CN101283509A - 改进的线性同余交织器及其参数选择方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种参数选择方法以及改进的线性同余交织器。所述线性同余交织器的参数选择方法包括：确定与由通过算法产生的索引值相应的布置区域；确定包括产生的索引值中的相应的多个索引值的数据组在布置区域中的位置值(i₁，i₂)；确定参数值D_k，其中D_k＝P(Qi₁+i₂－k)(mod L)。因此，可以减少搜索优化的交织器所需的时间。

Description

改进的线性同余交织器及其参数选择方法

技术领域

本发明的多个方面涉及一种改进的线性同余交织器及其参数选择方法。更具体地讲，本发明的多个方面涉及这样一种参数选择方法及改进的线性同余交织器，所述方法产生用于应用于迭代解码器的线性同余交织器的可行情形。

背景技术

在现代的通信电路中，交织器被广泛使用。交织器是一种用于排列由发射机发送的数据从而使数据彼此不临近的一种装置。当适当地使用交织器时，在噪声环境下出现的突发错误被改变为随机错误，从而信道调制器能够具有改善的性能。突发错误是数据通信环境中的一般错误模式集中并通常出现在特定位置的一种错误类型。当用于迭代解码器(如，Turbo码)时，交织器加速迭代解码器的收敛，从而提高解调性能。然而，随着交织器的大小的增加，为了存储交织器的位置，存储器大小也增加。虽然迭代解码器具有改善的性能，但是存储器大小的增加仍然会是一个很大的问题。

发明内容

技术问题

为了解决存储器大小的问题，可以使用参数式交织器。参数式交织器可以用几个参数限定特定的交织结构。从结构和参数即时地计算出可能的交织位置。所述结构通常基于线性同余表达式。由于两个原因，参数的数量通常远小于交织器的大小。一个原因是为了降低存储器大小需求，另一个原因是为了有利于参数优化。通常情况下，参数式交织器的执行复杂度低，并且可以通过改变参数被容易地再配置，而用于不同的交织大小。因此，为了将参数式线性同余交织器配置为适合于迭代解码器，以及在配置参数式线性同余交织器时搜索优化的参数，通常需要算法。

技术方案

为了实现本发明的上述方面和/或其它方面和特点，提供了一种线性同余交织器的参数选择方法，以通过k个线性等式来交织输入数据，所述方法包括如下操作：确定由索引值(如通过算法产生的索引值)指定的布置区；确定包括产生的索引值中多个索引值的数据组在布置区域中的位置值(i₁，i₂)；基于等式D_k＝P(Qi₁+i₂-k)(mod L)计算或确定要在输入数据的交织操作中使用的参数值D_k，其中，L表示将要交织的数据的长度，Q表示线性同余等式的数量，k的值在1至Q-1范围内，P表示在最大公约数(gcd)(P，L)的关系中与L互质的一个参数；i表示与位置值(i₁，i₂)相应的输入数据的索引值。

确定包括索引值中多个索引值的数据组在布置区域中的位置值(i₁，i₂)的步骤包括：确定数据组的相应数量和相应长度；在布置区域中形成与相应数量和相应长度对应的数据组；确定数据组的位置值(i₁，i₂)。

此外，根据本发明的多个方面中的另外的方面和/或其它特点，提供了一种用于通过k个线性等式交织输入数据的线性同余交织器，包括：布置确定器，用于确定由(例如通过算法生成的)索引值指定的布置区域；位置值确定器，用于确定包括生成的索引值中的多个索引值的数据组在布置区域中的位置值(i₁，i₂)；参数选择器，基于下述等式确定或计算在输入数据的交织操作中使用的参数值D_k：D_k＝P(Qi₁+i₂-k)(mod L)；交织单元，用于使用确定的参数值D_k通过k个线性等式来交织输入数据，其中，L表示将要交织的数据的长度，Q表示线性同余等式的数量，k的值在1至Q-1范围内，P表示在最大公约数(gcd)(P，L)的关系中与L互质的一个参数，i表示与位置值(i₁，i₂)相应的输入数据的索引值。

所述位置值确定器可确定数据组的相应数量和相应长度，可在布置区域中形成与相应数量和相应长度对应的数据组；以及可确定数据组的位置值(i₁，i₂)。

本发明的多个方面和实施例还提供了一种线性同余交织器，用于基于下述等式交织用于在输入数据的交织操作中使用的输入数据：pi(i)＝(P*i+D_{i mod Q})mod L，其中，L是交织长度，P、D_0、…、D_{Q-1}是整数参数。根据本发明的多个方面，在等式pi(i)＝(P*i+D_{i mod Q})mod L中，数据的输入块中的第i个码元被布置于数据的交织的块中的第pi(i)个码元处。

本发明的多个方面和实施例还提供了一种线性同余交织器的参数选择方法，所述方法包括：线性同余交织器基于等式pi(i)＝(P*i+D_{i mod A})mod L交织将在交织操作中使用的输入数据，其中，L是交织长度，P、D_0、…、D_{Q-1}是整数参数。根据本发明的多个方面，在交织函数关系pi(i)＝(P*i+D_{i mod Q})mod L中，数据的输入块中的第i个码元被布置于数据的交织的块中的第pi(i)个码元处。

