专利名称：前置编码与解码的装置及方法
技术领域：
本发明是有关于一种前置编码(Pre-encoding)与前置解码(Pre-decoding)的装置及方法，且特别是有关于一种用于正交频分复用系统的前置编码与前置解码的装置及方法。
背景技术：
在通信领域中，编码技术可以用来压缩传送信号的长度，或用来保护传送信号以减少传输时发生的错误。随着检测理论的发展，均衡技术与噪声估测的方法越来越趋成熟，使得接收端可以根据信道的特性来猜测所传送的数据为何。
假设接收机(receiver)收到的信号y＝Hx+n，其中，y表示接收到的信号向量，y＝[y1，y2，...，ym]T，x表示发射机(transmitter)传送的信号向量，x＝[x1，x2，...，xm]T，n表示噪声向量，n＝[n1，n2，...，nm]T，H表示响应矩阵，
hi，j表示传送信号xj对信号yi的响应。
一般而言，利用最大后验概率(Maximum A Posteriori，MAP)的方法能够解得最佳的解
，也就是错误率最低的解，
的数学式子表示成 若经过推导则
可表示为 其中，
为噪声的功率，p(x)表示传送x的概率。也就是说，找出一个x使得最小，这个x便是最佳的解
。若x为等概率的话，则上面的式子可以表示为 此时便是最大似然率(Maximum Likelihood，ML)的解。不论是MAP或是ML的解法，其复杂度都非常地高，假设在传送二元相位键移(Binary PhaseShift Keying，BPSK)的情况下，并对每一种x做比对的话，则会有O(2m)的复杂度。虽然上述的解释是理论上最佳的解，但是因为复杂度过高，因而实际上的应用却很有限。
另外，为了减少复杂度，接收机可以使用线性检测的方式，常用的线性检测方法包括强制归零(Zero Forcing，ZF)的均衡技术与最小均方差(Minimum Mean Square Error，MMSE)的均衡技术。采用ZF均衡技术的接收机所解出的信号其复杂度是O(m3)，采用ZF均衡技术虽然减少了复杂度，但是所解出的
的正确率并没有像ML的方法那么高。
而采用MMSE均衡技术的接收机所解出的信号其中，矩阵W表示为 ，也就是找一个矩阵W让解出来的
与原始传送的信号x向量的均方差的总和最小。利用微分的方式，可以推出矩阵其中，Ryx＝E[xyT]，Ry＝E[yyT]。再整理这些式子便可以推出矩阵 ，其中，I表示单位矩阵，而σn与σx分别表示传送信号x的功率与噪声n的功率。利用MMSE均衡技术解出的信号
的正确率比ZF均衡技术高，且其复杂度仅为O(m3)，但是，其正确率依然没有ML的方法那么高。
为了提高接收机的正确率，开始有人提出递归检测(Iterative Detection)的方法，目前，这些常见方法有垂直式分层空时(Vertical Bell Labs LayeredSpace-Time，VBLAST)的检测方法、递归式多用户检测(IterativeMulti-User Detection，Iterative MUD)方法与球面解码(Sphere Decoding)。
VBLAST是由贝尔实验室所开发出来，VBLAST主要用于多入多出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)与时空复用(Space TimeMultiplexing)的通信系统内。VBLAST除了使用MMSE的估测方式，还采用干扰消除(Interference Cancellation)来增加整体的效能，所以其效能会比ZF与MMSE好。
VBLAST首先利用MMSE的方法计算估测其中，ZT是MMSE的系数矩阵。接着，在
中找出具有最大信号噪声比(Signal toNoise Ratio，SNR)的最大元素
之后经过硬决策(Hard Decision)后，可以得到
其中，sgn(·)表示取其输入的正负号的算子，当
大于0，则当
小于0，则之后，将干扰项去掉，可以得到其中，Ej为N×1的矩阵，除了第j个元素的外，其余的元素均为零。若将噪声考虑进去，则再重复经过一次MMSE的计算获得之后找出在
中找出具有最大SNR的最大元素
并做硬决策得到
接着，再将干扰项去除得到之后重复上述步骤，直到所有x的元素都通过硬决策所决定为止。由上可知VBLAST必须做m次的MMSE，所以复杂度是O(m4)，虽然复杂度比MMSE与ZF大，但是其效能却比MMSE与ZF好。
采用递归式多用户检测方法的接收机主要是找出向量 并利用wk来得到
而再利用wk来得到解 其中，wk＝Ry，k-1hk，uk＝hkHRy，k-1hk，递归式多用户检测方法的接收机的正确率比VBLAST还好，且其复杂度一样仅有O(m4)。
另外，若要获得最佳解，也就是要提高接收机解码的正确率，则接收机可以采用球面解码的检测方式。采用球面解码的接收机是要找出 ，也就是找出其中，r代表球面解码的搜索半径，通过递归式的计算，最后可以获得最佳解。虽然采用球面解码的接收机具有比递归式多用户检测方法高的正确率，但是其复杂度却是一个非决定性多项式完全性(NP Complete，NPC)的问题。
上述的递归检测方法可以使接收机具有较佳的正确率，但是其算法的复杂度并没有线性检测方法的复杂度那么低。递归检测的方法的复杂度不利于实时(Real Time)的传输，例如数据串流，而线性检测方法的正确率太低，不利于传输于状况恶劣的信道。因此，本发明的范例提供一种前置编码装置与前置解码装置，此前置编码装置与前置解码装置可以用于通信系统，且其前置解码装置具有较低的运算复杂度且可以解得错误较低的接收信号。
发明内容
