TWI607643B

TWI607643B - 處理軟資訊的裝置及方法

Info

Publication number: TWI607643B
Application number: TW105104289A
Authority: TW
Inventors: 張仲堯; 楊易洵; 楊凱傑
Original assignee: 瑞昱半導體股份有限公司
Priority date: 2016-02-15
Filing date: 2016-02-15
Publication date: 2017-12-01
Also published as: TW201729573A; US20170237508A1; US10171185B2

Description

處理軟資訊的裝置及方法

本發明相關於一種用於通訊系統的裝置及方法，尤指一種處理軟資訊的裝置及方法。

由於正交分頻多工（orthogonal frequency-division multiplexing，OFDM）技術（或稱為離散多頻調變（discrete multi-tone modulation，DMT）技術）具有高頻譜使用效率及強健的衰減抵抗能力，多種近代高速通訊系統皆採用正交分頻多工技術來傳送及接收訊號，以提高訊號被正確還原的機會。正交分頻多工技術可於各子載波（subcarrier）上配置各種數量的位元（bits），以充分利用通道的容量。

一般而言，使用正交分頻多工的通訊系統在運作時，會將部分的子載波（subcarriers）使用於通道估測，使接收端可以透過這些子載波獲得所有子載波所對應的通道響應（如通道頻率響應（channel frequency response）），以使用估測的通道響應來還原子載波上的傳送的符元（例如資料）。詳細來說，傳送端會配置接收端已知的參考訊號於部分的子載波上。在傳送端傳送所有子載波所形成的一正交分頻多工訊號時，參考訊號及資料訊號會一起被傳送到接收端。於接收該正交分頻多工訊號後，接收端不僅可使用參考訊號來估測用來傳送參考訊號的子載波所對應的通道響應（簡稱參考通道響應），亦可根據參考通道響應進一步估測用來傳送資料訊號的子載波所對應的通道響應（簡稱資料通道響應）。因此，於估測資料通道響應後，接收端可將估測的通道響應使用於等化（equalization）、解調（demodulation）、解碼等訊號處理運作，以還原資料訊號。

然而，參考訊號的配置通常不完美，或者特定子載波會受到較大的干擾，以至於不同子載波的資料通道響應會具有不同的準確度，這些資料通道響應的準確度甚至會具有相當大的差異，例如準確度特別低，進而影響等化、解調（demodulation）及解碼的效能。如何改善通道響應對接收效能的影響因而成為亟待解決的問題。

因此，本發明提供了一種接收裝置及方法，用來處理軟資訊，以解決上述問題。

本發明揭露一種接收裝置，包含有一訊號偵測單元，用來接收複數個子載波上的複數個補償的符元（symbol），以根據該複數個補償的符元，產生該複數個補償的符元的複數個軟資訊（soft information）及複數個解調變的符元；一可靠度單元，耦接於該訊號偵測單元，用來根據該複數個子載波的複數個可靠度資訊，產生該複數個軟資訊的複數個權重；以及一解碼單元，耦接於該訊號偵測單元及該可靠度單元，用來根據該複數個軟資訊及該複數個權重，解碼該複數個解調變的符元，以產生複數個解碼的位元。

第1圖為本發明實施例一通訊系統10的示意圖。通訊系統10可為任何使用正交分頻多工（orthogonal frequency-division multiplexing，OFDM）技術（或稱為離散多頻調變（discrete multi-tone modulation，DMT）技術）的通訊系統，簡略地由一傳送端TX及一接收端RX所組成。在第1圖中，傳送端TX及接收端RX是用來說明通訊系統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、電力通訊（power line communication，PLC）系統、同軸電纜的乙太網路（Ethernet over coax，EOC）等有線通訊系統，或者是區域無線網路（wireless local area network，WLAN）、數位視訊廣播（Digital Video Broadcasting，DVB）系統及先進長期演進（Long Term Evolution-advanced，LTE-A）系統等無線通訊系統，其中數位視訊廣播系統可包含有地面數位視訊廣播系統（DVB-Terrestrial，DVB-T）及新版地面數位視訊廣播系統（DVB-T2）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，其為本發明實施例一接收裝置20的示意圖，用於第1圖的接收端RX中，用來補償估測的通道。接收裝置20包含有一通道估測單元200、一通道補償單元202、一訊號偵測單元204、一可靠度單元206及一解碼單元208。詳細來說，在獲得複數個子載波上的複數個接收的符元（symbol）sb_rx後，通道估測單元200可根據複數個接收的符元sb_rx中的複數個參考符元，產生複數個子載波的複數個估測的通道響應ch_est。其中，接收的符元可為經過四位元相位偏移調變（quadrature phase-shift keying，QPSK）等調變運作所產生的符元，但不限於此。通道補償單元202耦接於通道估測單元200及訊號偵測單元204，可用來根據複數個估測的通道響應ch_est，處理複數個子載波上的複數個接收的符元sb_rx，以產生複數個補償的符元sb_cp。也就是說，通道補償單元202可使用複數個估測的通道響應ch_est來補償（例如等化）通道所產生的效應（例如衰減（fading））。

