動態量化輸入的軟決策解碼器的製作方法
2024-03-06 03:52:15 1
專利名稱：動態量化輸入的軟決策解碼器的製作方法
技術領域：
本發明是有關於一種動態量化(dynamic quantization)，特別是有關一種適用於軟決策解碼器(soft decision decoder)的動態量化的輸入方法。
背景技術：
通訊系統的目的是在於將載有數據的信號通過通訊信道，從相隔兩地的傳送器傳遞至接收器中。第1圖為描述數字通訊系統中傳統接收器的方塊結構圖。信號必須從原本的頻率範圍調製(modulation)到適合在空氣介質中傳輸的頻率範圍，因此接收端必須包括一個解調器(demodulator)，將接收到的信號解調(demodulation)，以恢復到原本的頻率範圍。如第1圖所示，從天線11接收到的信號會先傳到信道解調器12執行解調。軟輸出維特比算法(Soft Output Viterbi Algorithm；SOVA)均衡器(equalizer)13從解調器12接收到被解調的信號後，會根據信道估測器14的輸出執行信號均衡。接收器中的均衡器通常被用來對抗由於時間分散(time dispersive)信道產生多路徑(multi-path)，並當信道頻寬與信號頻寬太接近而產生的符號間幹擾(inter symbol interference；ISI)。均衡器根據其可能輸出值，被分類為硬決策均衡器與軟決策均衡器。硬決策均衡器的輸出值只能為」+1」或是」-1」這兩種選擇。而軟決策均衡器卻可以輸出介於」+1」與」-1」之間的各種輸出值。當硬決策均衡器被實施於系統中時，由於其簡單的結構，不可避免地會有不少的失真或幹擾影響解碼後的信號。如第1圖所示，均衡器13可以藉由使用SOVA機制改善由於硬決策所造成的失真問題。不過SOVA均衡器13的輸出值範圍不一定，因此很難以一定數量的位來表示其輸出值。
量化器15的主要作用系將SOVA輸出值分配給有限的一組可能值，以限定SOVA的輸出信號值。量化處理包括將一個範圍內連續的信號振幅值(amplitude)，按其比例分配到一組有限且不連續的值。雖然增加量化階級(quantization level)可以提高系統的信號處理能力，但是卻大幅地增加解碼器運算的負荷。
現有的量化器15不會依據通道情況如何而判斷量化階級的數目。因此當SOVA均衡器13的輸出信號極為可靠時，量化器15可能會因為使用過多的位來表示均衡輸出值，而增加軟維特比解碼器16不必要的運算負荷，除此之外，解碼器也會需要消耗更多的電力。
量化器15的輸出於會是傳送至軟維特比解碼器16，使得載於信號中的數據可以得到還原。解碼器與均衡器相似，可被分類成硬決策解碼器以及軟決策解碼器。維特比算法通常利用一種廣泛被使用在軟決策均衡器及解碼器的算法，又被稱為有效(efficient)最大似然序列估計(maximum likelihoodsequence estimation；MLSE)進行運算。如此一來，均衡器與量化器有能力接受並處理軟抽樣值，便可有效的改善其信號噪聲比(signal to noiseratio；SNR)。通常利用軟決策解碼得到的SNR比硬決策解碼得到的SNR高出2～3dB，可是由於軟決策解碼器需要處理軟抽樣值，其運算量比硬決策解碼器多，使得解碼器的複雜度大大的提高。
發明內容
因此本發明的實施例提供一種減輕接收器中軟決策解碼器的運算負荷的方法。
本發明的實施例提供的方法，可以在判斷到通道狀況為良好時，減少接收器的電力損耗。
說明書中揭露了一種動態量化器、動態量化方法、以及一個實施動態量化器的無線通訊接收器的範例。
在一個實施例中，接收器包括接收單元、解調器(dcmodulator)、均衡器、本發明揭露的動態量化器(dynamic quantizer)、以及解碼器。接收單元從動態衰減信道接收信號，並傳至解調器執行解調。均衡器於是根據接收信號所估測的衰減值，將解調過的信號均衡。動態量化器隨著系統估測到的信道狀況，根據代表量化階級的量化位數量，將均衡信號量化，其中量化位數量的數值越小代表預期的可靠度(reliability)越高，數值越大則代表預期的可靠度越低。連接動態量化器的解碼器是用來將量化信號解碼。本發明的均衡器與解碼器利用軟輸出維特比算法(soft output Viterbi algorithm；SOVA)來提高系統的處理能力。
