CN101159513B - 一种Turbo码速率匹配及码字比特读取的方法 - Google Patents

一种Turbo码速率匹配及码字比特读取的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种turbo码速率匹配的方法，包括以下步骤：(a)将信息分组送到码率为1/r的turbo码编码器，产生系统比特流和(r-1)个校验的比特流；(b)将turbo编码器编出的系统比特流和(r-1)个校验的比特流分别通过各自的子交织器，经交织后，系统比特流放在循环缓冲器中的前面，校验比特流交错地放在系统比特流后面，形成循环缓冲区；(c)从循环缓冲区中顺序读取每次HARQ传输所需的E个的码字比特，组成一个HARQ子包。采用本发明的方法，完全实现Turbo码的正交重传，而且不用定义冗余版本号，可以节省信令开销。

Description

一种Turbo码速率匹配及码字比特读取的方法
技术领域
本发明涉及数字通信系统，特别是涉及数字通信系统的信道编码时Turbo码速率匹配及码字比特读取的方法。
背景技术
数字通信系统通常发射端通常包括信源、信源编码器、信道编码器和调制器等部分，接收端通常包括解调器、信道译码器、信源译码器和信宿，如图1所示。信道编码器用于给信息比特按照一定的规则引入冗余信息以便接收端信道译码器能够在一定程度上纠正信息在信道上传输时发生的误码。
在诸多信道编码技术中，Turbo码是目前公认的最好的前向纠错编码之一。Turbo码的纠错性能远比其它编码的纠错性能优越，而且译码迭代的次数越多，则译码纠错的性能越好，因此通常多被建议在可靠性要求很高的数据传输场合使用。例如，第三代移动通信就采用了8状态1/3码率的二进制Turbo码作为信道编码的标准。
通常应用的二进制Turbo编码是一种带有内部交织器的并行级联码，一般由两个结构相同的递归系统卷积码(RSC)分量码编码器并行级联而成。Turbo码内交织器在第二个分量码编码器之前将输入的二进制信息序列中的比特位置进行随机置换，当交织器充分大时，Turbo码就具有近似随机长码的特性。在WCDMA和TD-SCDMA中就使用了这样一种二进制Turbo码，结构如图2。输入的二进制信息序列Xk经过第一个分量码编码器生成一路校验序列Zk。同时输入二进制信息序列Xk经过Turbo码内交织器交织后，由第二个分量码编码器生成另一路校验序列Zk′。此时，如果不对编码比特打孔，Turbo编码的输出码率为1/3，输出端得到的编码比特序列为：x1，z1，z1′，x2，z2，z2′，Λ，xK，zK，zK′，其中K为输入二进制信息序列长度。当所有信息比特序列编码完成后，需要从移位寄存器反馈中取出尾比特来执行格形运算终止。最先的3个尾比特用于终止第一个分量码编码器，最后的三个尾比特用于终止第二个分量码编码器。按以上操作可得到12个格形运算终止的发送比特，其比特顺序为：xK+1，zK+1，xK+2，zK+2，xK+3，zK+3，xK+1′，zK+1′，xK+2′，zK+2′，xK+3′，zK+3′，添加在编码比特序列之后，就完成了一次Turbo编码。
在通常的数字通信系统中，当设计编码调制方案的时候，通常设置不同阶数的调制方式(如QPSK、16QAM和64QAM等)和不同的码(如卷积码、卷积Turbo码等)，每种码通常有不同的码率(Rate，如1/2、2/3、3/4和5/6等)。系统调度的时候按照信道质量和业务需求对每个突发安排一种特定的编码调制方式。为了取得更好的链路适配的效果，每种码在变换码率的时候最好能做到比较小的粒度。
对于数字通信系统中常用的turbo码来说，其码率的提高是通过对低码率的母码进行删余(puncture)来得到更高码率的编码，我们也将这种方法归纳为速率匹配(Rate Matching，或RM)。对于3GPP的turbo码来说，系统还通过速率匹配支持各种可能码率以及自动请求重传(HARQ)过程。
