DE102010043610A1 - Method of decoding data received in radio receiver as frame, involves carrying out turbo-demodulation and convolutional decoding processes repeatedly, and performing convolutional decoding process based on soft output Viterbi algorithm - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Dekodierung von in Rahmen empfangenen Daten. Bei digitalen Rundfunksystemen, wie z. B. nach dem DAB(Digital Audio Broadcasting)-Standard, wird ein Vielträgerverfahren, wobei jeder Träger mit einer differenziellen 4-Phasenumtastung (4-DPSK) moduliert wird, eingesetzt. Bei einer Phasenumtastung (PSK) handelt es sich um eine Phasenmodulation für digitale Signale. Bei diesem Verfahren hat das Signal eine konstante Frequenz und eine konstante Amplitude. Die Phasenlage des Trägersignals ändert sich sprunghaft im Rhythmus des digitalen Modulationssignals. Für eine DAB-Übertragung werden mehrere Audioströme zusammen mit ebenfalls möglichen reinen Datendiensten zu einem sogenannten Ensemble mit hoher Datenrate zusammengeführt. Der so entstehende Multiplex wird mittels OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) moduliert. OFDM ist ein Modulations verfahren, welches mehrere orthogonale Trägersignale zur digitalen Datenübertragung verwendet. Dabei wird jeder Träger separat moduliert. Des Weiteren wird gemäß dem DAB-Standard (
Stand der TechnikState of the art
Durch „
Durch „
In der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Dekodierung von in Rahmen empfangenen Daten, wie z. B. Daten welche über digitale Rundfunksignale empfangen werden, derart zu verbessern, dass bei gleichem Störabstand eine geringere Fehlerrate erreicht werden kann bzw. dass bei geringerem Störabstand die maximale Fehlerrate unterschritten wird.The invention has for its object a method and an apparatus for decoding data received in frames, such. B. data which are received via digital broadcast signals to improve so that at the same signal to noise ratio, a lower error rate can be achieved or that at lower signal to noise ratio, the maximum error rate is exceeded.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Verfahren sowie einer Vorrichtung zur Dekodierung von in Rahmen empfangenen Daten gemäß den Merkmalen der Ansprüche 1 und 8.This object is achieved with a method and a device for decoding received in frame data according to the features of claims 1 and 8.
Hiernach wird in dem eingangs bezeichneten Verfahren zur Dekodierung von in Rahmen empfangenen Daten mindestens eine Turbo-Demodulation, ein De-Interleaving sowie eine Faltungsdekodierung durchgeführt. Unter Turbo-Demodulation ist hier ein Verfahren zur Dekodierung zu verstehen, wobei mehrere Decodierer parallel oder seriell miteinander verschaltet sind. Dazu werden zwischen den Dekodierern statistische Informationen ausgetauscht, wobei der Dekodierungsprozess iterativ ausgeführt wird. Unter De-Interleaving wird hier eine sogenannte Entwürfelung verstanden. Dabei werden die Daten welche senderseitig zum Zwecke der Reduzierung von Burstfehlern verwürfelt wurden, wieder in die richtige Reihenfolge versetzt. Zusätzliche Schritte zur Dekodierung der differenziell modulierten sowie faltungskodierten Daten sind gemäß dem Stand der Technik ebenfalls vorgesehen. Dazu gehört beispielsweise, dass durch eine entsprechende Fourier-Transformation, z. B. FFT (Fast Fourier Transform) bzw. DFT (Diskrete Fourier-Transformation), jedes Symbol in den entsprechenden Frequenzbereich transformiert wird. Eine solche Fourier-Transformation wird beispielsweise als einer der ersten wesentlichen Verfahrensschritte bei der Dekodierung der Daten durchgeführt. Erfindungsgemäß wird die Turbodemodulation, das De-Interleaving sowie die Faltungsdekodierung zeitlich derart umgeordnet, dass das De-Interleaving vor der Turbo-Demodulation durchgeführt wird. Dabei kann das De-Interleaving aus einer Kombination von Frequenz-De-Interleaving und Zeit-De-Interleaving bestehen. Des Weiteren ist das erfindungsgemäße Dekodierverfahren dadurch gekennzeichnet, dass die Turbo-Demodulation sowie die Faltungsdekodierung in einer iterativen Verarbeitungsschleife durchgeführt werden. Dabei basiert die Faltungsdekodierung zumindest teilweise auf einem sogenannten SOVA (Soff-Output-Viterbi-Algorithmus). Der SOVA erzeugt zusätzlich zur Dekodierung der einzelnen Bits auch Informationen bzgl. deren Zuverlässigkeit. Dabei ist der SOVA ein modifizierter Viterbi Algorithmus. Dabei wird bei dem SOVA für jedes Informationsbit die Fehlerwahrscheinlichkeit berechnet und durch die sogenannten Soft-Outputs die Wahrscheinlichkeit zum entscheidenden Bit für den nachgeschalteten Soft-Decision-Process ausgegeben.Hereinafter, at least a turbo-demodulation, a de-interleaving, and a convolutional decoding are performed in the above-mentioned method of decoding data received in frames. Turbo-demodulation is