通过下面进行的描述，本发明的另外的方面和/或优点将在下面的描述中被阐述或者通过所述描述变得清楚，或者可以通过实施本发明来了解。

                        有益效果

本发明的多个方面和实施例提供了一种改进的线性同余交织器，并提供了一种参数选择方法，其中，几何算法生成在大多数实际情况下可用的交织器。由于根据本发明的多个方面提出的交织器可以采用一种简单和普通的形式，本发明能够适用于很多需要或使用可变帧大小的实际应用。根据本发明的多个方面的参数式交织器能够适用于例如Turbo码(如在数字视频广播-返回频道卫星(DVB-RCS)码中使用的Turbo码)，但是本发明不限于此。如上所述，根据本发明的示例性实施例和多个方面的参数选择方法和线性同余交织器，产生对线性同余交织器可行的情形，以在传输和/或通信系统中应用迭代解码器电路，从而显著减少搜索优化的交织器所需要的时间。

附图说明

通过下面结合附图对实施例的描述，本发明的这些和/或其它方面和优点将会变得清楚和更容易理解，其中：

图1是根据本发明示例性实施例的改进的线性同余交织器的框图；

图2是用于数据传输的先进电视系统委员会(ATSC)/残余边带(VSB)传输系统的框图，所述系统包含根据本发明的示例性实施例和多个方面的图1中的改进的线性同余交织器；

图3是根据本发明示例性实施例和多个方面的，包括在图2的ATSC/VSB传输系统中的包含图1中的改进的线性同余交织器的Turbo后处理器的框图；

图4是解释根据本发明的示例性实施例和多个方面的改进的线性同余交织器的参数选择方法的流程图；

图5至图9是解释和说明根据本发明的多个方面的依赖于参数的示例性布置区域(placement zone)和组的示图；

图10是示出应用于本发明的多个方面的伪码的示图；

图11和12是示出用于阐明本发明的多个方面的各种交织器的仿真结果的曲线图。

具体实施方式

现在，将详细描述本发明的实施例，其例子列举在附图中，其中，相同的标号始终表示相同的元件。下面通过参照附图描述实施例以解释本发明的多个方面，其中，公知功能或结构没有必要进行详细描述。

图1是根据本发明示例性实施例的改进的线性同余交织器100的框图。参照图1，根据本发明示例性实施例和多个方面的线性同余交织器100包括索引产生器110、布置确定器120、位置值确定器130、参数选择器140以及交织单元150。

索引产生器110通过交织输入数据的线性同余交织器产生索引值。根据本发明示例性实施例的线性同余交织器100被表达为如下等式1：

[等式1]：

π_o(i)＝P×i+D_k(mod L)

其中，i表示布置区域的索引值，L表示将被交织的数据的长度，P是和L互为质数的一个参数，k为1与L-1之间的值。

此外，根据本发明的多个方面，线性同余交织器100可以由一组线性同余表达式表达，被表达为如下：

π(i)＝P·i+D_i(mod L)。

在这种情况下，交织规则通常可以具有将被确定以促进性能改善的Q+1个参数(P，D₀，D₁，…，D_Q-1)。通常，这些参数在整数[0，L-1]范围内。然而，不需要在该范围内的所有值产生有效交织器。因此，知道提供有效解的参数的属性是有用的，以预先通过消除参数组合来使得随后的优化时间进一步减少。例如，为了以最简单的形式进行阐述，例如，Q等于1，上述表达式π(i)＝P·i+D₁(mod L)成为π(i)＝P·i+D₀(mod L)。

这是线性同余交织器π(i)＝P·i(mod L)的循环移位版本。此外，如果交织函数π(i)(i＝0，…，L-1)的输出值(例如)是整数0，…，L-1的数列(permutation)，则交织器通常是可用的交织器。

布置确定器120确定由索引产生器110产生的索引值(如通过合适的算法产生的索引值)指定的布置区域。位置值确定器130在由布置确定器120选择的布置区域中，确定包括由索引产生器110产生的索引值中的特定数量的索引值的组的每个位置值i₁(列值)和i₂(行值)。数据组的位置值指示相应数据组的第一索引值。

参数选择器140通过如下等式2计算或确定参数D_k：

[等式2]

D_k＝P(Qi₁+i₂-k)(mod L)

在等式2中，L表示将被交织的数据的长度，Q表示线性同余等式的数量，k的值在1至Q-1范围内，P是与L的关系为满足最大公因数(gcd)(P，L)的关系，即，互为质数的关系的一个参数，i表示输入数据的索引值。交织单元150通过由参数选择器140选择的参数D_k执行交织并输出交织和改进的数据。

此外，根据本发明示例性实施例和多个方面的线性同余交织器100(包括索引产生器110、布置确定器120、位置值确定器130、参数选择器140和交织单元150)，在选择优化的参数时，能够基于下述等式交织在输入数据的交织操作中使用的输入数据：pi(i)＝(P*i+D_{i mod Q})mod L，其中L为交织长度，P、D_0、…、D_{Q-1}是整数参数。根据本发明的多个方面，在等式pi(i)＝(P*i+D_{i mod Q})mod L中，数据的输入块中的第i个码元被放在交织的数据块的第pi(i)个码元处。此外，根据本发明的多个方面，线性同余交织器100基于等式pi(i)＝(P*i+D_{i mod Q})mod L来实施交织输入数据的参数选择方法以交织输入数据。