本发明的范例提供一种前置编码与解码装置及方法，可以应用在第四代(Fourth Generation，4G)移动通信的系统，且具有低复杂度与低错误率等优点。
本发明的范例提出一种前置编码与解码系统，包括前置编码装置与前置解码装置。前置编码装置接收具有多个传送信号的传送信号向量，并对传送信号向量进行m次编码与i次交织。其中，m大于等于2，i大于等于1，前置编码装置由m个前置编码单元与i个交织器随意串接而成，传送信号向量经过前置编码装置后被送入信道形成具有多个接收信号的接收信号向量。前置解码装置从信道获得接收信号向量，并对接收信号向量进行n次的解码与j次的反交织以解出传送信号向量。其中，n大于等于2，j大于等于1，前置解码装置由n个前置解码单元与j个反交织器串接而成。
本发明的范例提出一种前置编码装置，此前置编码装置包括i个交织器与m个前置编码单元。其中，这些m个前置编码单元与i个交织器彼此随意串接。此前置编码装置接收具有多个传送信号的传送信号向量，并对传送信号向量进行m次编码与i次交织，其中，m大于等于2，i大于等于1。
本发明的范例提出一种前置解码装置，此前置解码装置包括j个反交织器以及n个前置解码单元。这些n个前置解码单元与j个反交织器串接。其中，前置解码装置从信道接收接收信号向量，并对该接收信号向量进行n次的解码与j次的反交织以解出传送信号向量，其中，n大于等于2，j大于等于1。
本发明的范例提出一种前置编码的方法，首先，对传送信号向量依序进行编码与交织，传送信号向量包括多个传送信号，进行编码的次数为m次，而进行交织的次数为i次，m大于或等于2，i大于或等于1。其中，进行交织与编码的顺序关系并没有任何的限制。之后，便输出经过m次的编码与i次的交织的传送信号向量。
本发明的范例提出一种前置解码的方法，首先接收接收信号向量，其中，接收信号向量包括多个接收信号。接着对该接收信号向量进行n次解码与j次反交织，n大于或等于2，j大于或等于1。之后，输出经过n次最大解码与n-1次反交织的该接收信号向量。
在本发明的范例中的前置编码装置采用多个前置编码单元与交织器的串接结构来进行前置编码，而前置解码装置采用多个前置解码单元与反交织器的串接结构来进行前置解码。因此可以让前置解码装置的错误率降低，且上述每一个前置解码单元可以用多个低维度的前置解码器构成，所以其复杂度也可以因此降低。
为让本发明的上述特征和优点能更加明显易懂，下文特举范例，并结合附图，作详细说明如下。
图1是一种具有本发明的前置编码装置110与前置解码装置111的正交频分复用接入系统的系统框图的一个实施范例。
图2A是本发明范例所提供的一种前置编码装置20的系统框图。
图2B是本发明范例所提供的一种前置编码装置21的系统框图。
图2C～2F是本发明范例所提供的前置编码装置201～204的实施示意图。
图3A是本发明范例所提供的一种前置解码装置30的系统框图。
图3B是本发明范例所提供的一种前置解码装置31的系统框图。
图3C是本发明范例所提供的具有参考前置编码单元与参考交织器的一种前置解码装置33的系统框图。
图3D是本发明范例所提供的一种前置解码装置34的系统框图。
图3E是本发明范例所提供的一种前置解码装置35的系统框图。
图3F是本发明范例所提供的一种前置解码装置36的系统框图。
图4A本发明范例提供的具有错误更正码编码器的一种前置编码装置40的系统框图。
图4B是本发明范例图所提供的具有错误更正码解码器的一种前置解码装置41。
图5A是本发明范例提供的前置编码的方法的流程图。
图5B是本发明范例提供的前置解码的方法的流程图。
图6A是本发明范例提供的前置编码装置60的系统框图。
图6B是MAP解码单元69的框图。
图6C是本发明的范例提供的前置解码装置70的系统框图。
图7是本发明范例提供的前置解码器的位错误率曲线图。
组件符号简单说明 20前置编码装置 211、221、...、291前置编码单元 212、222、...、282交织器 33前置解码装置 P311、P321、...、P391前置解码单元 P312、P322、...、P382反交织器 R312、R322、...、R382参考前置编码单元 R311、R321、...、R381参考交织器
具体实施例方式 在传送端作前置编码，并在接收端作相对于前置编码的解码，并由此降低接收端的错误率与算法的复杂度是本发明的范例所欲解决的问题。
首先，请参照图1，图1是一种具有本发明的前置编码装置110与前置解码装置111的正交频分复用接入系统的系统框图的一个实施范例。此正交频分复用接入系统(Orthogonal Frequency Division MultiplexingAccess，OFDMA)10包括前置编码装置110、前置解码装置111、正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)调制器120与OFDM解调器121。其中，前置编码装置110在传送信号向量送入OFDM调制器120之前，会先对此传送信号向量进行编码，此传送信号向量包括多个传送信号。OFDM调制器120包括反快速傅立叶变换(Inverse FastFourier Transform，IFFT)125与循环前缀(Cyclic Prefix，CP)发生器126，反快速傅立叶变换125将经前置编码装置110进行前置编码后的传送信号向量进行OFDM调制，循环前缀发生器126接着将循环前缀加入经过OFDM调制的传送信号向量。最后，传送信号向量会被送至多路径衰减信道199。
