DE102019200941B4 - Decoding method - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Decodieren einer Datenbitfolge û(i=1,...,k), bei welchem ein mittels Product-Code als Reed-Muller-Subcode codiertes Datensignal empfangen wird und ein Reed-Muller Decoder verwendet wird. Dabei werden durch die jeweiligen Möglichkeiten der Datenbits ûbis û∈ {0, 1} P-Pfade gebildet, wobei jeder Pfad p (p=1,...,P) i-1 Kanten aufweist, wobei jede Kante eines Pfades p jeweils ein Datenbit û(i' = 1,...,i-1) wiedergibt. Für jeden der vorhandenen Pfade p werden jeweils durch den Decoder Soft-Decisions mermittelt. Somit verzweigt sich jeder der bisher vorhandenen Pfade, sodass 2P Pfade entstehen. Dabei werden bei der Berechnung der Soft-Decisions mfür das i-te Bit üi alle vorherigen Entscheidungen innerhalb des jeweiligen Pfades p berücksichtigt. Hiermit wird fortgefahren mit der Berechnung der Soft-Decisions für das i+1-te Datenbit, bis das k-te Datenbit ûerreicht wird. Sodann wird der Pfad p mit dem größten Soft-Decision-Wert als decodierte Datenbitfolge ûangenommen.Method for decoding a data bit sequence û (i = 1, ..., k), in which a data signal encoded by means of a product code as a Reed-Muller subcode is received and a Reed-Muller decoder is used. The respective possibilities of the data bits ûbis û∈ {0, 1} P-paths are formed, each path p (p = 1, ..., P) having i-1 edges, each edge of a path p each having one Data bit û (i '= 1, ..., i-1) reproduces. For each of the existing paths p, soft decisions are determined by the decoder. Thus, each of the existing paths branches out so that 2P paths arise. When calculating the soft decisions m for the ith bit üi, all previous decisions within the respective path p are taken into account. This continues with the calculation of the soft decisions for the i + 1th data bit until the kth data bit is reached. The path p with the largest soft decision value is then accepted as the decoded data bit sequence.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Decodieren einer Datenbitfolge, ein Übermittlungsverfahren mit einem solchen Verfahren zur Decodierung einer Datenbitfolge sowie eine Übertragungsvorrichtung zum Übertragen einer Datenbitfolge.The present invention relates to a method for decoding a data bit sequence, a transmission method with such a method for decoding a data bit sequence, and a transmission device for transmitting a data bit sequence.
Bei bekannten Verfahren wird eine Datenbitfolge ui (i=1, ..., k) zunächst durch einen Encoder in ein Codewort xr (r=1, ..., n) codiert. Das so codierte Codewort wird über einen verlustbehafteten Kanal zum Empfänger übertragen. Der Empfänger empfängt dabei ein Datensignal yr, welches sodann decodiert wird zu ûi. Sofern ui = ûi für alle i gilt, wurde die Datenbitfolge korrekt empfangen.In known methods, a data bit sequence u i (i = 1, ..., k) is first coded into a code word x r (r = 1, ..., n) by an encoder. The codeword encoded in this way is transmitted to the receiver via a lossy channel. The receiver receives a data signal y r , which is then decoded to û i . If u i = û i applies to all i, the data bit sequence was received correctly.
