TWI500271B - 結合ｑａｍ調變之ｒｓ碼步階解碼方法 - Google Patents

Description

結合ＱＡＭ調變之ＲＳ碼步階解碼方法

　　本發明係有關於一種結合ＱＡＭ調變之ＲＳ碼步階解碼方法，尤其是指一種利用里德所羅門碼（Ｒｅｅｄ　Ｓｏｌｏｍｏｎ　Ｃｏｄｅｓ，簡稱ＲＳ碼）結合改良式的步階解碼（ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ｓｔｅｐ－ｂｙ－ｓｔｅｐ　ｄｅｃｏｄｉｎｇ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）與正交振幅調變（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ　Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ，簡稱ＱＡＭ調變）系統的解碼方法，主要以ｍ－ｂｉｔｓ組成的符元(ｓｙｍｂｏｌ)對應到ｍ－ｂｉｔｓ的ＱＡＭ調變星座點（ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ），以突破傳統步階解碼法不適用於里德所羅門碼解碼之限制，可有效達到解省訊息編排的動作與精簡解碼的運算量，同時也保留里德所羅門碼能解群錯（ｂｕｒｓｔ　ｅｒｒｏｒ）的特性，有效減少解碼運算的複雜度與所消耗之時間與空間，不僅能提升步階解碼在低雜訊的解碼能力，更能有效達到增進無線通訊之資訊傳輸品質的目的。

　　隨著科學技術的日新月異，許多技術對於資訊的溝通與傳遞，例如應用於網際網路之無線通訊與衛星通訊等，已經與人類的生活息息相關，這些技術不僅因為通訊系統的蓬勃發展，而提供了更高速的效能，還必須營造穩定而可靠的資料傳輸與保存之環境，以防止機密而敏感（機敏）的資料因為各種不利的狀況而喪失，進而維持良好的傳輸品質，讓使用者在使用時更無後顧之憂。

　　訊號在傳遞的過程中，常會遭遇到外界雜訊的干擾，而且發射端和接收端之間的通道雜訊、衰弱或干擾亦會使通過此通道的訊號失真，隨著雜訊干擾程度的不同，將使接收端所接收到的訊號也會與原來傳送的訊號有所出入，尤其在未來無線影音與高畫質數位電視更加普及的情況下，更多的重要訊息會被傳遞，因此，當由訊號源發出的資料被轉換成數位訊號後，在資料要傳送出去時，使用者會在該資料後面再多加一些新的符元或是將其轉化為長度更長的訊息，以求得編碼增益（Ｃｏｄｉｎｇ　Ｇａｉｎ），以便在接收端收到此資料時能夠清楚判斷接收此訊號的正確性，因此，為了克服傳輸過程中通道雜訊的干擾所造成部分訊號的失真，往往需要人為的增加一些結構性的冗餘（Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ）資訊，使此通道系統具有自動偵測錯誤與更正錯誤的能力。

　　為了達到失真訊號除錯與更正的目的，許多容錯的技術因應而生，這些容錯技術主要是藉由硬體或軟體等操作方式，使機敏檔案能夠以可靠且正確的方式來達到傳遞或保存的目的，以因應各種可能使機敏檔案受到威脅的狀況，而在各種已開發的容錯技術中，又以錯誤更正碼（Ｅｒｒｏｒ　Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ　Ｃｏｄｅ）最為重要，錯誤更正碼係可以有效的達到對傳輸資料進行錯誤偵測與訂正的功能，而不同的錯誤更正碼常被設計用來適應在各種不同的環境中，以因應各種環境可能遇到的資訊喪失威脅。

　　此外，步階解碼法是一種解碼速度較快的解碼方法，此演算法的解碼過程是先運算出其錯誤徵狀值（ｓｙｎｄｒｏｍｅ），再將接收訊號的碼字逐個檢查，以確定每個位元是否有誤，檢查的方法是先將每個訊號位元反相，也就是將邏輯０反相成邏輯１或將邏輯１反相成邏輯０，以觀察錯誤個數改變的情形，錯誤個數增加代表該位元之資訊原本是正確的，必須將該位元再還原，反之，便是找到錯誤的位元，可直接將該位元更正，然而，傳統的步階解碼法普遍使用在二位元的解碼法，隨著無線傳輸訊息量的暴增，以及群錯情況的持續發生，二位元編解碼的方法已完全不敷使用，因此現行的編解碼技術皆已使用非二位元方法取代二位元，而最著名的非二位元編解碼技術就是里德所羅門碼。

