TW201419785A - 具有線性區塊編碼之正交分頻多工系統 - Google Patents

Abstract

一種具有線性區塊編碼之正交分頻多工系統，該正交分頻多工系統包含一傳送端及一接收端，該傳送端具有一第一編碼模組以進行線性區塊編碼，藉由合適之線性區塊編碼，可確保碼字不具模糊性，並進一步提高頻譜使用效率。

Description

具有線性區塊編碼之正交分頻多工系統

本發明係關於一種具有線性區塊編碼之通訊系統，尤其是具有線性區塊編碼之正交分頻多工系統。

正交分頻多工(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)系統為一種多載波傳送技術，透過各載波間的訊號相互重疊，不僅能用以對抗頻率選擇性衰減通道(Frequency Selective Fading Channel)，更能提高頻寬的使用效益。

在該正交分頻多工系統中，為了準確估測資料傳輸時的通道資訊，一般係於該正交分頻多工系統的傳送端，對一來源資料加入領航訊號(Pilot Signal)，並根據該領航訊號在該正交分頻多工系統的接收端進行通道估測(channel Estimate)，以求得該通道資訊，再藉由該通道資訊進行通道補償，使該正交分頻多工系統的接收端可偵測出正確之該來源資料。然而，為了提高通道估測的準確度，必須在該來源資料加入大量的領航訊號，此舉將造成頻譜資源的損失，並降低整體系統頻寬的使用效益。

基於提高頻寬使用效益的考量，在不加入該領航訊號的情況下，亦可藉由盲式通道估測法(Blind Channel Estimation)來進行通道估測。惟該盲式通道估測法需要大量的來源資料來確保通道統計上的準確度，且會受制於同調時間(Coherent Time)的影響，使得該盲式通道估測法 在通道估測的表現上較不理想，且在該正交分頻多工系統的接收端進行資料偵測時，會產生資料模糊性(Ambiguity)的問題，使得資料偵測產生錯誤，造成位元錯誤率(Bit Error Rate，BER)上升。

有鑑於此，必須對該正交分頻多工系統進行改良，在提高該系統之頻寬使用效益的同時，更能達到較低之位元錯誤率，同時使該正交分頻多工系統在進行通道估測時，具有較低之運算複雜度。

本發明之主要目的係提供一種具有通道編碼之正交分頻多工系統，該系統可提高頻寬使用效益。

本發明之另一目的係提供一種具有通道編碼之正交分頻多工系統，該系統可降低位元錯誤率。

本發明之另一目的係提供一種具有通道編碼之正交分頻多工系統，該系統可在進行通道估測時具有較低之運算複雜度。

為達到前述發明目的，本發明之具有線性區塊編碼之正交分頻多工系統，係包含一傳送端及一接收端，其中該傳送端包含：一第一編碼模組，係用以產生一線性區塊碼及接收一第一來源資料，並以該線性區塊碼對該第一來源資料進行編碼，以獲得一第一編碼資料，其中該線性區塊碼為一矩陣，且該矩陣之所有列向量皆具有偶數個1；一第一調變模組，係接收該第一編碼資料，並對該第一編碼資料進行調變，以獲得一第一調變資料；一第二編碼模組 ，係接收一第二來源資料，並以一通道編碼對該第二來源資料進行編碼，以獲得一第二編碼資料；一第二調變模組，係接收該第二編碼資料，並對該第二編碼資料進行調變，以獲得一第二調變資料；一子載波映射模組，係接收該第一調變資料及該第二調變資料，並對該第一調變資料及該第二調變資料進行映射處理，以獲得一映射資料；一傳送處理模組，係接收該映射資料，並對該映射資料進行反快速傅立葉轉換及加入循環字首，以獲得一傳送資料；其中該接收端包含：一接收處理模組，係接收該傳送資料，並對該傳送資料進行移除循環字首及快速傅立葉轉換，以獲得一接收資料；一資料選擇性偵測模組，係接收該接收資料，並從該接收資料中選擇一群集資料，並對該群集資料進行資料偵測，以獲得一參考資料，其中該群集資料包含經由該線性區塊碼進行編碼之第一來源資料；一通道處理模組，係接收該參考資料及該接收資料，並以該參考資料進行通道估測，再對該接收資料進行通道補償，以獲得一補償資料；一資料偵測模組，係接收該補償資料，並對該補償資料進行資料偵測，以獲得一輸出資料。