本發明揭露的動態量化器還包括了可靠度鑑別器、異常排除器、以及量化器。可靠度鑑別器通過設定特定寬度的窗(window)搜集均衡信號，觀察落入窗的均衡信號分布，藉此估計出通道的可靠度，並藉由比對此可靠度與預設定限值，來判斷適合的量化位的數量。可靠度鑑別器是根據通道狀況判斷窗的寬度，而用來判斷量化位數目的預設定限值是由系統決定的。可靠度鑑別器按照落入窗的均衡信號數量來判斷均衡信號的可靠度，如果落入窗中的均衡信號數量小於一個預先決定值，通道狀態便被認定為是夠好的，而均衡信號也會因此被認為系可靠的。
異常排除器根據計算均衡信號的絕對平均值，判斷均衡信號與絕對平均值之間的距離，並將距離比容許距離還大的一些均衡信號排除，判斷量化的適當範圍。在本發明的實施例中，量化器是一個簡單的均勻量化器(uniformquantizer)，其依據可靠度鑑別器判斷的量化位數量，將異常排除器判斷的適當範圍分割成相同大小的階級，並分配一個對應的階級給各個均衡信號。
為了實現本發明的上述目的，本發明提供了一種動態量化器，將接收器中一均衡器輸出的多個均衡信號量化，包括可靠度鑑別器，估計可靠度，該可靠度相關於該等均衡信號，並根據該可靠度判斷量化位數量，其中該可靠度越高，該量化位數量的數值越小，該可靠度越低，該量化位數量的數值越大；以及量化器，將各均衡信號分配給由該均衡位數量界定的對應階級。
為了實現本發明的上述目的，本發明還提供了一種動態量化方法，將多個均衡信號量化，包括下列步驟估計該等均衡信號的可靠度，並根據該估計可靠度判斷量化位數量，其中該量化位數量的數值越小代表可靠度越高，數值越大代表可靠度越低；以及將各均衡信號分配給由該均衡位數量界定的對應階級。
為了實現本發明的上述目的，本發明還提供了一種接收器，適用於無線通訊系統，包括接收單元，接收從動態衰減信道而來的多個信號；解調器，連接於該接收單元，用來將該等接收信號解調；均衡器，連接於該解調器，根據該等接收信號的估測衰減值，並將該等解調過的信號均衡；動態量化器，連接於該均衡器，隨著估測通道狀況，分配量化位數量用來代表量化階級，以將該等均衡信號量化，其中該量化位數量的數值越小代表可靠度越高，數值越大代表可靠度越低；以及解碼器，連接於該動態量化器，用來將該等量化信號解碼。
為了讓本發明的上述和其它目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖示，作詳細說明如下。
第1圖為無線通訊系統中現有的接收器的結構圖。
第2圖為根據本發明的無線通訊系統中接收器的結構圖。
第3圖為根據本發明實施例中動態量化器的結構圖。
第4a圖描述當通道情況不佳時區別信號可靠度的範例。
第4b圖描述當信道情況良好時區別信號可靠度的範例。
第5圖為根據本發明實施例中區別可靠度操作方法的流程圖。
第6圖為根據本發明實施例中排除異常操作方法的流程圖。
標號說明11～天線；12～解調器；13～軟輸出維特比算法(SOVA)均衡器；14～通道估測器；15～量化器；16～軟維特比解碼器；21～天線；22～解調器；23～軟輸出維特比算法(SOVA)均衡器；24～通道估測器；25～動態量化器；26～軟維特比解碼器；251～可靠度鑑別器；252～異常排除器；253～量化器；40～預設窗。
具體實施例方式
第2圖為根據本發明的無線通訊系統中接收器的結構圖。第2圖中的接收器與第1圖的接收器類似，除了以一個連接SOVA均衡器23及軟維特比解碼器26的動態量化器25。如第1圖所示的現有的量化器15並不會依據通道狀態而改變量化階級的數目，造成通道狀態良好情況下浪費太多資源來處理這些信號。維特比解碼器16因此必須處理許多不必要的運算，並且消耗許多電力。而動態量化器25則會依據通道狀況改變其量化階級的數目。當通道情況為良好時，為了減少軟維特比解碼器26的解碼運算負荷，可以在量化過程中分配較少的量化位代表均衡結果。當通道情況變差時，也可以換成利用較多的量化位來代表均衡結果，使得信號不至於因為量化過程而失真。