本发明的多个方面的参数选择方法和线性同余交织器还可以被实施为计算机可读介质中的计算机可读代码，例如，可由处理器执行。计算机可读介质的例子包括只读存储器(ROM)、随机访问存储器(RAM)、磁存储介质(例如，软盘，硬盘等)、光学存储介质(例如，CD-ROM、DVD等)和载波(例如，互联网传输)。计算机可读介质还可以被分布在联网的计算机系统上，从而计算机可读代码被以分布的方式存储和执行。用于实施本发明的多个方面的功能性程序、代码和代码段可以被本发明所属领域的程序员容易地构造。

此外，根据本发明的多个方面，根据本发明的多个方面的线性同余交织器100的组件(包括索引产生器110、布置确定器120、位置值确定器130、参数选择器140和交织单元150)能够被任何合适的与存储器和软件或编程相关的处理装置(如处理器、微处理器或专用集成电路(ASIC))，以及各种ATSC/VSB传输系统1的各种组件)实施。

图2是用于发送/接收数据的ATSC/VSB发送系统1和示例性数字广播系统11A的框图，包含根据本发明示例性实施例和多个方面的图1的改进的线性同余交织器100，用于将数据发送到迭代解码器/接收器200。ATSC/VSB发送系统1包括激励器2，用于以包的形式产生包括普通流和Turbo流的传输流(TS)。ATSC发射MUX 10可以接收普通流和Turbo流。然后，ATSC发射MUX 10组合用于Turbo流的确定的帧并插入Turbo数据的占位符，例如，所述占位符可以用作用于将由Turbo后处理器50中的外编码器产生的冗余位的容器。

在随机化器20中，帧中的包被随机化，然后在里德-索罗门(RS)编码器30中被编码。在字节交织器40中进行字节交织之后，在Turbo后处理器50中操作所述包。在格码调制(TCM)编码器块60a至60n中被处理之后，包随后在多路复用器70中与数据场同步(sync)和段sync码元结合，以形成残余边带(VSB)帧。然后，VSB帧被VSB调制器80调制以被发送。VSB调制后的帧被(例如，功率放大器90)放大以被发送，然后被发送(例如，通过天线90A被发送)到接收器(例如迭代解码器/接收器200)。根据本发明的多个方面，数字广播系统11A包括ATSC/VSB发送系统1和迭代解码器/接收器200，所述迭代解码器/接收器200被包含作为接收由ATSC/VSB发送系统1发送的数据的ATSC/VSB接收系统的一部分。但是，本发明不限于此。

图3是根据本发明示例性实施例和多个方面的在图2的ATSC/VSB发送系统1中的包含图1的改进的线性同余交织器100的Turbo后处理器50的框图。此时，Turbo后处理器50仅处理Turbo数据字节。Turbo数据在Turbo数据提取器52中被提取。Turbo数据字节中的占位符被外编码器的冗余位和Turbo数据填充，并通常逐位地在外线性同余交织器100中被交织。Turbo数据填充器56将处理后的Turbo数据放在适当的位置上。由于在Turbo数据填充器56中填充了Turbo数据占位符，先前块中所附的RS奇偶校验字节不再正确。这些不再有效的奇偶校验字节在奇偶校验正确性校正器58中被校正。

图4是解释根据本发明示例性实施例和多个方面的线性同余交织器的参数选择方法的流程图。将参照图1和图2描述线性同余交织器的参数选择方法。如果在将数据从ATSC/VSB发送系统1发送到接收器(如迭代解码器/接收器200)之前，数据被输入到线性同余交织器100中，则索引产生器110通过线性同余交织器100(如如上所述的等式1)产生索引值(操作S200)。

如果索引产生器110产生了索引值，则布置确定器120确定索引产生器110产生的索引值指定的布置区域(操作S210)。如果由布置确定器120确定了布置区域，则位置值确定器130确定将在布置区域中形成的数据组的数量以及每个数据组的长度，以确定前导值(leading value)的位置值(操作S220)。

位置值确定器130确定数据组的数量和长度，然后位置值确定器130在布置区域形成与预先确定的数据组的每个数量和长度对应的数据组(操作S230)，并确定形成的数据组的前导值的位置值，即，i₁和i₂(操作S240)。如果位置值确定器130确定了位置值，则参数选择器140使用上述等式2确定参数D_k(操作S250)。如果参数选择器140确定了参数D_k，则交织单元150使用D_k进行数据的交织，从而输出交织和改进后的数据(操作S260)。

图5至图9是解释根据本发明多个方面的依赖于参数的布置区域和组的示图。下面解释根据本发明的多个方面的通过例如，在线性同余等式(等式1)中使用假定值确定索引值的方法。此时，假定k＝0、L＝10、P＝3，等式1可以被表示为如下等式3：

[等式3]

π(i)＝3×i+D₀(mod 10)

如果D₀的值被改变为范围0至9中的值并被应用于等式3，则按照0、3、6、9、2、5、8、1、4、7的顺序计算π(i)。图5示出了以D₀＝0和D₀＝2为例的两种情形。在图5中，由平行四边形300a、300b和300c围绕的部分为组。

