TWI303521B - Method and apparatus for decoding forward error correction codes - Google Patents

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TWI303521B TW094100631A TW94100631A TWI303521B TW I303521 B TWI303521 B TW I303521B TW 094100631 A TW094100631 A TW 094100631A TW 94100631 A TW94100631 A TW 94100631A TW I303521 B TWI303521 B TW I303521B
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Description

1303521 九、發明說明： 【發明所屬戈^技術領域】 相關申請之相互參考 本申請案依35U.S.C.§119(e)之規定聲明美國專利申請 5序號60/536071案之優先權，其申請於2004年1月12日，並 配合為此處參考。 本發明係有關於用於解碼正向錯誤校正碼之方法與裝 置。 L· ]| 10 發明背景 大多數通訊網路被設計以使用某型式之調變而經由各 分別通訊通道，例如，射頻(RF)頻道或實際的連接，同時 地傳送多數個通訊。近年來，產生對於確保正確資料以儘 可能大㈣料率發it之有效和可靠的數位資料傳送之要求 15已增加。正向錯誤校正(FEC)碼已針對這目的被使用於一些 通訊系統中。 數碼是導自訊息序列之主要數位資料序列並且被使用 以傳送訊息資訊。於正向錯誤校正(FEC)中，資訊可以被編 碼以提供發生於發送中，例如，因雜訊頻道，之錯誤檢測 20及/或校正能力。通訊系統中之接收器可利用它本身而恢復 編碼字中的所有資訊並且因此編石馬提供優點至高速通訊系 統及/或需要同步通訊者。 對於區塊編碼，如相對於迴旋編碼，一編碼器分判將 被傳送之資訊成為長度k之訊息區塊。於二元的區塊編碼 5 1303521 中，各訊息區塊利用被稱為“訊息，，之二元k-重元組 (111，〇2，.".，111〇而被表示，因此全部有21€個不同的可能訊息。 編碼器獨立地變換各訊息m成為被稱為“編碼字”之η-重元 組(c^c^，····，％)。因此，在編碼器輸出有2k個不同的可能 5編碼字。長度為η之2k個編碼字之集合被稱為一個(n，k)“區 塊碼”。 低密度同位檢查(LDPC)碼是可反覆地被解碼之1^。區 塊碼之型式。LDPC編碼字是使用在編碼字中位元之間被共 用的一些簡單同位-檢查關係所構成。各種不同的解碼演算 10 法可被應用以解碼LDPC碼，當反覆地被應用時，大多數將 得到最大的增益。 一般，越多次解碼重複被應用以解碼各LDPC編碼字， 貝J在相專編碼率之編碼字錯誤率將越低。但是，可能於各 編碼字上進行之解碼重複數可能受限制於具有限解碼潛伏 15需求之高速通訊網路的可用時間。進一步地，編碼器之複 ‘性及/或處理性能可能隨將被進行之解碼重複數而增 加。因此’其將需要-種技術及/或系統以解碼具有限解碼 重複數之LDPC碼而同時保持—可接受之編碼字錯誤率或 位元錯誤率（BER)。 20 I：先前技術3 本發明揭露一種解碼方法，甘6人 ，万法其包含有下列步驟：反覆 地應用一第一演算法以解碼在一 、、祠路裝置上接收之資訊， 直至達到一停止準則為止；以芬4 、咏 以及進—步地使用不同於該第 一演异法的一第一演异法而解碼該資訊。 6 :1303521 圖式簡單說明 由下面本發明相關附圖之說明，本發明之論點、特點 以及優點將更顯明，其中相似號碼代表相似元件，並且其 中： 5 第1圖是—種矩陣，其展示依據本發明各實施例之用以 解碼資訊的同位檢查矩陣範例； 第2圖是-種雙邊圖形，其展示用於心圖展示之同位 檢查矩陣的同位關係範例； 第3圖是一種流程圖，其展示依據本發明一實施例用以 10 解碼通訊網路中之資訊的方法； 第4圖是-種祕圖，其展示可在第—反覆解碼程序被 完成之後被應用之第二解碼演算法範例； 第5圖是一種方塊圖，其展示依據本發明各種論點之通 訊裝置範例；以及 15 f6圖是—種方塊圖’其展示包含相似於第5圖之解碼 裝置的通訊網路範例。 