DE102010044458A1 - Method for estimating original information sequence from faulted receipt sequence by channel equalizer and decoder of digital transmission system, involves identifying correct and incorrect blocks of coded information sequence - Google Patents

Method for estimating original information sequence from faulted receipt sequence by channel equalizer and decoder of digital transmission system, involves identifying correct and incorrect blocks of coded information sequence Download PDF

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Abstract

The method involves setting the probabilities of bits of coded information sequence. An estimation signal of all bits of information sequence is transmitted as an output from a decoder, when termination condition occurs in an iteration loop with iteration probabilities of all coded bits from decoder to back-coupled channel equalizer. A syndrome sequence associated with estimation signal is computed. Correct and incorrect blocks of estimated coded information sequence are identified based on syndrome sequence, for decoding the incorrect blocks by the decoder. An independent claim is included for reception system for receiving particular faulted receipt sequence.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Empfangssystem zur Schätzung einer gesendeten originalen Informationssequenz aus einer insbesondere fehlerbehafteten Empfangssequenz mittels eines Kanalentzerrers und eines nachfolgenden Decoders, bei dem der Decoder Wahrscheinlichkeiten zu den Bits einer codierten Informationssequenz bildet und in einer Iterationsschleife mit jeder Iteration die Wahrscheinlichkeiten zu allen Bits vom Decoder zum Kanalentzerrer zurückgekoppelt werden bis eine Abbruchbedingung eintritt und der Decoder die Schätzung aller Bits der Informationssequenz ausgibt.The invention relates to a method and a receiving system for estimating a transmitted original information sequence from a particular faulty receive sequence by means of a channel equalizer and a subsequent decoder, wherein the decoder forms probabilities to the bits of a coded information sequence and in an iteration loop with each iteration the probabilities to all Bits are fed back from the decoder to the channel equalizer until an abort condition occurs and the decoder issues the estimate of all bits of the information sequence.

Ein solches Verfahren ist im Stand der Technik bekannt und wird als Turbo-Entzerrung oder als Turbo Equalizer bezeichnet und z. B. in der EP 0 808 538 B1 beschrieben.Such a method is known in the art and is referred to as turbo equalization or turbo equalizer and z. B. in the EP 0 808 538 B1 described.

Digitale Übertragungssysteme zeichnen sich dadurch aus, dass sowohl die Information selbst digital dargestellt wird, als auch die Signalverarbeitung in Sender und Empfänger größtenteils digital erfolgt.Digital transmission systems are characterized in that both the information itself is displayed digitally, and the signal processing in the transmitter and receiver is mostly digital.

Bei der Übertragung über einen Kanal (z. B. drahtlos, kabelgebunden oder optisch) kann eine Verzerrung des Signals z. B. in Folge von Mehrwegeausbreitung oder auch aus anderen Gründen auftreten. Weiterhin wird das Signal durch überlagertes Rauschen gestört. Aufgabe des Empfängers in einem digitalen Übertragungssystems ist es, aus den abgetasteten und quantisierten Empfangssequenzen eine möglichst genaue Schätzung der gesendeten originalen Informationssequenz zu berechnen.When transmitting over a channel (eg wireless, wired or optical), a distortion of the signal z. B. occur as a result of multipath propagation or for other reasons. Furthermore, the signal is disturbed by superimposed noise. The task of the receiver in a digital transmission system is to calculate an as accurate as possible estimate of the transmitted original information sequence from the sampled and quantized reception sequences.

Um die durch die Mehrwegeausbreitung oder aus anderen Gründen hervorgerufene Verzerrung des Signals zu eliminieren, werden die digitalen Empfangsdaten bzw. Empfangssequenzen vor der Schätzung einem Kanalentzerrer bzw. Equalizer zugeführt. Dadurch wird eine erhebliche Verbesserung der Schätzqualität erzielt.To eliminate the distortion of the signal caused by multipath propagation or other reasons, the digital receive data or receive sequences are fed to a channel equalizer or equalizer prior to the estimation. This achieves a significant improvement in the estimation quality.

Die Robustheit eines Übertragungssystems kann weiter erhöht werden, indem die in einer originalen Informationssequenz (Folge von Bits) zu sendenden Daten vor dem Senden codiert werden. Die verwendeten Fehlerkorrekturcodes, so genannte Kanalcodes, ermöglichen die Korrektur einer begrenzten Anzahl von Übertragungsfehlern im Empfänger. Dazu werden bestimmte Algorithmen zur Kanaldecodierung eingesetzt. Die Erfindung betrifft die gemeinsame iterative Kanalentzerrung und Kanaldecodierung, im speziellen die Decodierung von Faltungscodes, in einem digitalen Übertragungssystem bei möglichst geringer Anzahl von Rechenoperationen und möglichst guter Qualität der geschätzten Daten.The robustness of a transmission system can be further increased by encoding the data to be transmitted in an original information sequence (sequence of bits) before transmission. The error correction codes used, so-called channel codes, allow the correction of a limited number of transmission errors in the receiver. For this purpose, certain algorithms are used for channel decoding. The invention relates to the common iterative channel equalization and channel decoding, in particular the decoding of convolutional codes, in a digital transmission system with the least possible number of arithmetic operations and the best possible quality of the estimated data.

Faltungscodes, bei denen noch zwischen rekursiven und nicht rekursiven Faltungscodes unterschieden wird, sind in der digitalen Übertragungstechnik bekannt und üblich. Faltungsencoder bilden Zustandsmaschinen, wobei ein Encoder mit p Speicherzellen 2p Zustände annehmen kann. Dabei kann ein Faltungsencoder nacheinander nicht beliebige Zustände annehmen, sondern es sind vielmehr nachfolgende Zustände von vorherigen Zuständen abhängig. Es ist bekannt, die möglichen aufeinander folgenden Zustände eines Faltungsencoders in einem sogenannten Trellis-Diagramm darzustellen.Convolutional codes, which still distinguish between recursive and non-recursive convolutional codes, are known and customary in digital transmission technology. Folding encoders form state machines, whereby an encoder with p memory cells can assume 2 p states. In this case, a convolutional encoder successively can not assume any states, but rather, subsequent states are dependent on previous states. It is known to represent the possible successive states of a convolutional encoder in a so-called trellis diagram.

Eine Sequenz von Datenbits stellt in einem solchen Diagramm einen Pfad dar. Ein solches Trellis-Diagramm kann sodann auch zur Dekodierung empfangener codierter Informationssequenzen beitragen, da überprüft werden kann, ob eine Empfangssequenz einen möglichen Pfad im Trellis-Diagramm bilden kann, also in dieses passt oder nicht. Ist dies nicht der Fall, so enthält die Empfangssequenz Fehler. Es besteht so die Möglichkeit, Wahrscheinlichkeiten für die Richtigkeit der einzelnen Bits der Empfangssequenz zu berechnen.A sequence of data bits represents a path in such a diagram. Such a trellis diagram can then also contribute to the decoding of received coded information sequences since it is possible to check whether a reception sequence can form a possible path in the trellis diagram or not. If this is not the case, then the receive sequence contains errors. It is thus possible to calculate probabilities for the correctness of the individual bits of the reception sequence.

Decoder, die zur Kanaldecodierung eingesetzt werden, können so Rückgriff nehmen auf ein zum verwendeten Kanalcodierer passendes Trellis.Decoders used for channel decoding can thus resort to a trellis suitable for the channel coder used.

Kanalentzerrung und Kanaldecodierung sind zentrale Aufgaben eines Empfängers in einem digitalen Übertragungssystem. In einfachen Konzepten werden Kanalentzerrung und Kanaldecodierung getrennt voneinander betrachtet, d. h. die Empfangsdaten werden zuerst entzerrt und anschließend decodiert. Ebenso besteht die Möglichkeit Kanalentzerrung und Kanaldecodierung gemeinsam durchzuführen, d. h. es werden alle möglichen Sendesequenzen mit den Empfangsdaten verglichen. Dieser Ansatz ist aufgrund seiner Komplexität für praktische Systeme jedoch weitgehend irrelevant.Channel equalization and channel decoding are central tasks of a receiver in a digital transmission system. In simple concepts, channel equalization and channel decoding are considered separately, i. H. the received data is first equalized and then decoded. It is also possible to perform channel equalization and channel decoding together, i. H. All possible send sequences are compared with the receive data. However, this approach is largely irrelevant because of its complexity for practical systems.

Ein sehr leistungsstarkes und gleichzeitig praktisch realisierbares Verfahren stellt die Kanalentzerrung bzw. Dekodierung nach dem eingangs genannten Turboverfahren (Turbo Equalizer) dar. Dabei handelt es sich um ein iteratives Verfahren, in dem Informationen zwischen Kanalentzerrer und Kanaldecoder in beide Richtungen ausgetauscht werden. Durch diese Rückkopplung und den iterativen Ansatz kann die Qualität der Datenschätzung erheblich gesteigert werden.A very powerful and at the same time practically feasible method is the channel equalization or decoding according to the aforementioned turbo method (Turbo Equalizer). This is an iterative method in which information between channel equalizer and channel decoder in both Directions are exchanged. This feedback and the iterative approach can significantly increase the quality of the data estimate.

Die Kanalentzerrung nach dem Turboverfahren beschreibt die Rückkopplung und iterative Informationsweitergabe, insbesondere von Wahrscheinlichkeitsinformationen zwischen den beiden Komponenten Kanalentzerrer und Kanaldecoder. Dabei ist zunächst nebensächlich, welche Konzepte und Algorithmen zum Einsatz kommen.The channel equalization according to the turbo method describes the feedback and iterative information transfer, in particular of probability information between the two components Kanalentzerrer and channel decoder. At first it is irrelevant which concepts and algorithms are used.

Für den Kanalentzerrer können entsprechend einfache lineare Algorithmen wie Zero-Forcing oder MMSE verwendet werden, aber auch komplexere Schätzverfahren wie log-MAP oder max-log-MAP. Der Kanaldecoder kann beispielsweise durch den Soft Output Viterbi Decoder (SOVA), log-MAP oder max-log-MAP realisiert werden.Correspondingly simple linear algorithms such as zero-forcing or MMSE can be used for the channel equalizer, but also more complex estimation methods such as log-MAP or max-log-MAP. The channel decoder can be realized, for example, by the soft output Viterbi decoder (SOVA), log-MAP or max-log-MAP.