继续该示例，在P＝3、L＝10以及k＝3的情况下，存在3个参数。因此，交织器可以被表达为如下等式4：

[等式4]

π(i)＝

π₀(i)＝3×i+D₀(mod 10)＝0，3，6，9

π₁(i)＝3×i+D₁(mod 10)＝1，4，7

π₂(i)＝3×i+D₂(mod 10)＝2，5，8

由等式4交织的位置被描述在图6中，即，组310a、310b和310c。如图6所示，不需要所有行的每个组具有相同的长度。

继续参照图7，通过重复交织位置，每行可以被扩展为相同的长度，如图7所示。图7中的第一行320a可以被看作其中所有组都可以被移动的场地。如在图7中的示例性描述中，当第一行中平行四边形321指示的组被圆角矩形322包围时，即被指示为布置区域PZ。

由于在平行四边形中不存在重叠，因此，三个参数D₀＝1、D₁＝0、D₂＝0定义可用的交织器。在这种情况下，可用交织器的数量为在布置区域PZ中没有任何重叠地布置3个平行四边形(即，平行四边形321、321、322)的方式的数量。在第一操作中，布置三个平行四边形之一有10种可能，然后用另外的平行四边形完成未覆盖的区域有2！种可能。该组合推理(combinatorialreasoning)为10×2！＝20。

这在图8中被示出，图8示出了没有任何重叠而在布置区域PZ中布置的平行四边形321、321、322。考虑所有可能的3个参数组合(即10³＝1000)，根据本发明的多个方面，得知可用交织器可以极大地减少为了找到好的或优化的参数组合所需要的搜索工作。通常，在所有参数组合中，仅仅2％提供可用的交织器。

作为根据本发明的多个方面的另一示例，在图9中示出D_i＝0(i∈{0，…，5})的交织器的布置区域的描述。如图9中所示，在布置区域PZ’中设置6个平行四边形330a、330b、330c、330d、330e和330f。在示例性示出的图中，两行331和332的每一行都具有2个长的平行四边形和1个短的平行四边形。在行331中，具有2个长的平行四边形330a和330b以及1个短的平行四边形330c。在行332中，具有两个长的平行四边形330d和330e以及1个短的平行四边形330f。在这种情况下，所有可能的组合结果中，通常仅有0.12％能得到可用交织器。

本发明提供了线性同余交织器和参数选择方法，所述交织器和方法使用几何算法来产生可用或优化的交织器，从而搜索优化的交织器所需要的时间可以被减少。下面进行讨论以解释和说明根据本发明的几个示例性实施例和多个方面的参数选择方法和设备。此时，布置区域(例如，布置区域PZ和PZ’)可以由前述等式1的交织算法来定义。

因此，通过交织规则(等式1)定义(作为定义1)布置区域(如布置区域PZ和PZ’)来指示c行l列的表，其中，c＝gcd(Q，L)以及l＝L/c。布置区域的每个元素由等式5描述。

[等式5]

π(Qi₁+i₂)|_allD(·)＝0

其中，i₁和i₂分别是列和行的索引

在示例性讨论中，在布置区域仅仅具有交织位置的一个副本的情况下，给出了下述命题1。命题1：Q＝qc、L＝lc、c＝gcd(Q，L)，求模函数π(i₁，i₂)＝Qi₁+i₂(mod L)形成关于i₁∈{0，…，l-1}以及i₂∈{0，…，c-1}的余数{0，1，…，L-1}(对L求模)的全集。

关于命题1提供的证明是，根据范围i₁和i₂，π(i₁，i₂)的总数是lc＝L以及0≤π(i₁，i₂)＜L。因此，如果π(i₁，i₂)的所有L值均不同，则π(i₁，i₂)形成对L求模的余数的全集。在这种情况下，例如，假定存在两对(i₁，i₂)，即(a₁，a₂)，(b₁，b₂)，其中，0≤a₂，b₂＜c，以及(a₁，b₁)≠(a₂，b₂)，从而π(a₁，a₂)＝π(b₁，b₂)。因此，从模的定义和π(i₁，i₂)，可以得出等式6。

[等式6]

π(a₁，a₂)＝π(b₁，b₂)

Qa₁+a₂＝Qb₁+b₂(mod L)

Q(a₁-b₁)+(a₂-b₂)＝kL，关于特定的整数k

$q=(a_1-b_1)+\frac{a_2-b_2}{c}=\mathrm{kl}$

由于-c＜a₂-b₂＜c，a₂必须为b2。等式6变为qa₁-qb₁＝kl。根据gcd(q，l)＝1，a₁＝b₁ mod L。此外，由于a1、b1是最小余数(0≤a₁，b₁＜1)，因此，a₁必须为b₁。如果这些结果违反(a₁，b₁)≠(a₂，b₂)的假定，则π(i₁，i₂)的所有L值是不同的(distinct)，因此证明完成。