Aufgrund des verlustbehafteten Übertragungskanals ist es jedoch erforderlich, dass einzelne Fehler bei der Übertragung durch den Decodierer korrigiert werden können. Hierzu ist es bekannt, ein Maxium-Likelihood-Verfahren zu verwenden, bei dem zunächst Soft-Decisions berechnet werden. Bei der Soft-Decision handelt es sich in der dem Fachmann allgemein geläufigen Definition um einen Wert, der die Zuverlässigkeit der jeweiligen Entscheidung wiedergibt. Im Maximum-Likelihood-Verfahren werden sodann die Soft-Decisions ausgewählt mit dem höchsten Soft-Decision-Wert bzw. mit der größten Zuverlässigkeit für das jeweilige Codewort. Nachteilig hieran ist, dass das Maximum-Likelihood-Verfahren insbesondere für längere Codewörter, also bei großen Werten für n, sehr schnell rechenaufwändig wird und sich somit die Decodierperformance reduziert.Due to the lossy transmission channel, however, it is necessary that individual errors during transmission can be corrected by the decoder. For this purpose, it is known to use a maximum likelihood method in which soft decisions are initially calculated. In the definition generally familiar to the person skilled in the art, the soft decision is a value that reflects the reliability of the respective decision. In the maximum likelihood method, the soft decisions are then selected with the highest soft decision value or with the greatest reliability for the respective code word. The disadvantage here is that the maximum likelihood method, in particular for longer code words, that is to say with large values for n, very quickly becomes computationally expensive and the decoding performance is thus reduced.
Aus dem Stand der
Weiterhin sind aus dem Stand der Technik Product-Codes (PC) bekannt. Seien und zwei binäre lineare Block-Codes mit den Parametern (n1, k1) und (n2, k2), dann ist ein PC gegeben mit den Parametern (n = n1n2, k=k1k2), wobei jedes Codewort ein n2×n1 Array bildet, wobei jede Reihe ein Codewort in und jede Spalte ein Codewort in darstellt. und werden als Komponenten-Codes bezeichnet. Die Generatormatrix des 2-dimensionalen PC wird dabei erzeugt durch das Kronecker-Produkt der Generatormatrizen der Komponenten-Codes selbst, so dass G = G1 ⊗ G2, mit G1 und G2 als Generatormatrizen von und . Dabei wird ein PC der Dimension d entsprechend gebildet mittels G = G1 ⊗...⊗ Gd, wobei Gs die Gereatormatrix des s-ten Komponenten-Codes bezeichnet.Furthermore, product codes (PC) are known from the prior art. Be and two binary linear block codes with the parameters (n 1 , k 1 ) and (n 2 , k 2 ), then a PC is given with the parameters (n = n 1 n 2 , k = k 1 k 2 ), where each code word forms an n 2 × n 1 array, each row representing a code word in and each column representing a code word in. and are called component codes. The generator matrix of the 2-dimensional PC is generated by the Kronecker product of the generator matrices of the component codes themselves, so that G = G 1 ⊗ G 2 , with G 1 and G 2 as generator matrices from and. A PC of dimension d is formed using G = G 1 ⊗ ... ⊗ G d , where G s is the device matrix of the s-th component code designated.
Üblicherweise wird ein iteratives Decodierverfahren verwendet, um die Codewörter zu decodieren. Nachteilig hieran ist jedoch, dass es bei der Verwendung des iterativen Codierverfahrens kein äußerer Checkcode wie beispielsweise ein CRC(Cyclic-Redundancy-Check)-Code verwendet werden kann, durch den eine verbesserte Decodierleistung erzielt werden kann.An iterative decoding method is usually used to decode the code words. The disadvantage of this, however, is that when the iterative coding method is used, no external check code, such as a CRC (cyclic redundancy check) code, can be used by means of which an improved decoding performance can be achieved.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Decodierverfahren zu schaffen, welches einen verringerten Rechenaufwand, eine geringe Blockfehlerrate bzw. ein hohes Korrekturvermögen aufweist.The object of the present invention is to create a decoding method which has a reduced computational effort, a low block error rate and a high correction capability.