接着，OFDM解调器121从多路径衰减信道199获得接收信号向量，其中，接收信号向量包括多个接收信号。OFDM解调器121包括循环前缀移除器128与快速傅立叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)127。循环前缀移除器128将接收信号向量的循环前缀移除；接着，快速傅立叶变换127对接收信号向量进行解调。前置解码装置111对解调后的接收信号向量进行相对于前置编码装置110的前置编码的前置解码，以由此可以获得正确的传送信号向量。
上述的前置编码装置110对传送信号向量进行m次的编码与i次的交织，而前置解码装置111则是对接收信号向量进行n次的解码与j次的反交织。其中，前置编码装置110进行编码与交织的前后顺序并没有限定，前置解码装置111进行解码与反交织的前后顺序并没有限定，但是前置解码装置111进行j次反交织会将前置编码装置110进行i次交织的信号向量解回未进行此i次交织的信号向量，而前置解码装置111进行n次解码会将前置编码装置110进行m次编码的信号向量解回未进行此m次编码的信号向量。
以2次的编码与1次交织为例，前置编码器110会依序对传送信号向量进行编码、交织与编码，那么对应的前置解码装置111就会依序地对接收信号向量进行解码(例如，MAP解码)、反交织与解码。上述的编码与解码的次数可以是2次以上，而交织与反交织的次数则可以是1次以上，此例子是一个对称的例子(也就是i＝j且m＝n的例子)。
再以另一个不对称的例子来说明，例如前置编码装置110依序进行交织、编码、交织、编码、交织与编码的动作，那么前置解码装置111可能会用等效于前两次反交织与前两次解码的一次解码动作代替，之后再进行一次反交织与解码便能解得原来的传输信号向量。简单地说，就是交织与编码的顺序与次数并没有限制，反交织与解码的顺序与次数也没有任何的限制。另外，交织与反交织的次数不一定要相同，且编码与解码的次数也未必要相同。
虽然上述的前置编码装置110与前置解码装置111是用于OFDMA系统10中，然而，并非用以限定本发明。前置编码装置110与前置解码装置111也可以应用于多重子载波码分复用接入(Multi-carrier CodeDivision Multiplexing Access，MC-CDMA)系统、正交频率码分复用(Orthogonal Frequency Code Division Multiplexing，OFCDM)系统、交织频分复用接入(Interleaved Frequency Division Multiplexing Access，IFDMA)系统或第四代移动通信的演化(Long Term Evolution，LTE)系统。
请参照图2A，图2A是本发明范例所提供的一种前置编码装置20的系统框图。此前置编码装置20包括前置编码单元211、221、...、291与交织器212、222、...、282。其中，前置编码单元211的输入端与前置编码装置20的输入端耦接，前置编码单元211、221、...、281的输出端分别与交织器212、222、...、282的输入端耦接，交织器212、222、...、282的输出端分别与前置编码单元221、...、291的输入端耦接，前置编码单元291的输出端与前置编码装置20的输出端耦接。前置编码单元211、221、...、291用以进行编码，而交织器212、222、...、282则用以交织。
虽然上述的范例以9个前置编码单元与8个交织器为例，然而，并非用以限定本发明，前置编码单元与交织器的个数并没有限定，但前置编码单元的个数需大于等于2；并且前置编码单元与交织器的连接方式也非用以限定本发明，仅需要彼此随意串接即可。
再以另一个范例来说明，请参照图2B，图2B是本发明范例所提供的一种前置编码装置21的系统框图。此前置编码装置21包括前置编码单元241、242、...、249与交织器231、232、...、238、239。其中，交织器231的输入端与前置编码装置21的输入端耦接，交织器231、232、...、239的输出端分别与前置编码单元241、242、...、249的输入端耦接，前置编码单元241、242、...、248的输出端分别与交织器232、233、...、239的输入端耦接，前置编码单元249的输出端则与前置编码装置21的输出端耦接。前置编码单元241、242、...、249用以编码，而交织器231、232、...、239则用以交织。由图2A与2B可以知道本发明的范例提供的前置编码装置内的前置编码单元与交织器的耦接关系并不受限制，是可以根据使用者的需求随意地串接。
另外，上述的前置编码单元211、221、...、291、241～249可以用多个低维度的前置编码器来构成，如此一来便能减少编码的时间，并降低复杂度。请参照图2C～2F，图2C～2F是本发明范例所提供的前置编码装置201～204的实施示意图。
图2C所提供的前置编码装置201具有3个前置编码单元201A、201B、201C与2个交织器2015、2016。其中，第一个前置编码单元201A是由哈达玛(Hadamard)编码器2010与三个离散傅立叶变换码(DiscreteFourier Transform Code，DFT Code)编码器2011、2012、2013所组成，通过这四个二维的编码器2010～2013可以形成一个八维的前置编码单元。而交织器2015与2016，则是通过如图2B的接线方式来形成。第二个前置编码单元201B是由多个维度比其前置编码单元201B低的编码器2017～2020构成，而第三个前置编码单元201C则是由多个维度比其前置编码单元201C低的编码器2021～2024构成。