Abhängig von geforderter Fehlerrate und Implementierungskomplexität können verschiedene Kombinationen dieser Verfahren genutzt werden. Entscheidend ist für beide Komponenten die Fähigkeit, Wahrscheinlichkeitsinformationen bzw. Verlässlichkeitsinformationen der Ausgangswerte zu erzeugen (so genannte Soft Outputs).Depending on the required error rate and implementation complexity, different combinations of these methods can be used. Decisive for both components is the ability to generate probability information or reliability information of the output values (so-called soft outputs).

Im Allgemeinen sinkt die Fehlerrate mit steigender Anzahl von Iterationen, wobei die Verbesserung von Iteration zu Iteration immer kleiner wird. Ein festzulegendes Abbruchkriterium oder eine festgelegte maximale Anzahl von Iterationen beendet den Iterationsvorgang.In general, the error rate decreases as the number of iterations increases, with the improvement from iteration to iteration becoming smaller and smaller. An abort criterion to be specified or a defined maximum number of iterations terminates the iteration process.

Die Reduktion der Fehlerrate mit steigender Iterationsanzahl bleibt jedoch bei den heutigen Verfahren unberücksichtigt. Somit ist die Anzahl an Rechenoperationen der üblicherweise verwendeten Kanaldecoder (SOVA, MAP) über alle Iterationen konstant, d. h. auch wenn nach einigen Iterationen nur sehr wenige oder keine Fehler mehr vorhanden sind, bleibt der Rechenaufwand auf einem hohen Niveau. Dies ist insbesondere für energiekritische Anwendungen von Nachteil (z. B. Mobilgeräte mit begrenzter Akkukapazität).However, the reduction of the error rate with increasing number of iterations remains unconsidered in today's methods. Thus, the number of arithmetic operations of commonly used channel decoders (SOVA, MAP) is constant over all iterations, i. H. even if there are only a few or no errors after a few iterations, the computational effort remains at a high level. This is particularly disadvantageous for energy-critical applications (eg mobile devices with limited battery capacity).

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Schätzung einer originalen Informationssequenz aus einer insbesondere fehlerbehafteten Empfangssequenz bereitzustellen und hierbei Energie- und Rechenresourcen einzusparen.The object of the invention is to provide a method for estimating an original information sequence from a particular faulty receive sequence and thereby save energy and computing resources.

Dabei soll bevorzugt eine originale Informationssequenz mit einem Faltungsencoder in eine codierte Informationssequenz transformiert werden, die Bits der codierten Informationssequenz verschachtelt werden mit einer Vorrichtung zur Verschachtelung (engl. Interleaver) und mittels eines Mappers in sogenannte Symbole konvertiert werden die sodann über den Kanal transportiert werden.In this case, it is preferable to transform an original information sequence with a convolutional encoder into an encoded information sequence, interleave the bits of the encoded information sequence with an interleaver and convert it into so-called symbols by means of a mapper, which are then transported over the channel.

Das erfindungsgemäße Verfahren setzt im Empfänger an der Stelle an, an der eine aus den empfangenen Symbolen gebildete Empfangssequenz dem Kanalentzerrer zuleitet wird, wobei korrespondierend zur Versendung zwischen Kanalentzerrer und Decoder, der die Entfaltung vornimmt, eine Vorrichtung zum Demapping (zur Bildung von Bits bei sogenannten „hard decisions” oder von Wahrscheinlichkeiten bei sogenannten „soft decisions” aus den Symbolen) und eine Vorrichtung zum Entschachteln (Deinterleaver) vorgesehen ist.The inventive method starts in the receiver at the point at which a receive sequence formed from the received symbols is fed to the channel equalizer, corresponding to the transmission between channel equalizer and decoder, which performs the unfolding, a device for demapping (to form bits in so-called "Hard decisions" or probabilities in so-called "soft decisions" from the symbols) and a device for deinterleaving (deinterleaver) is provided.

Gelöst wird die Aufgabe dadurch, dass mit jeder Iteration eine Schätzung als sogenannte „hard decision” zu allen Bits der vom Kanalentzerrer insbesondere als „soft decision” geschätzten codierten Informationssequenz gebildet wird und mit einem Syndromformer die zu der Schätzung zugehörige Syndromsequenz (b) berechnet wird und anhand der Syndromsequenz (b) fehlerfreie und fehlerhafte Blöcke der Schätzung identifiziert werden und der Decoder nur die fehlerhaften Blöcke decodiert.The object is achieved in that with each iteration an estimate is formed as a so-called "hard decision" for all bits of the encoded information sequence estimated by the channel equalizer, in particular as a "soft decision", and the syndrome sequence (b) associated with the estimation is calculated with a syndrome former and from the syndrome sequence (b) identify error-free and erroneous blocks of the estimate, and decoder decodes only the erroneous blocks.

Unter der Syndromsequenz wird dabei in der Kodierungstheorie diejenige Sequenz verstanden, die sich durch Multiplikation einer empfangenen und möglicherweise fehlerbehafteten codierten Informationssequenz mit einer Prüfmatrix ergibt, wobei die Syndromsequenz vollständig Null ist, wenn keine Fehler vorliegen oder durch eine jeweilige „1” in der Sequenz einen fehlerhaften Bereich anzeigt.In the coding theory, the syndrome sequence is understood to be that sequence which results from multiplication of a received and possibly erroneous coded information sequence with a test matrix, the syndrome sequence being completely zero, if there are no errors, or by a respective "1" in the sequence indicates defective area.

Durch die Syndromsequenz können also erfindungsgemäß Fehlerbereiche oder ganze Fehlerblöcke innerhalb der Schätzung der codierten Informationssequenz identifiziert werden. Erfindungsgemäß werden dann im Gegensatz zum bekannten Turboverfahren nicht mehr die Wahrscheinlichkeiten zu allen Bits der vom Kanalentzerrer geschätzten codierten Informationssequenz berechnet, sondern nur noch die Dekodierung und damit die Berechnung der Wahrscheinlichkeiten zu den fehlerhaften Blöcken im Decoder durchgeführt.Thus, according to the invention, the syndrome sequence makes it possible to identify error regions or entire error blocks within the estimate of the coded information sequence. According to the invention, in contrast to the known turbo method, the probabilities for all bits of the coded information sequence estimated by the channel equalizer are no longer calculated, but only the decoding and thus the calculation of the probabilities to the erroneous blocks in the decoder are performed.

Die Erfindung beschreibt somit ein Verfahren zur iterativen Kanalentzerrung und Kanaldecodierung, bei der die Anzahl der Rechenoperationen des Kanaldecoders mit steigender Anzahl von Iterationen, d. h. bei sinkender Anzahl von Fehlern, abnimmt, was hier durch die Integration der syndrombasierten Decodierung von Faltungscodes in das Konzept der Turboentzerrung realisiert wird. Rechenleistung entfällt erfindungsgemäß nur noch auf die fehlerhaften Blöcke der vom Kanalentzerrer geschätzten codierten Informationssequenz. The invention thus describes a method for iterative channel equalization and channel decoding in which the number of arithmetic operations of the channel decoder decreases as the number of iterations increases, ie as the number of errors decreases, which is due to the integration of syndrome based decoding of convolutional codes into the concept of turbo equalization is realized. According to the invention, computing power is only necessary for the faulty blocks of the coded information sequence estimated by the channel equalizer.

Entscheidend ist hier, dass bei nahezu gleicher Qualität der Schätzung (im Sinne der Fehlerrate) deutlich weniger Rechenoperationen benötigt werden als bei herkömmlichen Implementierungen. Dies wirkt sich bei entsprechender Implementierung direkt auf den Energieverbrauch eines entsprechenden Empfängers aus.Crucial here is that with almost the same quality of the estimate (in terms of error rate) significantly fewer arithmetic operations are needed than in conventional implementations. With appropriate implementation, this directly affects the energy consumption of a corresponding receiver.

Der Energieverbrauch ist insbesondere kritisch für mobile Anwendungen (z. B. Mobilfunk). Im aktuellen Umfeld steigender Energiepreise und wachsendem Umweltbewusstsein spielt die Energieeffizienz aber auch bei kabelgebundenen Geräten, z. B. aus dem Unterhaltungsbereich, eine immer wichtigere Rolle.Energy consumption is particularly critical for mobile applications (eg mobile communications). However, in the current environment of rising energy prices and growing environmental awareness, energy efficiency also plays a role in wired devices, such as mobile phones. B. from the entertainment sector, an increasingly important role.

Das Verfahren lässt sich in Empfängern sowohl für Rundfunksysteme als auch für Kommunikationssysteme einsetzen. Grundsätzlich kann das erfindungsgemäße Verfahren bei allen Kommunikationsverfahren eingesetzt werden, die bislang das Turboverfahren nutzen, um eine Optimierung des Energieverbrauchs zu bewirken. Insbesondere in Rundfunksystemen ist eine hohe Ersparnis zu erwarten, da ein Großteil der Nutzer überdurchschnittliche Empfangsbedingungen vorfindet, wohingegen der Receiver für den „Worst-Case” entworfen wurde. Da es im Rundfunk keinen Rückkanal zur Anpassung der Sendeleistung bzw. Modulation gibt, können die guten Empfangsbedingungen mit dem beschriebenen Verfahren direkt ausgenutzt werden, um Decodieroperationen zu sparen. Als Beispiel sei auf eine mögliche Integration in einen Receiver für das amerikanische terrestrische Fernsehsystem ATSC hingewiesen. Die Anwendbarkeit des Verfahrens auf trelliscodierte Modulation, wie sie im ATSC-System eingesetzt wird, wurde mit Hilfe von Simulationen nachgewiesen.The method can be used in receivers for both broadcast systems and communication systems. In principle, the method according to the invention can be used in all communication methods which hitherto use the turbo method in order to optimize the energy consumption. In broadcasting systems in particular, a high level of savings is to be expected, since the majority of users find above-average reception conditions, whereas the receiver was designed for the "worst case". Since there is no return channel for the adaptation of the transmission power or modulation in broadcasting, the good reception conditions can be utilized directly with the described method in order to save decoding operations. As an example, a possible integration into a receiver for the American terrestrial television system ATSC is pointed out. The applicability of the method to trellis-coded modulation, as used in the ATSC system, has been demonstrated by means of simulations.