作为3GPP Re1-6速率匹配算法的替代，基于循环缓冲区的速率匹配(Circular Buffer Rate Matching，CB RM)提供一个可以简单地生成性能优良的删余图样的方法，其具体结构如图3所示。在循环缓冲速率匹配方法中，每个数据流将被各自的子交织器重新排列，被称为块内交织(sub-blockinterleaver)；通常为了简化硬件实现，块交织器的列数固定，行数随着交织长度的改变而改变，因此循环缓冲器可以看作一个“R行×C列”的行列缓冲器，即看作一个“R行×C列”虚拟的缓冲器，如图5所示。如3GPP的循环缓冲速率匹配方法中所采用的块内交织就是一个列数固定32列的块交织器。因为循环缓冲器中有系统比特、第一校验比特和第二校验比特三个数据流，所以“循环缓冲器”可以看作一个列数是96列的虚拟缓冲器。
然后，在单一输出缓冲器中，将重排后的系统比特放在开始位置，随后交错地放置两个重排的校验比特数据流，被称为块间交织。对于期望的码率(Rate)，循环缓冲速率匹配的比特选择是从缓冲器的某处开始点顺序读出L个比特，作为速率匹配的输出。总的来说，被选择用于传输的比特可以从缓冲器的任何一个点开始被读出来，如果到达缓冲器的末尾，可以绕到缓冲器的开始位置继续读数据，直到完成读取L个比特为止。考虑到硬件实现的便利，被选择用于传输的比特最好从虚拟缓冲器的某一列开始位置被读出来，而不是任意一个比特位置，如图5所示，当前HARQ子包读取的位置是从前一次HARQ已传输了的列的下一列开始的。
在基于循环缓冲速率匹配的HARQ系统中，通过定义不同的起点可以指定不同的冗余版本(Xrv)。例如在3GPP系统中，基于循环缓冲速率匹配的HARQ处理过程定义4种RV版本(RV＝0，1，2，3)。每次HARQ重传L长的子包是从冗余版本定义的起点开始，顺时针选取L个比特组成的。
冗余版本的引入有助于简化同步HARQ操作，不过冗余版本的引入可能会引起不同HARQ子包所对应的码字出现重叠现象(Overlapping)，而且异步HARQ操作时，冗余版本的选择还需要通过信令控制，因而增加了系统的信令开销。
本发明提出一种基于循环缓冲器的速率匹配算法，有利于实现Turbo码的正交重传，使turbo译码性能最优化；而且本发明提出的速率匹配算法不用定义冗余版本号，可以节省信令开销。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种基于循环缓冲器速率匹配方法，使Turbo码的HARQ重传达到最优化的正交重传；而且不需要定义HARQ重传的冗余版本号，可以节省信令开销。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种turbo码速率匹配的方法，包括以下步骤：
(a)将信息分组送到码率为1/r的turbo码编码器，产生系统比特流和(r-1)个校验的比特流；
(b)将turbo编码器编出的系统比特流和(r-1)个校验的比特流分别通过各自的子交织器，经交织后，系统比特流放在循环缓冲器中的前面，校验比特流交错地放在系统比特流后面，形成循环缓冲区；
(c)从循环缓冲区中顺序读取每次HARQ传输所需的E个的码字比特，组成一个HARQ子包。
其中，每次HARQ子包的读取位置由依据以下原则决定：
设前面n次HARQ字包的长度为Ei，(i＝0，1……n-1)，则当前第n次开始读取的比特位置依据以下原则读取：：
k0＝R((Cn+delta)％Cmax)
其中，R是虚拟缓冲器的行数(虚拟缓冲器的行数与子交织器的行数等同)(也就是子交织器的行数)；Cmax表示虚拟缓冲器的总列数；delta是第一次传输时的偏移列数目。
其中Cn需进一步由下式求得：
Figure S2007101657523D00041
这里
Figure S2007101657523D00042
