TWI739074B - 迭代式檢測與解碼電路、迭代式檢測與解碼方法及多輸入多輸出接收機 - Google Patents

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Abstract

一種迭代式檢測與解碼電路，其經配置為對接收訊號進行M次外部迭代，且在該些外部迭代的第i次外部迭代中進行Ni次內部迭代，其中M為大於1的整數，i為小於或等於M的正整數，N1至NM均為正整數且包含至少二相異值。

Description

迭代式檢測與解碼電路、迭代式檢測 與解碼方法及多輸入多輸出接收機
本揭示係指一種使用遞迴式檢測與解碼(iterative detection and decoding；IDD)技術的迭代式檢測與解碼電路、迭代式檢測與解碼方法及多輸入多輸出(multiple-input multiple-output；MIMO)接收機。
近年來，隨著資訊科技的發展，對於傳輸速率的需求也隨之增加。因應高傳輸速率需求，業界已提出對應的解決方案，其中之一為多輸入多輸出通訊技術，其利用多天線之天線陣列傳送及接收訊號，以達成高傳輸速率需求。然而，對於多輸入多輸出通訊系統而言，其解映射和解碼複雜度及運算量等會因發送/接收天線的數量、符元的位元數和/或代碼約束長度(code constraint length)而大幅增加，而導致其傳輸效能受限。
本揭示的主要目的是在於提供一種使用遞迴式檢測與解碼技術的迭代式檢測與解碼電路、迭代式檢測與解碼方法及多輸入多輸出接收機，其可在高傳輸速率需求下，提升包裹錯誤率和降低運算複雜度，進而增加傳輸效能。
本揭示內容之一態樣為一種迭代式檢測與解碼電路，其經配置為對接收訊號進行M次外部迭代，且在此些外部迭代的第i次外部迭代中進行Ni次內部迭代，其中M為大於1的整數，i為小於或等於M的正整數，N1至NM均為正整數且包含至少二相異值。
本揭示內容之另一態樣為迭代式檢測與解碼方法，包含：為對接收訊號進行M次外部迭代；在該些外部迭代的第i次外部迭代中進行Ni次內部迭代；其中M為大於1的整數，i為小於或等於M的正整數，N1至NM均為正整數且包含至少二相異值。
本揭示之又一態樣為一種多輸入多輸出接收電路，其包含多個天線、解映器和迭代式檢測與解碼電路。此些天線經配置為接收多輸入多輸出訊號。解映器耦接至此些天線，且經配置為解調此些多輸入多輸出訊號。迭代式檢測與解碼電路耦接至解映器，其經配置為對此些多輸入多輸出訊號進行M次外部迭代，以得到解碼訊號，且在此些外部迭代的第i次外部迭代中進行Ni次內部迭代，其中M為大於1的整數，i為小於或等於M的正整數，N1至NM均為正整數且包含至少二相異值。
100‧‧‧通訊系統
110、120‧‧‧通訊裝置
112、122‧‧‧天線陣列
130‧‧‧通道
200‧‧‧多輸入多輸出接收機
210‧‧‧天線陣列
212(1)~212(X)‧‧‧天線
220(1)~220(X)‧‧‧快速傅立葉轉換器
230‧‧‧解映器
240‧‧‧迭代式檢測與解碼電路
241‧‧‧檢測器
242、245‧‧‧加法器
243、246‧‧‧緩衝器
244‧‧‧解碼器
250‧‧‧決策電路
302、304、306、308、310、402、404、406、408、410、412、414、416‧‧‧曲線
為了更完整了解實施例及其優點，現參照結合所附圖式所做之下列描述，其中：〔圖1〕為依據本揭示實施例之通訊系統的示意圖；〔圖2〕為依據本揭示實施例之多輸入多輸出接收機的示意圖；〔圖3A〕至〔圖3C〕為在4×4多輸入多輸出、B/D/E通道、調變及編碼機制(modulation and coding scheme；MCS)為MCS-11、使用低密度奇偶檢查(low density parity check；LDPC)碼解碼和包裹錯誤率為0.1的條件下，不同迭代方式之K值與訊噪比的關係曲線圖；〔圖4A〕至〔圖4C〕為在高效(high efficiency)4×4多輸入多輸出、B/D/E通道、調變及編碼機制為MCS-11、使用低密度奇偶檢查碼解碼和K值等於64下，不同迭代方式之訊噪比與包裹錯誤率的關係曲線圖；〔圖5〕為在4×4多輸入多輸出、160MHz通道頻寬、調變及編碼機制為MCS-11、使用低密度奇偶檢查碼解碼和K值等於64的環境下，不同迭代方式對應之加法運算次數的統計圖；以及〔圖6〕為在4×4多輸入多輸出、D通道、調變及編碼機制為MCS-11、使用低密度奇偶檢查碼解碼和K值等於64的環境下，不同迭代方式之加法運算次數和達到包裹錯誤率為0.1之訊噪比的對映圖。