to be understood here as a method for decoding, wherein a plurality of decoders are connected in parallel or in series with one another. For this purpose, statistical information is exchanged between the decoders, the decoding process being carried out iteratively. By de-interleaving is meant a so-called descrambling. The data which was scrambled on the transmitter side for the purpose of reducing burst errors is put back in the correct order. Additional steps for decoding the differentially modulated and convolutional encoded data are also contemplated in the prior art. This includes, for example, that by a corresponding Fourier transform, z. As FFT (Fast Fourier Transform) or DFT (Discrete Fourier Transform), each symbol is transformed into the corresponding frequency range. Such a Fourier transformation is carried out, for example, as one of the first essential method steps in the decoding of the data. According to the invention, the turbo demodulation, the de-interleaving and the convolutional decoding are temporally rearranged such that the de-interleaving is performed before the turbo-demodulation. In this case, the deinterleaving may consist of a combination of frequency deinterleaving and time deinterleaving. Furthermore, the decoding method according to the invention is characterized in that the turbo-demodulation and the convolutional decoding are performed in an iterative processing loop. The convolutional decoding is based at least partially on a so-called SOVA (Soff-Output-Viterbi algorithm). The SOVA generates in addition to the decoding of the individual bits also information regarding their reliability. The SOVA is a modified Viterbi algorithm. In this case, the error probability is calculated for the SOVA for each information bit and the so-called soft outputs output the probability of the decisive bit for the downstream soft-decision process.
Durch diese spezielle zeitliche Anordnung der Verfahrensschritte ist der Einsatz bzw. die Verwendung des Turbo-Dekodierungsprinzips für die differenziell modulierten sowie faltungskodierten Daten auch in Systemen, wie z. B. digitalen Rundfunkempfangssystemen, praktisch einsetzbar ohne dass dabei zusätzlich hoher Speicher- bzw. Rechenleistungsbedarf entsteht. Somit kann bei gleichem Störabstand eine geringere Fehlerrate erreicht werden. Des Weiteren kann bei einem geringeren Störabstand von beispielsweise 2,5 dB die maximale Fehlerrate unterschritten werden. Dies führt zu einem Gewinn im AWGN(Additive White Gaussian Noise)-Kanal von bis zu 2,5 dB. Unter AWGN wird hier additives weißes gaußsches Rauschen (AWGR) verstanden, welches weißes Rauschen bezeichnet, dessen Signalamplituden gaußverteilt sind und dessen spektrale Rauschleistungsdichte konstant ist.Due to this special time arrangement of the method steps, the use or the use of the turbo-decoding principle for the differentially modulated and convolution-coded data is also in systems such. As digital radio reception systems, practically usable without the additional high storage or computing power required. Thus, a lower error rate can be achieved with the same signal to noise ratio. Furthermore, with a lower signal-to-noise ratio of, for example, 2.5 dB, the maximum error rate can be undershot. This results in an AWGN (Additive White Gaussian Noise) channel gain of up to 2.5 dB. By AWGN is meant additive white Gaussian noise (AWGR), which denotes white noise whose signal amplitudes are Gaussian distributed and whose spectral noise power density is constant.
Bei der Rekonstruierung des Multiplexsignals ist es bevorzugt, die Zuordnung von Daten, insbesondere die Zuordnung von Realteil und Imaginärteil eines Bits, mit Hilfe von Zeigern sowie einem entsprechenden Interleaverspeicher durchzuführen. Mit Hilfe eines solchen Zeigerkonzepts können zusammengehörige Daten wie z. B. Realteil-Bit und Imaginärteil-Bit, welche an unterschiedlichen Stellen und sogar in unterschiedlichen Codewörtern platziert sein können, wieder zuverlässig einander zugeordnet werden. Dies hat den Vorteil, dass die Daten an der Stelle im Speicher verbleiben können und die Zuordnung einzig durch Zeiger, die in einer Tabelle auf dem Speicher abgelegt sind, durchgeführt wird.In the reconstruction of the multiplex signal, it is preferable to perform the assignment of data, in particular the assignment of the real part and the imaginary part of a bit, with the aid of pointers and a corresponding interleaver memory. With the help of such a pointer concept related data such. For example, real-part bits and imaginary-part bits, which may be placed at different locations and even in different codewords, are again reliably assigned to each other. This has the advantage that the data can remain in place in the memory and the assignment is carried out solely by pointers which are stored in a table in the memory.