In einer vorteilhaften Weiterbildung kann es vorgesehen sein, dass mit dem Kanaldecoder neue Wahrscheinlichkeiten nur zu den Bits fehlerhafter Blöcke berechnet werden. Weiterhin kann es vorgesehen sein für die zu fehlerfreien Blöcken zugehörigen Bits der vom Kanalentzerrer geschätzten codierten Informationssequenz eine vorbestimmte Wahrscheinlichkeit festzusetzen. Es kann dabei in einer möglichen Ausführung vorgesehen sein, dass diese gesetzten Wahrscheinlichkeiten, bei nachfolgenden Iterationen ungeändert bleiben. Es kann in einer anderen Ausführung auch vorkommen, dass durch Änderung der Sequenz im Kanalentzerrer das Syndrom geändert wird und andere Bereich als fehlerfrei und/oder fehlerbehaftet festgestellt werden.In an advantageous development, it can be provided that with the channel decoder new probabilities are calculated only for the bits of faulty blocks. Furthermore, provision may be made for the bits associated with error-free blocks to set a predetermined probability for the coded information sequence estimated by the channel equalizer. It may be provided in one possible embodiment that these set probabilities remain unchanged in subsequent iterations. It may also happen in another embodiment that the syndrome is changed by changing the sequence in the channel equalizer and other areas are determined to be free from errors and / or errors.

Für die im Rahmen des modifizierten Turboverfahrens nötige Rückkopplung der Wahrscheinlichkeiten aller Bits zum Kanalentzerrer können sodann die vom Decoder gebildeten Wahrscheinlichkeiten zu Bits fehlerhafter Blöcke mit den gesetzten Wahrscheinlichkeiten zu Bits fehlerfreier Blöcke kombiniert werden.For the feedback of the probabilities of all bits to the channel equalizer, which is necessary in the context of the modified turbo method, the probabilities formed by the decoder to bits of erroneous blocks can then be combined with the set probabilities to form bits of error-free blocks.

Es kann dabei im Rahmen des Verfahrens vorgesehen sein, dass für zusammenhängende Blöcke von Nullen in der Syndromsequenz mit einer Länge größer als eine vorbestimmte Mindestlänge die korrespondierenden Blöcke der vom Kanalentzerrer geschätzten codierten Informationssequenz abzüglich einer Anfangslänge und einer Endlänge als fehlerfrei angenommen werden. Die so festgestellten Blöcke erfahren erfindungsgemäß keine weitere Dekodierung im Decoder, wobei weiterhin davon auszugehen ist, dass mit fortschreitender Iteration die Anzahl fehlerfreier Blöcke und/oder die Größe fehlerfreier Blöcke zunimmt.It may be provided in the context of the method that, for contiguous blocks of zeroes in the syndrome sequence having a length greater than a predetermined minimum length, the corresponding blocks of the coded information sequence estimated by the channel equalizer minus an initial length and an end length are assumed to be error-free. According to the invention, the blocks thus determined undergo no further decoding in the decoder, and it can furthermore be assumed that the number of error-free blocks and / or the size of error-free blocks increases as the iteration progresses.

Bei der Rückkopplung von Wahrscheinlichkeiten zu allen Bits der vom Kanalentzerrer geschätzten codierten Informationssequenz wird es in einer vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen sein, das zwischen Entzerrer und Decoder vorgenommene Entschachteln und De-Mappen rückgängig zu machen, durch einen Mapper und einer Vorrichtung zum Verschachteln. Mapping und Verschachteln korrespondiert dabei zu den Verfahren, wie sie beim Senden vorgenommen wurden. In weiterer vorteilhafter Abwandlung zum bekannten Turbo-Verfahren kann es bei der Erfindung vorgesehen sein, dass der Decoder zur Decodierung fehlerhafter Blöcke das Trellis des eingesetzten Sydromformers verwendet.In the feedback of probabilities to all bits of the encoded information sequence estimated by the channel equalizer, it will be provided in an advantageous embodiment to undo the de-interleaving and de-mapping done between equalizer and decoder, by a mapper and a device for interleaving. Mapping and interleaving correspond to the procedures used for sending. In a further advantageous modification to the known turbo method, it can be provided in the invention that the decoder uses the trellis of the inserted Sydromformers for decoding faulty blocks.

Wie auch beim bekannten Turbo-Verfahren kann die Iterationsschleife beendet werden, wenn z. B. eine vorbestimmte Anzahl von Iterationen erreicht wird oder in einer bevorzugten Ausführung, wenn das Syndrom Null ist, insbesondere sofern diese Bedingung vor Erreichen einer vorbestimmten Anzahl von Iterationen eintritt. Neben der Reduktion der Kanaldecoderkomplexität durch die zuvor beschriebene Beschränkung der Dekodierung nur auf die fehlerhaften Blöcke in der vom Kanalentzerrer geschätzten codierten Informationssequenz kann in einer vorteilhaften Weiterbildung durch das Auswerten des Syndromgewichts, welches durch die Anzahl der ,1'-Stellen in der Syndromsequenz definiert wird, nach jeder Iteration eine Adaption des Verfahrens in Bezug auf den verwendeten Kanalentzerrer, d. h. den eingesetzten Algorithmus realisiert werden.As with the known turbo method, the iteration loop can be terminated when z. B. a predetermined number of iterations is achieved or in a preferred embodiment, when the syndrome is zero, in particular if this condition occurs before reaching a predetermined number of iterations. In addition to the reduction of channel decoder complexity by the previously described restriction of decoding only to the erroneous blocks in the encoded information sequence estimated by the channel equalizer, in an advantageous development by evaluating the syndrome weight defined by the number of '1' digits in the syndrome sequence after each iteration, adapting the method with respect to the channel equalizer used, d. H. realized the algorithm used.

Das bedeutet, dass bei einem hohen Syndromgewicht, das auf eine hohe Anzahl von Fehlern schließen lässt, ein leistungsstarker und dafür komplexerer Kanalentzerrer (z. B. MAP) verwendet wird. Sinkt das Syndromgewicht dann nach wenigen Iterationen, z. B. unter eine zuvor festgelegte Schwelle, kann ein anderer, z. B. weniger komplexer Kanalentzerrer verwendet werden. So kann abhängig vom Kriterium des Syndromgewichts adaptiv ein passender Kanalentzerrer für die jeweilige Situation ausgewählt werden. Dies führt zu einer weiteren Reduzierung der Anzahl benötigter Rechenoperationen für den Kanalentzerrer bei höheren Iterationsdurchläufen. This means that with a high syndrome weight, which suggests a high number of errors, a powerful and more complex channel equalizer (eg MAP) is used. If the syndrome weight then drops after a few iterations, eg. B. below a predetermined threshold, another, z. B. less complex Kanalentzerrer be used. Thus, depending on the criterion of the syndrome weight, a suitable channel equalizer can be adaptively selected for the respective situation. This leads to a further reduction of the number of required arithmetic operations for the channel equalizer at higher iteration runs.

Nähere Ausführungen zum Stand der Technik, insbesondere zur Grundlage des Turboverfahrens und zur Erfindung werden nachfolgend im Detail erläutert. Sofern in diesen Ausführungen konkrete Algorithmen genannt werden, so stellen diese lediglich ein Beispiel dar. Das Verfahren kann auch mit anderen hier nicht ausdrücklich genannten Algorithmen durchgeführt werden.Further details of the prior art, in particular the basis of the turbo process and the invention are explained in detail below. If concrete algorithms are mentioned in these explanations, these represent only an example. The method can also be carried out with other algorithms not explicitly mentioned here.

I. EINLEITUNGI. INTRODUCTION

Soft-Input-Soft-Output (SISO) Decodierung ist eine wichtige Voraussetzung für iterative Empfängerstukturen die dem Turbo-Prinzip folgen, wie sie bei Turbodecodierung [1] und Turboentzerrung [2] Anwendung finden. Im Falle von Faltungscodes basiert der SISO Decoder typischerweise auf dem BCJR Algorithmus [3], welcher die Trellisstruktur des Encoders für die Berechnung der a-posteriori Informationen nutzt.Soft-input-soft-output (SISO) decoding is an important prerequisite for iterative receiver structures that follow the turbo principle, as used in turbo decoding [1] and turbo equalization [2]. In the case of convolutional codes, the SISO decoder is typically based on the BCJR algorithm [3], which uses the trellis structure of the encoder to compute the a posteriori information.

Der BCJR Algorithmus kann ebenfalls auf das Trellis des Syndromformers des Codes angewandt werden, wie in [4] beschrieben. Die Struktur dieses Trellis hängt von der Syndromsequenz ab, die eine Funktion des Fehlers in der Empfangssequenz ist. Das heisst, fehlerfreie Abschnitte in der Empfangssequenz führen zu Nullsequenzen in der Syndromsequenz. Berücksichtigt man dies, so können fehlerfreie Bereiche in der Empfangssequenz abgeschätzt werden, indem die Syndromsequenz analysiert wird, bevor der Decodiervorgang begonnen wird. Diese Eigenschaft der Syndromdecodierung ermöglicht eine beträchtliche Reduktion der Decodierkomplexität, indem nur fehlerhafte Abschnitte decodiert und ohnehin fehlerfreie Abschnitte nicht verarbeitet werden [5]. In [6] nutzten wir diesen Ansatz um die Decodierkomplexität des DVB-T Kanaldecoders zu reduzieren.The BCJR algorithm can also be applied to the trellis of the syndrome shaper of the code, as described in [4]. The structure of this trellis depends on the syndrome sequence, which is a function of the error in the receiving sequence. That is, error-free sections in the receive sequence lead to null sequences in the syndrome sequence. Taking this into account, error-free regions in the receive sequence can be estimated by analyzing the syndrome sequence before starting the decoding process. This property of the syndrome decoding allows a considerable reduction of the decoding complexity by decoding only erroneous sections and, in any case, not processing error-free sections [5]. In [6] we used this approach to reduce the decoding complexity of the DVB-T channel decoder.