L實施方式 較佳實施例之詳細說明 雖然下面的詳細説明可說明相關於無線網路之本發明 20實施範例，但本發明實施例不受此限制，並且，例如，可 使用有線系統(例如，可適當地應用之以太或權杖環 ring)網路及/或光學網路）而被製作。 本發明下面之實施例可以被使用於多種應用中，包含 無線電系統之接㈣及/或收發器，雖然本發日林受限制於 7 :1303521 路界面卡(NIC)、基地台、存取點(AP)、閘道、介橋、集線 器及行動無線電話。進一步地，本發明範疇内之網路:統 此。特定地包含在本發明範疇内之無線電系統，包含，作 是不受關於4線區域網路(WLA__D鱗Z網路 (WWAN)系統以及相關之網路界面裝置和週邊，㈣，_ 5
可以包含行動無線電話純、衛星系統、個人通訊系统 (PCS)、雙向無線電系統、單向傳呼、雙向攜㈣傳呼器、 個人電腦(PC)、個人數位助理(PDA)、個人計算助理 以及所有將來可能之性質相關且本發明之原理可適當地被 10 應用之系統。 田 雖然下面的料說明將參考相關之低密度同位檢查 (LDPC)碼的製作關，本發明論料必受限制於此並且可 被應用於其他適當之編碼/解碼機構中。 LDPC碼是㈣㈣輪碼之錯誤校正碼形^，但是具有 15可得到接近向農祕(ShannQn此咖訊頻道容量之料 # 力口強優點。LDPC碼是一種利用稀疏同位檢查矩陣被定義: 線性訊息編碼技術。將被傳送之訊息使用產生器矩陣或稀 疏同位檢查矩陣被編碼，並且當達到其目的地時，則使用 - 該稀疏同位檢查矩陣被解碼。 20 分別地轉看第1和2圖，其中10位元編碼字同位關係之 樣j，查矩陣削和相關雙邊圖形200被展示。LDPC解 碼廣法是導自訊息傳送反覆雙邊圖形(例如，圖形綱)之 系列的°十异。於這範例中，變量節點210-219(同時也稱為 位元節·點）代表編碼字中之位元並且檢查節點2〇ι•加代 8 .1303521 表在那些位元之與的且位闕係。連接檢查節點201-205至變 量節點210-219之線被稱為“邊緣線”。檢查節點201-205和位 元節點210-219之數目、以及它們如何通訊，利用同位檢查 矩陣100被定義（第1圖）。該基本原理是依據相同字組中之其 5 他位元的可能數值而量測具有邏輯狀態0或1之被編碼位元 機率。一序列之解碼重複步驟可以被進行以收斂機率值於〇 或1之位元值。 位元和檢查節點主要進行一系列之計算以達到關於邏 • 輯狀態之可能性的收斂(例如，使用一雙線性轉換以收斂於 10 夺或癌窮大之值）。這操作是反覆的，並且終於在一系列的 重複之後’可能性比率朝一個方向或其他方向收斂。 邏輯狀態是一個〇或一個1之信心值於此被稱為“軟性 i度值或里度值”。於一製作範例中，量度值愈低，則關 • 於位元邏輯狀態的信心值愈低。於-理想的系統中，解碼 is重複步驟將被進行直至對於各位元邏輯狀態有接近絕對確 φ 錄為止亚且放棄不導致收斂性之位元。但是，如上所述， 網路之解碼潛伏期需，求及/或編碼器之處理能力可以是將 被進行之重複數目之一限制要素。本發明已發現，於某些 製作反覆解碼之系统中，編碼字錯誤率時常受具有非常小 ，20㈤位7L錯誤#4：目之編碼字所支配。因Λ，提議如果解碼系 統被組態以在最後的解碼重複之後檢測且校正一個或多個 位元錯误，則編碼字錯誤率可顯著地被減低。例如，在最 後的解碼重複之後，更正二個位元錯誤的校正能力可以等 效地執行另一個解螞重複步驟。 9 13 03 521 轉看第3圖，用以解碼資訊之方法3〇〇 一般包含使用反 覆解碼演算法以解碼資訊310直至達到停止準則315為止， 以及使用第二解碼演算法以解碼3 20資訊以進一步地減低 位元錯誤率或編碼字錯誤率。 5 於一製作範例中，被編碼資訊在網路裝置上，例如， 無線區域網路(WLAN)存取點(AP)或網路界面卡(NIC)，被 接收305，雖然本發明貫施例不受限制於此。