codes "by Bingeman, M., and Khandani, A.K. in IEEE Communications Letters, Vol. 3, No. 10, October 1999 describes a symbol-based turbo coding, where a symbol consists of several bits. An encoder that performs this encoding, thus receiving several bits per symbol in parallel.
Eine Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer schnellen Implementierung eines Codierers für eine turbotrelliscodierte Modulation.A The object of the invention is to provide a fast implementation an encoder for a turbotrellis-coded modulation.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Codiervorrichtung bereitgestellt, die ein Turbotrelliscode-Modulationssignal erzeugt, mit einem Codiererdatenblock zum Speichern von eingehenden Daten und mindestens zwei rekursiven systematischen Faltungscodierern, wobei die Faltungscodierer zum parallelen Empfangen von Daten von dem Codiererdatenblock angeschlossen sind, wobei jeder parallele rekursive systematische Faltungscodierer einen ersten Satz von Addierern, wobei jeder Addierer zum Empfangen einer Vielzahl von Datenströmen von dem Codiererblock angeschlossen ist, einen zweiten Satz von Addierern, die mit den Ausgängen der jeweiligen Addierer des ersten Satzes von Addierern verbunden sind, und Verzögerungseinheiten zum Zuführen der Ausgangssignale des zweiten Satzes von Addierern zu deren Eingängen in einer rekursiven Anordnung umfaßt.According to the present According to the invention, there is provided a coding apparatus comprising a turbo-rolling code modulation signal generated, with an encoder data block for storing incoming Data and at least two recursive systematic convolutional encoders, the convolutional coders for receiving data from the encoder data block are connected, each parallel recursive systematic convolutional coders a first set of adders, wherein each adder is for receiving a plurality of data streams from the Encoder block is connected, a second set of adders, those with the outputs the respective adder of the first set of adders are, and delay units for feeding the outputs of the second set of adders to their inputs in a recursive arrangement.
Die beschriebene Struktur mit paralleler Implementierung verringert den Implementierungszyklus für sowohl den Codierer als auch den zugehörigen Decodierer. Außerdem kann auch die Speicher-(RAM)Anforderung für einen solchen Turbodecodierer im Fall einer parallelen Implementierung für drei Bits um 1/3 eingespart werden.The reduced structure with parallel implementation the implementation cycle for both the encoder and the associated decoder. In addition, can also the memory (RAM) requirement for such a turbo decoder saved in the case of a parallel implementation for three bits by 1/3 become.
Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Die Erfindung wird nun lediglich anhand eines Beispiels mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen genauer beschrieben, in welchen gilt:The The invention will now be described by way of example only with reference to FIG the associated Drawings described in more detail, in which:
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Paralleler CodiererParallel encoder
Die
allgemeine Konstellationscodiererstruktur für ein turbotrelliscodiertes
Modulationsschema ist in
Der Codiererdatenblock 10 empfängt einen Teil der Daten von einem Eingangsbitstrom und speichert ihn im Speicher. Die Bits niedrigster Ordnung werden aus dem Codiererdatenblock ausgelesen und zu rekursiven systematischen Faltungscodierern RSC1 und RSC2 weitergeleitet.Of the Encoder data block 10 receives a portion of the data from an input bitstream and stores it In the storage room. The lowest order bits are taken from the encoder data block and recursive systematic convolutional encoders RSC1 and RSC2 forwarded.
Der durch den Block 20 gebildete Turbocodierer ist ein systematischer Codierer mit einer Codierrate von 3/4, die mit einer Rate von 1/2 unterbrochen ist. Der Turbocodierer besteht aus zwei rekursiven systematischen Faltungscodierern RSC1 und RSC2. Der RSC1 übernimmt fortlaufende Daten vom Codiererdatenblock und der RSC2 übernimmt verschachtelte Daten aus dem gleichen Datenblock. In dieser Struktur sind drei Implementierungszyklen erforderlich, um einen einzelnen Konstellationspunkt zu erhalten, was hauptsächlich an der Implementierungsanforderung des Turbocodierers liegt.Of the Turbocoder formed by block 20 is a more systematic one Encoder with a coding rate of 3/4, which at a rate of 1/2 is interrupted. The turbo encoder consists of two recursives systematic convolutional encoders RSC1 and RSC2. The RSC1 takes over continuous data from the encoder data block and the RSC2 takes over nested data from the same data block. In this structure There are three implementation cycles required to complete a single Constellation point, mainly due to the implementation requirement the turbo encoder is located.