Die Reduktion der Decodierkomplexität hängt von der Anzahl der Fehler in der zu decodierenden Sequenz ab. In herkömmlichen Systemen ist dies eine Funktion des SNR: Ein höherer SNR führt zu geringerer Decodierkomplexität. Betrachtet man allerdings ein System, das Turboentzerrung einsetzt, so hängt die Anzahl der verbleibenden Fehler in der zu decodierenden Sequenz nicht nur vom SNR, sondern auch vom aktuellen Iterationsschritt ab: Für höhere Iterationsschritte ist eine verringerte Anzahl Fehler zu erwarten, was zu einer niedrigeren Decodierkomplexität führt.The reduction in decoding complexity depends on the number of errors in the sequence to be decoded. In conventional systems this is a function of the SNR: a higher SNR leads to lower decoding complexity. However, considering a system using turbo equalization, the number of remaining errors in the sequence to be decoded depends not only on the SNR, but also on the current iteration step: for higher iteration steps, a reduced number of errors is expected, leading to lower decoding complexity leads.

Dieser Artikel ist folgendermaßen aufgebaut: In Abschnitt II werden das grundlegende Prinzip der Turboentzerrung und der verwendete Entzerrer erläutert. Das Thema von Abschnitt III ist der Log MAP Decoder mit adaptiver Komplexität. Nach der Beschreibung der syndrombasierten Vorverarbeitung (III-A) wird das Prinzip der syndrombasierten MAP Decodierung erörtert (III-B). Simulationsergebnisse werden in Abschnitt IV präsentiert. Schlussfolgerungen werden in Abschnitt V gezogen.This article is structured as follows: Section II explains the basic principle of turbo equalization and the equalizer used. The subject of Section III is the Adaptive Complex Log MAP Decoder. After the description of the syndrome-based preprocessing (III-A), the principle of syndrome-based MAP decoding will be discussed (III-B). Simulation results are presented in Section IV. Conclusions are taken in Section V.

II. TURBOENTZERRUNGII. TURBOENT CREATION

In diesem Abschnitt werden die grundlegenden Prinzipien der Turboentzerrung und des verwendeten Entzerrers zusammengefasst.This section summarizes the basic principles of turbo equalization and the equalizer used.

A. GrundlagenA. Basics

Wir nehmen eine Übertragung wie in 1 an: Eine binäre Informationssequenz, repräsentiert durch einen K × 1 Vektor u = {uk}, wird mit einem Faltungscode der Rate R encodiert. Die resultierende Codesequenz v = {υk} der Länge L = K/R wird verschachtelt, v' = Π(v), auf Modulationssymbole abgebildet und über den frequenzselektiven Kanal übertragen. Die empfangene Sequenz kann durch y = Hcv' + n, beschrieben werden, wobei Hc die zu dem Kanal der Länge M gehörende (L + M – 1) × L Kanalfaltungsmatrix ist, und n additives weisses gauß'sches Rauschen (AWGN) mit Rauschleistung σ 2 / n darstellt.We take a transfer as in 1 A binary information sequence represented by a K × 1 vector u = {u k } is encoded with a rate R convolutional code. The resulting code sequence v = {υ k } of length L = K / R is interleaved, v '= Π (v), mapped to modulation symbols and transmitted over the frequency-selective channel. The received sequence can by y = H c v '+ n, where H c is the (L + M-1) × L channel convolution matrix associated with the channel of length M, and n additive white Gaussian noise (AWGN) with noise power σ 2 / n represents.

Die Aufgabe des Empfängers ist es, eine passende Schätzung û der ursprünglichen Informationssequenz zu berechnen. Dem Turboprinzip folgend wird diese Aufgabe durch Iterieren zwischen einem SISO Entzerrer und einem SISO Kanaldecoder gelöst. Beide Komponenten tauschen ihre Schätzungen der Wahrscheinlichkeiten von jedem Bit υk aus, was zu einer iterativen Verbesserung der Schätzung bis zu einer gewissen Grenze führt. Die Wahrscheinlichkeiten werden als Log-Likelihood Ratios (LLRs) ausgedrückt, dargestellt durch L(·). Das wichtige zugrunde liegende Prinzip ist, dass beide Komponenten unabhängige, extrinsische LLRs LE(·) erzeugen. The task of the receiver is to compute a fitting estimate û of the original information sequence. Following the turbo principle, this task is solved by iterating between a SISO equalizer and a SISO channel decoder. Both components exchange their estimates of the probabilities of each bit υ k , resulting in an iterative improvement of the estimate to some limit. The probabilities are expressed as Log Likelihood Ratios (LLRs) represented by L (·). The important underlying principle is that both components produce independent, extrinsic LLRs L E (·).

2 zeigt die Struktur des Turbodetektors: Der Entzerrer erzeugt a-posteriori Schätzungen mit Hilfe der gestörten Sequenz y und, nach der ersten Iteration, zusätzlich der a-priori Information L d / E(υ ' / k) über die Codebits. Modulation/Demodulation ist nötig um zwischen Bits und Modulationssysmbolen zu transformieren. Extrinsische Informationen werden erzeugt, indem die a-pirori LLRs von den a-posteriori Werten Le(υ ' / k) abgezogen werden, L e / E(υ ' / k) = Le(υ ' / k) – L d / E(υ ' / k). (1) 2 shows the structure of the turbo-detector: The equalizer generates a posteriori estimates using the perturbed sequence y and, after the first iteration, additional a-priori information L d / E (υ '/ k) about the code bits. Modulation / demodulation is needed to transform between bits and modulation symbols. Extrinsic information is generated by the a-pirori LLRs from the a-posteriori values L e (υ '/ k) subtracted from, L e / E (υ '/ k) = L e (υ' / k) - L d / E (υ '/ k). (1)

Der Decoder erhält die nicht-verschachtelte Sequenz L e / E(υk) als Eingangsdaten und erzeugt die a-posteriori Schätzung Ldk). Extrinsische Information L d / E(υk) der Codebits υk wird durch berechnen von L d / E(υk) = Ldk) – L e / E(υk) (2) erzeugt und die verschachtelten extrinsischen LLRs L d / E(υ ' / k) werden in der nächsten Iteration an den Entzerrer geleitet. In der letzten Iteration gibt der Decoder außerdem eine Schätzung û der Informationssequenz aus.The decoder receives the non-nested sequence L e / E (υ k ) as input data and generates the a-posteriori estimate L dk ). Extrinsic information L d / E (υ k ) the code bits υ k is calculated by L d / E (υ k ) = L dk ) - L e / E (υ k ) (2) and the nested extrinsic LLRs L d / E (υ '/ k) will be routed to the equalizer in the next iteration. In the last iteration, the decoder also outputs an estimate û of the information sequence.

Maximum a-posteriori probability (MAP) Varianten von Entzerrer und Decoder können auf Basis der Trellisdarstellung von Kanal und Code realisiert werden. Alternativ wurde für den Entzerrer eine lineare Realisierung (Minimum Mean Squared Error Linear Equalizer, MMSE LE) vorgeschlagen [7]. Für die Simulationen, die in dieser Arbeit präsentiert werden, wird der MMSE LE verwendet. Daher wird dieser im folgenden Abschnitt für den Fall einer BPSK zusammengefasst.Maximum a-posteriori probability (MAP) Variants of equalizers and decoders can be realized on the basis of the trellis representation of channel and code. Alternatively, a linear realization (Minimum Mean Squared Error Linear Equalizer, MMSE LE) has been proposed for the equalizer [7]. For the simulations presented in this work, the MMSE LE is used. Therefore, this is summarized in the following section for the case of a BPSK.

B. Linearer MMSE EntzerrerB. Linear MMSE equalizer

Der Entzerrer berechnet die extrinsischen LLRs L e / E(υ ' / k) durch Anwendung des zeitveränderlichen Filters ck auf das normalisierte Residuum der empfangenen Symbole yk und der Prädiktion Hb v ' / k der empfangenen Symbole, L e / E(υ ' / k) = 2c H / k(yk – Hb v ' / k)/(1 – sHck), (3) wobei

  • • ck der (N × 1) Filtervektor mit N = N1 + N2 + 1 ist.
  • • yk ein Vektor bestehend aus den empfangenen Symbolen yk-N₁ bis yk+N₂ ist.
  • • Hb ein N × (N + M – 1) Block aus Hc ist.
  • v ' / k ein (N + M – 1) × 1 Vektor bestehend aus den Erwartungswerten υ ' / k-M-N₂+1 bis υ ' / k+N₁ ist, der entsprechend υ ' / n = tanh(L d / E(υ ' / n/2) mit n = k – M – N2 + 1, ..., k + N1 aus den LLRs berechnet werden kann. Das Element υ ' / k wird zu Null gesetzt.
  • • s die (N2 + M)-te Spalte von Hb ist.
The equalizer calculates the extrinsic LLRs L e / E (υ '/ k) by applying the time-variant filter c k to the normalized residual of the received symbols y k and the prediction H b v '/ k the received symbols, L e / E (υ '/ k) = 2c H / k (y k - H b v '/ k) / (1 - s H c k ), (3) in which
  • • c k is the (N × 1) filter vector with N = N 1 + N 2 + 1.
  • • y k is a vector consisting of the received symbols y k-N₁ to y k + N₂ .
  • • H b is an N × (N + M - 1) block of H c .
  • v '/ k an (N + M - 1) × 1 vector consisting of the expectation values υ '/ kM-N₂ + 1 to υ '/ k + N₁ is that appropriate υ '/ n = tanh (L d / E (υ' / n / 2) with n = k - M - N 2 + 1, ..., k + N 1 can be calculated from the LLRs. The element υ '/ k is set to zero.
  • • s is the (N 2 + M) -th column of H b .