表示向上取整运算，Cn表示前面n次传输一共传输了对应着“R行×C列”的虚拟缓冲区的列数。
因此当前的HARQ子包从第(Cn+delta)％Cmax列开始读取，具体到开始读取的比特位置就是：
k0＝R((Cn+delta)％Cmax)
本发明还提供一种读取码字比特的方法，所述方法包括：从循环缓冲区中顺序读取每次HARQ传输所需的E个的码字比特，其中，当前第n次开始读取的比特位置依据以下原则读取：
k0＝R((Cn+delta)％Cmax)
其中，R表示虚拟缓冲器的行数；Cmax表示虚拟缓冲器的总列数；delta是第一次传输时的偏移列数目；Cn表示前面n次传输一共传输了对应着“R行×C列”的虚拟缓冲区的列数。
采用本发明的方法，完全实现Turbo码的正交重传，而且不用定义冗余版本号，可以节省信令开销。
附图说明
图1是数字通信系统结构示意图；
图2是Turbo编码器的结构；
图3是现有循环缓冲速率匹配的结构；
图4是连续传输循环缓冲速率匹配的结构；
图5是虚拟循环缓冲速率匹配的连续传输结构；
具体实施方式
为便于深刻理解本发明的技术内容，下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明针对循环缓冲器速率匹配的特点，提出每次HARQ重传子包所选择的码字比特，是紧接着前面的HARQ子包的码字比特的。具体地，由于循环缓冲器又可以看作一个“R行×C列”的“虚拟循环缓冲器”，如图5所示。(例如3GPP速率匹配算法中的循环缓冲器可以看作是一个96列的虚拟缓冲器)。如果前面的HARQ子包传输到第i列，即使这一列还没有被传输完，那么当前的HARQ子包就从第i+1列开始读取码字比特，如果到达缓冲器的末尾，就绕到缓冲器的开始位置继续读数据，直到完成读取L个比特为止。
本发明提供了一种turbo码速率匹配的方法，包括以下步骤：
(a)将信息分组送到码率为1/r的turbo码编码器，产生系统比特流和(r-1)个校验的比特流。当码率为是1/3时，校验比特流为2个，当码率为1/5时，校验比特流为4个；
(b)将turbo编码器编出的系统比特流和(r-1)个校验的比特流分别通过各自的子交织器，经交织后，系统比特流放在循环缓冲器中的前面，校验比特流交错地放在系统比特流后面，形成循环缓冲区；
(c)从循环缓冲区中顺序读取每次HARQ传输所需的E个的码字比特，组成一个HARQ子包。
以下以3GPP的1/3码率为例对本发明的技术内容作进一步的说明。
本发明提供了一种turbo码速率匹配方法，包括以下步骤：
(a)将长度为K的信息分组送到3GPP的1/3码率turbo码编码器，产生一个系统比特流和第一、第二奇偶校验的比特流，因为加上12个尾比特，所以每个比特流的长度为K+4。
(b)对turbo编码器编出的码字进行基于循环缓冲器的速率匹配，系统比特流和第一、第二奇偶校验的比特流分别通过一个子交织器，这里的子交织器取3GPPturbo速率匹配算法中的列数为32列的子交织器，所以子交织器的行数，也就是每列的长度为
Figure S2007101657523D00071
这里
Figure S2007101657523D00072
表示向上取整运算，
然后系统比特循环缓冲器前面，第一、第二奇偶校验的比特流交错地放在系统比特流后面，最终形成一个一共96列的虚拟循环缓冲区。
(c)从循环缓冲区中顺序读取每次HARQ传输所需的E个的码字比特，组成一个HARQ子包。特别地，每次HARQ子包的读取位置由下面过程决定：
设前面n次HARQ字包的长度为Ei，i＝0，1……n-1，则当前第n次开始读取的比特位置是：
k0＝R((Cn+delta)％Cmax)
这里，R是虚拟缓冲器的行数(也就是子交织器的行数)；Cmax表示虚拟缓冲器的总列数；delta是第一次传输时的偏移列数目。
其中Cn需进一步由下式求得：
Figure S2007101657523D00073