继续，考虑上述内容，现在提出下列定理1。定理1为：由交织规则(等式1)确定的布置区域仅包含交织位置的一个副本。在证明定理1时，gcd(P，L)＝1证实π(i)|_allD(·)＝0定义关于i∈{0，1，…，L-1}可用的交织器，并且对于给定的i₁和i₂范围，Qi₁+i₂(mod L)生成余数{0，1，…，L-1}的全集。因此，其元素由等式5定义的布置区域(如布置区域PZ和PZ’)仅包含可用交织器的交织位置的一个副本，并且证明完成。

在布置区域(如布置区域PZ和PZ’)中，平行四边形必须没有重叠地布置。有两种不同长度的平行四边形，即：

以及

在这种情况下，存在L(mod Q)个长的平行四边形和Q-(L(mod Q))个短的平行四边形。因此，必须得出一般闭式(general closed form)的可用交织器的总数量。为了实现该目的，例如，应该在布置区域(例如布置区域PZ或PZ’)中计算两种场合数(occasion number)。在这种情况下，以平行四边形的形式分配一些组以没有任何重叠地覆盖每行，这些平行四边形形式的组排列在每行。

当一些平行四边形被分配给布置区域中的每行时，它们的长度和应该等于行的长度，以没有任何重叠地覆盖该行。在这种情况下，问题会变得复杂，这是因为通常有两种不同长度的平行四边形。因此，在示例性的讨论中，提供了规则布置条件的定义。对规则布置条件的定义(作为定义2)指示两种不同长度的平行四边形同样地分配给布置区域中的每行。换句话说，例如，在布置区域中，每行被相同数量的长的平行四边形和相同数量的短的平行四边形覆盖。

因此，在这种情况下，提出了引理1，即，规则的布置条件证实由一些平行四边形没有任何重叠地覆盖所有行。关于引理1的证明，应该表明每行的平行四边形的总长度等于区域的行的长度。在这种情况下，Q＝qc，L＝lc(c＝gcd(Q，L))，L(mod Q)＝lc(mod qc)＝xc，其中，x是{0，…，q-1}范围内的特定整数。在这种情况下，l(mod q)＝x。因此，在布置区域(如布置区域PZ和或PZ’)中，可得到长度为

的L(mod Q)＝xc个平行四边形的以及长度为的Q-L(mod Q))＝qc-xc个平行四边形。由于布置区域具有c行，则规则布置条件被施加于每行、x个长的平行四边形以及q-x个短的平行四边形。因此，每行的平行四边形的总长度由等式7表示。

等式7

由于x＝1(mod q)，则等式7成为l，即为每行的长度，并且证明完成。

此外，可存在不满足规则布置条件的可用交织器，此时，在小Q值的实际情况中，规则布置条件通常不限制参数空间。

继续，考虑前述内容，通过计算或确定得到的结果，即前面提到的两种场合数的结果可以被称为定理2，定理2表明：通过交织规则(等式1)，在规则布置条件下，由等式8给出可用交织器的数量。

等式8

$\frac{l}{q}{\left(\begin{array}{c}q\\ x\end{array}\right)}^c\left(\mathrm{xc}\right)!\left((q-x)c\right)!$

其中，c＝gcd(L，Q)，q＝Q/c，l＝L/c，x＝l(mod q)。为了证明定理2，应该考虑分配平行四边形的方式。例如，对于布置区域(如布置区域PZ或PZ’)中的第一行，从xc个长的平行四边形中选择x个，从(q-x)c个短的平行四边形中选择q-x个。因此，对于布置区域中的第一行，场合数被描述如下：

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{xc}\\ x\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}(q-x)c\\ q-x\end{array}\right).$

类似地，对于布置区域中的第二行，关于布置区域中的第二行的场合数被描述为：

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{xc}-x\\ x\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}(q-x)c-(q-x)\\ q-x\end{array}\right).$

继续迭代操作以选择相应的场合数，直到所有的平行四边形被分配给行。组合的总数因此为由如下等式9所表示的所有场合数的乘积：

[等式9]

$\underset{k=0}{\overset{c-1}{\mathrm{\Π}}}\left(\begin{array}{c}x(c-k)\\ x\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}(q-x)(c-k)\\ q-x\end{array}\right).$

然后，由于在一行中有q个平行四边形并且在布置区域中有c行，因此，所有行的排列总数由等式10描述如下：

[等式10]

(l(q-1)！)^c。

因此，根据等式9和等式10，可用交织器的数量被描述为如下等式11：

[等式11]

${(l(q-1)!)}^c\underset{k=0}{\overset{c-1}{\mathrm{\Π}}}\left(\begin{array}{c}x(c-k)\\ x\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}(q-x)(c-k)\\ q-x\end{array}\right).$

图10描述了根据本发明的示例性实施例和多个方面的伪码，如通过图10示出的示例性搜索算法中的11个操作实施以产生参数P、Q和L的伪码。

此外，假定交织器参数具有基本上减少的搜索空间，则通常需要辨别出参数中的合适的参数。在这种情况下，对行的平行四边形的分配以及行排列例如可以通过计算机程序的组合和排列函数进行。

对于图10中的操作8，对于D(·)参数计算D_k，例如，可以假定与D_k相关的平行四边形布置在某处，并且在布置区域中，其前导边缘的位置为i₂行和i₁列，则D_k可以被描述或表达为如下等式12：

[等式12]