在Η。，反覆 解碼程序可以在被編碼資訊上被進行直至達到停止準則 315為止。反覆解碼程序可以包含應用數次之任何型式的解 10碼演异法於該被接收之編碼資訊上（亦即，重複步驟），以收 斂分別位元的邏輯狀態是1或零之機率。例如，各種型式之 LDPC解碼演算法可以被使用於檢查士位元及/或位元至_ 檢查之讯息回合；另外地，如果是可應用，則渦輪碼或其 他非LDPC解碼、;寒算法亦可被使用。 15 停止準則315可以是，例如，所需重複數目之完成、經 過日守間長度、被達成之位元錯誤率或編碼字錯誤率或任何 適用於終止該反覆解碼31〇的其他準則。 在310的最後解碼重複步驟之後，第二解碼處理於該資 訊上被進行320以進一步地減低可能的錯誤率。這第二程序 可以包含應用第二解碼演算法於該資訊上。於一實施例 中比較於利用第一解碼演算法被進行之另外的重複，第 一解碼廣异法最好是較少的處理加強性。第二解碼演算法 可以包含計异或再檢查各位元之目前可能值_ (亦即，在 -些解碼重複之後），並且轉變具有最低可能值之一個或多 1303521 1 固位元。如此處之使用，轉變/位元意謂著改變其二元數 值為相對數值，例如，改變1為〇或反之亦然。如果有另外 的資訊將被解碼325，例如，下〆個編碼字，則第一和第二 解碼程序310、320可以被重複，直至所有被接收的資訊已 5 被解碼330為止。 轉看第4圖，將說明非受限制之第二解碼程序400或演 算法的範例（例如，320 ;第3圖）。如此處廣泛地被使用，“演 算法，，是用以得到一末端結果之步驟。於這範例中，假設， 敢後的重複已於一反覆的LDPC解>5馬程序中被完成（例如， 10第3圖中，第一演算法310已經被應用）。程序4⑻可以包含 定位或識別400具有最低度量值之一個或多個檢查節點。於 第2圖雙邊圖形2〇〇之範例中，二檢查節點2〇2和2〇4被辨熾 具有最低度量值(如斜體字所展示）。 15 2〇 具有相關於被辨識之檢查節點的最低度量值之位元食 點或邊緣線可以被辨識(第2圖中，二組被辨識之邊^ 袓體字展扑對應頌齡元節Μ魏線(例如，對& 節點214、216;第2_編碼字位元則是用於轉變之= 者。該位元可以依據—些可能因素而自動地被轉變或^ 決定是否轉變該位元。於一實祐誌^ y 貝％乾例中，相關於被辨識a 位兀節點紐線的同位_可以被評估4i5，以提供^ 變該候選位元之進一步指示。（注音 ’ ^ 思到·第2圖中，各變, 即點214和216是二組不同的同位關 剛1糸之一構件，因為复夕 具有被連接到它之二組邊緣線）。 c 矛王序400可以進一步地包含一 b母 反覆的動作，其中如果著 1303521 轉變為止425。當所需的位元數目已被轉變或編碼字已徹底 也被搜尋知，故貫施範例之第二解碼程序被完成柳並且編 碼器移至下一個編碼字。 些位元不被轉變425(例如，至少二位⑹，比較於先前被辨 識之檢查節點之具有下-個最低量度值之下—個檢查節點 可以被辨識427,並且程序被重複直至所㈣位元數目已被 雖然程序400非常詳細地說^Dpc實减例之特定動 2 ’應確認的是，在-些啟始解碼重複已被完成之後，適 合於校正-個或多個位元錯誤之任何程序或演算法也可被 1〇使用。因為反覆解碼一般具有硬體複雜性和解碼潛伏期之 缺點，上述的方法可提供一種簡化技術，其可減低一些解 碼重複步驟並且因此減低解碼潛伏期及/或解碼硬體之複 雜姓。另外地，當比較於具有相同潛伏期需求和硬體複雜 性之習見系統時，上述的方法可以增加編碼發送性能。 15 轉看第5圖，使用FEC之通訊裝置500範例一般可以包 含數碼處理部份510，以及可利用處理部份51〇存取之記憶 _ 1Μτ7 520。裝置5〇〇也可以包含一收發器/放大器部份53〇 及/或一個或多個天線535。於某些實施範例中，編碼資訊 使用相容於一個或多個用於無線區域網路(WLAN)之電機 20 =電子工程師協會（ΙΕΕΕ)8〇2· 11標準規則之OFDM調變和 解调變技術而無線地被發送/被接收，雖然本發明實施例不 又限制於此（注意到：第5圖展示之二組天線是供用於選擇 性多輪入多輸出（ΜΙΜΟ)之製作）。 