TWI623219B - 等化器裝置及其軟決策方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種等化器裝置，該等化器裝置包含前饋控制濾波器、軟決策電路及回授濾波器，前饋控制濾波器用以處理一輸入訊號，軟決策電路用以前饋控制根據前饋控制濾波器之輸出訊號及回授濾波器之回授訊號，執行軟決策操作以產生決策結果訊號，回授濾波器用以根據決策結果訊號產生回授訊號。

Description

等化器裝置及其軟決策方法

本發明關於一種等化器機制，尤指一種等化器裝置及對應的軟決策方法。

一般而言，傳統通訊系統之接收端的等化器架構所採用的是硬決策機制（hard decision），該硬決策機制係通過一決策邊界來判斷所接收之訊號為哪一個符元並輸出相對應的訊號準位，然而硬決策機制有其嚴重的缺點，當一旦發生決策錯誤時（例如因為通道雜訊過大或多路徑衰減效應），誤判的錯誤量累計會較多而影響到後續的決策，這使得整個系統較易崩潰而不穩定。

因此，本發明的目的之一在於提供一種執行軟決策的等化器裝置及對應的軟決策方法，以解決傳統使用硬決策機制而造成一旦決策錯誤之錯誤量過多的問題。

根據本發明的實施例，其揭露了一種等化器裝置，該等化器裝置包含前饋控制濾波器、軟決策電路及回授濾波器，前饋控制濾波器用以處理一輸入訊號，軟決策電路用以前饋控制根據前饋控制濾波器之輸出訊號及回授濾波器之回授訊號，執行軟決策操作以產生決策結果訊號，回授濾波器用以根據決策結果訊號產生回授訊號。

根據本發明的實施例，另揭露了一種運作在該等化器裝置的軟決策方法，該軟決策方法包含有：使用前饋控制濾波器，處理一輸入訊號；前饋控制根據前饋控制濾波器之輸出訊號及回授濾波器之回授訊號，執行軟決策操作以產生決策結果訊號；以及使用回授濾波器，根據決策結果訊號產生回授訊號。

請參照第1圖，第1圖是本發明實施例之通訊系統100的概念示意圖。通訊系統100包括傳送器105、通道110及接收器115，接收器115包括通道估測電路120、等化器裝置125、解碼電路130，傳送器105利用編碼電路1051對資訊訊號x(n)進行編碼保護（例如可採用前向錯誤更正碼編碼）以產生編碼後的訊號y(n)，傳送編碼後訊號y(n)至通道110，訊號y(n)受到通道110的多路徑衰弱效應（multipath fading，表示為h(n)）以及外加的雜訊w(n)所影響，接收器115實際所接收的訊號為z(n)，由於多路徑衰弱現象的複雜性（於無線通訊環境中尤其嚴重），無法直接基於訊號z(n)來獲取資訊訊號x(n)，因而使用通道估測電路120根據訊號z(n)進行通道估測來估計通道脈衝響應（channel impulse response）、輸出通道估計結果至等化器裝置125，等化器裝置125根據該通道估計結果對訊號z(n)進行多路徑衰弱現象的響應補償以降低傳送錯誤率，之後解碼電路130對補償後的訊號進行解碼（例如前向錯誤更正碼的解碼）以產生或回復解碼後的資訊訊號x’(n)。本案之實施例係於等化器裝置125中採用軟決策方法（soft decision），使進行回授響應補償時，降低傳統硬決策機制的錯誤傳播問題（error propagation），避免一旦某一次硬決策錯誤時造成更多錯誤傳播影響至下一次的決策，因此相較於硬決策機制，本案採用軟決策方法之等化器裝置125具有更高的穩定性，同時亦可提升系統決策效能。

