TWI593257B - 處理序列估測的裝置及方法 - Google Patents

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TWI593257B TW105102644A TW105102644A TWI593257B TW I593257 B TWI593257 B TW I593257B TW 105102644 A TW105102644 A TW 105102644A TW 105102644 A TW105102644 A TW 105102644A TW I593257 B TWI593257 B TW I593257B
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Description

處理序列估測的裝置及方法
本發明係指一種處理序列估測的裝置及方法，尤指一種可根據軟資訊的序列估測裝置及序列估測方法。
影像廣播標準包含有美國的進階電視系統委員會（advanced television system committee，ATSC）、歐洲的地面數位視訊廣播（digital video broadcasting-terrestrial，DVB-T）、日本的地面整合數位廣播服務（integrated services digital broadcasting-terrestrial，ISDB-T），以及中國的地面數位多媒體廣播（digital terrestrial multimedia broadcast，DTMB）等標準。在數位通訊系統中，當訊號透過無線通道被傳送時，會受到多路徑衰減（multi-path fading）的影響，進而產生符碼間干擾（inter-symbol interference，ISI），使接收端難以正確地還原訊號。為了消除符碼間干擾，接收端通常會設置等化器（equalizer）及序列估測裝置來估測傳送訊號以獲得估測訊號。再者，為了正確還原被傳送的訊號，接收端還會設置有解碼器來解碼估測訊號，以獲得輸出訊號。
除此之外，當訊號透過無線通道被傳送時，需先在傳送端中進行調變及編碼，以克服無線通道的所造成的訊號錯誤。當接收端接收到訊號後，接收端中的等化器及序列估測裝置可根據硬決策（hard decision）獲得包含有星座符元（constellation symbols）的估測訊號，其中該估測訊號為一具有硬資訊（hard information）的訊號。由於具有硬資訊的訊號未包含有任何訊號錯誤的相關資訊，解碼器雖可解碼僅具有硬資訊的估測訊號，但輸出訊號會具有較高的錯誤率。也就是說，解碼器的效能會降低，進而影響通訊系統的輸出率。
因此，如何處理估測訊號，以改善解碼器的效能為亟待解決的問題。
因此，本發明之主要目的即在於提供一種處理序列估測的裝置及方法，以解決上述問題。
本發明揭露一種序列估測裝置，包含有一軟決策處理單元，用來接收複數個估測訊號，以根據一第一複數個等化訊號、一等化器權重及對應於該等化器權重的該複數個估測訊號，產生具有軟資訊（soft information）的複數個輸入訊號；以及一解碼單元，耦接於該軟決策處理單元，用來根據一解碼規則，解碼具有該軟資訊的該複數個輸入訊號，以產生複數個輸出訊號。
本發明另揭露一種處理序列估測的方法，該方法包含有使用一軟決策處理單元來接收複數個估測訊號，以根據一第一複數個等化訊號、一等化器權重及對應於該等化器權重的該複數個估測訊號，產生具有軟資訊的複數個輸入訊號；以及根據一解碼規則，使用一解碼單元來解碼具有該軟資訊的該複數個輸入訊號，以產生複數個輸出訊號。
因為具有硬資訊的估測訊號會降低低密度同位檢查碼解碼器（low-density parity-check，LDPC）的效能，本發明提出一種序列估測的裝置及方法，用來處理具有硬資訊的估測訊號，以產生具有軟資訊的估測訊號，來解決上述問題。詳細的實施方式如以下所述。
請參考第1圖，第1圖為本發明實施例一通訊系統10之示意圖。通訊系統10可為任何使用單載波（single-carrier）技術或正交分頻多工（orthogonal frequency-division multiplexing，OFDM）技術的通訊系統，簡略地係由一傳送端TX及一接收端RX所組成。在第1圖中，傳送端TX及接收端RX係用來說明通訊系統10之架構。舉例來說，通訊系統10可為非對稱式數位用戶迴路（asymmetric digital subscriber line，ADSL）系統及電力通訊（power line communication，PLC）系統等有線通訊系統，或者是區域無線網路（wireless local area network，WLAN）、數位地面多媒體廣播（digital terrestrial multimedia broadcast，DTMB）系統及先進長期演進（Long Term Evolution-advanced，LTE-A）系統等無線通訊系統。此外，傳送端TX及接收端RX可設置於行動電話、筆記型電腦、平板電腦、電子書及可攜式電腦系統等裝置中，不限於此。