以下仔細討論本揭示的實施例。然而，可以理解的是，實施例提供許多可應用的概念，其可實施於各式各樣的特定內容中。所討論之特定實施例僅供說明，並非用以限定本揭示之範圍。
關於本文中所使用之「耦接」一詞，可指二或多個元件相互直接實體或電性接觸，或是相互間接實體或電性接觸。「耦接」還可指二或多個元件相互操作或動作。
可理解的是，雖然在本文中所使用之「第一」、「第二」等術語可用來描述不同的訊號和/或實體，此些訊號和/或實體應不受此些術語的限制。此些術語僅為了將一個訊號和/或實體與其他訊號和/或實體作區別。
請參照圖1，圖1繪示依據本揭示一些實施例之通訊系統100的示意圖。通訊系統100採用的通訊技術可以是例如無線區域網路通訊技術、蜂巢網路(cellular network)通訊技術，進階長期演進技術(long-term evolution advanced；LTE-Advanced)、和/或其他適用的無線通訊技術。通訊系統100包含通訊裝置110、120和無線通道130，其中通訊裝置110、120經由無線通道130通訊連接。每一通訊裝置110、120可作為訊號傳輸端、訊號接收端或為訊號傳輸/接收端。通訊裝置110、120分別包含多支天線組成的天線陣列112、122，其通過無線通道130進行無線通訊。天線陣列112、122中的天線個數可以相同 或不相同。此外，在通訊裝置110、120之間的訊號傳輸上，可選擇啟用天線陣列112、122中的全部或部分天線以進行輻射訊號的收發。無線通道130可支援通訊裝置110、120之間的多輸入多輸出傳輸、多輸入單輸出(multiple-input single-output；MISO)傳輸、單輸入多輸出(single-input multiple-output；SIMO)傳輸和單輸入單輸出(single-input single-output；SISO)傳輸。
在本文中，通訊裝置(例如通訊裝置110、120等)可表示多種不同的實施方式，其包含但不限於例如站台(station；STA)、行動站(mobile station；MS)、用戶設備(user equipment；UE)、筆記型電腦、行動電話等行動裝置和接入點(access point；AP)、基站(base station；BS)、演進式基地台(evolved NodeB；eNB)、計算機設備、伺服器設備、工作站等固定裝置。此外，本文中的通訊裝置可在移動環境下或在固定環境下與遠端實體進行無線通訊。
圖2為依據本揭示實施例之多輸入多輸出接收機200的示意圖。多輸入多輸出接收機200包含天線陣列210、快速傅立葉轉換器(fast Fourier transformer；FFT)220(1)~220(X)、解映器(demapper)230、迭代式檢測與解碼電路240和決策電路250。多輸入多輸出接收機200適用於圖1之通訊系統100，且圖1之通訊裝置110和/或通訊裝置120可實施為多輸入多輸出接收機200或為包含多輸入多輸出接收機200所進行之功能的裝置。
天線陣列210包含天線212(1)~212(X)，其用以接收多輸入多輸出訊號，快速傅立葉轉換器220(1)~220(X)用以將接收的多輸入多輸出訊號從時域或空間域轉換為頻域，且解映器230經配置為解調多輸入多輸出訊號。迭代式檢測與解碼電路240耦接至解映器230，其經配置為對多輸入多輸出訊號進行外部迭代，以得到解碼訊號。決策電路250用以將迭代式檢測與解碼電路240輸出之解碼訊號轉換為二進制資料。在一些實施例中，決策電路250為硬式決策電路，其以一界限值與迭代式檢測與解碼電路240輸出之解碼訊號的準位進行比較，並以此界限值與解碼訊號的準位的比較結果決定解碼訊號的準位所代表的位元值。
在迭代式檢測與解碼電路240中，檢測器241接收來自解映器230的輸入訊號和來自緩衝器246的延遲訊號，且藉由檢測輸入訊號而產生第一檢測結果；加法器242加總檢測結果和來自緩衝器246的延遲訊號，以產生第一加總訊號。緩衝器243用以暫存並延遲來自加法器242的加總訊號，以產生延遲訊號；解碼器244接收並解碼來自緩衝器243的延遲訊號，以產生解碼訊號；加法器245加總該解碼訊號和來自緩衝器243的延遲訊號，以產生加總訊號；緩衝器246暫存並延遲來自加法器245的加總訊號，以產生延遲訊號。在迭代式檢測與解碼電路240進行迭代運算的過程中，在檢測器241與解碼器244之間所進行的迭代為外部迭代(outer iteration)，而在解碼器244的內部所進行的迭 代為內部迭代(inner iteration)。