图2D与图2E的范例中，其所提供的前置编码装置202与203分别具有4个前置编码单元与3个交织器，图2D所提供的前置编码装置202的交织器2025、2026与图2E所提供的前置编码装置203的交织器2031、2032不同。另外，图2F所提供的前置编码装置204，前置编码单元204A则是由一个四维与两个二维的离散傅立叶码编码器2041～2043构成，而前置编码单元204C则是由两个三维的编码器2044、2046与一个二维的哈达玛编码器2045构成，其中，前置编码器2044与2046为随意的系数编码器。
因此，范例中所提供的前置编码装置中的交织器并不受任何的限制，且每一个前置编码装置的前置编码单元可以由多个编码器构成。这些编码器可以为低维度的编码器，且这些编码器的维度并不受任何限制。另外，这些前置编码器的种类并没有任何的限制，使用者可以根据需要设计这些编码器。
请参考图3A，图3A是本发明范例所提供的一种前置解码装置30的系统框图。前置解码装置30包括彼此串接的多个前置解码单元311、321、...、391与反交织器312、322、...、382。其中，前置解码单元311的输入端与前置解码装置30的输入端耦接，前置解码单元311、321、...、381的输出端分别与反交织器312、322、...、382的输入端耦接，反交织器312、322、...、382的输出端分别与前置解码单元321、...、391的输入端耦接，前置解码单元391的输出端与前置解码装置30的输出端耦接。前置解码单元311、321、...、391分别根据其输入信号向量来进行解码，前置解码单元311、321、...、391也可分别根据其输入信号向量与一组参考函数来进行解码，反交织器312、322、...、382则是对其输入信号进行反交织。其中，此范例中的前置解码单元可以是MAP解码单元，且前置解码单元可以由多个维度较前置解码单元低的前置解码器组成。以八维的前置解码单元为例，八维的前置解码单元可由4个二维的前置解码器组成。通过多个低维度的前置解码器来组合成一个较高维度的前置解码单元，将可以减少解码的时间与复杂度。
请参照图3B，图3B是本发明范例所提供的一种前置解码装置31的系统框图。若图3A中的前置解码单元311、反交织器312与前置解码单元321的功能等效于某此前置解码单元，则可以用其取代图3A中的前置解码单元311、反交织器312与前置解码单元321。如图3B所示，其中，前置解码单元31EQ的功能等效于图3A中的前置解码单元311、反交织器312与前置解码单元321。因此，可以知道前置编码装置做交织的次数与前置解码装置做反交织的次数不一定要相同，且前置编码装置作编码的次数与前置解码装置作解码的次数未必要相同。
请参照图3C，图3C是本发明范例所提供的一种前置解码装置33的系统框图。图3C与图3A不同的地方在于前置解码装置33还包括了参考前置编码单元R312、R322、...、R382与参考交织器R311、R321、...、R381。其中，参考前置编码单元R382的输入端用以接收参考信号向量，其中，前置解码单元P391的输出信号向量经过前置解码装置33以外的后端电路处理后便形成此参考信号向量，当然，此参考信号也可以是前置解码单元P391的输出信号向量。参考前置编码单元R312、R322、...、R382的输出端分别与参考交织器R311、R321、...、R381的输入端耦接，参考交织器R311、R321、...、R381的输出端分别与前置解码单元P311、P321、...、P381的另一输入端耦接，而前置解码单元P391的输出端与本身的另一输入端耦接，参考前置编码单元R312、R322、...、R372的输入端分别与参考交织器R321、R331、...、R381的输出端耦接。
前置解码单元P311、P321、...、P391可以将其解码的结果当作其输入的一组参考函数，也可以如图3C所示，前置解码单元P311、P321、...、P381的每一组参考函数分别由参考前置编码单元R312、R322、...、R382与参考交织器R311、R321、...、R381所产生。参考前置编码单元R312、R322、...、R382用以根据其输入信号进行编码，产生多个参考函数，这些参考函数构成一组参考函数。参考交织器R311、R321、...、R381分别将对应的多组参考函数进行交织的动作并将进行交织后的多组参考函数送至对应的前置解码单元P311、P321、...、P381。其中，此范例中的参考前置编码单元R311、R321、...、R381可以为MAP编码单元，而前置解码单元P311、P321、...、P391可以为MAP解码单元。
前述范例中的前置解码装置30与33是对应于图2A的前置编码装置20，所以其前置解码单元的个数均为9，且反交织器的个数均为8。然而这些范例并非用以限定本发明，例如前置解码装置30也可能用图3B的前置解码装置31来取代，此范例便是前置解码装置31与前置编码装置20不对称的例子。
再次回到图3C，图3C中的参考前置编码单元与参考交织器的个数比解码单元的个数少1。然而，此范例并非用以限定本发明，本领域的技术人员也能从图3A与3B的范例推敲出不对称的设计方式。
请参照图3D，图3D是本发明范例所提供的一种前置解码装置34的系统框图。图3D所提供的前置解码装置34与图3C所提供的前置解码装置33在其功能上是等效的。其中，图3D的前置解码单元P321EQ的功能等效于图3C的前置解码单元P311、P321与参考反交织器R312的串接结构的功能，而图3D中的参考交织器R321的输出端仅耦接于参考前置解码单元R312的输入端，因为前置解码单元P311、P321与反交织器P312的串接结构已经被前置解码单元P321EQ所取代。