Der Filtervektor wird berechnet als gewichteter MMSE Schätzer, ck = (σ 2 / nIN + HbVkH H / b)–1s, (4) wobei Vk eine Diagonalmatrix ist, Vk = diag(1 – |υ ' / k-M-N₂+1|2, ...‚ 1 – |υ ' / k+N₁|2). (5) The filter vector is calculated as a weighted MMSE estimator, c k = (σ 2 / n 1 N + H b V k HH / b) -1 s, (4) where V k is a diagonal matrix, V k = diag (1 - | υ '/ kM-N₂ + 1 | 2 , ..., 1 - | υ '/ k + N₁ | 2 ). (5)

Analog zum Setzen von υ ' / k = 0, wird das (N2 + M)-te Diagonalelement von Vk zu 1 gesetzt. Dies garantiert, dass das Filter eine Schätzung L e / E(υ ' / k) generiert, die unabhängig von L d / E(υ ' / k) ist. Wenn man bedenkt, dass Entzerrer und Decoder durch einen Verschachtler getrennt sind, folgt, dass L e / E(υ ' / k) das extrinsische LLR ist.Analogous to the setting of υ '/ k = 0, the (N 2 + M) -th diagonal element of V k is set to 1. This guarantees that the filter is an estimate L e / E (υ '/ k) generated independently of L d / E (υ '/ k) is. Considering that equalizers and decoders are separated by an interleaver, it follows that L e / E (υ '/ k) which is extrinsic LLR.

III. ADAPTIVER LOG MAP DECODER MIT NIEDRIGER KOMPLEXITÄT III. ADAPTIVE LOG MAP DECODER WITH LOW COMPLEXITY

Die grundlegende Idee des vorgeschlagenen adaptiven Decodierungskonzeptes ist es, die Harddecision der Decodereingangssequenz vorzuverarbeiten und sie in Blöcke zu spalten, die als fehlerfrei betrachtet werden und Blöcke die fehlerhaft sind. Nur die fehlerhaften Blöcke werden tatsächlich vom Decoder verarbeitet, während die fehlerfreien Blöcke nur mit einer hohen Sicherheit versehen und direkt zur aufeinanderfolgenden Stufe weitergegeben werden. Das vorgeschlagene Konzept basiert auf dem Syndromdecodierungsprinzip (SD) von Faltungscodes [8], was bedeutet, dass der Decodierungsalgorithmus auf dem Trellis des Syndromformers statt auf dem Trellis des Encoders arbeitet. Im SD Ansatz, der von Schalkwijk et. al. [9] präsentiert wurde, wird dieses Trellis nach der Maximum Likelihood Fehlersequenz durchsucht, welche dann benutzt werden kann um die Übertragungsfehler in der Empfangssequenz zu korrigieren.The basic idea of the proposed adaptive decoding concept is to preprocess the hard decision of the decoder input sequence and split it into blocks that are considered error free and blocks that are corrupted. Only the faulty blocks are actually processed by the decoder, while the error-free blocks are provided only with a high security and passed on directly to the successive stage. The proposed concept is based on the syndrome decoding (SD) principle of convolutional codes [8], which means that the decoding algorithm works on the trellis of the syndrome shaper rather than on the trellis of the encoder. In the SD approach, by Schalkwijk et. al. [9], this trellis is searched for the maximum likelihood error sequence, which can then be used to correct the transmission errors in the receive sequence.

In dieser Arbeit wird ein MAP Decoder basierend auf dem Syndromformertrellis vorgeschlagen. Man beachte, dass im Vergleich zu Turbocodes der Decoder LLRs für die Codebits generiert, nicht für die Informationsbits. Das macht eine syndromtrellisbasierte Implementierung unkomplizierter, im Vergleich zu [4]. Der folgende Abschnitt III-A beschreibt die syndrombasierte Vorverarbeitung, während Abschnitt III-B den syndrombasierten Log MAP Decoder präsentiert.In this work a MAP decoder based on syndrome former trellis is proposed. Note that compared to turbo codes, the decoder generates LLRs for the code bits, not for the information bits. This makes a syndrome trellis-based implementation less complicated compared to [4]. Section III-A below describes the syndrome-based preprocessing, while Section III-B presents the syndrome-based Log MAP decoder.

A. Syndrombasierte VorverarbeitungA. Syndrome-based preprocessing

Gegeben ist ein Faltungscode C dargestellt durch einen Encoder G(D), dann ist der Syndromformer HT(D) die Transponierte eines Encoders H(D) des dualen Codes C. Es gilt, dass G(D)HT(D) = 0, (6) d. h. HT(D) ist orthogonal zu allen Codesequenzen von C.Given a convolutional code C represented by an encoder G (D), the syndrome shaper H T (D) is the transpose of an encoder H (D) of the dual code C . It is true that G (D) H T (D) = 0, (6) ie H T (D) is orthogonal to all code sequences of C.

Sei r = {rk} die Harddecision von L e / E(υk), so dass

Figure 00120001
Let r = {r k } be the hard decision of L e / E (υ k ), so that
Figure 00120001

Man beachte, dass r sich in jeder Iteration verändert. Dann kann die Sequenz r der Länge L im Zeitbereich dargestellt werden als r = uG ⊕ e = v ⊕ e, (8) wobei e den verbleibenden Kanalfehler darstellt. Die Anwendung der Zeitbereichsdarstellung HT des Syndromformers auf r ergibt die Syndromsequenz b der Länge L(1 – R): b = rHT = uGHT ⊕ eHT = eHT (9) Note that r changes in each iteration. Then the sequence r of length L in the time domain can be represented as r = uG ⊕ e = v ⊕ e, (8) where e represents the remaining channel error. The application of the time domain representation H T of the syndrome shaper to r yields the syndrome sequence b of length L (1-R): b = rH T = uGH T ⊕ eH T = eH T (9)

In (9) kann festgestellt werden, dass wegen der Orthogonalität von HT zum Code, b nur vom Kanalfehler abhängt. Im Fall das r vollständig fehlerfrei ist, ist diese vollständig orthogonal zu HT und somit ist die Syndromsequenz b gleich Null. Jedoch im allgemeinen Fall, wenn r Fehler enthält, kann diese nur teilweise orthogonal zu HT sein. Das bedeutet, dass fehlerfreie Untersequenzen einer bestimmten Minimallänge in r sich zu einer Sequenz von fortlaufenden Nullen in b fortpflanzen werden. Somit ist es möglich, fehlerfreie Blöcke in r durch Analyse von b zu schätzen.In (9) it can be stated that because of the orthogonality of H T to the code, b depends only on the channel error. In the case that r is completely error-free, it is completely orthogonal to H T and thus the syndrome sequence b is zero. However, in the general case, if r contains errors, this may only be partially orthogonal to H T. This means that error-free subsequences of a certain minimum length in r will propagate into a sequence of consecutive zeroes in b. Thus, it is possible to estimate error-free blocks in r by analyzing b.

Basierend auf dieser Beobachtung kann adaptive reduzierte Komplexität wie folgt realisiert werden:

  • 1) Berechne die Harddecisionsequenz r nach (7).
  • 2) Berechne die Syndromsequenz b = rHT.
  • 3) Zerlege r in fehlerhafte und fehlerfreie Blöcke durch Analyse von b: Für Blöcke mit ≥ lmin aufeinander folgenden Nullsymbolen in b werden die korrespondierenden Blöcke in r als fehlerfrei betrachtet. Zwei zusätzliche Parameter lon und loff werden benutzt um eine Erweiterung der fehlerhaften Blöcke am Anfang bzw. am Ende zu definieren. Die Bedeutung der Parameter ist in 3 dargestellt. Es gilt, dass lon + loff ≤ lmin.
  • 4) Die einzelnen Blöcke werden wie folgt verarbeitet: a) Die fehlerhaften Blöcke werden dem Decoder zugeführt. Diese Blöcke sind unabhängig voneinander und werden als im Nullzustand terminiert und initialisiert betrachtet. Die Anzahl der fehlerhaften Blöcke pro Rahmen wird als J bezeichnet und die Anzahl der Trellisabschnitte pro Block j als Tj. Der syndrombasierte MAP Decoder berechnet die LLRs Ldk) für jeden der J Blöcke (siehe Abschnitt III-B). b) Die verbleibenden Blöcke werden als fehlerfrei betrachtet. Daher werden sie nicht vom Decoder verarbeitet und den entsprechenden Bits wird ein unendliches LLR zugewiesen: Ldk) = ∞·(2rk – 1) (10) Man beachte, dass dies für den Entzerrer schlichtweg bedeutet, dass der Erwartungswert der entsprechenden verschachtelten Bits gesetzt wird zu υ ' / k = 2r ' / k – 1. (11)
  • 5) Während der Iterationen werden die LLRs Ldk) unter Verwendung von (2) in extrinsische LLRs transformiert und zum Entzerrer zurück gekoppelt. Nach der letzten Iteration wird eine Harddecision v ^ von Ldk) genommen und unter Verwendung der rechten Inversen der Generatormatrix û = v ^G–1 zur Schätzung der Informationssequenz û zurück transformiert.
Based on this observation, adaptive reduced complexity can be realized as follows:
  • 1) Compute the hard decision sequence r after (7).
  • 2) Calculate the syndrome sequence b = rH T.
  • 3) Decomposition r into erroneous and error-free blocks by analyzing b: For blocks with ≥ l min consecutive zero symbols in b, the corresponding blocks in r are considered to be error-free. Two additional parameters l on and l off are used to define an extension of the faulty blocks at the beginning or at the end. The meaning of the parameters is in 3 shown. It holds that 1 on + 1 off ≤ 1 min .
  • 4) The individual blocks are processed as follows: a) The faulty blocks are fed to the decoder. These blocks are independent of each other and are considered to be terminated and initialized at zero state. The number of bad blocks per Frame is referred to as J and the number of trellis sections per block j as T j . The syndrome-based MAP decoder calculates the LLRs L dk ) for each of the J blocks (see Section III-B). b) The remaining blocks are considered error free. Therefore, they are not processed by the decoder and the corresponding bits are assigned an infinite LLR: L dk ) = ∞ · (2 r k - 1) (10) Note that this simply means to the equalizer that the expected value of the corresponding interleaved bits is set υ '/ k = 2r' / k - 1. (11)
  • 5) During the iterations, the LLRs L dk ) are transformed into extrinsic LLRs using (2) and coupled back to the equalizer. After the last iteration, a hard decision v ^ is taken from L dk ) and using the right-hand inverse of the generator matrix û = v ^ G -1 to estimate the information sequence û transformed back.

