TWI819797B - 用於子載波排序的訊號處理電路及相關的訊號處理方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭露了一種訊號處理電路，其包含有一編碼電路以及一子載波排序電路。該編碼電路用以對一輸入資料進行編碼以產生對應至一符元的多個碼字；以及該子載波排序電路用以將多個子載波依序排入一陣列中，其中該陣列的大小為M*N，N為行數量，且N等於該符元之該多個碼字的數量，M為列數量，且M為該多個子載波的數量除以N；以及該多個子載波係由該陣列之第一列開始依序排入，且該陣列中的每一行所包含的子載波係用來傳送該多個碼字中的其一。

Description

用於子載波排序的訊號處理電路及相關的訊號處理方法
本發明係有關於通信系統中的訊號處理電路。
在一般的通信系統中，例如數位用戶線路(Digital Subscriber Line，DSL)，會使用一前向錯誤更正(Forward Error Correction，FEC)來對資料進行編碼以產生編碼後資料，以供進行後續的處理與傳送，其中編碼後資料包含了資料以及校驗碼，且編碼後資料可更正之錯誤位元的數量為校驗碼之位元數的一半。然而，在實際的通信系統中，信號在傳送時會遇到一些突發的干擾而造成編碼後資料出現連續的錯誤，而造成編碼後資料內錯誤的位元數超出可更正位元數，因此，為了提升錯誤更正能力，通信系統內提供了交織(interleave)機制，以將資料在時域上分散至多個不同的符元(symbol)。舉例來說，假設交織深度(depth)為D，則當干擾發生時，每一個編碼後資料出現的錯誤位元數為原本的(1/D)，故可以大幅降低編碼後資料內錯誤的位元數超出可更正位元數的機率。
然而，雖然交織機制可以提升編碼後資料的錯誤更正能力，但若是交織深度越大，則需要更多的記憶體空間以暫存相關的資料，而暫存的資料越多則會造成通信系統有更大的延遲。
因此，本發明的目的之一在於提出一種通信系統內的信號處理方法，其可以透過特殊的子載波排序來有效地提升編碼後資料的錯誤更正能力，而使得通信系統內可以不需要採用交織機制或是僅需要使用較低深度的交織機制，以解決先前技術中所述的問題。
在本發明的一實施例中，揭露了一種訊號處理電路，其包含有一編碼電路以及一子載波排序電路。該編碼電路用以對一輸入資料進行編碼以產生對應至一符元的多個碼字；以及該子載波排序電路用以將多個子載波依序排入一陣列中，其中該陣列的大小為M*N，N為行數量，且N等於該符元之該多個碼字的數量，M為列數量，且M為該多個子載波的數量除以N；以及該多個子載波係由該陣列之第一列開始依序排入，且該陣列中的每一行所包含的子載波係用來傳送該多個碼字中的其一。
在本發明的一實施例中，揭露了一種訊號處理方法，其包含有以下步驟：對一輸入資料進行編碼以產生對應至一符元(symbol)的多個碼字；將多個子載波依序排入一陣列中，其中該陣列的大小為M*N，N為行(column)數量，且N等於該符元之該多個碼字的數量，M為列(row)數量，且M為該多個子載波的數量除以N；以及該多個子載波係由該陣列之第一列開始依序排入，且該陣列中的每一行所包含的子載波係用來傳送該多個碼字中的其一。
100:訊號處理電路
110:擾碼電路
120:編碼電路
130:交織電路
140:子載波排序電路
150:映射電路
160:反離散傅立葉轉換電路
170:循環擴張電路
180:窗函數處理電路
210:碼字
310_1,310_2,310_25:碼字
410_1,410_2,410_25:碼字
510_1,510_2,510_3,510_4:碼字
520:行
Din:輸入資料
Dout:輸出訊號
第1圖為根據本發明一實施例之訊號處理電路的示意圖。
第2圖為根據本發明一第一實施例之子載波進行排序的示意圖。
第3圖為根據本發明一第二實施例之子載波進行排序的示意圖。
第4圖為根據本發明一第三實施例之子載波進行排序的示意圖。
第5圖為根據本發明一第四實施例之子載波進行排序的示意圖。