請參考第2圖，第2圖為本發明實施例一序列估測裝置20之示意圖，用於第1圖的接收端RX中，用來估測及解碼訊號。序列估測裝置20包含有一等化器模組200、一誤差處理單元202、一序列估測模組204、一解碼模組206、一處理器208及一切換單元210。解碼模組206包含有一軟決策處理單元2062及一解碼單元2064。詳細來說，軟決策處理單元2062可用來接收複數個估測訊號sig_est，以根據複數個等化訊號p_out、等化器權重及對應於等化器權重的複數個估測訊號，產生具有軟資訊（soft information）的複數個輸入訊號sig_soft。解碼單元2064耦接於軟決策處理單元2062，用來根據一解碼規則（例如一種低密度同位檢查碼的錯誤更正碼），解碼具有軟資訊的複數個輸入訊號sig_soft，以產生複數個輸出訊號sig_out。也就是說，在將複數個估測訊號sig_est提供給解碼單元2064之前，軟決策處理單元2062可先處理複數個估測訊號sig_est，使複數個估測訊號sig_est包含有軟資訊，以提高解碼單元2064的效能，進而提高複數個輸出訊號sig_out的正確性。簡言之，由於具有軟資訊的複數個輸入訊號sig_soft可提供複數個估測訊號sig_est與決策邊界間的距離資訊，解碼單元2064可更有效率的還原估測訊號，提高通訊系統的輸出率。
序列估測模組204，耦接於軟決策處理單元2062，可用來產生複數個估測訊號sig_est。詳細來說，序列估測模組204接收複數個等化訊號p_out，可根據一分組規則及一序列估測規則，將複數個等化訊號p_out排序為複數個估測訊號sig_est。用於序列估測模組204中的序列估測規則可為最大似然序列估計（maximum-likelihood sequence estimation，MLSE）規則。此外，實現最大似然序列估計規則的方法有很多種。舉例來說，序列估測模組204可執行維特比（Viterbi）演算法來實現最大似然序列估計規則，來處理複數個等化訊號p_out，以獲得複數個估測訊號sig_est。
誤差處理單元202，耦接於序列估測模組204，用來接收複數個決定訊號dec_est、絕對值強度最大的反饋等化器權重fbe_w_max及其指標fbe_w_index，以及複數個等化訊號dec_in，根據複數個決定訊號dec_est及複數個等化訊號dec_in，產生複數個等化訊號p_out。詳細來說，誤差處理單元202包含有暫存器2022、切換單元2024、乘法器2026，以及加法器2028。暫存器2022耦接於決策單元2006，用來接收複數個決定訊號dec_est，根據預先定義的暫存規則（例如佇列結構），暫存複數個決定訊號dec_est。切換單元2024耦接於暫存器2022，根據複數個決定訊號dec_est及絕對值強度最大的反饋等化器權重的指標fbe_w_index，產生複數個相對應的決定訊號dec_est_shift。乘法器2026耦接於切換單元2024，根據複數個相對應的決定訊號dec_est_shift，以及絕對值強度最大的反饋等化器權重fbe_w_max，產生複數個相對應的加權的決定訊號dec_est_w。加法器2028耦接於乘法器2026，根據複數個等化訊號dec_in及複數個相對應的加權的決定訊號dec_est_w，產生複數個等化訊號p_out。
處理器208耦接於反饋等化器2004，用來接收複數個反饋等化器權重fbe_w，根據預先定義的處理規則（例如決定相對應絕對值強度最大的反饋等化器權重的指標的處理規則），產生絕對值強度最大的反饋等化器權重的指標fbe_w_index。切換單元210耦接於反饋等化器2004及處理器208，根據複數個反饋等化器權重fbe_w及絕對值強度最大的反饋等化器權重的指標fbe_w_index，產生絕對值強度最大的反饋等化器權重fbe_w_max。