請參照第2圖，第2圖是第1圖所示之通訊系統100內位於訊號接收端之等化器裝置125的一實施例示意圖，本案之等化器裝置125所採用的是決策回授的等化器架構（decision feedback equalizer），其可適用於多種通訊架構中，例如有線數位視訊廣播（Digital Video Broadcast over Cable，簡稱DVB-C）、美國的先進電視系統委員會（Advanced Television System Committee，簡稱ATSC）、地面數位多媒體廣播（Terrestrial Multimedia Broadcast，簡稱DTMB）等等。等化器裝置125包括前饋控制濾波器(feedforward filter)1251、軟決策電路（soft slicer）1252及回授濾波器1253，前饋控制濾波器1251用以接收並處理自通道110所實際接收的訊號z(n)，訊號z(n)理想上對應於傳送端之一調變後的符元訊號而於傳送時受到多路徑衰弱與雜訊影響，例如符元可以是傳送端經由16-QAM的正交載波振幅調變所產生，而訊號z(n)的訊號準位理想上會對應於該調變後的符元訊號之正交載波振幅的振幅大小。軟決策電路1252耦接至前饋控制濾波器1251的輸出端並用以接收前饋控制濾波器1251的輸出訊號（亦即經由前饋控制濾波器1251處理後的訊號z’(n)）以及回授濾波器1253的回授訊號fb，根據前饋控制濾波器1251之輸出訊號z’(n)及回授濾波器1253之回授訊號fb，執行軟決策操作以產生一決策結果訊號sd，實施上，訊號z’(n)會扣掉回授訊號fb後再傳送至軟決策電路1252，組成軟決策電路1252的輸入訊號（亦即z’(n)-fb），或是軟決策電路1252可先接收訊號z’(n)及回授訊號fb，利用其內部電路運作將訊號z’(n)扣掉回授訊號fb再執行軟決策操作。回授濾波器1253耦接至軟決策電路1252的輸出端並用以根據決策結果訊號sd產生回授訊號fb給軟決策電路1252，例如，軟決策電路1252根據經由前饋控制濾波器1251處理後之訊號z’(n)的實際訊號振幅與回授訊號fb的準位，判斷訊號z(n)所對應之符元訊號為何，輸出該符元訊號理想上所對應之正交載波振幅大小。需注意的是，本案的等化器裝置125可適用於不同的調變機制，並非僅限定於16-QAM的正交載波振幅調變。

請參照第3圖，第3圖是16-QAM正交載波振幅調變之對應星座圖與16個星座點的示意圖，16-QAM調變是以兩個正交載波的振幅調變方式傳送資訊/資料，訊號在數學上以I+jQ的形式來表示兩個不同的正交載波，如第3圖所示，I軸代表星座圖的實數軸，Q軸代表虛數軸，星座圖上形成16個候選符元的星座點，實際接收訊號z(n)的理想振幅大小的位置點應落在其中一個星座點，然而，由於多路徑衰弱與雜訊的影響，訊號z(n)之正交載波上的訊號振幅之位置點實際上不一定落在16個星座點中某個星座點的位置，而可能會位於某個星座點的附近（如果多路徑衰弱與雜訊的影響較小），或位於兩個星座點的中間（如果多路徑衰弱與雜訊的影響過大），第3圖中之虛線標示出各星座點的決策邊界（decision boundary），如果訊號z(n)之I軸、Q軸上之訊號振幅（或準位）的位置點相對靠近某一星座點，則本案之等化器裝置100的軟決策電路1252會達到判定或修正該訊號z(n)之I軸、Q軸之訊號振幅為該星座點的訊號振幅，此外，為了避免發生錯誤傳播的問題，當軟決策電路1252偵測到訊號z(n)之訊號振幅的位置點位於決策邊界的附近，軟決策電路1252會執行適應性的軟決策機制，此時不將訊號z(n)之訊號振幅判定或修正為某一鄰近星座點的訊號振幅，而是產生並輸出一軟決策結果訊號至回授濾波器1253，以避免錯誤傳播的現象，例如，如果訊號z(n)之訊號振幅位於302A的位置點，軟決策電路1252可達到判定或修正該訊號z(n)之訊號振幅為最靠近之星座點302的振幅（亦即），而如果訊號z(n)的位置點（例如302B）極靠近決策邊界，則軟決策電路1252不會將其判定或修正為星座點302的振幅，而改成產生輸出與各星座點位置不同的訊號準位/振幅；實際操作請參照第4圖。