訊號偵測單元204耦接於通道補償單元202，可用來接收複數個補償的符元sb_cp，以根據數個補償的符元sb_cp，產生複數個補償的符元的複數個軟資訊（soft information）info_soft及複數個解調變的符元sb_demod。也就是說，號偵測單元204可解調變補償後的符元，並產生對應於這些符元的軟資訊。其中，複數個軟資訊可包含有複數個對數似然比（loglikelihood ratio，LLR），但不限於此。可靠度單元206耦接於訊號偵測單元204，是用來根據複數個子載波的複數個可靠度資訊，產生複數個軟資訊info_soft的複數個權重info_wt。解碼單元208耦接於訊號偵測單元204及可靠度單元206，可用來根據複數個軟資訊info_soft及複數個權重info_wt，解碼複數個解調變的符元sb_demod，以產生複數個解碼的位元bit_decod。解碼單元208運作所依據的編碼／解碼規則可有很多種，例如卷積碼（convolutional code）、渦輪碼（turbo code）、低密度奇偶校驗碼（LDPC code）等，但不限於此

換句話說，根據本發明，解碼單元208不會直接使用複數個軟資訊info_soft於解碼複數個解調變的符元sb_demod，而會先以複數個權重info_wt對複數個軟資訊info_soft進行加權，以補償通道估測的不準確所降低的解碼運作的效能。造成該不準確的原因可為通道響應所對應的子載波位在頻帶邊緣，以至於可用於內插的參考符元數量的不足，或者僅能使用外插等，但不限於此。因此，本發明可改善解碼單元208的效能，降低解複數個解碼的位元bit_decod的錯誤率。

第3圖為本發明實施例一子載波配置30的示意圖，可用來結合第2圖，以說明以下的多個實施例。為便於說明，第3圖僅繪示了頻寬內的子載波sc_1～sc_7，本領域具通常知識者當可根據以下說明，將本發明應用於其他未繪示的子載波。子載波sc_1～sc_7分別對應於估測的通道響應ch_1～ch_7，分別對應於複數個可靠度資訊info_r1～info_r2，及分別對應於複數個權重wt_1～wt_7。在本實施例中，子載波sc_1～sc_2、sc4、sc_5及sc_7是用來傳送資料符元（即資料訊號），以及子載波sc_3及sc_6是用來傳送參考符元（即參考訊號）。通道估測單元202在收到參考符元後，除了可根據參考符元產生通道響應ch_3及ch_6之外，亦可透過外插運算獲得估測的通道響應ch_1，或者透過內插運算獲得估測的通道響應ch_2、ch4、ch_5及ch_7，但不限於此。

可靠度單元206的實現方式有很多種，可根據不同的方式產生可靠度資訊，再據以產生複數個權重info_wt。

在一實施例中，複數個可靠度資訊可包含有複數個子載波的複數個訊號能量。也就是說，在量測（或計算）複數個子載波的複數個訊號能量後，可靠度單元206可根據複數個訊號能量來產生複數個權重info_wt。舉例來說，根據複數個訊號能量，若複數個子載波的第一子載波（例如子載波sc_4）的訊號能量小於該複數個子載波的第二子載波（例如子載波sc_3）的訊號能量，第一子載波的權重小於或等於該第二子載波的權重。也就是說，具有較高訊號能量的子載波，其軟資訊可被設定具有較高的權重。

在一實施例中，複數個可靠度資訊可包含有複數個子載波的複數個訊號對雜訊比（signal-to-noise ratio，SNR）。也就是說，在量測（或計算）複數個子載波的複數個訊號對雜訊比後，可靠度單元206可根據複數個訊號對雜訊比來產生複數個權重info_wt。舉例來說，根據複數個訊號對雜訊比，若複數個子載波的第一子載波（例如子載波sc_4）的訊號對雜訊比小於該複數個子載波的第二子載波（例如子載波sc_3）的訊號對雜訊比，第一子載波的權重小於或等於該第二子載波的權重。也就是說，具有較高訊號對雜訊比的子載波，其軟資訊可被設定具有較高的權重。