本發明之具有線性區塊編碼之正交分頻多工系統，其中該第一來源資料在經過線性區塊碼的編碼後，會具有一編碼長度，該編碼長度為：K log ₂M

且該線性區塊碼之所有碼字皆同時符合mod(cc^T,2)=0，或所有碼字皆同時符合mod(cc^T,2)=1，其中c代表該線性區塊碼之矩陣，c^T代表該線性區塊碼之轉置矩陣，K為 任意奇數，M為調變階數，mod(.)為取餘數運算子。

本發明之具有線性區塊編碼之正交分頻多工系統，其中該第一來源資料在經過線性區塊碼的編碼後，會具有一編碼長度，該編碼長度為：P log ₂M+(log ₂M)/2

且該線性區塊碼之所有碼字皆同時符合mod(cc^T,2)=0，或所有碼字皆同時符合mod(cc^T,2)=1，其中c代表該線性區塊碼之矩陣，c^T代表該線性區塊碼之轉置矩陣，P為任意常數，M為調變階數，mod(.)為取餘數運算子。

本發明之具有線性區塊編碼之正交分頻多工系統，其中該資料選擇性偵測模組對該群集資料進行資料偵測之方式，係為一子群組廣義可能性比率測試資料偵測器(SGDD)偵測方式。

本發明之具有線性區塊編碼之正交分頻多工系統，其中該第二編碼模組之通道編碼為該線性區塊碼，且該群集資料另包含經由該線性區塊碼進行編碼之第二來源資料。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：請參照第1圖所示，本發明之具有線性區塊編碼之正交分頻多工系統，係包含一傳送端1及一接收端2，該傳送端1係用以傳送資料至該接收端2。

該傳送端1包含一第一編碼模組11、一第一調變模組 12、一第二編碼模組13、一第二調變模組14、一子載波映射模組15及一傳送處理模組16。

該第一編碼模組11係用以產生一線性區塊碼及接收一第一來源資料，並以該線性區塊碼對該第一來源資料進行編碼，以獲得一第一編碼資料。其中，該第一來源資料為二進制之資料型態。

在本實施例中，該線性區塊碼係為一矩陣，該矩陣內之元素必為0或1，且該矩陣之所有的列向量皆具有偶數個1。藉由上述設置，除了可避免碼字(codeword)與碼字間，在星座圖上產生180度的資料模糊性問題，更可進一步避免產生正負90度的資料模糊性問題。

更詳言之，該第一來源資料在經過線性區塊碼的編碼後，會具有一編碼長度。為避免該線性區塊碼之碼字與碼字間，在星座圖上產生正負90度的資料模糊性問題，該編碼長度需滿足以下條件：該編碼長度為K log ₂M，且該線性區塊碼之所有碼字皆同時符合mod(cc^T,2)=0，或所有碼字皆同時符合mod(cc^T,2)=1。其中c代表該線性區塊碼之矩陣，c^T代表該線性區塊碼之轉置矩陣，K為任意奇數，M為調變階數，該調變階數即為該第一調變模組12的調變階數，mod(.)為取餘數運算子。

進一步而言，當該編碼長度為log ₂M的奇數倍時，該第一編碼資料即可避免資料模糊性問題。

此外，即使該編碼長度不為log ₂M的奇數倍時，在某些特定之編碼長度下，仍能避免資料模糊性問題，在本實 施例中，較佳情況如下：該編碼長度亦可為P log ₂M+(log ₂M)/2，且該線性區塊碼之所有碼字皆同時符合mod(cc^T,2)=0，或所有碼字皆同時符合mod(cc^T,2)=1。其中，P為任意常數。

該第一調變模組12係接收該第一編碼資料，並對該第一編碼資料進行調變，以獲得一第一調變資料。該第一調變模組12之調變方式可為任何習知通訊調變，例如QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)調變或QAM(Quadrature Amplitude Modulation)調變等。