在一些實施例中，檢測器241為軟式輸入軟式輸出(soft input soft output；SISO)型多輸入多輸出檢測器，解碼器244為軟式輸入軟式輸出型錯誤更正碼(error correction code；ECC)解碼器，且檢測器241為軟式輸入軟式輸出型多輸入多輸出檢測器，且檢測器241用以與解碼器244交換外部訊息。進一步地，檢測器241可採用軟式輸入軟式輸出型K最佳(K-best)檢測法或軟式輸入軟式輸出型格基規約(lattice reduction；LR)輔助K最佳檢測法，而解碼器244可以是低密度同位元校驗碼(low-density parity check；LDPC)解碼器。在其他實施例中，解碼器244可以是二進制卷積碼(binary convolutional code；BCC)解碼器。
在以下說明中，(M,N)迭代方式代表進行M次外部迭代且在所有的外部迭代中均進行N次內部迭代，(2,N1/N2)迭代方式代表進行2次外部迭代且在這兩次外部迭代中分別進行N1、N2次內部迭代，(3,N1/N2/N3)迭代方式代表進行3次外部迭代且在這三次外部迭代中分別進行N1、N2、N3次內部迭代。
圖3A至圖3C為在4×4多輸入多輸出、B/D/E通道、調變及編碼機制為MCS-11、使用低密度奇偶檢查碼解碼和包裹錯誤率為0.1的條件下，不同迭代方式之K值與訊噪比的關係曲線圖，其中K值為K最佳檢測法之候選規模(candidate size)參數。在圖3A至圖3C所示之關係曲線 圖中，曲線302、304、306、308、310分別代表(1,12)、(2,12)、(3,12)、(4,12)和(5,12)迭代方式。由圖3A至圖3C可知，訊噪比隨著外部迭代次數的增加而降低，其中曲線302與曲線304之間的訊噪比差距超過1dB，曲線304與曲線306之間的訊噪比差距在0.3dB與在0.5dB之間，而曲線306與曲線308之間的訊噪比差距均在0.3dB以下。此外，對於每一曲線304、306、308、310而言，在同一通道下、K值為32與K值為64之間的訊噪比差距不超過0.5dB，且小於K值為16與K值為32之間的訊噪比差距。
圖4A至圖4C為在高效4×4多輸入多輸出、B/D/E通道、調變及編碼機制為MCS-11、使用低密度奇偶檢查碼解碼和K值等於64下，不同迭代方式之訊噪比與包裹錯誤率的關係曲線圖。在圖4A至圖4C所示之關係曲線圖中，曲線402、404、406、408、410、412、414、416分別代表(1,12)、(3,2/8/2)、(2,12/12)、(3,2/6/4)、(3,2/4/6)、(3,6/6/6)、(3,2/4/12)和(3,12/12/12)迭代方式。由圖4A至圖4C可知，對於總內部迭代次數相同的迭代方式而言，外部迭代次數較多迭代方式在相同的訊噪比下具有較佳的包裹錯誤率表現，且進一步地，在總內部迭代次數和外部迭代次數相同的迭代方式而言，內部迭代次數漸增的迭代方式在相同的訊噪比下具有較佳的包裹錯誤率表現。此外，(3,2/4/6)和(3,6/6/6)迭代方式的在相同訊噪比下的包裹錯誤率的表現相近，且(3,2/4/12)和(3,12/12/12)迭代方式的在相同訊噪比下的包裹錯誤率表現相近。
圖5為在4×4多輸入多輸出、160MHz通道頻寬、調變及編碼機制為MCS-11、使用低密度奇偶檢查碼解碼和K值等於64的環境下，不同迭代方式對應之加法運算次數的統計圖。在圖5中，「QRD+LR」、「K-best」、「LLR」和「LDPC」分別為QR分解(QR decomposition)運算加上格基規約運算、K最佳檢測法、對數可能性比例(log likelihood ratio；LLR)運算和低密度奇偶檢查碼解碼運算。由圖5可知，(3,2/4/6)迭代方式的加法運算次數僅比(1,12)迭代方式的加法運算次數增加約為10%，而(3,2/4/12)迭代方式的加法運算次數僅比(1,12)迭代方式的加法運算次數多了25%但少於(2,12/12)迭代方式的加法運算次數。
接著，圖6為在4×4多輸入多輸出、D通道、調變及編碼機制為MCS-11、使用低密度奇偶檢查碼解碼和K值等於64的環境下，不同迭代方式之加法運算次數和達到包裹錯誤率為0.1之訊噪比的對映圖。由圖6可看出，在綜合考量加法運算次數和訊噪比表現下，(3,2/4/6)迭代方式和(3,2/4/12)迭代方式具有不錯的綜合表現。在實際應用上，若是以包裹錯誤率效能為主要考量，則可選擇(3,2/4/12)迭代方式，而若是以複雜度(運算量)效能為主要考量，則可選擇(3,2/4/6)迭代方式。