请接着参照图3E，图3E是本发明范例所提供的一种前置解码装置35的系统框图。图3E所提供的前置解码装置35与图3C所提供的前置解码装置33在其功能上是等效的。其中，图3E的参考前置编码单元R322EQ的功能等效于图3C的参考前置编码单元R312、R322与参考交织器R321的串接结构的功能，而图3E中的前置解码单元P321的输出端耦接于前置解码单元P321的另一输入端。因为参考前置编码单元R312、R322与参考交织器R321的串接结构已经被参考前置编码单元R322EQ所取代，因此需要将前置解码单元P321的输出端耦接于前置解码单元P321的另一输入端，才能让前置解码单元P321解出一组概率函数。
另外，请参考图3F，图3F是本发明范例所提供的一种前置解码装置36的系统框图。此范例中的前置解码装置36是对应于图2B的前置编码装置21，当然，此范例并非用以限定本发明，本领域的技术人员也可以根据前面所公开的内容推导出不对称的例子。
接着，请参照图4A与4B，图4A本发明范例提供的具有错误更正码编码器401的一种前置编码装置40的系统框图，图4B是本发明范例图所提供的具有错误更正码解码器410的一种前置解码装置41。
图4A的前置编码装置40比图2A的前置编码器20多了错误更正码编码器401与错误码交织器402。其中，错误码交织器402的输出端耦接于前置编码单元211的输入端，错误码交织器402的输入端耦接于错误更正码编码器401的输出端，错误更正码编码器401的输入端与前置编码装置40的输入端。错误更正码编码器402用以对其输入的信号向量进行错误编码，错误码交织器402用以对错误更正码编码器402输出的信号向量进行交织。然而，错误更正码编码器401与交织器402的耦接关系并非用以限定本发明。
而图4B的前置解码装置41比图3C的前置解码装置33多了错误更正码解码器410、反交织器411、交织器412与硬决策器413。其中，反交织器411的输入端耦接于前置解码单元P391的输出端，反交织器411的输出端耦接错误更正码解码器410的输入端，交织器412的输入端耦接于错误更正码解码器410的输出端，交织器的输出端耦接于前置解码单元P391的另一输入端与参考前置编码单元R382的输入端，硬决策器413的输入端耦接于错误更正码解码器410的输出端，硬决策器413的输出端耦接于前置解码单元41的输出端。
硬决策器413用以对其输入信号做硬性决策(Hard Decision)，交织器412、402用以进行交织，反交织器411用以进行反交织，错误更正码解码器410用以进行错误更正码的解码，错误更正码编码器401用以进行错误更正码的编码。而上述的错误更正码的种类并非用以限定本发明，上述的错误更正码可以是涡轮码(Turbo Code)或卷积码(Convolution Code)等，且错误更正码解码器410、反交织器411与交织器412的耦接关系也可以做适当地修改，简言之，此范例并非用以限定本发明。
接着，请参考图5A，图5A是本发明范例提供的前置编码的方法的流程图。在步骤S501，对传送信号向量依序进行编码与交织，传送信号向量包括多个传送信号。其中，进行编码的次数为m次，而进行交织的次数为i次，m大于等于2，i大于等于1。以先编码后交织为例，除了第m次编码外，每一次进行编码后便会进行一次交织；若以先交织后编码为例，则交织与编码的次数相同，即m＝i；然而，上面所述的实施方式并非用以限定本发明，简单地说，就是m与i满足上述的条件即可，至于交织与编码的排列方式则不限定。之后，在步骤S502，输出经过m次的编码与i次的交织的传送信号向量。
另外，在步骤S501，每一次对传送信号向量进行编码可以将传送信号向量拆成多个子集合，每一个子集合利用低维度的编码方法来进行编码，其中，每一个子集合的维度彼此相同或不相同。通过上述的方法，可以将编码的计算复杂度降低，使得编码所需的时间降低，而上述的实施方式也非用以限定本发明。
请参照图5B，图5B是本发明范例提供的前置解码的方法的流程图。在步骤S511，接收一个接收信号向量，其中，接收信号向量包括多个接收信号。在步骤S512，对接收信号向量依序进行解码与反交织，其中，进行解码的次数为n次，而进行反交织的次数为j次，n大于等于2，j大于等于1。以先解码后反交织为例，除了第n次解码之外，每一次解码后便会进行一次反交织；若以先反交织后解码为例，则反交织与解碼的次数相同，即n＝j；然而，上面所述的实施方式并非用以限定本发明，简单地说，就是n与j满足上述的条件即可，至于反交织与解码的排列方式则不限定。在步骤S513，输出经过n次解码与j次反交织的接收信号向量。
另外，在步骤S512，每一次对接收信号向量进行解码可以将接收信号向量拆成多个子集合，每一个子集合利用低维度的解码方法来进行解码，其中，每一个子集合的维度彼此相同或不相同。通过上述的方法，可以将解码的计算复杂度降低，使得解码所需的时间降低，而上述的实施方式也非用以限定本发明。还有要注意的是，为了让错误概率最低，解码的方法可以利用MAP解码，当然，利用MAP解码来实施的方式并非用以限定本发明。
参考图3C，上述的步骤S512的进行解码的步骤流程还包括下列的子步骤(a)对接收信号向量经过多次解码与反交织的结果进行j次的编码与交织，以获得j组参考函数，其中每一组参考函数包括多个参考函数；(b)第一次至第n-1次的解码分别参考第1～第j组参考函数来进行解码，第n次的解码则参考先前的第n次解码来进行第n次解码。