Dieses Konzept verringert den Decodierungsaufwand, weil nur die fehlerhaften Teile vom MAP Decoder verarbeitet werden. Die Reduktion hängt von der Eingangsbitfehlerrate des Decoders ab: Je niedriger die Eingangsbitfehlerrate, desto mehr und längere fehlerfreie Blöcke können identifiziert werden und um so höher ist somit die Reduktion des Decodierungsaufwands. Andererseits muss im schlechtesten Fall, wenn keine fehlerfreien Blöcke identifiziert werden können (J = 1), die gesamte Sequenz verarbeitet werden und der Aufwand ist identisch zu dem des konventionellen Decoders. Bei der Turboentzerrung verbessert sich im Fall von Konvergenz die Eingangbitfehlerrate des Decoders von einer Iteration zur nächsten. Dies resultiert somit in steigenden Ersparnissen des Decodierungsaufwands während des Iterationsprozesses.This concept reduces the decoding overhead because only the defective parts are processed by the MAP decoder. The reduction depends on the input bit error rate of the decoder: the lower the input bit error rate, the more and longer error free blocks can be identified, and thus the higher the reduction of the decoding effort. On the other hand, in the worst case, if no error-free blocks can be identified (J = 1), the entire sequence must be processed and the overhead is identical to that of the conventional decoder. In turbo equalization, in the case of convergence, the input bit error rate of the decoder improves from one iteration to the next. This results in increasing savings in decoding overhead during the iteration process.

Verarbeitet man lediglich Teile der Eingangssequenz und weist den verbleibenden mutmaßlich fehlerfreien Blöcken hohe Sicherheit zu, kann dies offensichtlich die Bitfehlerratenperformanz des Turboentzerrersystems herabsetzen. Ursprünge der Performanzherabsetzung können sein, dass

  • • die LLRs für die fehlerhaften Blöcke nur basierend auf einzelnen Blöcken, nicht der gesamten Sequenz, berechnet werden,
  • • einzelne Blöcke fälschlicherweise als initialisiert und terminiert im Nullzustand betrachtet werden und
  • • fehlerfreie Blöcke fälschlicherweise als fehlerfrei betrachtet werden und somit einzelnen fehlerhaften Bits hohe Sicherheiten zugewiesen werden.
Processing only portions of the input sequence and assigning high confidence to the remaining suspected error-free blocks may obviously degrade the bit error rate performance of the turbo-equalizer system. Origins of the performance reduction can be that
  • • the LLRs for the faulty blocks are calculated based only on individual blocks, not the entire sequence,
  • • Individual blocks are mistakenly considered as initialized and terminated in the null state and
  • • error-free blocks are erroneously regarded as error-free and thus high levels of security are assigned to individual erroneous bits.

Die Wahl der Designparameter (lmin, lon, loff) ist somit kritisch um eine Bitfehlerratenperformanz äquivalent zu der des optimalen Decoders zu behalten. Allgemein werden größere Werte für lmin den Einfluss der erwähnten herabsetzenden Faktoren reduzieren. Andererseits werden kleinere Werte die Reduktion des Aufwands erhöhen. Daher müssen die Designparameter sorgfältig für ein gegebenes System und den zugrundeliegenden Code ausgesucht werden. In der Tat ist es möglich, Parameterwerte auszuwählen, so dass die Bitfehlerratenperformanz nicht leidet und die Reduktion des Aufwands immer noch signifikant ist. Dieser Aspekt wird klar werden anhand der in Abschnitt IV präsentierten Simulationsergebnisse.The choice of design parameters (1 min , 1 on , 1 off ) is thus critical to keeping bit error rate performance equivalent to that of the optimal decoder. Generally, larger values for 1 min will reduce the influence of the aforementioned decreasing factors. On the other hand, smaller values will increase the reduction of the effort. Therefore, the design parameters must be carefully selected for a given system and the underlying code. In fact, it is possible to select parameter values so that the bit error rate performance does not suffer and the reduction of the effort is still significant. This aspect will become clear from the simulation results presented in Section IV.

Im Vergleich zur eigentlichen MAP Decodierung betrachten wir die Komplexität der Vorverarbeitungsschritte als unerheblich: Syndromberechnung und Anwendung der rechten Inversen werden durch XOR-Operationen realisiert. Die Zerlegung in Blöcke kann implementiert werden, indem lediglich aufeinander folgende Nullen in b gezählt werden [10].In comparison to the actual MAP decoding, we consider the complexity of the preprocessing steps irrelevant: syndrome computation and application of the right inverse are realized by XOR operations. The decomposition into blocks can be implemented by counting only successive zeroes in b [10].

B. Syndrombasierter Log MAP DecoderB. Syndrome-based Log MAP decoder

Die Struktur des syndrombasierten Log MAP Decodierungsalgorithmus (Log MAP SD) ist identisch zum bekannten Log MAP [3], [11]. Allerdings basiert der Log MAP SD auf dem Trellis des Syndromformers, während letzterer auf dem Encodertrellis arbeitet. Genauer gesagt arbeitet er auf dem Trellis, welches durch b = rHT definiert ist, wobei in jedem Zeitschritt nur die Übergänge betrachtet werden, die dem aktuellen Syndromsymbol entsprechen. Dies stellt sicher, dass alle Trellispfade zulässige Fehlersequenzen sind, d. h. in gültigen Codesequenzen resultieren, wenn sie auf r angewandt werden.The structure of the syndrome-based Log MAP decoding algorithm (Log MAP SD) is identical to the known Log MAP [3], [11]. However, the Log MAP SD is based on the trellis of the syndrome shaper, while the latter works on the encoder trellis. More specifically, it works on the trellis, which is defined by b = rH T , where in each time step only the transitions corresponding to the current syndrome symbol are considered. This ensures that all trellis paths are allowable error sequences, ie result in valid code sequences when applied to r.

Der Decoder schätzt die LLRs

Figure 00140001
der Codebits υk basierend auf der beobachteten Eingangssequenz r ~ = {L e / E(υk)}. Unter Verwendung der Trellisdarstellung des Codes kann (12) umformuliert werden als
Figure 00140002
wobei p und q Trelliszustände zu Zeitpunkten t beziehungsweise (t + 1) sind und S0 beziehungsweise S1 Übergänge darstellen, die zu υk = 0 beziehungsweise υk = 1 führen.The decoder appreciates the LLRs
Figure 00140001
the code bits υ k based on the observed input sequence r ~ = {L e / E (υ k )}. Using the trellis representation of the code, (12) can be rewritten as
Figure 00140002
where p and q trellis states at times t and (t + 1) and S 0 and S 1 represent transitions, which lead to υ k = 0 or υ k = 1.

Die Vorwärts- und Rückwärtszustandsmetriken αt(p) und βt(q) werden rekursiv berechnet als

Figure 00140003
The forward and backward state metrics α t (p) and β t (q) are calculated recursively as
Figure 00140003

Die Berechnungen (14) und (15) werden gewöhnlich in der Log Domäne implementiert. Daher ist die Berechnung der Übergangsmetrik γt(p, q) auch in der Log Domäne formuliert als logγt(p, q) = 1 / 2〈r ~(t), (2(e(p,q) ⊕ r(t)) – 1)〉, (16) wobei r ~(t) und r(t) n Softdecision-Werte beziehungsweise n entsprechende Harddecision-Bits zum Zeitpunkt t repräsentieren. Der Vektor e(p,q) enthält die n Fehlerbits zugehörig zum Übergang von Zustand p zum Zustand q und 〈·,·〉 beschreibt das innere Produkt.The calculations (14) and (15) are usually implemented in the log domain. Therefore, the calculation of the transition metric γ t (p, q) is also formulated in the log domain as logγ t (p, q) = 1/2 <r ~ (t) , (2 (e (p, q) ⊕ r (t) ) - 1)>, (16) in which r ~ (t) and r (t) represent n soft-decision values and n corresponding hard-decision bits at time t. The vector e (p, q) contains the n error bits associated with the transition from state p to state q, and <·, ·> describes the inner product.

Die Anwendung des syndromformertrellisbasierten Log MAP SD auf die vollständige Sequenz r liefert identische LLRs wie der konventionelle Log MAP, welcher auf dem Encodertrellis arbeitet: Dies ist leicht zu sehen, da die Übergänge v(p,q) des Encodertrellis mit den Übergängen e(p,q) des Syndromformertrellis verbunden sind durch r(t) = v(p,q) ⊕ e(p,q). (17) The application of syndromformertrellis-based Log MAP SD to the complete sequence r provides identical LLRs as the conventional log MAP, which works on the encoder trellis: This is easy to see because the transitions v (p, q) of the encoder trellis are connected to the junctions e (p, q) of the syndrome former trellis r (t) = v (p, q) ⊕ e (p, q) . (17)

Für die vorgeschlagene Decodierungsmethode mit reduzierter Komplexität, wird der Log MAP SD separat auf die J fehlerhaften Blöcke angewendet, die im Vorverarbeitungsschritt identifiziert wurden (Abschnitt III-A). Im Folgenden wird dieser Ansatz daher als Log MAP BSD (Blockweiser SD) bezeichnet. Diese Blöcke sind terminiert und initialisiert im Nullzustand, folglich müssen die Vorwärts- und Rückwärtsmetriken für jeden Block j passend initialisiert werden zu

Figure 00150001
undFor the proposed reduced complexity decoding method, the Log MAP SD is applied separately to the J erroneous blocks identified in the preprocessing step (Section III-A). In the following, this approach is therefore referred to as Log MAP BSD (Blockwise SD). These blocks are terminated and initialized to zero state, therefore, the forward and backward metrics for each block j must be properly initialized
Figure 00150001
and

Figure 00150002
Figure 00150002

IV. SIMULATIONENIV. SIMULATIONS

A. Parameter-EinstellungenA. Parameter Settings

Der vorgeschlagene Decoder mit reduzierter Komplexität, Log MAP BSD, wird in einem Turbo Entzerrungssystem mit den folgenden Parameter evaluiert:

  • • ISI-Kanal der Länge M = 5 und Kanalimpulsantwort h = [0.227, 0.46, 0.688, 0.46, 0.227],
  • • Nicht-rekursiver, terminierter Rate R = 1/2 Faltungscode mit G(D) = [D2 + 1, D2 + D + 1] und entsprechendem Syndromformer HT(D) = [D2 + D + 1, D2 + 1]T,
  • • 215 Datenbits pro Rahmen, was für den Code mit Rate 1/2 einem Trellis mit T = 215 Sektionen pro Rahmen entspricht,
  • • 14 Iterationen und BPSK-Modulation.
The proposed reduced complexity decoder, Log MAP BSD, is evaluated in a turbo equalization system with the following parameters:
  • • ISI channel of length M = 5 and channel impulse response h = [0.227, 0.46, 0.688, 0.46, 0.227],
  • • Non-recursive, scheduled rate R = 1/2 convolutional code with G (D) = [D 2 + 1, D 2 + D + 1] and corresponding syndrome shaper H T (D) = [D 2 + D + 1, D 2 + 1] T ,
  • • 2 15 data bits per frame, which corresponds to the rate 1/2 code of a trellis with T = 2 15 sections per frame,
  • • 14 iterations and BPSK modulation.