Die Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren des Anspruchs 1, das Übermittlungsverfahren gemäß Anspruch 4, den Empfänger gemäß Anspruch 6 und die Übertragungsvorrichtung gemäß Anspruch 7.The object is achieved by the method of
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Decodieren einer Datenbitfolge ûi (i=1,...,k) wird ein Datensignal yr (r=1,...,n) empfangen, wobei es sich um einen Product-Code (PC) handelt, welcher ausgebildet ist als Reed-Muller-Subcode; sodann wird ein Successive-Cancellation-List (SCL) Decoder verwendet wird, wobei durch den Decoder die Datenbitfolge û'i ermitteln lässt. Erfindungsgemäß werden durch die jeweiligen Bit-Möglichkeiten
Erfindungsgemäß werden für jeden der vorhandenen Pfade die Soft-Decisions mi ermittelt für mi(û'i = 0) sowie mi(û'i = 1). Bei Soft-Decisions handelt es sich um die Kombination aus dem möglichen Bitwert
Vorzugsweise wird ein Wert L > 1 festgelegt. Für den Fall, dass die Anzahl der vorhandenen Pfade P > L wird, werden die Pfade p ausgewählt, welche den größten Soft-Decision-Wert, also die größte Zuverlässigkeit aufweisen. Sodann werden so viele Pfade verworfen, bis P ≤ L ist. Somit wird die Anzahl der zu berücksichtigenden Pfade auf L reduziert, insbesondere nach jeder Decodierung eines weiteren Datentbits û'i. Wurden die Soft-Decisions für das Datenbit û'i bestimmt, wird sodann überprüft, ob weiterhin P ≤ L erfüllt ist. Anderenfalls wird eine entsprechende Anzahl von Pfaden mit einem geringen Soft-Decision-Wert verworfen.A value L> 1 is preferably established. In the event that the number of existing paths becomes P> L, the paths p are selected which have the greatest soft decision value, that is to say the greatest reliability. Then as many paths are discarded until P ≤ L. The number of paths to be taken into account is thus reduced to L, in particular after each decoding of a further data bit û ' i . If the soft decisions were determined for the data bit û ' i , it is then checked whether P L is still met. Otherwise, a corresponding number of paths with a low soft decision value are rejected.
Vorzugsweise wird ein Cyclic-Redundancay-Check (CRC) Code angewandt auf die verbleibenden Möglichkeiten nach Ermittlung der Soft-Decision des k-ten Datenbits ûk. Verbleiben sodann mehr als eine mögliche Datenbitfolge ûi, weil mehr als ein Pfad ein gültiges Codewort darstellt, so wird aus den verbleibenden Pfaden p der Pfad mit den größten Soft-Decision-Werten ausgewählt.A cyclic redundancy check (CRC) code is preferably applied to the remaining options after the soft decision of the k-th data bit û k has been determined . If more than one possible data bit sequence û i then remains because more than one path represents a valid code word, then the path with the greatest soft decision values is selected from the remaining paths p.
Vorzugsweise berechnen sich die Soft-Decisions wie aus
Somit ist eine komplette Vorschrift für die Soft-Decisions gegeben, wobei die vorhergehenden Entscheidungen λ berücksichtigt werden. Somit wird für jede vorhandene Möglichkeit der Datenbitfolge û'i bzw. für die L-zuverlässigsten Varianten entsprechend dem jeweiligen Pfad die Zuverlässigkeitswerte des i-ten Datenbits û'i ermittelt.A complete rule for the soft decisions is thus given, taking the previous decisions λ into account. Thus, the reliability values of the i-th data bit û ' i are determined for each existing possibility of the data bit sequence û' i or for the most L-reliable variants according to the respective path.