在一實施例中，複數個可靠度資訊可包含有複數個子載波的複數個位置資訊。也就是說，在獲得複數個子載波的複數個位置資訊後，可靠度單元206可根據複數個位置資訊來產生複數個權重info_wt。

舉例來說，根據複數個位置資訊，若複數個子載波的第一子載波（例如子載波sc_1）與複數個子載波的頻寬邊界間的距離小於複數個子載波的第二子載波（例如子載波sc_2）與頻寬邊界間的距離，第一子載波的權重小於或等於第二子載波的權重。也就是說，距離頻寬邊界較近的子載波，其軟資訊可被設定具有較低的權重。這項設定的原因可歸因於較靠近頻寬邊界的子載波，通常僅能使用較少階數的內差來獲得其通道響應，或者僅能使用準確度較低的外插來獲得其通道響應。在此情況下，距離頻寬邊界較近的子載波的通道響應的準確度通常較低，故應被設定具有較低的權重，以降低其軟資訊的比重。

舉例來說，根據複數個位置資訊，若複數個子載波的第一子載波（例如子載波sc_1）與複數個子載波中具有干擾的第二子載波（例如子載波sc_2）間的距離小於複數個子載波的第三子載波（例如子載波sc_4）與第二子載波間的一距離，第一子載波的權重小於或等於第三子載波的權重。也就是說，距離干擾較近的子載波，其軟資訊可被設定具有較低的權重。干擾的種類有很多種，例如跨子載波干擾（cross-subcarrier interference）、彩色雜訊（color noise）、邊頻雜訊（spur noise）等干擾，但不限於此。判斷子載波是否有干擾的方法亦有很多種，可根據干擾的大小（例如干擾能量的）是否超過一預先設定值來判斷干擾是否存在、可根據先前對子載波的量測結果來假設干擾的存在等，但不限於此。

在一實施例中，複數個可靠度資訊可包含有對應於複數個子載波的複數個濾波器響應參數。較佳地，具有較高濾波器響應參數的子載波，其軟資訊可被設定具有較高的權重。也就是說，根據複數個濾波器響應參數，若複數個濾波器響應參數的第一濾波器響應參數小於複數個濾波器響應參數的第二濾波器響應參數，第一濾波器響應參數所對應的子載波的權重小於或等於第二濾波器響應參數所對應的子載波的權重。在一實施例中，複數個軟資訊可被分割為複數組軟資訊，該複數組軟資訊分別對應於複數個權重。也就是說，一組軟資訊（即一組子載波）具有相同的權重。

在一實施例中，複數個可靠度資訊可包含有複數個估測的通道響應的複數個平均平方誤差（mean square error，MSE）。也就是說，在量測（或計算）複數個估測的通道響應的複數個平均平方誤差後，可靠度單元206可根據複數個平均平方誤差來產生複數個權重info_wt。舉例來說，根據複數個平均平方誤差，若複數個通道響應的第一通道響應的平均平方誤差小於或等於複數個通道響應的第二通道響應的平均平方誤差，第一通道響應所對應的子載波的權重大於第二通道響應所對應的子載波的權重。也就是說，具有較高平均平方誤差的通道響應，其所對應的子載波的軟資訊可被設定具有較低的權重。

以下以一實施例，進一步說明如何根據平均平方誤差來計算軟資訊的權重。根據子載波位置、干擾、彩色雜訊、邊頻雜訊等前置資訊，先定義一子載波集合Ω，在此集合裡的子載波符合以下一或多個條件：（1）可根據參考符元以內插或外插獲得通道響應；（2）未受到（或者僅些微受到）窄頻干擾、彩色雜訊、邊頻雜訊等特定頻域干擾的影響。根據此集合，可獲得一個平均平方誤差（MSE）參考值如下：

MSE _avg(SNR) = Σ _i _□ _ΩMSE(SNR, i)/|Ω| （式1）

其中i為子載波指標。接著使用MSE(SNR, i)及MSE _avg(SNR)計算一子載波平均MSE比值（此平均是針對SNR平均)如下：

ρ _i=∫ _SNR[MSE(SNR, i)/MSE _avg(SNR)]　　　　　　　　　（式2）

以及獲得ρ _i的平均值如下：

ρ _avg=Σ _i _□ _Ωρ _i/|Ω| 　（式3）

接著，設定N+1個臨界值（threshold）如下，其分別表示為{T(0), …, T(N)}，其中T(0)＜T(1)＜…＜T(N)：

T(n) = 2 ⁿ⁺¹ρ _avg, 0 ≤ l ≤ N−1, T(N) = ∞ 　（式4）

其中平均平均平方誤差落在這些區間的子載波可以被區分為N個集合，{K(0), …, K(N−1)}，可分別表示為：

K(0)={i|T(0)≤ρ _i＜T(1)}、K(1)={i|T(1)≤ρ _i＜T(2)}、…、K(N-1)={i|T(N-1)≤ρ _i＜T(N)}

（式5）

在本實施例中，可根據{T(0), …, T(N)}設定N個權重，其表示為{W(0), …, W(N−1)}，並將其用來調整訊號偵測單元204所輸出的對數似然比（LLR）如下：