如第2圖所示的動態量化器25的結構圖顯示於第3圖中。動態量化器25包括三個區塊，用來隨時根據通道狀態改變量化階級的數目。這三個區塊的功能大致如以下所述。
在量化這些均衡過的信號之前，必須先估計對應的可靠度以減少不必要的量化位。由於均衡信號的可靠度皆不相同，可靠度鑑別器251將會鑑定並提供一個適當的均衡位數量。首先在可靠度鑑別器251中設定一個寬度適中的窗搜集均衡信號。通常寬度適中的窗可以有效地分辨均衡信號的可靠度。第4a與4b圖描述藉由觀察均衡信號的分布而分辨出不同信號可靠度的兩個例子。第4a與4b圖中信號分布圖的水平軸代表均衡信號的值，而垂直軸則代表均衡信號落入該數值的頻率(或解釋為數量)。如第4a圖所示，如果預設窗40搜集到較多的信號，代表有很多信號的值在」-1」與」1」的正中間，也就是傳遞這些信號的信道幹擾很大，使得這些均衡信號的信號噪聲比(SNR)值較小，這些信號因此被認為是不可靠的。如第4b圖所示，如果有較少的均衡信號落入預設窗40當中，則代表只有少數信號值位於」-1」與」1」的正中間，大多數的信號值都比較靠近」-1」或是」1」其中之一，因此這些均衡信號的SNR值會比較大，換句話說，就是這些信號也較為可靠。判斷量化位所需的定限值是系統決定的，而窗的寬度則是依據通道狀態所設定的。
第5圖顯示可靠度鑑別器的操作，第一個步驟(步驟51)為設定窗的寬度，接著計算落入此窗的均衡信號數量(步驟52)，最後，所需要的量化位數目系根據比對落入窗中的信號數量與預設定限值而判斷(步驟53)。當可靠度鑑別器判斷完均衡信號的可靠度之後，異常排除器252將異常的信號排除以降低量化誤差。第6圖的流程圖顯示異常排除器252的操作。在步驟61中，異常排除器252先計算出均衡信號的絕對平均值，步驟62則是將各均衡信號與絕對平均值之間的距離計算出來。如果計算出來的距離比一個預設的容許距離還要大，所對應的信號就會被當作是一個異常的信號。在判斷量化階級時就不需要考慮這些異常的信號，以免受到這些異常信號太大的影響。
第3圖的量化器253在判斷到量化階級數目之後執行均勻量化(uniformquantization)的工作。使用均勻量化的最大優點在於它的簡易性，低成本且易於實施，一個預設的範圍會平均的被分割成寬度相同的階級。量化器253將各均衡信號分配至一個對應的階級。各個階級是由可靠度鑑別器判斷的量化位數量的位代表。例如可靠鑑別器判斷適當的量化位數量為五，各個階級就會以五個位來表示。超過最大或最小階級值的信號值會分別被分配到最大或最小的階級。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視所附的權利要求範圍所界定者為準。
權利要求
1.一種動態量化器，將接收器中一均衡器輸出的多個均衡信號量化，包括可靠度鑑別器，估計可靠度，該可靠度相關於該等均衡信號，並根據該可靠度判斷量化位數量，其中該可靠度越高，該量化位數量的數值越小，該可靠度越低，該量化位數量的數值越大；以及量化器，將各均衡信號分配給由該均衡位數量界定的對應階級。
2.根據權利要求1所述的動態量化器，其中該可靠度鑑別器是藉由設定特定寬度的窗，搜集該等均衡信號，並觀察落入該窗的該等均衡信號的分布，而估計該可靠度。
3.根據權利要求2所述的動態量化器，其中該可靠度鑑別器根據通道狀態判斷該窗的寬度。
4.根據權利要求2所述的動態量化器，其中該可靠度鑑別器按照落入該窗的均衡信號數量判斷該等均衡信號的可靠度，如果落入該窗中的均衡信號數量小於預先決定值，該通道狀態便被認定為是夠好，而該等均衡信號也因此被認為是可靠的。
5.根據權利要求1所述的動態量化器，其中該可靠度鑑別器藉由將該估計的可靠度與預設定限值比對以決定該量化位數量。
6.根據權利要求5所述的動態量化器，其中該預設定限值是由系統決定的。