第4圖是本案執行軟決策操作之一實施例的示意圖。如第4圖所示，橫軸可以代表實數軸I軸及/或虛數軸Q軸，圖上繪示了4個星座點401A、401B、401C、401D及對應的3個決策邊界402A、402B、402C，任一決策邊界設置於兩個星座點的中間，對於每一個決策邊界，軟決策電路1252設置了相對應的一軟決策區間（一訊號準位區間），例如軟決策區間403A、403B、403C，決策邊界位於軟決策區間的中間，實施上，軟決策電路1252於執行軟決策操作時係藉由判斷訊號z’(n)與回授訊號fb的訊號組合（z’(n)-fb）的位置點，以達到判斷訊號z(n)之I軸、Q軸上之訊號振幅（或準位）的位置點，判斷經由前饋控制濾波器1251處理後之訊號z’(n)減去回授訊號fb後的訊號組合之訊號振幅是否落入一決策邊界所對應之一軟決策區間內，來產生決策結果訊號，例如判斷訊號振幅是否落入決策邊界402A所對應之軟決策區間內403A內，當訊號振幅落入軟決策區間403A時，軟決策電路1252產生並輸出軟決策區間403A內所對應之一訊號準位作為該決策結果訊號，反之，當位於軟決策區間403A外時，軟決策電路1252產生並輸出所對應之一鄰近候選符元（亦即鄰近星座點）之一載波振幅準位作為該決策結果訊號，以實作來看，當訊號振幅落入軟決策區間403A時，軟決策電路1252可輸出軟決策電路1252的輸入訊號準位（亦即前饋控制濾波器1251處理後的訊號z’(n)減去回授訊號fb的結果）作為決策結果訊號sd至回授濾波器1253，另外，其他實作方式中，當訊號振幅落入軟決策區間403A時，軟決策電路1252亦可改為輸出軟決策區間403A之中心位置所對應之一訊號準位作為決策結果訊號sd，亦即輸出決策邊界402A所對應之訊號振幅準位（亦即）作為決策結果訊號sd。而如果訊號振幅位於軟決策區間403A外而較靠近星座點401A時，軟決策電路1252產生並輸出一鄰近候選符元（星座點401A所對應之符元）之一載波振幅準位（亦即）作為決策結果訊號sd，反之，如果較靠近星座點401B時，軟決策電路1252產生並輸出一鄰近候選符元（星座點401B所對應之符元）之一載波振幅準位（亦即）作為決策結果訊號sd。軟決策電路1252對於其他決策邊界與對應的軟決策區間之判斷操作與上述相同，不再贅述。

另外，應注意的是，軟決策電路1252採用上述軟決策區間403A、403B、403C時，可先於星座圖的橫軸（實數軸I軸）執行軟決策操作、接著根據實數軸I軸的軟決策結果在縱軸（虛數軸Q軸）執行軟決策操作，以產生決策結果訊號sd，或者亦可先於星座圖的縱軸（虛數軸Q軸）執行軟決策操作、接著根據虛數軸Q軸的軟決策結果在橫軸（實數軸I軸）執行軟決策操作，以產生決策結果訊號sd，或者亦可同時在星座圖的橫軸（實數軸I軸）及縱軸（虛數軸Q軸）執行軟決策操作，以產生決策結果訊號sd；以上實施變型均屬本案的範疇。

因此，相較而言，當傳統的硬決策機制一旦決策錯誤，例如將應該對應於載波振幅準位為的符元誤判為振幅準位為的符元時，其誤判造成的錯誤量有，此外，傳統硬決策機制當誤判時也會造成回授濾波器無法適當作動，再者，錯誤量的累計亦可能造成錯誤地更新了等化器本身的參數。反之，如果採用本案之等化器裝置125的軟決策方法，發生符元誤判的機率可降低，而即使發生誤判其錯誤量可低至，因而系統效能可獲得提升。如此，透過本案的軟決策區間的設計與決策判斷，本案之等化器裝置125進行軟決策的回授響應補償時可避免或減輕發生一旦決策錯誤造成更多錯誤傳播影響至下一次決策的錯誤傳播問題，系統具有高穩定性，而不會因為多路徑衰弱的影響過大而發生崩潰。 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。

100‧‧‧通訊系統
105‧‧‧傳送器
110‧‧‧通道
115‧‧‧接收器
120‧‧‧通道估測電路
125‧‧‧等化器裝置
130‧‧‧解碼電路
302、401A、401B、401C、401D‧‧‧16-QAM之星座點
402A、402B、402C‧‧‧決策邊界
403A、403B、403C‧‧‧軟決策區間
302A、302B‧‧‧訊號z(n)的位置點
1051‧‧‧編碼電路
1251‧‧‧前饋控制濾波器
1252‧‧‧軟決策電路
1253‧‧‧回授濾波器

第1圖為本發明實施例之通訊系統的概念示意圖。 第2圖為第1圖所示之通訊系統內位於訊號接收端之等化器裝置的一實施例示意圖。 第3圖為16-QAM正交載波振幅調變之對應星座圖與16個星座點的示意圖。 第4圖為本案執行軟決策操作之實施例的示意圖。

Claims (12)