等化器模組200，耦接於誤差處理單元202，可用來接收複數個訊號sig_in，以將複數個訊號sig_in等化為複數個決定訊號dec_est，以及產生複數個等化訊號dec_in。其中，複數個訊號sig_in可根據四位元相位偏移調變(quadrature phase-shift keying，QPSK)、16正交振幅調變(quadrature amplitude modulation，QAM)、32正交振幅調變或其他調變方法被產生，不限於此。詳細來說，等化器模組200包含有前饋等化器(feedforward equalizer，FFE)2002、反饋等化器(feedback equalizer，FBE)2004、決策單元(decision device)2006及加法器2008，其中前饋等化器2002及反饋等化器2004分別包含有複數個前饋等化器權重及複數個反饋等化器權重fbe_w，可用來等化其輸入訊號。也就是說，前饋等化器2002可根據複數個訊號sig_in(例如基頻接收訊號)及複數個前饋等化器權重，產生複數個前饋加權訊號ffe_out。反饋等化器2004耦接於決策單元2006，可根據複數個決定訊號dec_est及複數個反饋等化器權重fbe_w，產生複數個反饋加權訊號fbe_out。加法器2008耦接於前饋等化器2002及反饋等化器2004，可根據複數個前饋加權訊號ffe_out及複數個反饋加權訊號fbe_out，產生複數個等化訊號dec_in(例如dec_in=ffe_out+fbe_out)。決策單元2006耦接於加法器2008，根據複數個等化訊號dec_in產生(例如透過解調變)複數個決定訊號dec_est。
根據以上所述，以下進一步提供一實施例，用來說明訊號及權重間的關係。等化器模組200首先根據複數個訊號y n (例如第2圖中的sig_in)，產生複數個等化訊號z n (例如第2圖中的dec_in)、複數個決定訊號(例如第2圖中的dec_est)，以及複數個反饋等化器權重b 1、b 2、…、b h-1、b h (例如第2圖中的fbe_w)，其中h為階數(tap)。處理器208根據複數個反饋等化器權重b 1、b 2、…、b h-1、b h ，產生絕對值強度最大的反饋等化器權重的指標k(例如第2圖中的fbe_w_index)。切換單元210根據複數個反饋等化器權重b 1、b 2、…、b h-1、b h 及絕對值強度最大的反饋等化器權重的指標k，產生絕對 值強度最大的反饋等化器權重b k (例如第2圖中的fbe_w_max)。為了減輕等化模組200可能會產生的誤差傳播的問題，誤差處理單元202可根據複數個決定訊號、絕對值強度最大的反饋等化器權重b k 及其指標k，以及複數個等化訊號z n ，產生複數個等化訊號r n (例如第2圖中的p_out)。產生複數個等化訊號r n 的方法有很多種，舉例來說，可根據方程式來產生r n ，但不限於此。
解碼模組206的實施方式有很多種。舉例來說，軟決策處理單元2062可根據方程式r n +b k (對應於誤差處理單元202用來產生r n 的方程式)來產生具有軟資訊的複數個輸入訊號sig_soft；其中r n 為複數個等化訊號p_out、為複數個估測訊號sig_est、b k 為複數個反饋等化器權重中一絕對值強度最大的反饋等化器權重，以及k為其指標及n為時間指標。也就是說，由於複數個等化訊號p_out包含有軟資訊，軟決策處理單元2062可對複數個等化訊號p_out與複數個估測訊號sig_est進行運算，獲得具有軟資訊的複數個輸入訊號sig_soft。
在一實施例中，當複數個訊號sig_in為根據四位元相位偏移調變方法被產生時，若解碼單元2064根據複數個估測訊號sig_est(非具有軟資訊的複數個輸入訊號sig_soft)進行解碼，會降低解碼正確率。也就是說，解碼單元2064無法有效率的還原估測訊號，會降低通訊系統的輸出率。因此，當複數個訊號sig_in為根據四位元相位偏移調變方法被產生時，需要經由軟決策處理單元2062進行處理，使其包含有軟資訊，以提高解碼單元2064的解碼正確率。也就是說，軟決策處理單元2062可僅用於複數個訊號sig_in為根據四位元相位偏移調變方法被產生的實施例中。換句話說，當複數個訊號sig_in為根據16正交振幅調變、32正交振幅調變或其他調變方法被產生時，複數個估測訊號sig_est可直接輸出給解碼單元2064進行解碼，而不需要經過軟決策處理單元2062。
請參考第3圖，第3圖為本發明實施例一軟決策處理單元30之示意圖，可用來實現第2圖中軟決策處理單元2062。軟決策處理單元30可包含有一暫存器300、一乘法器302、一加法器304，以及一切換單元306。暫存器300用來接收複數個估測訊號 （例如第3圖中的sig_est），根據預先定義的暫存規則（例如佇列結構），暫存複數個估測訊號 。切換單元306耦接於暫存器300，根據複數個估測訊號 及絕對值強度最大的反饋等化器權重的指標k（例如第3圖中的fbe_w_index），產生對應於該指標k的複數個估測訊號 （例如第3圖中的sig_est_shift）。乘法器302可根據絕對值強度最大的反饋等化器權重 （例如第3圖中的fbe_w_max）及對應於指標k的複數個的估測訊號 ，產生複數個相對應的加權的估測訊號 （例如第3圖中的sig_est_w）。加法器304可根據複數個等化訊號 及複數個相對應的加權的估測訊號 ，產生具有軟資訊的複數個輸入訊號 （例如第3圖中的sig_soft）。