雖然本揭示內容已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭示內容，任何熟習此技藝者，在不脫離本揭示內容之精神和範圍內，當可做各種之更動與潤飾，因此 本揭示內容之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
200‧‧‧多輸入多輸出接收機
210‧‧‧天線陣列
212(1)~212(X)‧‧‧天線
220(1)~220(X)‧‧‧快速傅立葉轉換器
230‧‧‧解映器
240‧‧‧迭代式檢測與解碼電路
241‧‧‧檢測器
242、245‧‧‧加法器
243、246‧‧‧緩衝器
244‧‧‧解碼器
250‧‧‧決策電路

Claims (8)

  1. 一種迭代式檢測與解碼(iterative detection and decoding；IDD)電路，包含：一檢測器，經配置為接收一輸入訊號以及一第一延遲訊號，且藉由檢測該輸入訊號而產生一第一檢測結果；一第一加法器，耦接該檢測器，該第一加法器經配置為加總該檢測結果和該第一延遲訊號，以產生一第一加總訊號；一第一緩衝器，耦接該第一加法器，該第一緩衝器經配置為暫存並延遲該第一加總訊號，以產生一第二延遲訊號；一解碼器，耦接該第一緩衝器，該解碼器經配置接收並解碼該第二延遲訊號來產生一解碼訊號；一第二加法器，耦接該解碼器和該第一緩衝器，該第二加法器經配置為加總該解碼訊號和該第二延遲訊號，以產生一第二加總訊號；以及一第二緩衝器，耦接該第一加法器、該第二加法器和該檢測器，該第二緩衝器經配置為暫存並延遲該第二加總訊號，以產生該第一延遲訊號；其中，該迭代式檢測與解碼電路經配置為在該檢測器與該解碼器之間對該輸入訊號進行M次外部迭代，且在該些外部迭代的第i次外部迭代中，在該解碼器的內部進行Ni次內部迭代，其中M為大於1的整數，i為小於或等於 M的正整數，N1至NM均為正整數，且N1至NM為漸增之數列。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之迭代式檢測與解碼電路，其中N1小於NM。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之迭代式檢測與解碼電路，其中M為3。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之迭代式檢測與解碼電路，其中N1、N2和N3分別為2、4和6。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之迭代式檢測與解碼電路，其中該檢測器係一軟性輸入軟性輸出(soft input soft output；SISO)檢測器，且該解碼器係一軟性輸入軟性輸出解碼器。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之迭代式檢測與解碼電路，其中該軟性輸入軟性輸出檢測器係基於一K最佳(K-best algorithm)檢測法而進行。
  7. 一種迭代式檢測與解碼(iterative detection and decoding；IDD)方法，包含：對一接收訊號進行M次外部迭代；以及 在該些外部迭代的第i次外部迭代中進行Ni次內部迭代；其中M為大於1的整數，i為小於或等於M的正整數，N1至NM均為正整數，且N1至NM為漸增之數列。
  8. 一種多輸入多輸出(multiple-input multiple-output；MIMO)接收機，包含：複數個天線，經配置為接收多輸入多輸出訊號；一解映器(demapper)，耦接至該些天線，該解映器經配置為解調該些多輸入多輸出訊號；以及一迭代式檢測與解碼(iterative detection and decoding；IDD)電路，耦接至該解映器，該迭代式檢測與解碼電路經配置為對該些多輸入多輸出訊號進行M次外部迭代，以得到一解碼訊號，且在該些外部迭代的第i次外部迭代中進行Ni次內部迭代，其中M為大於1的整數，i為小於或等於M的正整數，N1至NM均為正整數，且N1至NM為漸增之數列。
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