接下来，将对解码的方式进行比较详细介绍，然而，下面所述的仅是本发明的范例的一种实施方式，并非用以限定本发明。请先参照图6A，图6A是本发明范例提供的前置编码装置60的系统框图。前置编码器60包括3个前置编码单元611、621、631与3个交织器612、622、632，此范例所提供的前置编码装置60是与图6C的前置解码装置70相对应的。其中，a(0)表示传送信号向量，b(0)～b(2)分别表示经过前置编码单元611、621、631编码后的输出信号向量，而a(1)～a(3)分别表示经过交织器612、622、632交织后的输出信号向量。
在介绍图6C的前置解码装置70之前，在此请先参照图6B，图6B是MAP解码单元69的框图。如前面所述，前置解码单元能用MAP解码单元69来实施，其中，MAP解码单元69分别有两个输入端与输出端。一个输入端用来接收经过z+1次编码与z次交织后的信号向量的一组先验概率函数「；而另一个输入端则是接收经过z次交织与z次编码后的信号向量的一组后验概率函数「。而MAP解码单元69根据其两个输入端的输入进行解码，以输出则是输出经过z次编码与z次交织的信号向量的一组先验概率函数P(y|a(z))以及经过z次交织与z-1次编码的信号向量的一组后验概率函数P(b(z))。
接着请参照图6C，图6C是本发明的范例提供的前置解码装置70的系统框图。前置解码装置70是用来对前置编码装置60的输出信号进行解码，前置解码装置70用MAP解码单元来实施前置解码单元，而前置编码单元则用MAP编码单元来实施，在此范例中，MAP编码单元与MAP解码单元的结构是相同的，但是并非用以限定本发明。对于MAP解码单元711、721与731而言，因为P(b(3))、P(b(2))与P(b(1))不会使用到，因此将MAP解码单元711、721与731输出P(b(3))、P(b(2))与P(b(1))的这些输出端都接地，而对于MAP编码单元R712与R722而言，因为解出P(b(1))与P(b(0))并不需要用到P(y|b(1))与P(y|b(0))，且也不会用到P(y|a(1))与P(y|a(0))，因此可以将输出P(y|a(1))与P(y|a(0))的输出端接地，而输入P(y|b(1))与P(y|b(0))的输入端也可以接地。
MAP解码单元711会接收信号向量b(2)的一组概率函数P(y|b(2))(包括接收信号向量中每一个信号的概率函数，以序列的方式储存)与信号向量a(2)的一组后验概率函数P(a(2))，然后，根据贝氏定理来进行推导，可以算出P(y|a(2))与P(b(2))。此时若前置编码单元内的编码器是用哈达玛编码器，则上述的架构的算法的复杂度约为O(N3×log2N)。其余的MAP解码单元721与731的功能也可以从MAP解码单元711的叙述类推，在此便不赘述。
在上述的范例中，若上述的每一种概率函数不是以序列的方式储存，而是将信号假设成高斯分布，且仅储存其平均值μ与变异数σ2来进行MAP解码，则算法的复杂度可以下降。此时不论前置编码单元的编码器是用何种编码器，其复杂度都约为O(N×log2N)。
最后请参考图7，图7是本发明范例提供的前置解码器的位错误率曲线图。图7中，接收信号的数量为8，其传输信道是衰减信道，其中，曲线C00用以表示白色高斯噪声信道下的位错误率，曲线C01用以表示接收机采用ML检测方法的位错误率，曲线C02用以表示接收机采用本发明范例所提供的方法的位错误率，曲线C03用以表示接收机采用递归式多用户检测(IMUD)方法的位错误率，曲线C04用以表示接收机采用最小均方差(MMSE)检测方法的位错误率，曲线C05用以表示接收机采用强制归零(ZF)检测方法的位错误率。另外，图7的曲线图，是在接收机是采用多维度信号集合(Multi-dimensional Signal Sets，MDSS)结合OFDM系统来达到最大化的频率多样性的状况下，其作法是将每一个传送信号在进入前置编码单元前，对每一个信号做角度的旋转。
由图7可知道使用本发明范例提供的前置解码器的接收机其位错误率曲线C02可以接近ML检测方法的位错误率曲线C01，且其复杂度又较ML检测方法小。虽然上述的曲线图是假设接收信号的数量是8时的曲线图，然而，当增加接收信号的数量时，其位错误率的曲线会更加地接近曲线C00，整体的效能会更好，但是复杂度也会稍微地提高(因为复杂度与接收信号的数量有关)。
综上所述，范例中的前置编码器采用多个编码器与交织器的串接结构来进行前置编码，而前置解码器采用多个解码器与反交织器的串接结构来进行前置解码。因此可以让前置解码器的错误率降低，且上述每一个解码器可以用多个低维度的解码器构成，所以其复杂度也可以因此降低。
虽然本发明已以范例公开如上，但是其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可以作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当由后附的申请专利范围所界定的为准。