Erfindungsgemäß handelt es sich bei den Komponenten des verwendeten Product-Codes um einen Reed-Muller-Subcode und/oder einen Extended-Hamming-Code und/oder einen Single-Parity-Check-Code.According to the invention, the components of the product code used are a Reed-Muller subcode and / or an extended Hamming code and / or a single parity check code.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Übermittlungsverfahren mit einem Sender, wobei der Sender eine Datenbitfolge u = u1, ..., uk codiert in das Codewort x = x1, ..., xn mittels einem Product-Code als Reed-Muller-Subcode. Dabei wird zur Codierung des Codeworts x die Generatormatrix G mittels x = uG verwendet. Hierzu wird
Im erfindungsgemäßen Übermittlungsverfahren wird sodann das Codewort x über einen Übertragungskanal übertragen. Dabei handelt es sich insbesondere um einen gestörten Übertragungskanal bzw. einen verlustbehafteten Übertragungskanal. Insbesondere handelt es sich um einen Binary-Input-Discrete gedächtnislosen Übertragungskanal (B-DMC). Durch den Übertragungskanal wird das Codewort x gestört, so dass vom Empfänger ein gestörtes Codewort y = y1, ..., yn empfangen wird. Würde es sich bei dem Übertragungskanal um einen verlustfreien idealen Kanal handeln, würde das ungestörte Codewort y dem gesendeten Codewort x entsprechen.In the transmission method according to the invention, the code word x is then transmitted over a transmission channel. This is particularly a disturbed transmission channel or a lossy transmission channel. In particular, it is a binary input discrete memoryless transmission channel (B-DMC). The code word x is disturbed by the transmission channel, so that the receiver receives a disturbed code word y = y 1 , ..., y n . If the transmission channel were a lossless ideal channel, the undisturbed code word y would correspond to the transmitted code word x.
Bei dem erfindungsgemäßen Übermittlungsverfahren wird das empfangene Codewort y decodiert gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren zum Decodieren einer Datenbitfolge û = û1, ..., ûk, so dass û ermittelt wird, welches der ursprünglichen Datenbitfolge u bei fehlerfreier Decodierung entspricht.In the transmission method according to the invention, the received code word y is decoded according to the method described above for decoding a data bit sequence û = û 1 , ..., û k , so that û is determined which corresponds to the original data bit sequence u with error-free decoding.
Vorzugsweise ist vor der Erzeugung des Codeworts x zunächst ein CRC-Encoder vorgesehen zur Erzeugung einer mitübertragenen CRC-Prüfsumme.Before generating the code word x, a CRC encoder is preferably provided for generating a CRC checksum that is also transmitted.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung einen Empfänger zum Empfangen und Decodieren einer Datenbitfolge u mit einer Empfangsvorrichtung zum Empfangen eines Datensignals y = y1, ..., yn und einem Decodierer. Dabei ist der Decodierer ausgebildet zur Durchführung des Verfahrens zur Decodierung einer Datenbitfolge û = û1, ..., ûk, wie vorstehend beschrieben.The present invention also relates to a receiver for receiving and decoding a data bit sequence u with a receiving device for receiving a data signal y = y 1 , ..., y n and a decoder. The decoder is designed to carry out the method for decoding a data bit sequence û = û 1 , ..., û k , as described above.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Übertragungsvorrichtung mit einem Sender, wobei der Sender eine Datenquelle und einen Codierer aufweist. Dabei ist der Codierer ausgebildet, um eine Datenbitfolge u der Daten-Datenquelle zu codieren mittels einem Product-Code als Reed-Muller-Subcode in ein Codewort x. Weiterhin weist die Übertragungsvorrichtung einen Übertragungskanal auf. Insbesondere handelt es sich hierbei um einen Binary-Input-Discrete gedächtnislosen Übertragungskanal (B-DMC). Weiterhin weist die Übertragungsvorrichtung einen Empfänger auf, wobei von dem Empfänger ein gestörtes Codewort y empfangen wird. Dabei ist der Empfänger ausgebildet wie vorstehend beschrieben.The present invention also relates to a transmission device with a transmitter, the transmitter having a data source and an encoder. The encoder is designed to encode a data bit sequence u of the data data source using a product code as a Reed-Muller subcode into a code word x. The transmission device also has a transmission channel. In particular, it is a binary input discrete transmission channel (B-DMC) without memory. Furthermore, the transmission device has a receiver, a disturbed code word y being received by the receiver. The receiver is designed as described above.