圮憶體部份520可以是一個或多個固定、可移動、内部 12 •1303521 或外接記憶體並且能夠儲存機器可讀取數碼及/或，例如， 可被處理部份510所使用的其他資料，以進行上述說明之一 個或多個FEC解碼程序。處理部份51〇和記憶體部份52〇可 以是用以進行這些功能之任何單_構件或構件之組合。 5 4理部份51G可以被L進行數位通訊功能 ，例如， 媒體存取控制器512及/或基頻處理器514。於一製作範例 中，被組態以進行先前料m解碼演算法的 FEC編碼器515(例如，31〇、32〇 ;第3圖），與一組選擇性數 位解調變H(不個別地被展示)被整合在—起，作為數位基頻 10處理器514之部件。但是，本發明實施例不受限制於此。另 外的兀件，例如，一個或多個類比至數位轉換器（ADC)、數 位至類比轉換器（DAC)、FEC編碼器、記憶體控制器、數位 調變器或其他相關元件，同時也可以被包含作為裝置5〇〇之 部件。 15 於某些貫施例中，處理部份510及/或記憶體部份520可 以使用一個或多個可程式裝置(例如，微處理器、數位信號 處理器（DSP)、微控制器或場可程式閘陣列）而被製作。附 加地及/或另外地，處理部份51〇之各種元件可以使用離散 電路構件或一個或多個特定應用積體電路(ASIQ而被製 20作。其他製作也是可能並且本發明實施例之原理是不受限 制於任何特定硬體、軟體或軔體製作。 參看第6圖，其是使用正向錯誤校正(FEC)之通訊網路 600的範例，並且可以適用於本發明實施例，其可以包含一 個或多個無線網路存取站台6〇5以及一個或多個無線使用 13 •1303521 者站台607-609。無線網路存取站台6〇5可以是任何裝置或 其裝置之組合，該等裝置便利網路經由電磁波而存取無線 使用者站台607-609，其中包含，例如，無線區域網路(WLAN) 存取點(AP)、無線廣域網路(WWAN)AP、行動電話基地台 5以及其類似者。使用者站台607-609可以是任何裝置或此等 裝置之構件，該等裝置被組態以與存取站台6〇5通訊，其包 含’例如’行動電話607、筆記型電腦6〇8、個人數位助理 φ 609或其他通訊或計算裝置及/或它們的11]?界面。 網路存取站台605可以包含及/或通訊地被耦合至網路 10處理器620,例如，網路伺服器、電話電路交換機、或任何 ， 其他的封包或訊框為主之網路交換機及/或資訊控制裝 置。網路600可以附加地或另外地包含實際被連接之構件， 例如，那些被使用於有線網路(例如，以太網路625和相關 之使用者站台628、629)或光纖網路(例如，光纖收發器630) 15之構件。因此，於網路6〇〇中使用FEC之任何裝置可以適當 鲁地包含被配置以進行上述FEC解碼方法之解碼構件。 除非抵觸於實際的可能性，本發明者期望上述之方 法··⑴可以任何啁序及/或任何組合被進行；並且(ii)分別實 施例之構件可以任何方式被組合。 、 2〇 雖然上面已說明這新穎發明的較佳實施例，但 I有許多變化轉改而不_本發明之射，並且上粒 貫把例不又上面揭示之特定實施例所限制，而是僅受限於 附加之巾請翻範關如及其法定等效者。 【圖式簡|說明】 14 •1303521 第1圖是一種矩陣，其展示依據本發明各實施例之用以 解碼資訊的同位檢查矩陣範例； 第2圖是一種雙邊圖形，其展示用於第1圖展示之同位 檢查矩陣的同位關係範例； 5 第3圖是一種流程圖，其展示依據本發明一實施例用以 解碼通訊網路中之資訊的方法； 第4圖是一種流程圖’其展示可在第一反覆解碼程序被 完成之後被應用之第二解碼演算法範例； 第5圖是一種方塊圖’其展示依據本發明各種論點之通 10 訊裝置範例；以及 第6圖是一種方塊圖，其展示包含相似於第5圖之解碼 裝置的通訊網路範例。 【主要元件符號說明】 100…同位檢查矩陣 520…記憶體部份 200···雙邊圖形 530···收發器/放大器部份 201-205…檢查節點 535…天線 210-：219···變量(位元)節點 600…通訊網路 300…解碼資訊之方法 605…無線網路存取站台 305-330".解碼資訊方法之步驟 607…行動電話 400-430…第二解碼演算法流 608…筆記型電腦 程圖步驟 609…無線使用者站台 500…通訊裝置 620…網路處理器 510…編碼處理部份 625…以太網路 512···媒體存取控制 628…使用者站台 514…基頻處理器 629…使用者站台 515…FEC編碼器 630…光纖收發器 15