　　在無線通訊領域中，尤其是進入全球個人行動通訊化的科技洪流後，巨大的多媒體通訊量與全球無縫隙覆蓋需求，已確立無線寬頻通訊系統（Ｂｒｏａｄｂａｎｄ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ）運用的主流地位，該無線寬頻通訊系統係包括行動化的個人蜂巢式通訊（Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ｃｅｌｌａｒ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）、高速化的無線區域網路（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　Ｌｏｃａｌ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）以及全球化的衛星通訊（Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）等系統，主要透過垂直與橫向的整合與運用將不同的通訊系統連結，以完成行動化、全球化之高傳輸及高品質之無線通訊服務，正因如此，在未來將會有更巨大的多媒體通訊量需要被傳送與保存，而為了避免傳輸之訊號因傳遞而失真，雖然可以使用放大其功率等方式來解決，但相對的則是浪費更多的能量，若是使用具有較大解碼能力的編解碼器來避免，則還是會伴隨著更複雜的運算，亦消耗更多的能量與時間，再者，傳統步階解碼法存在有反覆疊代運算的缺點，尤其是在應付較長的碼長時，更突顯出傳統步階解碼法的複雜度與困難度，因此，如何選擇快速且準確的方式來更正傳遞的錯誤訊息，同時亦能減少系統的複雜度與解碼的運算量和時間，仍是相關業者目前需持續努力克服與解決之課題。

　　今，發明人即是鑑於上述現有之機敏檔案編碼與解碼機制因傳統之步階解碼法運用於里德所羅門碼解碼的過程過於冗長與複雜等諸多缺失，於是乃一本孜孜不倦之精神，並藉由其豐富之專業知識及多年之實務經驗所輔佐，而加以改善，並據此研創出本發明。

　　本發明主要目的為提供一種利用里德所羅門碼結合改良式的步階解碼與ＱＡＭ調變系統的解碼方法，可以有效減少解碼之運算量與消耗的時間與空間，以期達到能增進無線通訊之資訊傳輸品質之目的，其解碼之運作模式係利用里德所羅門碼與調變的特性，一個以加洛瓦場（Ｇａｌｏｉｓ　Ｆｉｅｌｄ）２^ｍ 作為有限場的里德所羅門碼，必須與２^ｍ －ＱＡＭ才能做對應，可以用一個ｍ－ｂｉｔｓ來表示一個里德所羅門碼的一個多項式係數，也能用一個ｍ－ｂｉｔｓ來表示ＱＡＭ調變的一個星座點，因此，可以利用此特性把每一個里德所羅門碼的符元對應到２^ｍ －ＱＡＭ星座圖上的星座點，因此，如果解調後的ＱＡＭ星座點與傳送的ＱＡＭ星座點一致時，則此傳輸之里德所羅門碼無任何錯誤存在，反之，若解調後的ＱＡＭ星座點是落在２^ｍ －１星座點，則顯示有錯誤訊息存在於傳遞的訊號中，以傳統步階解碼法來解里德所羅門碼時，一個符元必須翻（２^ｍ －１）次，假設有ｎ個符元時，傳統步階解碼法用於里德所羅門碼解碼時則必須翻（２^ｍ －１）的ｎ倍次，但改良式的步階解碼法因為結合了ＱＡＭ調變技術，使得一個符元只需要翻一次，也就是有幾個符元就翻幾次，此方法可有效解省訊息編排的動作與精簡解碼的運算量，同時也保留里德所羅門碼能解群錯的特性，不僅突破步階解碼法鮮少用在里德所羅門碼解碼上的限制，也能有效減少運算的複雜度與增進低雜訊之解碼能力。