Vorzugsweise ist zwischen der Datenquelle und dem Codierer ein CRC-Encoder vorgesehen zur Erstellung einer CRC-Prüfsumme, welche vom Sender mitgesendet wird. Weiterhin weist der Empfänger einen CRC-Decoder auf zur Überprüfung der decodierten Datenbitfolge.A CRC encoder is preferably provided between the data source and the encoder for generating a CRC checksum which is also sent by the transmitter. The receiver also has a CRC decoder for checking the decoded data bit sequence.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Übertragungskanal um eine Funkverbindung oder eine kabelgebundene Verbindung oder eine optische Datenübertragung.The transmission channel is preferably a radio connection or a wired connection or an optical data transmission.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained in more detail below on the basis of a preferred embodiment with reference to the accompanying drawings.
Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Encoders für einen Reed-Muller Subcode; -
2 (a) bis2 (d) :- Entscheidungsschritte des Decodierverfahrens,
-
3 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Übertragungsverfahrens.
-
1 a schematic representation of an encoder for a Reed-Muller subcode; -
2 (a) to2 (d) :- Decision-making steps of the decoding process,
-
3 an embodiment of the transfer method according to the invention.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst mittels eines Product-Codes (PC) als Reed-Muller-Subcodes ein Codewort erzeugt, wobei eine Datenbitfolge u = u1, ..., uk codiert mittels dem PC in das Codewort x = x1, ..., xn. Dabei wird zur Codierung des Codeworts x die Generatormatrix G mittels x = uG verwendet. Hierzu wird
Alternativ lässt sich das Codewort erzeugen mittels der Generatormatrix GRM(m,m) der m-ten Ordnung. Hierzu muss ein 2m-bit Vektor u' definiert werden, wobei ui = 0 für alle i ∈
Das so erzeugte Codewort x wird sodann über einen Kanal W als y an den Empfänger übertragen. Am Empfänger erfolgt die Decodierung mittels eines SCL-Decoders wobei durch den Decoder die Datenbitfolge û'i ermitteln lässt. Durch die jeweiligen Möglichkeiten der Datenbits û'1 bis û'i-1 ∈ {0,1} werden P Pfade gebildet, wobei jeder Pfad p (p=1,...,P) i-1 Kanten aufweist, wobei jede Kante eines Pfades p jeweils ein Datenbit û'i' (i' = i,...,i-1) wiedergibt. Dabei wird für jeden der vorhandenen Pfade p jeweils durch den Decoder die Soft-Decisions mi ermittelt für mi(û'i = 0) sowie mi(û'i = 1). Dabei werden die vorhergehenden Entscheidungen des jeweiligen Pfades mitberücksichtigt.The code word x generated in this way is then transmitted to the receiver via a channel W as y. At the receiver the decoding takes place by means of an SCL decoder, whereby the data bit sequence û'i can be determined by the decoder. Due to the respective possibilities of the data bits û ' 1 to û' i-1 ∈ {0,1} P paths are formed, each path having p (p = 1, ..., P) i-1 edges, each edge of a path p each reproduces a data bit û 'i' (i '= i, ..., i-1). For each of the existing paths p, the decoder determines the soft decisions m i for m i (û ' i = 0) and m i (û' i = 1). The previous decisions of the respective path are also taken into account.
Somit ergeben sich gemäß
Sodann wird gemäß
Gemäß der
Handelt es sich dabei bei einem der zu decodierenden Bits um eines der vorher festgelegten Bits mit û'i, i ∈
In einer ersten Alternative wird nach Ermitteln aller Soft-Decisions für jeden der Datenbits û'1 bis û'4 derjenige Pfad ausgewählt, mit dem höchsten Soft-Decision-Wert bzw. mit der höchsten Zuverlässigkeit. Die dem Pfad entsprechenden Werte werden sodann als übertragenes Codewort ûi = û'i angesehen. Alternativ hierzu ist, wie in
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