7.根據權利要求1所述的動態量化器，還包括異常排除器，根據計算該等均衡信號的絕對平均值，判斷該等均衡信號與該絕對平均值之間的距離，並將距離比容許距離還大的均衡信號排除，以判斷量化的適當範圍。
8.根據權利要求7所述的動態量化器，其中該量化器從該異常排除器得到該適當範圍，並根據該可靠度鑑別器判斷的該量化位數量，將該適當範圍分割成相同大小的階級。
9.根據權利要求1所述的動態量化器，其中該量化器為均勻量化器。
10.一種動態量化方法，將多個均衡信號量化，包括下列步驟估計該等均衡信號的可靠度，並根據該估計可靠度判斷量化位數量，其中該量化位數量的數值越小代表可靠度越高，數值越大代表可靠度越低；以及將各均衡信號分配給由該均衡位數量界定的對應階級。
11.根據權利要求10所述的動態量化方法，其中該可靠度是藉由設定特定寬度的窗，搜集該等均衡信號，並觀察落入該窗的該等均衡信號的分布，而估計出來的。
12.根據權利要求11所述的動態量化方法，其中該窗的寬度是根據通道狀態判斷。
13.根據權利要求11所述的動態量化方法，如果落入該窗中的均衡信號數量小於預先決定值，該通道狀態便被認定為是夠好，因此該等均衡信號被判斷為可靠的。
14.根據權利要求10所述的動態量化方法，其中該量化位數量是通過比對該估計的可靠度與預設定限值而判斷出來的。
15.根據權利要求14所述的動態量化方法，其中該預設定限值是由系統決定的。
16.根據權利要求10所述的動態量化方法，還包括根據計算該等均衡信號的絕對平均值，判斷該等均衡信號與該絕對平均值之間的距離，並將距離比容許距離還大的均衡信號排除，以判斷量化的適當範圍。
17.根據權利要求16所述的動態量化方法，還包括根據所判斷的該量化位數量，將該適當範圍分割成相同大小的階級。
18.一種接收器，適用於無線通訊系統，包括接收單元，接收從動態衰減信道而來的多個信號；解調器，連接於該接收單元，用來將該等接收信號解調；均衡器，連接於該解調器，根據該等接收信號的估測衰減值，並將該等解調過的信號均衡；動態量化器，連接於該均衡器，隨著估測通道狀況，分配量化位數量用來代表量化階級，以將該等均衡信號量化，其中該量化位數量的數值越小代表可靠度越高，數值越大代表可靠度越低；以及解碼器，連接於該動態量化器，用來將該等量化信號解碼。
19.根據權利要求18所述的接收器，其中該均衡器為軟決策均衡器。
20.根據權利要求18所述的接收器，其中該解碼器為軟決策解碼器。
21.根據權利要求18所述的接收器，其中該均衡器與該解碼器是利用維特比算法實現，執行有效最大似然序列估計。
22.根據權利要求18所述的接收器，其中該動態均衡器還包括可靠度鑑別器，通過設定特定寬度的窗，搜集該等均衡信號，並觀察落入該窗的該等均衡信號的分布，而估計該可靠度，並藉由比對該估測可靠度與預設定限值判斷量化位數量；異常排除器，根據計算該等均衡信號的絕對平均值，判斷該等均衡信號與該絕對平均值之間的距離，並將距離比一容許距離還大的均衡信號排除，以判斷量化的適當範圍；量化器，將該異常排除器判斷的該適當範圍，根據該可靠度鑑別器判斷的該量化位數量，將該適當範圍分割成相同大小的階級，並分配一個對應的階級給各個均衡信號。
23.根據權利要求22所述的接收器，其中該可靠度鑑別器根據通道狀態判斷該窗的寬度。
24.根據權利要求22所述的接收器，其中該預設定限值是由系統決定的。
25.根據權利要求22所述的接收器，其中該可靠度鑑別器按照落入該窗的均衡信號數量判斷該等均衡信號的可靠度，如果落入該窗中的均衡信號數量小於預先決定值，該通道狀態便被認定為是夠好，而該等均衡信號也因此被認為是可靠的。
全文摘要
本發明提供一種動態量化方法及動態量化器，會依據通道狀況的不同而將均衡器的軟輸出給予不同程度的量化，以減輕軟決策解碼器的運算負荷。當通道情況良好時，為了減輕解碼器的負荷，動態量化器將分配較少的位來代表均衡信號，因而大幅減少之後的解碼運算量。
文檔編號H04L27/01GK1722715SQ200510083650
公開日2006年1月18日 申請日期2005年7月13日 優先權日2004年7月14日
發明者蔡益元, 陳宏義 申請人:明基電通股份有限公司