Claims (1)

1303521 十、申請專利範圍： 第941_31號巾請封請專利範®修正本 1· 一種解碼方法，其包含有下列步驟： 反覆地應用一第一演算法以解碼在-網路裝置上· 5 接收之資訊，直至達到-停止準則為止，其中該資訊包 含一低密度同位檢查(L D P c)經編碼碼字組 ;以及 進一步地使用不同於該第一演算法的一第二演算 法而解碼5亥資汛，其中利用一第二演算法解碼之步驟進 一步包含： 10 達到停止條件後識別具有最低度量值之一或更多 檢查節點； 識別具有最低度量值且與所識別之每一檢查節點 相關聯的一位元節點或邊線其中至少一者；以及 為所識別的該一位元節點或邊線其中至少一者評 15 估同位關係。 2_如申請專利範圍第1項之解碼方法，其中該網路裝置包 含一射頻(RF)收發器。 3·如申請專利範圍第2項之解碼方法，其中該RF收發器包 含一無線區域網路(WLAN)收發器。 20 4·如申請專利範圍第1項之解碼方法，其中該網路裝置包 含一以太網路裝置。 5·如申請專利範圍第1項之解碼方法，其中該停止準則包 含一些解碼重複之次數。 6·如申請專利範圍第〗項之解碼方法，其中該停止準則包 16 1303521 含一所經時間。 7·如申請專利範圍第1項之解碼方法，其進一步地包含： 轉變與一被識別檢查節點關聯的一個或多個位元。 8· —種組配來解碼所接收資訊之裝置，其係使用一第一反 5 覆解碼演算法以解碼所接收資訊來使關於位元邏輯狀 態之一機率收斂，其中該資訊包含一低密度同位檢查 (LDPC)經編碼碼組，並且進一步被組配在最後一次重複 之後使用一第二解碼演算法來解碼以可能地轉變一個 或多個位元之一邏輯狀態，藉由（a)達到停止條件後識別 10 具有最低度量值之一或更多檢查節點，（b)識別具有最低 度量值且與所識別之每一檢查節點相關聯的一位元節 點或邊線其中至少一者，以及(c)為所識別的一位元節點 或邊線其中至少一者評估同位關係。 9·如申凊專利範圍第8項之裝置，其中包含一使用者站台。 15 10·如申請專利範圍第8項之裝置，其中包含一網路存取站 台。 11 ·如申請專利範圍第8項之裝置，其中包含一網路介面卡 (NIC) 〇 12·如申請專利範圍第8項之裝置，其中包含一正交分頻多 2〇 工(OFDM)致動收發器。 13·如申請專利範圍第8項之裝置，其中更包含： 一接收器； 耦合至該接收器之一數位處理部份；以及 耦合至該接收器之一天線。 17 1303521 1屯一種通訊系統，其包含有： 一射頻（RF)收發器；以及 一解碼器，其被耦合至該RF收發器，且適用於使用 一第一反覆解碼程序而解碼所接收資訊，其中該資訊包 5 含一低密度同位檢查(LDPC)經編碼碼字組，並且進一步 地使用不同於該第一反覆解碼程序之一第二解碼程序 而解碼該所接收資訊，其中進一步解碼係利用一第二解 碼程序，其包含下列步驟： 達到停止條件後識別具有最低度量值之一或更多 10 檢查節點； 識別具有最低度量值且與所識別之每一檢查節點 相關聯的一位元節點或邊線其中至少一者；以及 為所識別的一位元節點或邊線其中至少一者評估 同位關係。 15 15.如申請專利範圍第14項之通訊系統，其包含一無線區域 網路(WLAN)存取點(AP)。 16. 如申請專利範圍第14項之通訊系統，其進一步地包含耦 合至該RF收發器的一個或多個天線。 17. 如申請專利範圍第14項之通訊系統，其包含一行動電 20 話。 18. 如申請專利範圍第14項之通訊系統，其包含一個人電 腦。 19. 如申請專利範圍第14項之通訊系統，其包含一基地台。 18
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