該第二編碼模組13係接收一第二來源資料，並以一通道編碼對該第二來源資料進行編碼，以獲得一第二編碼資料。其中，該第二來源資料為二進制之資料型態。

在本實施例中，該第二編碼模組13之通道編碼方式在此並不設限，可為循環編碼(Cyclic Codes)、摺積編碼(Convolutional Code)等。其中，該第二編碼模組13之通道編碼亦可與第一編碼模組11同為線性區塊碼，使該第二編碼模組13與第一編碼模組11可分別對該第二來源資料與第一來源資料進行相同的編碼作業。

該第二調變模組14係接收該第二編碼資料，並對該第二編碼資料進行調變，以獲得一第二調變資料。該第二調變模組14之調變方式可為任何習知通訊調變，例如QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)調變或QAM(Quadrature Amplitude Modulation)調變等。

該子載波映射模組15係接收該第一調變資料及該第二調變資料，並對該第一調變資料及該第二調變資料進行 映射處理，以獲得一映射資料。其中，該子載波映射模組15可為習知任何通訊系統之子載波映射架構，在此並不設限。

該傳送處理模組16係接收該映射資料，並對該映射資料進行反快速傅立葉轉換及加入循環字首，以獲得一傳送資料。該傳送處理模組16可為任何習知正交分頻多工系統之傳送端末段的處理架構，在此並不設限。

當該傳送端1接收該第一來源資料及第二來源資料後，可經由該傳送端1所包含之各個模組執行編碼、調變及映射等操作，並獲得該傳送資料，該傳送資料再由該傳送端1透過一傳輸通道3傳輸至該接收端2，以進行資料的補償與偵測。其中，該接收端2包含一接收處理模組21、一資料選擇性偵測模組22、一通道處理模組23及一資料偵測模組24。

該接收處理模組21係接收該傳送資料，並對該傳送資料進行移除循環字首及快速傅立葉轉換，以獲得一接收資料。該接收處理模組21可為任何習知正交分頻多工系統之接收端前段的處理架構，在本實施例中，該接收資料係表示如下：Y=S _D H+Z=S _D Fh+Z (1)

其中，Y代表該接收資料，S_D代表以對角線矩陣形式呈現之該傳送資料，H代表該傳輸通道之通道頻率響應，h代表該傳輸通道之通道脈衝響應，Z代表一可加性白高斯雜訊。

該資料選擇性偵測模組22係接收該接收資料，並從 該接收資料中選擇一群集資料，並對該群集資料進行資料偵測，以獲得一參考資料，且該群集資料包含經由該線性區塊碼進行編碼之第一來源資料。

更詳言之，該第一來源資料及第二來源資料在該傳送端1時，係分別透過該第一編碼模組11及第二編碼模組13進行編碼處理，並同樣經由映射及傅立葉轉換等處理後，共同形成該接收資料，故該接收資料必然包含經由該線性區塊碼進行編碼之資料。該資料選擇性偵測模組22在接收該接收資料後，僅選擇該接收資料中，經由該線性區塊碼進行編碼之該第一來源資料所形成之該群集資料，並進行資料偵測作業。其中，該資料偵測方式可為習知廣義可能性比率測試資料偵測器(GLRT Data Detector，GDD)或子群組廣義可能性比率測試資料偵測器(Subgroup GDD，SGDD)等資料偵測方式。

由於該群集資料可視為該接收資料的一個子群組，故本實施例係以該SGDD資料偵測方式進行，其中，該群集資料表示如下：Y ₀ =S ₀ , _D H ₀ +Z ₀ =S _0,D F ₀ h+Z ₀ (2)

其中，Y₀代表該群集資料，S_0,D代表以對角線矩陣形式呈現且經由線性區塊碼進行編碼之該傳送資料。

該群集資料進行資料偵測之方程式如下：

其中，∥.∥²代表取2規範(2-Norm)，代表該參 考資料。

若該第二編碼模組13並非利用線性區塊碼對該第二來源資料進行編碼，則該資料選擇性偵測模組22將不需對該接收資料進行完全的偵測，僅需針對由該線性區塊碼進行編碼之該第一來源資料所形成該群集資料進行偵測，即可獲得該參考資料，且該參考資料可作為通道估測的資訊，以對該接收資料進行通道補償，故當該第一編碼模組11與第二編碼模組13之編碼方式不同時，藉由該資料選擇性偵測模組22的設置，可減少整體系統的運算複雜度。