Um
den Prozeß zu
beschleunigen, ist in
Ein
Vergleich zwischen einem normalen RSC-Codierer und einem parallelen
RSC-Codierer ist in
Paralleler TurbodecodiererParallel turbo decoder
Die Decodierprozedur für eine turbotrelliscodierte Modulation besteht aus den folgenden Schritten:
- 1. Softdecodierung für das niedrigstwertige Bit (LSB);
- 2. Hartdecodierung für die höchstwertigen Bits (MSB);
- 3. Decodieren des LSB unter Verwendung eines Turbodecodiereralgorithmus;
- 4. Bestimmen aller Datenbits.
- 1. Soft decoding for least significant bit (LSB);
- 2. hard decoding for the most significant bits (MSB);
- 3. decoding the LSB using a turbo decoder algorithm;
- 4. Determine all data bits.
Um das LSB zu decodieren (dritter Schritt), übernimmt der parallele Turbodecodierer drei Softbiteingangssignale für jede Vorwärts-(α) und Rückwärts-(β)Iteration. Auf diese Weise werden nur 1/3 Zyklen für jede Turbodecodiereriteration verwendet und die Speicheranforderungen zum Speichern von α- und β-Werten werden auch um einen Faktor von drei verringert.Around to decode the LSB (third step) takes over the parallel turbo decoder three softbite input signals for each forward (α) and backward (β) iteration. In this way, only 1/3 cycles for each turbo decoder iteration and the memory requirements for storing α and β values also reduced by a factor of three.
Der
parallele Turbodecodierer ist in
Der
erste Schritt bei dem Decodiervorgang, wie in
Beispielsweise
Im
allgemeinen kann Pk j (j
= mn1 = 000, 001, ..., 111) als
Mit
Pk j und dem entsprechenden
Fehlerprüfbit
(Pck(0), Pck(1)),
kann der Wert γj(Rk, s', s) als
Mit γj(Rk, s',
s) kann die Vorwärtsiteration
(a) mit einem LOG-MAP-Algorithmus wie in
Dasselbe
Prinzip wird auf die Ausgabe αk(s) angewendet, d. h. alle αk(s)
in einem anderen Zustand s (für
dieselbe Iteration k) werden mit demselben Normierungsfaktor normiert,
so daß sie
alle in der Mitte des dynamischen Bereichs liegen. Die Bestimmung
des Normierungsfaktors ist dieselbe wie jene, die bei der Implementierung
des normalen Turbodecodierers verwendet wird. Der Unterschied bei
der Vorwärtsiteration
besteht darin, daß jeder
Zustand s bei der Iteration k(αk(s)) durch acht vorherige Zustände (α'k-1(s'000), α'k-1(s'001),
..., α'k-1(s'111))
bestimmt wird, die jeweils einem Wert einer Eingabe γj(Rk, s',
s) entsprechen (in einem herkömmlichen
Turbodecodierer wird jeder Zustand bei der Iteration k durch nur
zwei vorherige Zustände
bestimmt, da das Eingangssignal nur ein Informationsbit ist). Die
LOG-ADD-OPERATION in
Die
Rückwärtsiteration
weist dieselbe Struktur auf wie die Vorwärtsiteration und ist in
Nach
dem Beenden der Vorwärts-
und Rückwärtsiteration
werden die Softbitausgaben in zwei Schritten wie folgt berechnet:
zuerst
Berechnen von acht Pj k-Werten
für j =
000, 001, ..., 111 als
first calculating eight P j k values for j = 000, 001, ..., 111 as
Dann
ist die Softausgabe die Kombination von Pi k-Werten wie z. B.
Bei
der letzten Iteration werden auch die Softfehlerprüfbits ausgegeben
als:
Die vorstehend beschriebenen Blöcke können in einem Digitalsignalprozessor unter Verwendung von Standard-Digitalverarbeitungsverfahren, die Fachleuten der Digitalsignalverarbeitung bekannt sind, implementiert werden.The blocks described above can in a digital signal processor using standard digital processing methods, the Professionals of digital signal processing are implemented become.
Die beschriebenen Verfahren erhöhen die Implementierungsgeschwindigkeit des Turbocodierers und -decodierers und führen zu signifikanten Speichereinsparungen im parallelen Decodierer.The increase the procedure described the implementation speed of the turbo encoder and decoder and lead Significant memory savings in the parallel decoder.
Sie sind auf einen Decodierer mit einer variablen Codierrate anwendbar.she are applicable to a decoder with a variable coding rate.
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