Im Folgenden verwenden wir den Log MAP SD, der die gesamte Sequenz ohne Vorverarbeitung bearbeitet, als Referenz. Es ist wichtig zu betonen, dass die Performanz und die Komplexität des Log MAP SD identisch zum konventionellen Log MAP Decoder sind.In the following, we will use the Log MAP SD, which processes the entire sequence without preprocessing, as a reference. It is important to emphasize that the performance and complexity of the Log MAP SD are identical to the conventional Log MAP decoder.

Der Designparametersatz (lmin, lon, loff) wird heuristisch mit Hilfe von Simulationsergebnissen für erreichbare Bitfehlerraten und Aufwandsreduktion bestimmt. Die Parameter können vorberechnet werden und sind unabhängig vom Entzerrer oder den aktuellen Kanalbedingungen. Diese hängen nur vom verwendeten Code ab. Hier wählen wir die Parameter zu (lmin, lon, loff) = (9, 4, 4), (20) was optimale Bitfehleratenperformanz, jedoch eine deutliche Reduktion des Aufwandes erlaubt.The design parameter set (l min , l on , l off ) is determined heuristically by means of simulation results for achievable bit error rates and effort reduction. The parameters can be precalculated and are independent of the equalizer or the current channel conditions. These depend only on the code used. Here we select the parameters (l min , l on , l off ) = (9, 4, 4), (20) which allows optimal Bitfehleratenperformanz, but a significant reduction of the effort.

B. ErgebnisseB. Results

4 zeigt die Bitfehlerrate (BER) des Turbo Entzerrers nach 1, 2, 3, 5, 8 und 14 Iterationen. Ein System mit aufwandsreduziertem Decoder (Log MAP BSD) wird mit einer Referenzimplementierung basierend auf Log MAP SD verglichen. Es ist leicht erkennbar, dass sich der Log MAP BSD genauso wie das Referenzsystem verhält. 4 shows the bit error rate (BER) of the Turbo Equalizer after 1, 2, 3, 5, 8 and 14 iterations. A low cost decoder (Log MAP BSD) is compared to a reference implementation based on Log MAP SD. It is easy to see that the Log MAP BSD behaves exactly like the reference system.

Der interessante Punkt ist die Analyse der Reduktion des Decodieraufwandes. Diese Reduktion kann als Verhältnis der akkumulierten Größe fehlerhafter (decodierter) Blöcke zur Länge T der gesamten empfangenen Sequenz gemessen werden. Wenn wir die Anzahl der identifizierten fehlerhaften Blöcke in Iteration i mit J(i) und die Länge des Blockes j mit Tj(i) bezeichnen, dann kann dieses Verhältnis in Iteration i durch

Figure 00160001
ausgedrückt werden. 5 zeigt R(i) in Prozent für verschiedene Eb/N0.The interesting point is the analysis of the reduction of the decoding effort. This reduction can be measured as the ratio of the accumulated size of erroneous (decoded) blocks to the length T of the entire received sequence. If we denote the number of identified erroneous blocks in iteration i with J (i) and the length of the block j with T j (i), then this ratio can be iterated by i
Figure 00160001
be expressed. 5 shows R (i) in percent for different E b / N 0 .

Man kann sehen, dass der Decoder für niedrige Iterationszahlen fast die gesamte Sequenz bearbeitet (R(i) ≈ 1), was dem Aufwand des konventionellen Decoders entspricht. Für ansteigende Iterationszahl jedoch verringert sich R(i) gegen eine untere Grenze. Diese untere Grenze verringert sich mit wachsendem SNR. Beispielsweise verarbeitet der Decoder bei 6 dB nur ungefähr 59% bzw. 42% der empfangenen Sequenz in der 6. bzw. 7. Iteration.It can be seen that the low-iteration decoder handles almost the entire sequence (R (i) ≈ 1), which is the cost of the conventional decoder. For increasing iteration number, however, R (i) decreases towards a lower limit. This lower limit decreases with increasing SNR. For example, at 6 dB, the decoder processes only about 59% and 42% of the received sequence in the 6th and 7th iterations, respectively.

Um die Komplexitätsanalyse unabhängig von der Komplexität des Entzerrers zu machen, werden die Parameter so gewählt, dass ein identisches Konvergenzverhalten erreicht wird, d. h. der komplexitätsreduzierte Decoder erreicht die Bitfehlerratenuntergrenze mit derselben Anzahl Iterationen wie die Referenz. In 6 wird die Konvergenz der Bitfehlerrate (BER) über den äquivalenten Iterationen aufgetragen. Die Anzahl der äquivalenten Iterationen wird aus Σ I / i=1 R(i) für Iteration I berechnet und stellt den Rechnenaufwand gemessen in Iterationen des Referenzdecoders dar.In order to make the complexity analysis independent of the complexity of the equalizer, the parameters are chosen so that an identical convergence behavior is achieved, ie the complexity reduced decoder reaches the lower bit error rate limit with the same number of iterations as the reference. In 6 the convergence of the bit error rate (BER) is plotted over the equivalent iterations. The number of equivalent iterations will be canceled Σ I / i = 1 R (i) calculated for iteration I and represents the computational effort measured in iterations of the reference decoder.

Aus 6 kann abgelesen werden, dass der Log MAP BSD die Bitfehlerratenuntergrenze mit derselben Anzahl Iterationen wie der Referenzdecoder erreicht. Beispielsweise erreichen beide Decoder die Untergrenze bei 5 dB nach ungefähr 12 Iterationen. Für den Log MAP BSD lässt sich dies anhand der Graphenmarkierung (×) nachvollziehen. Der Rechenaufwand jedoch, der zum Erreichen der Bitfehlerratengrenze benötigt wird, beträgt lediglich 10.5. Für die anderen Rauschpegel können wir eine Ersparnis von 1.8 bis 2 Iterationen verglichen mit dem Referenzdecoder ablesen, ohne Einfluss auf die Bitfehlerratenperformanz.Out 6 can be read that the Log MAP BSD reaches the lower bit error rate limit with the same number of iterations as the reference decoder. For example, both decoders reach the lower limit at 5 dB after about 12 iterations. For the Log MAP BSD this can be understood by the graphene marking (×). However, the computational effort needed to reach the bit error rate limit is only 10.5. For the other noise levels we can see a saving of 1.8 to 2 iterations compared to the reference decoder, without affecting the bit error rate performance.

Zusammengefasst liefert der Log MAP BSD im betrachteten System dieselbe Bitfehlerrate wie der Referenzdecoder, benötigt jedoch nur 71% bis 87% der Operationen um die Bitfehlerratenuntergrenze zu erreichen. In summary, the Log MAP BSD provides the same bit error rate as the reference decoder in the system under consideration, but requires only 71% to 87% of the operations to reach the lower bit error rate limit.

V. SCHLUSSFOLGERUNGENV. CONCLUSIONS

In diesem Artikel wird ein syndrombasiertes MAP Decodierverfahren mit reduzierter adaptiver Komplexität vorgestellt, und seine Anwendung für Turbo-Entzerrung gezeigt. Die grundlegende Idee besteht darin, es zu vermeiden, mutmaßlich fehlerfreie Bereiche in der Eingangssequenz des Decoder zu decodieren.In this article, a syndrome-based MAP decoding method with reduced adaptive complexity is presented, and its application for turbo-equalization is shown. The basic idea is to avoid decoding supposedly error-free regions in the decoder's input sequence.

Wenn ein geeigneter Satz von Designparametern gewählt wird, beeinträchtigt dieses die Leistung des Systems nicht. Es kann jedoch den Decodieraufwand um bis zu 30% verglichen mit dem Referenzsystem verringern.If a suitable set of design parameters is chosen, this does not affect the performance of the system. However, it can reduce the decoding overhead by up to 30% compared to the reference system.

Neben der Reduktion des Decodieraufwandes kann das vorgeschlagene Konzept ausserdem den Speedup eines parallel implementierten MAP Decoders auf einer Multi-Core-Plattform erhöhen: Die Identifikation von fehlerfreien Blöcken ist äquivalent zur Zustands-Identifikation und kann deshalb genutzt werden, um Überlappung zwischen parallel verarbeiteten Unterblöcken zu vermeiden [5], [10].In addition to the reduction of the decoding effort, the proposed concept can also increase the speedup of a MAP decoder implemented in parallel on a multi-core platform: The identification of error-free blocks is equivalent to the state identification and can therefore be used to overlap between parallel-processed sub-blocks avoid [5], [10].

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Die 7 zeigt weiterhin eine konkrete Ausgestaltung des Kanaldecoders gemäß der Erfindung. Erkennbar ist es hier, dass dem als gestrichelte Umrandung dargestellten Decoder als Eingangswerte die geschätzten Wahrscheinlichkeitswerte Le E(vk) des Kanalentzerrers, insbesondere nach De-Mapping und Entschachtelung zugeführt werden zu jedem Bit vk der empfangenen codierten Informationssequenz. Die vom Kanalentzerrer geschätzte codierte Informationssequenz liegt somit als sogenannte „soft decision” vor.The 7 further shows a concrete embodiment of the channel decoder according to the invention. It can be seen here that the estimated likelihood values L e E (v k ) of the channel equalizer, in particular after de-mapping and deinterleaving, are fed to the decoder shown as dashed edge as input values for each bit v k of the received coded information sequence. The coded information sequence estimated by the channel equalizer is thus available as a so-called "soft decision".