主要元件符号说明 10正交频分复用接入系统 110前置编码装置 111前置解码装置 120OFDM调制器 125IFFT 126循环前缀发生器 121OFDM解调器 127FFT 128循环前缀移除器 199多路径衰减信道 20、21前置编码装置 211、221、...、291前置编码单元 212、222、...、282交织器 241～249前置编码单元 231～239交织器 201～204前置编码装置 201A、201B、201C、204A、204B、204C前置编码单元 2010、2017、2018、2020、2021～2024、2045哈达码编码器 2011～2013、2019、2041、2042、2043离散傅立叶码编码器 2015、2016、2025、2026、2031、2032交织器 2044、2046系数编码器 30、31、33、34、35、36前置译码装置311、321、...、391前置解码单元 312、322、...、382反交织器 31EQ、P321EQ前置解码单元 P311、P321、...、P391前置解码单元 P312、P322、...、P382反交织器 R311、R312、...、R381参考交织器 R312、R322、...、R382参考前置编码单元 R322EQ参考前置编码单元 361～369反交织器 371～379前置解码单元 40前置编码装置 41前置解码装置 401错误更正码编码器 410错误更正码解码器 402、412交织器 411反交织器 413硬决策器 S501、S502、S511～S513步骤流程 611、621、631前置编码单元 612、622、632交织器 69MAP解码单元 711、721、731MAP解码单元 712、722、732反交织器 R711、R721参考交织器 R712、R722MAP编码单元 C00～C05位错误率曲线
权利要求
1.一种前置编码与解码系统，包括
前置编码装置，接收具有多个传送信号的传送信号向量，并对该传送信号向量进行m次编码与i次交织，其中，m大于等于2，i大于等于1，所述前置编码装置由m个前置编码单元与i个交织器随意串接而成，所述传送信号向量经过所述前置编码装置后被送入信道形成具有多个接收信号的接收信号向量；以及
前置解码装置，从所述信道接收所述接收信号向量，并对所述接收信号向量进行n次的解码与j次的反交织以解出所述传送信号向量，其中，n大于等于2，j大于等于1，所述前置解码装置由n个前置解码单元与j个反交织器串接而成。
2.如权利要求1所述的前置编码与解码系统，其中，i＝m-1，第一至第m-1个前置编码单元的输出端分别与第一至第i个交织器的输入端耦接，第i个交织器的输出端与第m个前置编码单元的输入端耦接，第一个前置编码单元的输入端与所述前置编码装置的输入端耦接，第m个前置编码单元的输出端与所述前置编码装置的输出端耦接；
其中，j＝n-1，第一至第n-1个前置解码单元的输出端分别与第一至第j个反交织器的输入端耦接，第j个反交织器的输出端与第n个前置解码单元的输入端耦接，第一个前置解码单元的输入端与所述前置解码装置的输入端耦接，第n个前置解码单元的输出端与所述前置解码装置的输出端耦接。
3.如权利要求1所述的前置编码与解码系统，其中，i＝m，第一至第i个交织器的输出端分别与第一至第m个前置编码单元的输入端耦接，第一至第m-1个前置编码单元的输出端分别与第二至第i个交织器的输入端耦接，第一个交织器的输入端与所述前置编码装置的输入端耦接，第m个前置编码单元的输出端与所述前置编码装置的输出端耦接；
其中，j＝n，第一至第j个反交织器的输出端分别与第一至第n个前置解码单元的输入端耦接，第一至第n-1个前置解码单元的输出端分别与第二至第j个反交织器的输入端耦接，第一个反交织器的输入端与所述前置编码装置的输入端耦接，第n个前置解码单元的输出端与所述前置编码装置的输出端耦接。
4.如权利要求1所述的前置编码与解码系统，其中，每一个前置编码单元由至少一个编码器构成，每一个前置解码单元由至少一个解码器构成，所述编码器的维度小于或等于所述前置编码单元的维度，所述解码器的维度小于或等于所述前置解码单元的维度。
5.如权利要求1所述的前置编码与解码系统，其中，所述前置解码装置还包括彼此串接的r个参考前置编码单元与q个参考交织器，这些彼此串接的r个参考前置编码单元与q个参考交织器用以产生q组信号向量的后验概率函数给所述q个前置解码单元，该q个前置解码单元用以接收所述q组概率分布函数，并根据其输入来解码，其中，q小于或等于n-1。
6.如权利要求5所述的前置编码与解码系统，其中，所述前置编码装置还包括错误更正码编码器与第一错误码交织器，所述错误更正码编码器的输入端耦接于所述前置编码装置的输入端，所述第一错误码交织器的输入端耦接于所述错误更正码的输出端，所述第一错误码交织器的输出端耦接于所述第一个交织器或所述第一前置编码单元的输入端；另外，所述前置解码装置还包括第一错误码反交织器、错误更正码解码器、第二错误码交织器与硬决策器，所述第一错误码反交织器的输入端与所述第j个反交织器或所述第n个前置解码单元的输出端耦接，所述错误更正码解码器的输入端与所述第一错误码反交织器的输出端耦接，所述第二错误码交织器的输入端与所述错误更正码解码器的输出端耦接，所述第二错误码交织器的输出端与所述第n个前置解码单元的另一输入端耦接，所述第二错误码交织器的输出端也耦接于所述第一个参考前置编码单元或第一个参考交织器的输入端，所述硬决策器的输出端耦接于所述前置解码装置的输出端，所述硬决策器的输入端耦接于所述错误更正码解码器的输出端；其中，所述第一与第二错误码交织器用以对其输入进行交织的动作，而所述第一错误码反交织器用以对其输入进行反交织的动作。
7.一种前置编码装置，包括
i个交织器；以及
m个前置编码单元，与所述i个交织器随意串接；
其中，所述前置编码装置接收具有多个传送信号的传送信号向量，并对该传送信号向量进行m次编码与i次交织，其中，m大于等于2，i大于等于1。
8.如权利要求7所述的前置编码装置，其中，i＝m-1，第一至第m-1个前置编码单元的输出端分别与第一至第i个交织器的输入端耦接，第i个交织器的输出端与第m个前置编码单元的输入端耦接，第一个前置编码单元的输入端与所述前置编码装置的输入端耦接，第m个前置编码单元的输出端与所述前置编码装置的输出端耦接。