第1圖為根據本發明一實施例之訊號處理電路100的示意圖。如第1圖所示，訊號處理電路100包含了一擾碼電路(scrambling circuit)110、一編碼電路120、一交織電路(interleaving circuit)130、一子載波排序電路140、一映射電路150、一反離散傅立葉轉換(Inverse Discrete Fourier Transform，IDFT)電路160、一循環擴張(cyclic extension)電路170以及一窗函數處理電路180。在本實施例中，訊號處理電路100可以應用於一數位用戶線路(DSL)通信系統中一電子裝置的傳送器中，但本發明並不以此為限。
在訊號處理電路100的操作中，擾碼電路110對一輸入資料Din進行隨機化處理，以避免連續的多個位元都具有邏輯值‘1’或是‘0’，以產生一擾碼後資料。編碼電路120接著對擾碼後資料進行編碼以產生多個編碼後資料，在本實施例中，編碼電路120係為一前向錯誤更正(FEC)編碼電路，而所產生的每一筆編碼後資料為包含了一組擾碼後資料及對應的校驗碼的一FEC碼字。在以下的說明中，編碼後資料係以碼字一詞來進行說明。接著，交織電路130將編碼電路120所產生的多個碼字在時域上分散至多個不同的符元(symbol)。需注意的是，交織電路130係為一非必需(optional)的元件，亦即交織電路130可以自訊號處理電路100中移除，而不會影響到本實施例的主要操作。
接著，子載波排序電路140對子載波(subcarrier，或稱為tone)進行排序，以供後續將帶入碼字來進行傳送。具體來說，先參考第2圖，其為根據本發明一第一實施例之子載波進行排序的示意圖，其中以下的說明係假設子載波的數量為900個，但此僅是方便說明而非是本發明的限制。子載波排序電路140可以將子載波依序排入一D*D的陣列中，其中D可以是子載波的數量取平方根後，向上取整數值。在本實施例中，由於子載波的數量為900個，故D為‘30’。詳細來說，如第2圖所示，子載波排序電路140可以將子載波由第一列(row)依序開始排列，而待第一列排滿之後，再由第二列依序開始排列...以此類推，亦即第一列包含了子載波‘1’~‘30’、第二列包含了子載波‘31’~‘60’、第三列包含了子載波‘61’~‘90’、...等等，其中子載波編號越大代表著具有越高的頻率。
在第2圖的陣列中，一或多行(column)係用來傳送一個碼字，舉例來說，第一行的子載波與第二行的子載波係用來傳送碼字210，而第三行的子載波與第四行的子載波係用來傳送另一碼字。因此，由於每一個碼字所使用的子載波具有較大的間距，因此，當後續訊號在某一個頻段上受到突發性干擾，例如在對應到子載波‘31’~‘60’的頻率上發生干擾，則由於每一個碼字只會包含子載波‘31’~‘60’中的其中兩個，故不會超出碼字的可更正錯誤位元數，因此可以增強碼字的錯誤更正能力。
在第2圖的實施例中，雖然可以增強碼字的錯誤更正能力，但是並沒有考慮到每一個符元(symbol)中包含了多少個碼字。此外，一般來說越高頻的子載波抗干擾的能力越差，因此，高頻的子載波所能夠攜帶的位元數會低於低頻的子載波，而第2圖的實施例也未考慮到每一個子載波在所能攜帶之位元數的差 異，因此，本發明另外提出了以下的實施例以進一步增強碼字的錯誤更正能力。
第3圖為根據本發明一第二實施例之子載波進行排序的示意圖，其中以下的說明係假設子載波的數量為900個，但此僅是方便說明而非是本發明的限制。子載波排序電路140可以將子載波依序排入一M*N的陣列中，其中N為每一個符元中碼字的數量，M為子載波的數量除以N後，向上取整數值。在本實施例中，假設每一個符元包含了25個碼字，故N為‘25’，且由於子載波的數量為900個，故M為‘36’(亦即，900/25=36)。詳細來說，如第3圖所示，子載波排序電路140可以將子載波由第一列(row)依序開始排列，而待第一列排滿之後，再由第二列依序開始排列...以此類推，亦即第一列包含了子載波‘1’~‘25’、第二列包含了子載波‘26’~‘50’、第三列包含了子載波‘51’~‘75’、...等等。
在第3圖的陣列中，一行係用來傳送一個碼字，舉例來說，第一行的子載波係用來傳送碼字310_1、第二行的子載波係用來傳送碼字310_2、...、第25行的子載波係用來傳送碼字310_25。因此，由於每一個碼字所使用的子載波的具有較大的間距，因此，當後續訊號在某一個頻段上受到突發性干擾，例如在對應到子載波‘26’~‘50’的頻率上發生干擾，則由於每一個碼字只會包含子載波‘26’~‘50’中的其一，故不會超出碼字的可更正錯誤位元數，因此可以增強碼字的錯誤更正能力。