$P_K+D_k=(P({\mathrm{Qi}}_1\_i_2)\left(\mathrm{mod}L\right).$

因此，根据本发明的多个方面，从与D_k相应的平行四边形的前导边缘位置(i₁，i₂)开始的所有D_k都可以被确定或计算。

在导出的交织器参数被计算出或被确定的情况下，通常需要辨别出参数中好的参数或最优的参数。在这种情况下，必须评价具有给定参数的交织器质量。在参数的评价中，通常有两种被普遍接受的标准。

两种标准之一是在代码曲线图中检查周期分布(参考资料：J.Yu，M-L.Boucheret，R.Vallet，G.Mesnager，和A.Duverdier，interleaver design for turbocodes from convergence analysis，已被IEEE Transactions on Communications录用，其公开通过引用包含于此)。例如，依赖于周期分布的代价函数被定义。在上述参考资料中，基于曲线图上的消息流提出了代价函数。简而言之，其为周期长度的加权和，权重依赖于环境因素，例如，编码器类型、穿孔图案(puncturing pattern)以及信道噪声水平。然而，该周期分布可能不太实际，这是因为这些因素容易改变。

两个标准中的另一个标准是调查代码权重分布。误差界(error bounding)技术将性能和权重分布建立联系(参考资料：R.G.Gallager，Information Theoryand Reliable Communication.1em plus 0.5em minus 0.4em，Wiley，John & Sons，1968，以及参考资料：D.Divsalar，“A simple tight bound on error probability ofblock codes with applicantion to turbo codes”，TMP Progress Report.1em plus0.5em minus 0.4emJPL，1999.11，其公开通过引用包含于此)。Berrou and al.提出一种检查权重分布的简单算法(参考资料：C.Berrou和S.Vaton，“Computing the minimum distances of linear codes by the error impulse method”，ISIT 2002，洛桑，瑞士，2002.6，第5页，其公开通过引用包含于此)。然而，该提议的对权重分布的检查对于验证很多交织器候选项的权重分布来说，可以说是一项相当大的任务。

在这种情况下，在具有给定参数的交织器中，最实际和最简单的方法与最短周期及其多样性相关。所述交织器基于与扩展(S)-随机交织器相同的构造原理。具有s参数的S-随机交织器通常保证长度为s+1的最短周期(参考资料：S.Dolinar和D.Divsalar，“Weight distributions for turbo codes using randomand non-random permutations”，TDA Progress Report，ser.42.1em plus 0.5emminus 0.4emJPL，1995.8，122卷，第56-65页，其公开通过引用包含于此)。

具有固定窗口大小的支撑树也可参照所述标准被检查(参考资料：N.Wiberg，“Codes and decoding on general graphs”，PhD dissertation，林克平大学，瑞典，林克平，1996；R.G.Gallager，Low-Density Parity-Check Codes.1em plus0.5em minus 0.4em剑桥，MA：MIT press，1963；以及E.A.Gelblum，A.R.Calderbank，和J.boutros，“Understanding serially concatenated codes from asupport tree approach”，Proceedings of the International Symposium on TurboCodes and Related Topics，布雷斯特，法国，1997.9，第271-274页，其公开通过引用包含于此)。从根到低层开发支撑树，可以看出，由于节点数有限，相同的节点通常被使用几次。独立的支撑树深度t_depth被定义为正整数，从而从根到t_depth层的节点不相同。为了增加独立迭代的数量，期望具有相对大的t_depth值。

如前面所述，上面提到的参考资料的所有内容和公开通过引用被包含于此，作为本申请的一部分。

例如，通过参考s值和被用作交织器质量衡量标准的t_depth标准(固定窗口大小3)来解释用于Turbo码的交织器设计示例。在仿真中，例如，在512消息比特以1/3码率的情况下，使用相干解调(具有完美的载波同步)的正交相移键控(QPSK)。组成编码器(constituent encoder)的生成多项式是8进制形式的(1，17/15)₈。此外，假定了没有码元间干扰的自适应(平均)高斯白噪声(AWHN)信道。

咬尾编码(参考资料：C.WeiB，C.Bettstetter和S.Riedel著作的“Codeconstruction and decoding of parallel concatenated tail-biting codes，IEEETransactions on Information Theory，第47卷第一期，第366-386页，2001.1，其公开通过引用包含于此)以及最小和(Min-Sum)算法被用作单输入单输出(SISO)解码。

在这种情况下，为了进行比较，生成S-随机交织器。为了获得具有最大s值的S-随机交织器，从相对小的s值开始，然后如果生成操作是成功的，则增大s。继续该操作，直到生成操作是不可能的。作为下一个操作，获得s＝16的S-随机交织器。

为了生成改进的线性同余交织器，选择P＝17，在S-随机交织器中找到的s值的附近，该值是L＝512的互质数(relatively prime)。Q＝4被固定。因此，例如，在给定p、Q和L的情况下，前面提到论文中的算法生成12,582,912个可用交织器。考虑所有参数组合(512⁶)，可以考虑减少参数搜索空间。在示例性的生成操作中，D₀＝0被固定。在不固定D₀的情况下，所述算法可以产生L＝512个全面环型移位交织器(globally circular shifted interleaver)。换句话说，所述算法产生L个参数集{(D₀+i，…，D_Q-1+i)|i＝1，…，L-1}。通过咬尾编码，它们的周期分布通常相同。因此，使D₀＝0，可以生成仅具有不同周期分布的可用交织器。例如，参数式交织器的3个候选项被采用，这被归纳在如下表1中。在表1中，t_depth是具有L个不同节点作为根的所有支撑树的平均值。