此外，若該第二編碼模組13亦利用線性區塊碼對該第二來源資料進行編碼，則該群集資料包含由該線性區塊碼進行編碼之該第一來源資料與第二來源資料。藉由該資料選擇性偵測模組22對該群集資料進行資料偵測，可得到較佳之該參考資料，以對該接收資料進行通道補償，故當該第一編碼模組11與第二編碼模組13之編碼方式相同時，藉由該資料選擇性偵測模組22的設置，可進一步降低整體系統的位元錯誤率。

該通道處理模組23係接收該參考資料及該接收資料，並以該參考資料進行通道估測，再對該接收資料進行通道補償，以獲得一補償資料。

該通道處理模組23係以該參考資料求出部份通道資訊，該運算方程式如下：

其中，H ₀代表該部份通道資訊。

接著，該通道處理模組23係藉由該部份通道資訊及 習知通道估測法，進行整體通道資訊之通道估測。該習知通道估測法可為線性內插法(Linear Interpolation)或改良式最小平方法(Modified LS，MLS)等，且在本實施例中，係以線性內插法進行通道估測。該線性內插法之通用方程式表示如下：

其中，代表整體通道資訊，A代表通用內插濾波器(Generic Interpolation Filter)之函數。

當求出該整體通道資訊後，可藉由該整體通道資訊對該接收資料進行通道補償，以獲得該補償資料，該補償資料的計算方程式表示如下：

其中，代表該補償資料。

該資料偵測模組24係接收該補償資料，並對該補償資料進行資料偵測，以獲得一輸出資料。

在本實施例中，該資料偵測模組24係對該補償資料執行資料解碼，已得到較正確之該輸出資料。其中該資料偵測模組24可為任何通訊傳輸之資料偵測架構，在此並不設限。

請參照第2圖所示，其係本發明與習知加入領航訊號之正交分頻多工系統之效能比較圖。其中，習知加入領航訊號之正交分頻多工系統之效能模擬結果以A線表示，本發明之效能模擬結果以B線表示。該第2圖之操作條件係選擇一QPSK調變，且該子載波之長度(N)為64，進行SGDD偵測所需之子群組長度(N_SG)為16，通道長度(L )為4。

由第2圖可知，本發明與習知加入領航訊號之正交分頻多工系統之效能相近，尤其當訊號雜訊比(Signal Noise Ratio，SNR)較高時，本發明與習知加入領航訊號之正交分頻多工系統的均方差(Mean Square Error，MSE)非常接近，故可知二者的效能相當接近。

更詳言之，由於在資料中加入領航訊號，資料向量中無法共同取出相同旋轉角度，故不會在星座圖中產生180度及正負90度的資料模糊性問題。而本發明藉由線性區塊碼對該第一來源資料進行編碼後，在進行通道估測時，其效能表現類似於加入領航訊號之正交分頻多工系統，故本發明亦可視為不會有資料模糊性的問題，進而可降低位元錯誤率。

本發明之具有線性區塊編碼之正交分頻多工系統，該系統之傳送端不需加入領航訊號，具有提高頻寬使用效益功效。

本發明之具有線性區塊編碼之正交分頻多工系統，該系統藉由線性區塊編碼，可避免資料模糊性問題，具有降低位元錯誤率功效。

本發明之具有線性區塊編碼之正交分頻多工系統，該系統係將資料分為該第一來源資料及第二來源資料，當該第一來源資料與第二來源資料之編碼方式不同時，僅需對透過線性區塊碼進行編碼之資料進行偵測，而不需對該接收資料整體進行偵測，即可對該接收資料進行補償，具有降低運算複雜度功效。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