此外，為了進一步讓第3圖所示之每一行(每一個碼字)的子載波具有更大的間距(更大的頻率差異)，參考第4圖所示之根據本發明一第三實施例之子載波進行排序的示意圖。在本實施例中，子載波排序電路140進一步將第3圖的陣列進行行交換，例如將N開根號後根據其平方根進行列交換，本實施例中N為 25’，其平方根為‘5’，故子載波排序電路140將第3圖的陣列進行行交換以使得相鄰行的子載波差距大於等於5。舉例來說，假設第3圖之陣列中第一列的子載波編號為1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、...、24、25，則在進行行交換後第一列的子載波編號依序為1、6、11、16、21、2、7、12、17、22、3、...、20、25。此外，第4圖之第一行的子載波係用來傳送碼字410_1、第二行的子載波係用來傳送碼字410_2、...、第25行的子載波係用來傳送碼字410_25。
另一方面，由於每一個子載波所能攜帶的位元數並不完全相同，故第2~4圖所示之每一行之多個子載波所能攜帶的總位元數並不會完全相同。因此，為了讓陣列之每一行之多個子載波所能攜帶的總位元數盡可能類似，參考第5圖所示之根據本發明一第四實施例之子載波進行排序的示意圖，其中子載波排序電路140會判斷每一行所能攜帶的總位元數的差距是否大於一臨界值(例如，30個位元)，若是，則根據一或多列之每一個子載波所能攜帶的位元數來決定要如何對子載波進行交換。具體來說，由於下方的列可攜帶的位元數較少，故子載波排序電路140可以將第4圖所示的陣列由最後一列開始往上進行行交換，直到每一行所能攜帶的總位元數的差距是不大於該臨界值為止。以第4、5圖為例來進行說明，假設目前處理到列520，而第4圖中第一行與第二行中每一者所能攜帶的總位元數均大於第三行與第四行中每一者所能攜帶的總位元數，且子載波‘851’、‘856’的可攜帶位元數高於子載波‘861’、‘866’，則子載波排序電路140可以將子載波‘851’與子載波‘866’進行交換、並將子載波‘856’與子載波‘861’進行交換，以使得第一行~第四行每一者所能攜帶的總位元數較為平均。此外，第5圖之第一行的子載波係用來傳送碼字510_1、第二行的子載波係用來傳送碼字510_2、第三行的子載波係用來傳送碼字510_3、第四行的子載波係用來傳送碼字510_4。
需注意的是，第5圖所示之某一列的子載波彼此進行交換以使得每一行所能攜帶的總位元數較為平均的技術亦可應用於第3圖的實施例中。
接著，在子載波排序電路140對子載波進行排序之後，映射電路150對排序後的子載波以及對應的碼字進行正交振幅調變(Quadrature Amplitude Modulation，QAM)星座點映射操作，以產生調變後訊號。反離散傅立葉轉換電路160接著對調變後訊號進行快速傅立葉轉換，以產生一時域訊號，而該時域訊號透過循環擴張電路170以及窗函數處理電路180的處理後，產生一輸出訊號Dout至後端的類比電路進行後續的處理與傳送。需注意的是，由於本發明的重點在於子載波排序電路140的部分，再加上映射電路150、反離散傅立葉轉換電路160、循環擴張電路170與窗函數處理電路180已為本領域技術人員所熟知，故相關細節在此不贅述。
簡要歸納本發明，在本發明之訊號處理電路中，其透過根據每一個符元所包含之碼字的數量來對子載波進行排序，可以讓後續在某一個頻段上受到突發性干擾時，每一個碼字中僅會有少部分受到影響，而不會超出碼字的可更正錯誤位元數，故可以增強碼字的錯誤更正能力。此外，由於碼字的錯誤更正能力增強了，故訊號處理電路可以不需要設置交織電路，或是僅需要設置深度較淺的交織電路，以改善先前技術中因為設置交織電路而造成訊號延遲的問題。
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:訊號處理電路
110:擾碼電路
120:編碼電路
130:交織電路
140:子載波排序電路
150:映射電路
160:反離散傅立葉轉換電路
170:循環擴張電路
180:窗函數處理電路
Din:輸入資料
Dout:輸出訊號

Claims (8)