請參考第4圖，第4圖為本發明實施例一解碼單元40之示意圖，可用來實現第2圖中解碼單元2064。解碼單元40可包含有一對數似然率計算器400（log-likelihood ratio，LLR）及一低密度同位檢查碼解碼器402。對數似然率計算器400可用來接收具有軟資訊的複數個輸入訊號sig_soft，以產生具有軟資訊的似然訊號sig_soft_cal。接著，低密度同位檢查碼解碼器402，耦接於對數似然率計算器400，可用來接收具有軟資訊的似然訊號sig_soft_cal，以產生複數個輸出訊號sig_out。因此，解碼單元40可根據軟資訊提高複數個輸出訊號sig_out的正確性，進而提高通訊系統的輸出率。
因此，透過解碼模組206中的軟決策處理單元2062及解碼單元2064，解碼模組206可根據軟資訊提高解碼器效能，進而提高通訊系統的輸出率。
前述解碼模組206之運作方式，可進一步歸納為一流程50，如第5圖所示。流程50包含以下步驟：
步驟 500：開始。
步驟 502：使用一軟決策處理單元來接收複數個估測訊號，以根據一第一複數個等化訊號、一等化器權重及對應於該等化器權重的該複數個估測訊號，產生具有軟資訊的複數個輸入訊號。
步驟 504：根據一解碼規則，使用一解碼單元來解碼具有該軟資訊的該複數個輸入訊號，以產生複數個輸出訊號。
步驟 506：結束。
在流程50中，解碼模組206可使用一軟決策處理單元來接收複數個估測訊號，以根據一第一複數個等化訊號、一等化器權重及對應於等化器權重的複數個估測訊號，產生具有軟資訊的複數個輸入訊號。接著，解碼模組206可根據一解碼規則，使用一解碼單元來解碼具有軟資訊的複數個輸入訊號，以產生複數個輸出訊號。
流程50係用來說明解碼模組206之運作方式，詳細說明及變化可參考前述，於此不贅述。
綜上所述，本發明提供一種序列估測裝置及方法，用來估測及解碼訊號。序列估測裝置包含有解碼模組，透過解碼模組中的軟決策處理單元及解碼單元，可提高通訊系統的輸出率。   以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10‧‧‧工通訊系統
20‧‧‧工序列估測裝置
30‧‧‧工軟決策處理單元
40‧‧‧工解碼單元
200‧‧‧工等化器模組
202‧‧‧工誤差處理單元
204‧‧‧工序列估測模組
206‧‧‧工解碼模組
208‧‧‧工處理器
210、2024、306‧‧‧工切換單元
2002‧‧‧工前饋等化器
2004‧‧‧工反饋等化器
2006‧‧‧工決策單元
2008、2028、304‧‧‧工加法器
2022、300‧‧‧工暫存器
2026、302‧‧‧工乘法器
2062‧‧‧工軟決策處理單元
2064‧‧‧工解碼單元
400‧‧‧工對數似然率計算器
402‧‧‧工低密度同位檢查碼解碼器
sig_in、sig_out‧‧‧工訊號
dec_in、p_out‧‧‧工等化訊號
dec_est、dec_est_shift‧‧‧工決定訊號
sig_est、sig_est_shift‧‧‧工估測訊號
ffe_out、fbe_out、dec_est_w、sig_est_w‧‧‧工加權訊號
fbe_w、fbe_w_max‧‧‧工反饋等化器權重
fbe_w_index‧‧‧工反饋等化器權重的指標
sig_soft‧‧‧工具有軟資訊的輸入訊號
sig_soft_cal‧‧‧工具有軟資訊的似然訊號
50‧‧‧工流程
500、502、504、506‧‧‧工步驟
第1圖為本發明實施例一通訊系統之示意圖。 第2圖為本發明實施例一序列估測裝置之示意圖。 第3圖為本發明實施例一軟決策處理單元之示意圖。 第4圖為本發明實施例一解碼單元之示意圖。 第5圖為本發明實施例一流程之示意圖。
20‧‧‧序列估測裝置
200‧‧‧等化器模組
202‧‧‧誤差處理單元
204‧‧‧序列估測模組
206‧‧‧解碼模組
208‧‧‧處理器
210、2024‧‧‧切換單元
2002‧‧‧前饋等化器
2004‧‧‧反饋等化器
2006‧‧‧決策單元
2008、2028‧‧‧加法器
2022‧‧‧暫存器
2026‧‧‧乘法器
2062‧‧‧軟決策處理單元
2064‧‧‧解碼單元
sig_in、sig_out‧‧‧訊號