L' _i,j= W(n) * L _i,j, 其中i□K(n) （式6）

其中L _i,j表示為在子載波i上傳送的位元j的對數似然比，L' _i,j表示同一個位元的調整後的對數似然比，其會被解碼單元208使用於解碼。根據對數似然比的定義，L' _i,j絕對值大小應與子載波i的可靠度成正比，若僅考慮通道估測的誤差所造成的可靠度差異，則由於屬K(n)集合子載波的平均通道估測誤差隨著n遞增。因此，W(n)應設定為n的遞減函數，即通道估測的誤差越大，權重越小；反之，則權重越大。在本實施例中，設定權重如下：

W(n) = 2 ^-n, 0 ≤ n≤ N−2, W(N−1) = 0 （式7）

接著，根據（式6），調整訊號偵測單元204產生的對數似然比L _i,j來得到L' _i,j，並提供給解碼單元208使用於解碼解調變的符元，其中0 ≤ i ≤ P−1，0 ≤ j ≤ M−1，P為子載波的數量，M是子載波上一個符元所傳送的位元數。

根據上述實施例可知，在根據平均平方誤差來計算權重時，不僅可以針對每個子載波來計算權重（per subcarrier），也可以將子載波分組後，再針對各組子載波來計算權重（per group），以降低複雜度。

前述接收裝置20的運作方式可歸納為一流程40，用於接收端RX中，如第4圖所示。流程40包含以下步驟：

步驟400：開始。

步驟402：接收複數個子載波上的複數個補償的符元，以根據該複數個補償的符元，產生該複數個補償的符元的複數個軟資訊及複數個解調變的符元。

步驟404：根據該複數個子載波的複數個可靠度資訊，產生該複數個軟資訊的複數個權重。

步驟406：根據該複數個軟資訊及該複數個權重，解碼該複數個解調變的符元，以產生複數個解碼的位元。

步驟408：結束。

流程40是用來舉例說明收裝置20的運作方式，詳細說明及變化可參考前述，於此不贅述。

需注意的是，接收裝置20（及其中的通道估測單元200、通道補償單元202、訊號偵測單元204、可靠度單元206及解碼單元208）的實現方式可有很多種。舉例來說，可根據設計考量或系統需求，將通道估測單元200、通道補償單元202、訊號偵測單元204、可靠度單元206及解碼單元208整合為一或多個單元。此外，接收配置裝置20可以硬體（例如電路）、軟體、韌體（為硬體裝置與電腦指令與資料的結合，且電腦指令與資料屬於硬體裝置上的唯讀軟體）、電子系統、或上述裝置的組合來實現，不限於此。

綜上所述，本發明提供了一種處理軟資訊的裝置及方法，用來根據可靠度資訊，計算軟資訊的權重，用來調整軟資訊的比重。本發明可補償通道估測的不準確所降低的解碼運作的效能，提高系統的輸出率。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。

<TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> 20 </td><td> 接收裝置 </td></tr><tr><td> 200 </td><td> 通道估測單元 </td></tr><tr><td> 202 </td><td> 通道補償單元 </td></tr><tr><td> 204 </td><td> 訊號偵測單元 </td></tr><tr><td> 206 </td><td> 可靠度單元 </td></tr><tr><td> 208 </td><td> 解碼單元 </td></tr><tr><td> 40 </td><td> 流程 </td></tr><tr><td> 400、402、404、406、408 </td><td> 步驟 </td></tr><tr><td> bit_decod </td><td> 解碼的位元 </td></tr><tr><td> ch_est、ch_1～ch_7 </td><td> 估測的通道 </td></tr><tr><td> info_soft </td><td> 軟資訊 </td></tr><tr><td> info_wt、wt_1～wt_7 </td><td> 權重 </td></tr><tr><td> info_r1～info_r2 </td><td> 可靠度資訊 </td></tr><tr><td> sb_rx </td><td> 接收的符元 </td></tr><tr><td> sb_cp </td><td> 補償的符元 </td></tr><tr><td> sb_demod </td><td> 解調變的符元 </td></tr><tr><td> sc_1～sc_7 </td><td> 子載波 </td></tr><tr><td> TX </td><td> 傳送端 </td></tr><tr><td> RX </td><td> 接收端 </td></tr></TBODY></TABLE>