图11中示出了S-随机、参数式1以及随机产生的交织器的仿真结果。还示出了具有码长512比特、码率Rc为1/3的球状填充下界(sphere-packinglower bound)(参考资料：S.Dolinar，D.Divsalar和F.Pollara“Code performanceas a function of block size，TMO Progress Report，ser.421em plus 0.5em minus0.4emJPL，1998.5，第133卷，第1-23页其公开通过引用包含于此)。在这种情况下，其是一个具有有限码长的理论代码性能边界。如图11中所示，参数式交织器执行起来通常好于S-随机交织器，远离比特误差率(BER)＝10^-6的边界相对于E_b/N_o(每比特噪声功率频谱密度的能量与每比特信噪比之比)小于1.0分贝(dB)的代码显示相对好的优化性。

图12示出了参数式交织器中性能不同的示例。从图12中，可以观察到高S值并不一定意味着更好的性能。在这种情况下，太高的S值能够加强交织器中的规则结构并带来不好的效果。通常，好的经验是使S值稍微大于

就像在参考资料(S.Dolinar和D.Divsalar著作的“Weight distributionsfor turbo codes using random and non-random permutations”，TDA ProgressReport，ser.42.1em plus 0.5em minus 0.4emJPL，1995.8，第122卷，第56-65页，其公开通过引用包含于此)中解释的那样，其中，该参考资料建议s值小于

表1

类型	S	tdepth	D1	D2	D3
						S-随机	16	2.9
参数式1	18	3.0	9	87	432
						参数式2	27	3.0	398	219	175
参数式3	28	3.0	270	219	491

本发明的多个方面和实施例提供了一种改进的线性同余交织器，并提供了一种参数选择方法，其中，几何算法产生在大多数实际情况下可用的可用交织器。由于根据本发明的多个方面提出的交织器能够采用简单和通用的形式，因此本发明能够适用于需要或使用可变帧大小的很多实际应用。根据本发明多个方面的参数式交织器(例如)能够应用于Turbo码(例如，在数字视频广播-返回信道卫星(DVB-RCS)码中使用的Turbo码)，但是本发明不限于此。如上所述，根据本发明示例性实施例和多个方面的参数选择方法和线性同余交织器产生对于线性同余交织器可用的情形，以在传输和/或通信系统中应用迭代解码器电路，从而使得搜索优化的交织器所需的时间显著减少。

工业实用性

本发明涉及一种改进的线性同余交织器。

Claims (32)