这里
Figure S2007101657523D00074
表示向上取整运算，Cn表示前面n次传输一共传输了对应着“R行×C列”的虚拟缓冲区的列数。
具体地，对于3GPP的循环缓冲速率匹配算法，Cmax等于96；第一次传输时的偏移列数delta取2。
所以如果当前传输是第0次，即n＝0，则可算得：
Figure S2007101657523D00075
因此当前的HARQ子包从第循环缓冲器的R(c0+2)％96位置开始读取，即从k0＝R*2位置开始读取E0个比特，组成一个HARQ子包。；
如果当前传输是第1次，即n＝1，则可算得：
Figure S2007101657523D00076
因此当前的HARQ子包从第循环缓冲器的
Figure S2007101657523D00081
位置开始读取E1个比特，组成一个HARQ子包。；
如果当前传输是第2次，即n＝2，则可算得：
Figure S2007101657523D00082
因此当前的HARQ子包从第循环缓冲器的位置开始读取E2个比特，组成一个HARQ子包。
如此类推。
当然，本发明还可有其他多种实施例，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种turbo码速率匹配的方法，包括以下步骤：
(a)将信息分组送到码率为1/r的turbo码编码器，产生系统比特流和(r-1)个校验的比特流；
(b)将turbo编码器编出的系统比特流和(r-1)个校验的比特流分别通过各自的子交织器，经交织后，系统比特流放在循环缓冲器中的前面，校验比特流交错地放在系统比特流后面，在所述循环缓冲器中形成循环缓冲区；
(c)从循环缓冲区中顺序读取每次HARQ传输所需的E个的码字比特，组成一个HARQ子包。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述每次HARQ子包的读取位置由依据以下原则决定：
设前面n次HARQ子包的长度为Ei，(i＝0，1......n-1)，则当前的HARQ子包从第(Cn+delta)％Cmax列开始读取，其中，Cmax表示虚拟缓冲器的总列数；delta是第一次传输时的偏移列数目；Cn表示前面n次传输一共传输了对应着“R行×C列”的虚拟缓冲区的列数，R表示虚拟缓冲器的行数，其中，所述循环缓冲器为“R行×C列”的虚拟缓冲器，所述循环缓冲区为“R行×C列”的虚拟缓冲区，所述虚拟缓冲区位于所述虚拟缓冲器中。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述Cn进一步由下式确定：
Figure FSB00000605284200011
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：设前面n次HARQ子包的长度为Ei，(i＝0，1......n-1)，当前第n次开始读取的比特位置依据以下原则读取：
k0＝R((Cn+delta)％Cmax)
其中，R表示虚拟缓冲器的行数；Cmax表示虚拟缓冲器的总列数；delta是第一次传输时的偏移列数目；Cn表示前面n次传输一共传输了对应着“R行×C列”的虚拟缓冲区的列数。
5.一种读取码字比特的方法，其特征在于：从循环缓冲区中顺序读取每次HARQ传输所需的E个的码字比特，其中，当前第n次开始读取的比特位置依据以下原则读取：
k0＝R((Cn+delta)％Cmax)
其中，R表示虚拟缓冲器的行数；Cmax表示虚拟缓冲器的总列数；delta是第一次传输时的偏移列数目；Cn表示前面n次传输一共传输了对应着“R行×C列”的虚拟缓冲区的列数，所述循环缓冲区为“R行×C列”的虚拟缓冲区，所述虚拟缓冲区位于所述虚拟缓冲器中。
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