第1圖為本發明實施例一通訊系統的示意圖。第2圖為本發明實施例一接收裝置的示意圖。第3圖為本發明實施例一子載波配置的示意圖。第4圖為本發明實施例一流程的流程圖。

<TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> 20 </td><td> 接收裝置 </td></tr><tr><td> 200 </td><td> 通道估測單元 </td></tr><tr><td> 202 </td><td> 通道補償單元 </td></tr><tr><td> 204 </td><td> 訊號偵測單元 </td></tr><tr><td> 206 </td><td> 可靠度單元 </td></tr><tr><td> 208 </td><td> 解碼單元 </td></tr></TBODY></TABLE>

Claims

一種接收裝置，包含有：一訊號偵測單元，用來接收複數個子載波上的複數個補償的符元(symbol)，以根據該複數個補償的符元，產生該複數個補償的符元的複數個軟資訊(soft information)及複數個解調變的符元；一可靠度單元，耦接於該訊號偵測單元，用來根據該複數個子載波的複數個可靠度資訊，產生該複數個軟資訊的複數個權重；以及一解碼單元，耦接於該訊號偵測單元及該可靠度單元，用來根據該複數個軟資訊及該複數個權重，解碼該複數個解調變的符元，以產生複數個解碼的位元。
如請求項1所述的接收裝置，另包含有：一通道估測單元，用來根據該複數個子載波上的複數個參考符元，產生該複數個子載波的複數個估測的通道響應；以及一通道補償單元，耦接於該通道估測單元及該訊號偵測單元，用來根據該複數個估測的通道響應，處理該複數個子載波上的複數個接收的符元，以產生該複數個補償的符元。
如請求項1所述的接收裝置，其中該複數個可靠度資訊包含有該複數個子載波的複數個訊號能量，以及根據該複數個訊號能量，若該複數個子載波的一第一子載波的一訊號能量小於該複數個子載波的一第二子載波的一訊號能量，該第一子載波的一權重小於或等於該第二子載波的一權重。
如請求項1所述的接收裝置，其中該複數個可靠度資訊包含有該複數個子載波的複數個訊號對雜訊比(signal-to-noise ratio，SNR)，以及根據該複數個訊號對雜訊比，若該複數個子載波的一第一子載波的一訊號對雜訊比小於該複數個子載波的一第二子載波的一訊號對雜訊比，該第一子載波的一權重小於或等於該第二子載波的一權重。
如請求項1所述的接收裝置，其中該複數個可靠度資訊包含有該複數個子載波的複數個位置資訊，以及根據該複數個位置資訊，若該複數個子載波的一第一子載波與該複數個子載波的一頻寬邊界間的一距離小於該複數個子載波的一第二子載波與該頻寬邊界間的一距離，該第一子載波的一權重小於或等於該第二子載波的一權重。
如請求項5所述的接收裝置，其中根據該複數個位置資訊，若該複數個子載波的一第一子載波與該複數個子載波中具有一干擾的一第二子載波間的一距離小於該複數個子載波的一第三子載波與該第二子載波間的一距離，該第一子載波的一權重小於或等於該第三子載波的一權重。
如請求項6所述的接收裝置，其中該干擾包含有彩色雜訊(color noise)及邊頻雜訊(spur noise)中至少一雜訊。
如請求項1所述的接收裝置，其中該複數個可靠度資訊包含有對應於該複數個子載波的複數個濾波器響應參數，以及根據該複數個濾波器響應參數，若該複數個濾波器響應參數的一第一濾波器響應參數小於該複數個濾波器響應參數的一第二濾波器響應參數，該第一濾波器響應參數所對應的一子載波的一權重小於或等於該第二濾波器響應參數所對應的一子載波的一權重。
如請求項2所述的接收裝置，其中該複數個可靠度資訊包含有該複數個估測的通道響應的複數個平均平方誤差(mean square error，MSE)，以及根據該複數個平均平方誤差，若該複數個估測的通道響應的一第一通道響應的一平均平方誤差小於或等於該複數個估測的通道響應的一第二通道響應的一平均平方誤差，該第一通道響應所對應的一子載波的一權重大於該第二通道響應所對應的一子載波的一權重。
如請求項1所述的接收裝置，其中該複數個軟資訊包含有複數個對數似然比(loglikelihood ratio，LLR)，或者該複數個軟資訊被分割為複數組軟資訊，該複數組軟資訊分別對應於該複數個權重。