  1. 一種訊號處理電路，包含有：一編碼電路，用以對一輸入資料進行編碼以產生對應至一符元(symbol)的多個碼字；以及一子載波排序電路，用以將僅對應到該符元的多個子載波依序排入一陣列中，其中該陣列的大小為M*N，N為行(column)數量，且N等於該符元之該多個碼字的數量，M為列(row)數量，且M為該多個子載波的數量除以N；以及該多個子載波係由該陣列之第一列開始依序排入，且該陣列中的每一行所包含的子載波係用來傳送該多個碼字中的其一；其中該子載波排序電路將該多個子載波由該陣列之第一列開始依序排入，之後再將該陣列的部分行進行重新排序以使得相鄰行的子載波的編號差距大於等於二；以及重新排序後的該陣列中的每一行所包含的子載波係用來傳送該多個碼字中的其一。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之訊號處理電路，其中相鄰行的子載波的編號差距係為N的平方根。
  3. 一種訊號處理電路，包含有：一編碼電路，用以對一輸入資料進行編碼以產生對應至一符元(symbol)的多個碼字；以及一子載波排序電路，用以將僅對應到該符元的多個子載波依序排入一陣列中，其中該陣列的大小為M*N，N為行(column)數量，且N等於該符元之該多個碼字的數量，M為列(row)數量，且M為該多個子載波的數量除以N；以及該多個子載波係由該陣列之第一列開始依序排入，且該陣 列中的每一行所包含的子載波係用來傳送該多個碼字中的其一；其中該子載波排序電路將該多個子載波由該陣列之第一列開始依序排入，再將該陣列的部分行進行重新排序，之後再根據該陣列之每一行之子載波所能攜帶的總位元數來決定是否將屬於不同行的兩個子載波進行交換；以及重新排序後的該陣列中的每一行所包含的子載波係用來傳送該多個碼字中的其一。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之訊號處理電路，其中當該陣列中有兩行之子載波所能攜帶的總位元數的差異符合一條件時，該子載波排序電路分別屬於該兩行中的兩個子載波進行交換。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之訊號處理電路，其中分別屬於該兩行中的該兩個子載波係位於該陣列的同一列。
  6. 一種訊號處理電路，包含有：一編碼電路，用以對一輸入資料進行編碼以產生對應至一符元(symbol)的多個碼字；以及一子載波排序電路，用以將僅對應到該符元的多個子載波依序排入一陣列中，其中該陣列的大小為M*N，N為行(column)數量，且N等於該符元之該多個碼字的數量，M為列(row)數量，且M為該多個子載波的數量除以N；以及該多個子載波係由該陣列之第一列開始依序排入，且該陣列中的每一行所包含的子載波係用來傳送該多個碼字中的其一；其中該子載波排序電路將該多個子載波由該陣列之第一列開始依序排入，之後再根據該陣列之每一行之子載波所能攜帶的總位元數來決定是否 將屬於不同行的兩個子載波進行交換。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之訊號處理電路，其中當該陣列中有兩行之子載波所能攜帶的總位元數的差異符合一條件時，該子載波排序電路分別屬於該兩行中的兩個子載波進行交換，且分別屬於該兩行中的該兩個子載波係位於該陣列的同一列。
  8. 一種訊號處理方法，包含有：對一輸入資料進行編碼以產生對應至一符元(symbol)的多個碼字；將僅對應到該符元的多個子載波依序排入一陣列中，其中該陣列的大小為M*N，N為行(column)數量，且N等於該符元之該多個碼字的數量，M為列(row)數量，且M為該多個子載波的數量除以N；以及該多個子載波係由該陣列之第一列開始依序排入，且該陣列中的每一行所包含的子載波係用來傳送該多個碼字中的其一；以及在將該多個子載波由該陣列之第一列開始依序排入後，再根據該陣列之每一行之子載波所能攜帶的總位元數來決定是否將屬於不同行的兩個子載波進行交換。
TW111135120A 2022-04-27 2022-09-16 用於子載波排序的訊號處理電路及相關的訊號處理方法 TWI819797B (zh)

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