Bevorzugterweise wird das erfindungsgemäße Verfahren in einer Empfangskette für einen digitalen Rundfunkempfänger gemäß eines digitalen Rundfunksystems wie z. B. DAB, DAB+ und DMB eingesetzt. Das Verfahren kann weiterhin für Übertragungsverfahren verwendet werden, welche wie beispielsweise DAB, DAB+ und DMB eine differenzielle Modulation verwenden. Dabei ist das Verfahren für alle Dienste der vorgesehenen Übertragungsverfahren gemäß deren Standards einsetzbar.Preferably, the inventive method in a receiving chain for a digital radio receiver according to a digital broadcasting system such. DAB, DAB + and DMB. The method may further be used for transmission methods which use differential modulation such as DAB, DAB + and DMB. The method can be used for all services of the proposed transmission method according to their standards.
Bevorzugterweise werden sogenannte Soft-Outputs durch den verwendeten Soft-Output-Viterbi-Algorithmus nur für nicht-punktierte Stellen im Faltungscode erzeugt. Da der Demodulator in den durch die iterative Verarbeitungsschleife vom Faltungsdekoder erzeugten Soft-Outputs die punktierten Stellen nicht verwenden kann, kann durch diese bevorzugte Maßnahme der entsprechende Aufwand reduziert werden. Soft-Outputs geben eine Wahrscheinlichkeit an, ob es sich bei einem Bit um eine „0” oder eine „1” handelt. Dagegen sind Hard-Outputs die entschiedenen Bits. Jedem Hard-Output ist somit ein Soft-Output zugeordnet. Die punktierten Stellen sind Bitpositionen eines Codewortes, welche durch eine sogenannte Punktierung senderseitig weggelassen wurden. Durch die senderseitige Punktierung können Codewortlängen genau auf eine bestimmte Rahmenlänge für nachfolgende Datenübertragungen ausgelegt werden. Empfängerseitig ist deshalb eine De-Punktierung vorgesehen.Preferably, so-called soft outputs are generated by the soft output Viterbi algorithm used only for non-punctured locations in the convolutional code. Since the demodulator can not use the punctured locations in the soft outputs generated by the iterative processing loop from the convolutional decoder, the corresponding expense can be reduced by this preferred measure. Soft outputs indicate a probability of whether a bit is a "0" or a "1". In contrast, hard outputs are the decided bits. Each hard output is thus assigned a soft output. The punctured digits are bit positions of a codeword, which have been omitted by a so-called puncturing transmitter side. The sender-side puncturing allows codeword lengths to be designed exactly to a specific frame length for subsequent data transmissions. Therefore, a de-puncturing is provided on the receiver side.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass in den Soft-Outputs des Demodulators die Punktierungsstellen durch sogenannte Nullstellen ersetzt werden. Dadurch werden die Soft-Outputs des Demodulators überhaupt nicht depunktiert, sondern durch den Faltungsdekoder bzw. den Soft-Output-Viterbi-Algorithmus an jeder Punktierungsstelle eine „0” eingesetzt, ohne dabei auf den Speicher der Soft-Outputwerte zuzugreifen. Dadurch kann der Speicher für die punktierten Stellen bis zur endgültigen Dekodierung des Faltungscodes eingespart werden. Bevorzugterweise wird erst nach der letzten Iteration die Depunktierung bei der Ausgabe der Hard-Outputs vorgenommen.Furthermore, it is preferred that in the soft outputs of the demodulator the puncturing sites are replaced by so-called zeros. As a result, the soft outputs of the demodulator are not depunctured at all, but a "0" is inserted at each punctuation point by the convolutional decoder or the soft output Viterbi algorithm, without accessing the memory of the soft output values. Thereby, the memory for the punctured positions can be saved until the final decoding of the convolutional code. Preferably, only after the last iteration the de-puncturing is done at the output of the hard outputs.