1. 一種等化器裝置，包含有：一前饋控制濾波器，用以處理該前饋控制濾波器之一輸入訊號；一軟決策電路，耦接至該前饋控制濾波器，前饋控制並可根據該前饋控制濾波器之一輸出訊號及一回授訊號執行一軟決策操作以產生一決策結果訊號；以及一回授濾波器，耦接至該軟決策電路，用以根據該決策結果訊號產生該回授訊號；其中該前饋控制濾波器之該輸出訊號及該回授濾波器之該回授訊號組成該軟決策電路之一輸入訊號，該軟決策電路執行該軟決策操作時係判斷該軟決策電路之該輸入訊號是否落入一決策邊界所對應之一軟決策區間內，來產生該決策結果訊號。
2. 如申請專利範圍第1項所述之等化器裝置，其中當該軟決策電路之該輸入訊號落入該軟決策區間內時，該軟決策電路產生該軟決策區間所對應之一訊號準位作為該決策結果訊號，以及當該軟決策電路之該輸入訊號位於該軟決策區間外時，該軟決策電路產生該軟決策電路之該輸入訊號所對應之一鄰近候選符元之一訊號準位作為該決策結果訊號。
3. 如申請專利範圍第2項所述之等化器裝置，其中該軟決策區間內所對應之該訊號準位為該軟決策電路之該輸入訊號準位。
4. 如申請專利範圍第2項所述之等化器裝置，其中該決策邊界位於該軟決策區間之一中心位置，且該軟決策區間內所對應之該訊號準位為該軟決策區 間之該中心位置所對應之一訊號準位。
5. 如申請專利範圍第2項所述之等化器裝置，其中該等化器裝置使用於一正交載波振幅調變架構，以及該軟決策電路先於一對應星座圖之一第一軸採用該軟決策區間執行該軟決策操作以及接著根據該第一軸的一軟決策結果在該對應星座圖之一第二軸採用該軟決策區間執行該軟決策操作，以產生該決策結果訊號。
6. 如申請專利範圍第2項所述之等化器裝置，其中該等化器裝置使用於一正交載波振幅調變架構，以及該軟決策電路同時在一對應星座圖之一第一軸及一第二軸採用該軟決策區間執行該軟決策操作，以產生該決策結果訊號。
7. 一種使用於一等化器裝置之軟決策方法，包含有：使用一前饋控制濾波器，處理該前饋控制濾波器之一輸入訊號；根據該前饋控制濾波器之一輸出訊號及一回授訊號，執行一軟決策操作以產生一決策結果訊號；以及使用一回授濾波器，根據該決策結果訊號產生該回授訊號；其中該前饋控制濾波器之該輸出訊號及該回授濾波器之該回授訊號組成一軟決策電路之一輸入訊號，以及執行該軟決策操作以產生該決策結果訊號之步驟包含有：依據該軟決策電路之該輸入訊號是否落入一決策邊界所對應之一軟決策區間內，來產生該決策結果訊號。
8. 如申請專利範圍第7項所述之軟決策方法，其中依據該軟決策電路之 該輸入訊號是否落入該決策邊界所對應之該軟決策區間內來產生該決策結果訊號的步驟包括：當該軟決策電路之該輸入訊號落入該軟決策區間內時，產生該軟決策區間內所對應之一訊號準位作為該決策結果訊號；以及當該軟決策電路之該輸入訊號位於該軟決策區間外時，產生該軟決策電路之該輸入訊號所對應之一鄰近候選符元之一訊號準位作為該決策結果訊號。
9. 如申請專利範圍第8項所述之軟決策方法，其中該軟決策區間內所對應之該訊號準位為該軟決策電路之該輸入訊號準位。
10. 如申請專利範圍第8項所述之軟決策方法，其中該軟決策區間內所對應之該訊號準位為該軟決策區間之一中心位置所對應之一訊號準位，且該決策邊界位於該軟決策區間之該中心位置。
11. 如申請專利範圍第8項所述之軟決策方法，其中該等化器裝置使用於一正交載波振幅調變架構，以及該軟決策方法包括：先於一對應星座圖之一第一軸採用該軟決策區間執行該軟決策操作以及接著根據該第一軸的一軟決策結果在該對應星座圖之一第二軸採用該軟決策區間執行該軟決策操作，以產生該決策結果訊號。
12. 如申請專利範圍第8項所述之軟決策方法，其中該等化器裝置使用於一正交載波振幅調變架構，以及該軟決策方法包括：同時在一對應星座圖之一第一軸及一第二軸採用該軟決策區間執行該軟決 策操作，以產生該決策結果訊號。