　　為了達到上述實施目的，本發明人乃研擬如下實施技術，首先，係接收一以里德所羅門碼步階編碼與ＱＡＭ調變之編碼訊號；接著，利用里德所羅門碼的ｍ－ｂｉｔｓ符元對應到ＱＡＭ調變系統之ｍ－ｂｉｔｓ的星座點，一個該星座點係對應一里德所羅門碼的該符元；接著，決定與該編碼訊號最接近之星座點，定義為第一接近星座點（Ｆｉｒｓｔ　Ｎｅａｒ　Ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ　Ｐｏｉｎｔ，ＦＮＣＰ），並以該第一接近星座點作為新原點；接著，以該第一接近星座點計算該編碼訊號之徵狀值，利用徵狀矩陣（ｓｙｎｄｒｏｍｅ　ｍａｔｒｉｘ）計算錯誤個數，若無錯誤發生，以小能力解碼器將結果再解碼一次，以解決較高雜訊之錯誤；接著，計算該第一接近星座點鄰近的四點星座點座標與該編碼訊號之絕對值距離，定義最接近該編碼訊號之星座點為第二接近星座點（Ｓｅｃｏｎｄ　Ｎｅａｒ　Ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ　Ｐｏｉｎｔ，ＳＮＣＰ），重新計算該第二接近星座點之徵狀值，並利用徵狀矩陣判斷錯誤個數；接著，比較該第二接近星座點與該第一接近星座點之徵狀值，該第二接近星座點之徵狀值減少代表已更正錯誤的符元；之後，逐一檢查每一個符元，以確認降低錯誤個數來驗證該編碼訊號之正確座標值，最後，將解碼後之結果以小能力解碼器再解碼一次，以解決較高雜訊之情況。

　　在本發明的一實施例中，其中該編碼端係以步階編碼演算法結合ＱＡＭ調變器，而位於解碼端之該ＱＡＭ調變系統係以低複雜度演算法系統設計。

　　在本發明的一實施例中，其中以里德所羅門碼編解碼之該編碼訊號係以Ｍａｔｌａｂ軟體完成模擬驗證機制。

(1)．．．編碼訊息

(2)．．．QAM調變系統

(3)．．．第一接近星座點

(4)．．．徵狀值

(5)．．．錯誤個數

(6)．．．小能力解碼器

(7)．．．第二接近星座點

(S1)．．．步驟一

(S2)．．．步驟二

(S3)．．．步驟三

(S4)．．．步驟四

(S5)．．．步驟五

(S6)．．．步驟六

(S7)．．．步驟七

(S8)．．．步驟八

第一圖：本發明之結合ＱＡＭ調變之ＲＳ碼步階解碼方法步驟流程圖

第二圖：本發明之結合ＱＡＭ調變之ＲＳ碼步階解碼方法關係配置方塊示意圖

　　本發明之目的及其結構設計功能上的優點，將依據以下圖面所示之較佳實施例予以說明，俾使審查委員能對本發明有更深入且具體之瞭解。

　　首先，請參閱第一～二圖所示，為本發明較佳實施例之解碼方法其步驟流程圖與關係配置方塊示意圖，其步驟係包括有：

　　步驟一（Ｓ１）：接收一以里德所羅門碼步階編碼與ＱＡＭ調變之編碼訊號（１）；

　　步驟二（Ｓ２）：利用里德所羅門碼的ｍ－ｂｉｔｓ符元對應到ＱＡＭ調變系統（２）之ｍ－ｂｉｔｓ的星座點，一個該星座點係對應一里德所羅門碼的該符元；

　　步驟三（Ｓ３）：決定與該編碼訊號（１）最接近之星座點，定義為第一接近星座點（３），並以該第一接近星座點（３）作為新原點；

　　步驟四（Ｓ４）：以該第一接近星座點（３）計算該編碼訊號（１）之徵狀值（４），利用徵狀矩陣計算錯誤個數（５），若無錯誤發生，以小能力解碼器（６）將結果再解碼一次，以解決較高雜訊之錯誤；

　　步驟五（Ｓ５）：計算該第一接近星座點（３）鄰近的四點星座點座標與該編碼訊號（１）之絕對值距離，定義最接近該編碼訊號（１）之星座點為第二接近星座點（７），重新計算該第二接近星座點（７）之徵狀值（４），並利用徵狀矩陣判斷錯誤個數（５）；

　　步驟六（Ｓ６）：比較該第二接近星座點（７）與該第一接近星座點（３）之徵狀值（４），該第二接近星座點（７）之徵狀值（４）減少代表已更正錯誤的符元；

　　步驟七（Ｓ７）：逐一檢查每一個符元，以確認降低錯誤個數（５）來驗證該編碼訊號（１）之正確座標值；以及

　　步驟八（Ｓ８）：將解碼後之結果以小能力解碼器（６）再解碼一次，以解決較高雜訊之情況。

　　此外，編碼端係以步階編碼演算法結合ＱＡＭ調變器，而位於解碼端之該ＱＡＭ調變系統（２）係以低複雜度演算法系統設計，再者，以里德所羅門碼編解碼之該編碼訊號（１）係以Ｍａｔｌａｂ軟體完成模擬驗證機制。