Weiterhin ist es bevorzugt die Werte der Soft-Outputs auch als Abbruchkriterium der iterativen Verarbeitungsschleife zu nutzen. Dabei wird, sobald der Wert eines Soft-Outputs einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, das Dekodierergebnis als ausreichend zuverlässig angesehen und somit die iterative Verarbeitung abgebrochen. Bevorzugterweise wird nach einer anfangs definierten Maximalzahl von Iterationen, falls nach dieser Maximalzahl von Iterationen immer noch sehr kleine Beträge der Soft-Outputs vorhanden sind, dies als Indikator für eine sogenannte Erasures-Dekodierung eines äußeren Codes oder ein Error-Concealment verwendet. Diese Maßnahmen sind nötig, um eventuelle Beeinträchtigungen des rekonstruierten Signals durch Fehlerstellen in besonders empfindlichen Informationen zu vermeiden. Da es bei einer differenziellen Modulierung in Zeitrichtung möglich ist, die OFDM-Subträger unabhängig voneinander zu demodulieren, kann somit der Aufwand der iterativen Verarbeitung weiter reduziert werden indem nur die Subträger iterativ neu demoduliert werden, bei denen der Faltungsdekoder Soft-Outputs mit sehr kleinen Beträgen liefert, da dies eine Bewertung als besonders unsicher impliziert. Dadurch kann eine erneute Demodulation der bereits sicher entschiedenen Bits eingespart werden.Furthermore, it is preferable to use the values of the soft outputs also as a termination criterion of the iterative processing loop. In this case, as soon as the value of a soft output exceeds a predetermined limit value, the decoding result is regarded as sufficiently reliable and thus the iterative processing is aborted. Preferably, after an initially defined maximum number of iterations, if after this maximum number of iterations very small amounts of the soft outputs are still present, this is used as an indicator for a so-called erasure decoding of an outer code or an error concealment. These measures are necessary to avoid possible damage to the reconstructed signal due to imperfections in particularly sensitive information. Since it is possible in the case of a differential modulation in the time direction to demodulate the OFDM subcarriers independently of one another, the cost of the iterative processing can thus be further reduced by iteratively reinterpreting only the subcarriers demodulating, where the convolutional decoder provides soft outputs with very small amounts, since this implies a rating as being particularly uncertain. As a result, a new demodulation of the already decided decided bits can be saved.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Dekodierung von in Rahmen empfangenen Daten weist einen Demodulator sowie einen Faltungsdekoder auf. Der Demodulator dient dabei der Demodulation der differenziell modulierten Daten und ist erfindungsgemäß als Turbo-Demodulator ausgebildet. Des Weiteren weist die Dekodiervorrichtung mindestens einen De-Interleaver auf, wobei der De-Interleaver vor dem Turbo-Demodulator angeordnet ist. Dabei ist unter anderem vorgesehen, dass der De-Interleaver aus zwei getrennten De-Interleavern, einem Zeit- und einem Frequenz-De-Interleaver, aufgebaut ist. Der Faltungsdekoder ist erfindungsgemäß als SOVA-Dekoder ausgebildet und bildet zusammen mit dem Demodulator eine iterative Verarbeitungsschleife für die zur Demodulation empfangenen Daten.The device according to the invention for decoding data received in frames has a demodulator and a convolutional decoder. The demodulator serves for the demodulation of the differentially modulated data and according to the invention is designed as a turbo-demodulator. Furthermore, the decoding device has at least one de-interleaver, wherein the de-interleaver is arranged in front of the turbo-demodulator. Among other things, it is provided that the de-interleaver is composed of two separate de-interleavers, a time and a frequency de-interleaver. According to the invention, the convolutional decoder is designed as a SOVA decoder and, together with the demodulator, forms an iterative processing loop for the data received for demodulation.
Vorteilhafterweise weist die Vorrichtung einen Interleaverspeicher zur Rekonfigurierung des Multiplexsignals auf. Durch einen solchen Interleaverspeicher ist es möglich ein sogenanntes Zeigerkonzept für die Zuordnung von z. B. Realteil-Bit und Imaginärteil-Bit, welche an unterschiedlichen Stellen und sogar an unterschiedlichen Codewörtern platziert sein können, zu verwenden.Advantageously, the device has an interleaver memory for reconfiguring the multiplexed signal. By such an interleaver memory, it is possible a so-called pointer concept for the assignment of z. Real-bit and imaginary-part bits, which may be placed at different locations and even at different codewords.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beispielhaft erläutert.The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings.
Es zeigen:Show it:
Thomas May: Differenzielle Modulation und Kanalkodierung in breitbandigen OFDM-Funkübertragungssystemen”) bekanntes Prinzip der Turbo-Dekodierung für DPSK und Faltungscode;Thomas May: Differential modulation and channel coding in broadband OFDM radio transmission systems ") known principle of turbo-decoding for DPSK and convolutional code;
Zur Vermeidung eines erhöhten Speicher- bzw. Rechenleistungsbedarfs bei Verwendung der in
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- Dr. Ing. Thomas May: Differenzielle Modulation und Kanalkodierung in breitbandigen OFDM-Funkübertragungssystemen Dissertation; TU Hamburg-Harburg [0003] Dr. Ing. Thomas May: Differential Modulation and Channel Coding in Broadband OFDM Radio Transmission Systems Dissertation; TU Hamburg-Harburg [0003]
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