Im Decoder wird durch einen Entscheider, der sogenannte „hard decisions” durchführt, in Abhängigkeit der Wahrscheinlichkeitswerte der vom Kanalentzerrer geschätzten Informationssequenz ein konkreter Wert für jedes Bit geschätzt, nämlich entweder „0” oder „1”, so dass hierdurch nach dem Entscheider eine geschätzte codierte Informationssequenz bestehend aus „hard decisions” vorliegt, die hier weiterhin auch als geschätzter codierter Informationsvektor r bezeichnet wird.In the decoder, a decision maker who performs so-called "hard decisions" estimates a specific value for each bit, namely either "0" or "1", depending on the probability values of the information sequence estimated by the channel equalizer, so that after the decision maker an estimated value encoded information sequence consisting of "hard decisions" exists, which is further referred to here as the estimated coded information vector r.

Auf den Informationsvektor r wird eine Prüfmatrix HT angewendet, die orthogonal zur Generatormatrix des Codes ist, wodurch die Syndromsequenz b gebildet wird, anhand von welcher der vom Entscheider gebildete Informationsvektor r und/oder die vom Kanalentzerrer gebildete Informationssequenz in Blöcke mit und Blöcke ohne Fehler aufgespalten wird.On the information vector r, a check matrix H T is applied, which is orthogonal to the generator matrix of the code, whereby the syndrome sequence b is formed, based on which of the information vector r formed by the decision maker and / or the information sequence formed by the channel equalizer into blocks with and blocks without errors is split.

Dies ist insofern möglich, als dass fehlerhafte Stellen im Informationsvektor r zu ,1' Stellen in der Syndromsequenz b führen. Somit können fehlerhafte Bereiche im Informationsvektor r durch Analyse der ,1' Stellen in b geschätzt werden. Da fehlerhafte Bereiche in der vom Kanalentzerrer geschätzten codierten Informationssequenz zu den fehlerhaften Bereichen im Informationsvektor r korrespondieren ergeben sich diese simultan in gleicher Weise.This is possible insofar as erroneous sites in the information vector r lead to '1' sites in the syndrome sequence b. Thus, erroneous areas in the information vector r can be estimated by analyzing the '1' locations in b. Since defective regions in the coded information sequence estimated by the channel equalizer correspond to the defective regions in the information vector r, they result simultaneously in the same way.

Wie dargestellt, werden hier zu jedem Bit eines fehlerfreien Blocks des Informationsvektors r bzw. der Informationssequenz die zum Kanalentzerrer zurückzukoppelnden Wahrscheinlichkeiten hoch gesetzt, z. B. hier zu „unendlich”. Es handelt sich allgemein bei den genannten Wahrscheinlichkeiten, um diejenigen Wahrscheinlichkeiten, dass die, insbesondere in den „soft decisions” geschätzten codierten Bits mit den tatsächlichen original gesendeten codierten Bits übereinstimmen.As shown, for each bit of an error-free block of the information vector r or the information sequence, the probabilities to be fed back to the channel equalizer are set high, e.g. B. here to "infinite". It is generally the stated probabilities, those probabilities, that the coded bits estimated in particular in the "soft decisions" match the actual originally transmitted coded bits.

Nur bei den fehlerbehafteten Blöcken des Informationsvektors r bzw. der Informationssequenz des Kanalentzerrers werden zu deren jeweiligen codierten Bits neue Wahrscheinlichkeiten berechnet, insbesondere unter zu Hilfenahme des Trellis des Syndromformers. Hier können jedoch auch andere als das genannte Verfahren Log MAP SD eingesetzt werden.Only with the error-prone blocks of the information vector r or the information sequence of the channel equalizer are new probabilities calculated for their respective coded bits, in particular with the aid of the trellis of the syndrome shaper. Here, however, other than the mentioned method Log MAP SD can be used.

Nach der Berechnung der neuen Wahrscheinlichkeiten werden diese mit den gesetzten Wahrscheinlichkeiten kombiniert und so die Wahrscheinlichkeiten Ld(vk) zu allen Bits der codierten Informationssequenz an den Kanalentzerrer zurückgekoppelt, insbesondere mittelbar über einen Mapper und Verschachtler. Hiernach erfolgt eine nächste Iteration und Schätzung der Wahrscheinlichkeitswerte Le E(vk) durch den Kanalentzerrer, die sodann wieder dem Decoder zugeführt werden.After the calculation of the new probabilities, these are combined with the set probabilities and thus the probabilities L d (v k ) are fed back to the channel equalizer to all bits of the coded information sequence, in particular indirectly via a mapper and interleaver. This is followed by a next iteration and estimation of the probability values L e E (v k ) by the channel equalizer, which are then returned to the decoder.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 0808538 B1 [0002] EP 0808538 B1 [0002]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Schalkwijk et. al. [0047] Schalkwijk et. al. [0047]

Claims (9)

Verfahren zur Schätzung einer originalen Informationssequenz aus einer insbesondere fehlerbehafteten Empfangssequenz mittels eines Kanalentzerrers und eines nachfolgenden Decoders, bei dem der Decoder Wahrscheinlichkeiten zu den Bits einer codierten Informationssequenz bildet und in einer Iterationsschleife mit jeder Iteration die Wahrscheinlichkeiten zu allen codierten Bits vom Decoder zum Kanalentzerrer zurückgekoppelt werden bis eine Abbruchbedingung eintritt und der Decoder die Schätzung aller Bits der Informationssequenz ausgibt, dadurch gekennzeichnet, dass mit jeder Iteration eine Schätzung (r) zu allen Bits der, insbesondere vom Kanalentzerrer geschätzten codierten Informationssequenz gebildet wird und mit einem Syndromformer die zu der Schätzung zugehörige Syndromsequenz (b) berechnet und anhand der Syndromsequenz (b) fehlerfreie und fehlerhafte Blöcke der Schätzung (r) identifiziert werden und der Decoder nur die fehlerhaften Blöcke decodiert.A method for estimating an original information sequence from a particular erroneous receive sequence by means of a channel equalizer and a subsequent decoder, wherein the decoder forms probabilities to the bits of a coded information sequence and in an iteration loop with each iteration the probabilities are fed back to the coder bits from the decoder to the channel equalizer until an abort condition occurs and the decoder outputs the estimate of all bits of the information sequence, characterized in that with each iteration an estimate (r) is made of all bits of the encoded information sequence estimated by the channel equalizer, and with a syndrome shaper the syndrome sequence associated with the estimate (b) is calculated and from the syndrome sequence (b) error-free and erroneous blocks of the estimate (r) are identified and the decoder decodes only the erroneous blocks. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass neue Wahrscheinlichkeiten nur zu den codierten Bits fehlerhafter Blöcke berechnet werden.Method according to Claim 1, characterized in that new probabilities are calculated only for the coded bits of erroneous blocks. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die zu fehlerfreien Blöcken zugehörigen Bits der geschätzten codierten Informationssequenz eine vorbestimmte Wahrscheinlichkeit gesetzt wird.Method according to Claim 1 or 2, characterized in that a predetermined probability is set for the bits of the estimated coded information sequence which belong to error-free blocks. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Rückkopplung der Wahrscheinlichkeiten aller codierten Bits zum Kanalentzerrer die vom Decoder gebildeten Wahrscheinlichkeiten zu codierten Bits fehlerhafter Blöcke mit den gesetzten Wahrscheinlichkeiten zu codierten Bits fehlerfreier Blöcke kombiniert werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that, in order to feed back the probabilities of all encoded bits to the channel equalizer, the probabilities formed by the decoder are combined into coded bits of erroneous blocks with the set probabilities into coded bits of error-free blocks. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Iteration beendet wird wenn a. eine vorbestimmte Anzahl von Iterationen erreicht wird, oder b. das Syndrom Null ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the iteration is terminated when a. a predetermined number of iterations is achieved, or b. the syndrome is zero. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit des Syndromgewichts, insbesondere welches bei jeder Iteration berechnet wird, ein einzusetzendes Kanalentzerrungsverfahren aus mehreren zur Verfügung stehenden Kanalentzerrungsverfahren gewählt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that depending on the syndrome weight, in particular which is calculated at each iteration, a Kanalentzerrungsverfahren to be used is selected from a plurality of available Kanalentzerrungsverfahren. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Decoder zur Decodierung fehlerhafter Blöcke das Trellis des Sydromformers verwendet.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the decoder for decoding faulty blocks uses the trellis of the Sydromformers. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für zusammenhängende Blöcke von Nullen in der Syndromsequenz (b) mit einer Länge größer als eine vorbestimmte Mindestlänge (lmin) die korrespondierenden Blöcke der Informationssequenz (r) abzüglich einer Anfangslänge (lon) und einer Endlänge (loff) als fehlerfrei angenommen werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that, for contiguous blocks of zeros in the syndrome sequence (b) having a length greater than a predetermined minimum length (l min ), the corresponding blocks of the information sequence (r) minus an initial length (l on ) and an end length (l off ) are assumed to be error-free. Empfangssystem zum Empfang einer insbesondere fehlerbehafteten Empfangssequenz umfassend einen Kanalentzerrer und einen nachfolgenden Decoder, bei dem der Decoder eingerichtet ist, Wahrscheinlichkeiten zu den Bits einer codierten Informationssequenz zu bilden und in einer Iterationsschleife mit jeder Iteration die Wahrscheinlichkeiten zu allen codierten Bits zum Kanalentzerrer zurückzukoppeln bis eine Abbruchbedingung eintritt und durch den Decoder die Schätzung aller Bits der Informationssequenz ausgebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass es eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche auszuführen.A receiving system for receiving a particular erroneous receive sequence comprising a channel equalizer and a subsequent decoder, the decoder is arranged to form probabilities to the bits of a coded information sequence and return the probabilities in an iteration loop with each iteration to all coded bits to Kanalentzerrer until an abort condition occurs and by the decoder, the estimation of all bits of the information sequence can be output, characterized in that it is arranged to carry out a method according to one of the preceding claims.
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