　　由上述之結合ＱＡＭ調變之ＲＳ碼步階解碼方法與實施說明可知，本發明具有以下優點：

　　1.本發明結合ＱＡＭ調變之ＲＳ碼步階解碼方法係藉由結合里德所羅門碼與改良式步階解碼法之編解碼技術與ＱＡＭ調變系統，利用ｍ－ｂｉｔｓ組成的符元對應到ｍ－ｂｉｔｓ的ＱＡＭ調變系統星座點，節省了訊息編排的動作與解碼的運算量，同時也保留里德所羅門碼能解群錯的特性，突破傳統步階解碼法不適用於里德所羅門碼解碼之限制，有效減少解碼運算的複雜度。

　　2.本發明結合ＱＡＭ調變之ＲＳ碼步階解碼方法藉由改良傳統的步階解碼法，用以當作里德所羅門碼的解碼方法，不僅解決了步階解碼技術用以里德所羅門碼解碼時之複雜度，同時亦結合ＱＡＭ調變，使其解碼能力在低雜訊下有良好的效果。

　　3.本發明結合ＱＡＭ調變之ＲＳ碼步階解碼方法係可大量減少解碼之運算量與消耗的時間與空間，可廣泛應用於以里德所羅門碼編碼之數位電視或衛星通訊與多媒體等訊號之傳輸與保存。

　　綜上所述，本發明之結合ＱＡＭ調變之ＲＳ碼步階解碼方法，的確能藉由上述所揭露之實施例，達到所預期之使用功效，且本發明亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求。爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。

　　惟，上述所揭之圖示及說明，僅為本發明之較佳實施例，非為限定本發明之保護範圍；大凡熟悉該項技藝之人士，其所依本發明之特徵範疇，所作之其它等效變化或修飾，皆應視為不脫離本發明之設計範疇。

(S1)．．．步驟一

(S2)．．．步驟二

(S3)．．．步驟三

(S4)．．．步驟四

(S5)．．．步驟五

(S6)．．．步驟六

(S7)．．．步驟七

(S8)．．．步驟八

Claims (3)

1. 一種結合ＱＡＭ調變之ＲＳ碼步階解碼方法，其步驟包括有：
   　　步驟一：接收一以里德所羅門碼（Ｒｅｅｄ　Ｓｏｌｏｍｏｎ　Ｃｏｄｅｓ，簡稱ＲＳ碼）步階編碼與正交振幅調變（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ　Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ，簡稱ＱＡＭ）之編碼訊號；
   　　步驟二：利用里德所羅門碼的ｍ－ｂｉｔｓ符元（ｓｙｍｂｏｌ）對應到ＱＡＭ調變系統之ｍ－ｂｉｔｓ的星座點（ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ），一個該星座點係對應一里德所羅門碼的該符元；
   　　步驟三：決定與該編碼訊號最接近之星座點，定義為第一接近星座點，並以該第一接近星座點作為新原點；
   　　步驟四：以該第一接近星座點計算該編碼訊號之徵狀值（ｓｙｎｄｒｏｍｅ），利用徵狀矩陣（ｓｙｎｄｒｏｍｅ　ｍａｔｒｉｘ）計算錯誤個數，若無錯誤發生，以小能力解碼器將結果再解碼一次，以解決較高雜訊之錯誤；
   　　步驟五：計算該第一接近星座點鄰近的四點星座點座標與該編碼訊號之絕對值距離，定義最接近該編碼訊號之星座點為第二接近星座點，重新計算該第二接近星座點之徵狀值，並利用徵狀矩陣判斷錯誤個數；
   　　步驟六：比較該第二接近星座點與該第一接近星座點之徵狀值，該第二接近星座點之徵狀值減少代表已更正錯誤的符元；
   　　步驟七：逐一檢查每一個符元，以確認降低錯誤個數來驗證該編碼訊號之正確座標值；
   　　步驟八：將解碼之結果以小能力解碼器再解一次，以解決較高雜訊之錯誤。
2. 如申請專利範圍第１項所述之結合ＱＡＭ調變之ＲＳ碼步階解碼方法，其中該編碼端係以步階編碼演算法結合ＱＡＭ調變器，位於解碼端之該ＱＡＭ調變系統係以低複雜度演算法系統設計。
3. 如申請專利範圍第１項所述之結合ＱＡＭ調變之ＲＳ碼步階解碼方法，其中該編解碼係以Ｍａｔｌａｂ軟體完成模擬驗證。