dec_in、p_out‧‧‧等化訊號
dec_est、dec_est_shift‧‧‧決定訊號
sig_est‧‧‧估測訊號
ffe_out、fbe_out、dec_est_w‧‧‧加權訊號
fbe_w、fbe_w_max‧‧‧反饋等化器權重
fbe_w_index‧‧‧反饋等化器權重的指標
sig_soft‧‧‧具有軟資訊的輸入訊號

Claims (15)

  1. 一種序列估測裝置，包含有：一軟決策處理單元，用來接收複數個估測訊號，以根據一第一複數個等化訊號、一等化器權重及對應於該等化器權重的該複數個估測訊號，產生具有軟資訊(soft information)的複數個輸入訊號；以及一解碼單元，耦接於該軟決策處理單元，用來根據一解碼規則，解碼具有該軟資訊的該複數個輸入訊號，以產生複數個輸出訊號。
  2. 如請求項1所述的序列估測裝置，其中具有該軟資訊的該複數個輸入訊號根據以下方程式表示被決定：r n +b k ；其中r n 為該第一複數個等化訊號、為該複數個估測訊號、b k 為複數個反饋器等化權重中一強度最大的反饋等化器權重、k為其指標以及n為時間指標。
  3. 如請求項1所述的序列估測裝置，其中該解碼單元包含有一對數似然率(log-likelihood ratio，LLR)計算器及一低密度同位檢查碼(low-density parity-check，LDPC)解碼器。
  4. 如請求項1所述的序列估測裝置，另包含有：一序列估測模組，耦接於該軟決策處理單元，用來產生該複數個估測訊號。
  5. 如請求項4所述的序列估測裝置，其中該序列估測模組接收該第一複數個等化訊號，以根據一分組規則及一序列估測規則，將該第一複數個等化 訊號排序為該複數個估測訊號。
  6. 如請求項5所述的序列估測裝置，另包含有：一誤差處理單元，耦接於該序列估測模組，用來接收複數個決定訊號、該等化器權重，以及一第二複數個等化訊號，根據該複數個決定訊號及該第二複數個等化訊號，產生該第一複數個等化訊號；以及一等化器模組，耦接於該誤差處理單元，用來接收複數個訊號，以將該複數個訊號等化為該複數個決定訊號，以及產生該第二複數個等化訊號。
  7. 如請求項6所述的序列估測裝置，其中該複數個訊號根據一四位元相位偏移調變(quadrature phase-shift keying，QPSK)、一16正交振幅調變(quadrature amplitude modulation，QAM)、或一32正交振幅調變被產生。
  8. 如請求項5所述的序列估測裝置，其中該序列估測規則為一最大似然序列估計(maximum-likelihood sequence estimation，MLSE)規則。
  9. 一種處理序列估測的方法，包含有：使用一軟決策處理單元來接收複數個估測訊號，以根據一第一複數個等化訊號、一等化器權重及對應於該等化器權重的該複數個估測訊號，產生具有軟資訊(soft information)的複數個輸入訊號；以及根據一解碼規則，使用一解碼單元來解碼具有該軟資訊的該複數個輸入訊號，以產生複數個輸出訊號。
  10. 如請求項9的方法，其中具有該軟資訊的該複數個輸入訊號根據以下方程式表示被決定：r n +b k ；其中r n 為該第一複數個等化訊號、為該複數個估測訊號、b k 為複數個反饋等化器權重中一強度最大的反饋等化器權重、k為其指標以及n為時間指標。
  11. 如請求項9的方法，另包含有：使用一序列估測模組來產生該複數個估測訊號。
  12. 如請求項11的方法，其中根據一分組規則及一序列估測規則，使用該序列估測模組接收該第一複數個等化訊號，以將該第一複數個等化訊號排序為該複數個估測訊號。
  13. 如請求項12的方法，另包含有：使用一誤差處理單元來接收複數個決定訊號、該等化器權重，以及一第二複數個等化訊號，根據該複數個決定訊號及該第二複數個等化訊號，產生該第一複數個等化訊號；以及使用一等化器模組來接收複數個訊號，以將該複數個訊號等化為該複數個決定訊號，以及產生該第二複數個等化訊號。
  14. 如請求項13的方法，其中該複數個訊號根據一四位元相位偏移調變(quadrature phase-shift keying，QPSK)、一16正交振幅調變(quadrature amplitude modulation，QAM)、或一32正交振幅調變被產生。
  15. 如請求項12的方法，其中該序列估測規則為一最大似然序列估計(maximum-likelihood sequence estimation，MLSE)規則。
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