9.如权利要求7所述的前置编码装置，其中，i＝m，第一至第i个交织器的输出端分别与第一至第m个前置编码单元的输入端耦接，第一至第m-1个前置编码单元的输出端分别与第二至第i个交织器的输入端耦接，第一个交织器的输入端与所述前置编码装置的输入端耦接，第m个前置编码单元的输出端与所述前置编码装置的输出端耦接。
10.如权利要求7所述的前置编码装置，其中，每一个前置编码单元由至少一个编码器构成，该编码器的维度小于或等于所述前置编码单元的维度。
11.如权利要求7所述的前置编码装置，还包括
错误更正码编码器，其输入端耦接于所述前置编码装置的输入端；以及
第一错误码交织器，用以对其输入进行交织的动作，其输入端耦接于所述错误更正码编码器的输出端，其输出端耦接于所述第一个交织器或所述第一前置编码单元的输入端。
12.一种前置解码装置，包括
j个反交织器；以及
n个前置解码单元，与所述j个反交织器串接；
其中，所述前置解码装置从信道接收接收信号向量，并对所述接收信号向量进行n次的解码与j次的反交织以解出传送信号向量，其中，n大于等于2，j大于等于1。
13.如权利要求12所述的前置解码装置，其中，j＝n-1，第一至第n-1个前置解码单元的输出端分别与第一至第j个反交织器的输入端耦接，第j个反交织器的输出端与第n个前置解码单元的输入端耦接，第一个前置解码单元的输入端与所述前置解码装置的输入端耦接，第n个前置解码单元的输出端与所述前置解码装置的输出端耦接。
14.如权利要求12所述的前置解码装置，j＝n，第一至第j个反交织器的输出端分别与第一至第n个前置解码单元的输入端耦接，第一至第n-1个前置解码单元的输出端分别与第二至第j个反交织器的输入端耦接，第一个反交织器的输入端与所述前置编码装置的输入端耦接，第m个前置解码单元的输出端与所述前置编码装置的输出端耦接。
15.如权利要求12所述的前置解码装置，其中，每一个前置解码单元由至少一个解码器构成，该解码器的维度小于或等于所述前置解码单元的维度。
16.如权利要求12所述的前置解码装置，其中，所述前置解码装置还包括彼此串接的r个参考前置编码单元与q个参考交织器，这些彼此串接的r个参考前置编码单元与q个参考交织器用以产生q组信号向量的后验概率函数给所述q个前置解码单元，该q个前置解码单元用以接收所述q组概率分布函数，并根据其输入来解码，其中，q小于或等于n-1。
17.如权利要求16所述的前置解码装置，还包括
第一错误码反交织器，其输入端与所述第j个反交织器或所述第n个前置解码单元的输出端耦接；
错误更正码解码器，其输入端与所述第一错误码反交织器的输出端耦接；
第二错误码交织器，其输入端与所述错误更正码解码器的输出端耦接，其输出端与所述第n个前置解码单元的另一输入端耦接，且其输出端也耦接于所述第一个参考前置编码单元或第一个参考交织器的输入端；以及
硬决策器，其输出端耦接于所述前置解码装置的输出端，其输入端耦接于所述错误更正码解码器的输出端；
其中，所述第二错误码交织器用以对其输入进行交织的动作，而所述第一错误码反交织器用以对其输入进行反交织的动作。
18.如权利要求15所述的前置解码装置，其中，每一个前置解码单元是最大后验概率解码单元，该最大后验概率解码单元由维度比该最大后验概率解码单元低的多个最大后验概率解码器构成。
19.一种前置编码的方法，包括
对传送信号向量依序进行编码与交织，该传送信号向量包括多个传送信号，进行编码的次数为m次，而进行交织的次数为i次，m大于或等于2，i大于或等于1，其中，进行交织与编码的顺序关系并没有任何的限制；以及
输出经过m次的编码与i次的交织的该传送信号向量。
20.如权利要求19所述的前置编码的方法，其中，每一次对所述传送信号向量进行编码是将所述传送信号向量拆成多个子集合，每一个子集合利用低维度的编码方法来进行编码，其中，每一个子集合的维度彼此相同或不相同。
21.一种前置解碼的方法，包括
接收接收信号向量，其中，该接收信号向量包括多个接收信号；
对该接收信号向量进行n次解码与j次反交织，n大于或等于2，j大于或等于1；以及
输出经过n次解码与n-1次反交织的该接收信号向量。
22.如权利要求21所述的前置解碼的方法，其中，每一次对所述接收信号向量进行解码是将所述接收信号向量拆成多个子集合，每一个子集合利用低维度的解码方法来进行解码，其中，每一个子集合的维度彼此相同或不相同。
23.如权利要求21所述的前置解码的方法，其中，n次解码是n次的最大后验概率解码。
24.如权利要求21所述的前置解码的方法，其中，进行解码的流程步骤包括
对所述接收信号向量经过n次解码与j次反交织的结果进行p次的编码与q次交织，以获得q组概率参考函数，其中每一组概率参考函数包括多个概率参考函数；以及
在q次解码时，参考q组的概率参考函数来获得其解码的结果，其中，q小于或等于n-1。
全文摘要
本发明的范例提供了前置编码装置与前置解码装置。其中，前置编码装置采用多个前置编码单元与多个交织器的串接结构来进行前置编码，而前置解码装置采用多个前置解码单元与多个反交织器的串接结构来进行前置解码。因此可以让前置解码装置的错误率降低，并且上述每一个前置解码单元可以用多个低维度的前置解码器构成，所以其计算复杂度也可以因此降低。
文档编号H04L1/00GK101534167SQ200810085399
公开日2009年9月16日 申请日期2008年3月13日 优先权日2008年3月13日
发明者王焕宗, 黄德振 申请人:财团法人工业技术研究院