〔本發明〕

1‧‧‧傳送端

11‧‧‧第一編碼模組

12‧‧‧第一調變模組

13‧‧‧第二編碼模組

14‧‧‧第二調變模組

15‧‧‧子載波映射模組

16‧‧‧傳送處理模組

2‧‧‧接收端

21‧‧‧接收處理模組

22‧‧‧資料選擇性偵測模組

23‧‧‧通道處理模組

24‧‧‧資料偵測模組

3‧‧‧傳輸通道

第1圖：本發明之具有線性區塊編碼之正交分頻多工系統架構圖。

第2圖：本發明與習知具有領航訊號之系統的效能比較圖。

1‧‧‧傳送端

11‧‧‧第一編碼模組

12‧‧‧第一調變模組

13‧‧‧第二編碼模組

14‧‧‧第二調變模組

15‧‧‧子載波映射模組

16‧‧‧傳送處理模組

2‧‧‧接收端

21‧‧‧接收處理模組

22‧‧‧資料選擇性偵測模組

23‧‧‧通道處理模組

24‧‧‧資料偵測模組

3‧‧‧傳輸通道

Claims (5)

1. 一種具有線性區塊編碼之正交分頻多工系統，係包含一傳送端及一接收端，其中該傳送端包含：一第一編碼模組，係用以產生一線性區塊碼及接收一第一來源資料，並以該線性區塊碼對該第一來源資料進行編碼，以獲得一第一編碼資料，其中該線性區塊碼為一矩陣，且該矩陣之所有列向量皆具有偶數個1；一第一調變模組，係接收該第一編碼資料，並對該第一編碼資料進行調變，以獲得一第一調變資料；一第二編碼模組，係接收一第二來源資料，並以一通道編碼對該第二來源資料進行編碼，以獲得一第二編碼資料；一第二調變模組，係接收該第二編碼資料，並對該第二編碼資料進行調變，以獲得一第二調變資料；一子載波映射模組，係接收該第一調變資料及該第二調變資料，並對該第一調變資料及該第二調變資料進行映射處理，以獲得一映射資料；一傳送處理模組，係接收該映射資料，並對該映射資料進行反快速傅立葉轉換及加入循環字首，以獲得一傳送資料；其中該接收端包含：一接收處理模組，係接收該傳送資料，並對該傳送資料進行移除循環字首及快速傅立葉轉換，以獲得一接收資料； 一資料選擇性偵測模組，係接收該接收資料，並從該接收資料中選擇一群集資料，並對該群集資料進行資料偵測，以獲得一參考資料，其中該群集資料包含經由該線性區塊碼進行編碼之第一來源資料；一通道處理模組，係接收該參考資料及該接收資料，並以該參考資料進行通道估測，再對該接收資料進行通道補償，以獲得一補償資料；一資料偵測模組，係接收該補償資料，並對該補償資料進行資料偵測，以獲得一輸出資料。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具有線性區塊編碼之正交分頻多工系統，其中該第一來源資料在經過線性區塊碼的編碼後，會具有一編碼長度，該編碼長度為：K log ₂M且該線性區塊碼之所有碼字皆同時符合mod(cc^T,2)=0，或所有碼字皆同時符合mod(cc^T,2)=1，其中c代表該線性區塊碼之矩陣，c^T代表該線性區塊碼之轉置矩陣，K為任意奇數，M為調變階數，mod(.)為取餘數運算子。
3. 如申請專利範圍第1項所述之具有線性區塊編碼之正交分頻多工系統，其中該第一來源資料在經過線性區塊碼的編碼後，會具有一編碼長度，該編碼長度為：P log ₂M+(log ₂M)/2且該線性區塊碼之所有碼字皆同時符合mod(cc^T,2)=0，或所有碼字皆同時符合mod(cc^T,2)=1，其中c代表該線性區塊碼之矩陣，c^T代表該線性區塊碼之轉置矩陣 ，P為任意常數，M為調變階數，mod(.)為取餘數運算子。
4. 如申請專利範圍第1項所述之具有線性區塊編碼之正交分頻多工系統，其中該資料選擇性偵測模組對該群集資料進行資料偵測之方式，係為一子群組廣義可能性比率測試資料偵測器(SGDD)偵測方式。
5. 如申請專利範圍第1項所述之具有線性區塊編碼之正交分頻多工系統，其中該第二編碼模組之通道編碼為該線性區塊碼，且該群集資料另包含經由該線性區塊碼進行編碼之第二來源資料。