1、一种线性同余交织器的参数选择方法，所述交织器通过k个线性等式交织输入数据，所述方法包括：

确定由索引值指定的布置区域；

确定包括多个索引值的数据组在布置区域中的位置值(i₁，i₂)；

基于下述等式确定要在输入数据的交织操作中使用的参数值D_k：

D_k＝P(Qi₁+i₂-k)(modL)，

其中，L表示将要交织的数据的长度，

Q表示线性同余等式的数量，

k的值在1至Q-1范围内，

P表示在最大公约数(gcd)(P，L)的关系中与L互质的一个参数，

i表示与位置值(i₁，i₂)相应的输入数据的索引值。

2、如权利要求1所述的方法，其中，确定包括产生的索引值中相应索引值的数据组在布置区域中的位置值(i₁，i₂)的步骤包括：

确定数据组的相应数量和相应长度；

在布置区域中形成与相应数量和相应长度对应的数据组；

确定数据组的位置值(i₁，i₂)。

3、一种用于通过k个线性等式交织输入数据的线性同余交织器，包括：

布置确定器，用于确定由索引值指定的布置区域；

位置值确定器，用于确定包括多个索引值的数据组在布置区域中的位置值(i₁，i₂)；

参数选择器，基于下述等式确定在输入数据的交织操作中使用的参数值D_k：D_k＝P(Qi₁+i₂-k)(mod L)，

其中，L表示将要交织的数据的长度，

Q表示线性同余等式的数量，

k的值在1至Q-1范围内，

P表示在最大公约数(gcd)(P，L)的关系中与L互质的一个参数，

i表示与位置值(i₁，i₂)相应的输入数据的索引值，

交织单元，用于使用确定的参数值D_k通过k个线性等式来交织输入数据。

4、如权利要求3所述的线性同余交织器，其中：

所述位置值确定器确定数据组的相应数量和相应长度，在布置区域中形成与相应数量和相应长度对应的数据组；以及

确定数据组的位置值(i₁，i₂)。

5、如权利要求4所述的线性同余交织器，其中：

布置确定器确定由通过算法生成的索引值指定的布置区域。

6、如权利要求4所述的线性同余交织器，其中：

线性同余交织器确定优化的参数以提供优化的交织器，从而应用于迭代解码器。

7、如权利要求4所述的线性同余交织器，其中：

交织单元使用确定的参数值D_k通过k个线性等式来交织输入数据，从而提供优化的交织器，以应用于迭代解码器。

8、如权利要求4所述的线性同余交织器，其中：

交织单元使用确定的参数值D_k通过k个线性等式交织输入数据，以提供优化的交织器，从而减少搜索优化的交织器的时间。

9、如权利要求3所述的线性同余交织器，其中：

布置确定器确定由通过算法产生的索引值指定的布置区域。

10、如权利要求3所述的线性同余交织器，其中：

线性同余交织器确定优化的参数，以提供优化的交织器，从而应用于迭代解码器。

11、如权利要求3所述的线性同余交织器，其中：

交织单元使用确定的参数值D_k通过k个线性等式来交织输入数据，以提供优化的交织器，从而应用于迭代解码器。

12、如权利要求3所述的线性同余交织器，其中：

交织单元使用确定的参数值D_k通过k个线性等式交织输入数据，以提供优化的交织器，从而减少搜索优化的交织器的时间。

13、如权利要求2所述的方法，还包括：

通过算法生成索引值，以确定由索引值指定的布置区域。

14、如权利要求2所述的方法，还包括：

确定优化的参数，以提供优化的交织器，从而应用于迭代解码器。

15、如权利要求2所述的方法，还包括：

使用确定的参数值D_k通过k个线性等式来交织输入数据，以提供优化的交织器，从而应用于迭代解码器。

16、如权利要求2所述的方法，还包括：

使用确定的参数值D_k通过k个线性等式交织输入数据，以提供优化的交织器，从而减少搜索优化的交织器的时间。

17、如权利要求1所述的方法，还包括：

通过算法生成索引值，以确定由索引值指定的布置区域。

18、如权利要求1所述的方法，还包括：

确定优化的参数，以提供优化的交织器，从而应用于迭代解码器。

19、如权利要求1所述的方法，还包括：

使用确定的参数值D_k通过k个线性等式来交织输入数据，以提供优化的交织器，从而应用于迭代解码器。

20、如权利要求1所述的方法，还包括：

使用确定的参数值D_k通过k个线性等式交织输入数据，以提供优化的交织器，从而减少搜索优化的交织器的时间。

21、一种发送方法，包括：

基于参数交织输入数据，通过发送信道发送交织的数据，其中，通过下述步骤选择所述参数：

确定由索引值指定的布置区域；

确定包括多个索引值的数据组在布置区域中的位置值(i₁，i₂)；

基于下述等式确定在输入数据的交织操作中使用的参数值D_k：

D_k＝P(Qi₁+i₂-k)(mod L)，

其中，L表示将要交织的数据的长度，

Q表示线性同余等式的数量，

k表示线性等式的数量，且其值在1至Q-1范围内，

P表示在最大公约数(gcd)(P，L)的关系中与L互为质数的一个参数，

i表示与位置值(i₁，i₂)相应的输入数据的索引值。

22、如权利要求21所述的发送方法，其中，

确定包括多个索引值的数据组在布置区域中的位置值(i₁，i₂)的步骤包括：

确定数据组的相应数量和相应长度；

在布置区域中形成与相应数量和相应长度对应的数据组；

确定数据组的位置值(i₁，i₂)。

23、如权利要求22所述的发送方法，其中，通过发送器将交织的数据发送到接收器的步骤包括：

将交织的数据发送到包括迭代解码器的接收器。

24、如权利要求21所述的发送方法，其中，通过发送器将交织的数据发送到接收器的步骤包括：

将交织的数据发送到包括迭代解码器的接收器。

25、一种计算机可读记录介质，包含有由处理器执行线性同余交织器的参数选择方法以通过k个线性等式交织输入数据的计算机程序，所述程序中包含的方法包括：

确定由索引值指定的布置区域；

确定包括多个索引值的数据组在布置区域中的位置值(i₁，i₂)；

基于下述等式确定要在输入数据的交织操作中使用的参数值D_k：

D_k＝P(Qi₁+i₂-k)(mod L)，

其中，L表示将要交织的数据的长度，

Q表示线性同余等式的数量，

k的值在1至Q-1范围内，

P表示在最大公约数(gcd)(P，L)的关系中与L互为质数的一个参数，

i表示与位置值(i₁，i₂)相应的输入数据的索引值。

26、如权利要求25所述的计算机可读记录介质，其中，在所述程序中包含的方法中，确定包括多个索引值的数据组在布置区域中的位置值(i₁，i₂)的步骤包括：

确定数据组的相应数量和相应长度；

在布置区域中形成与相应数量和相应长度对应的数据组；

确定数据组的位置值(i₁，i₂)。

27、一种线性同余交织器，包括：

线性同余交织器基于等式pi(i)＝(P*i+D_{i mod Q})mod L交织将在输入数据的交织操作中使用的输入数据，

其中，L是交织长度，P、D_0、…、D_{Q-1}是整数参数。

28、如权利要求27所述的线性同余交织器，其中：

在等式pi(i)＝(P*i+D_{i mod Q})mod L中，数据的输入块中的第i个码元被布置于数据的交织的块中的第pi(i)个码元处。

29、一种线性同余交织器的参数选择方法，包括：

线性同余交织器基于等式pi(i)＝(P*i+D_{i mod Q})mod L交织将在交织操作中使用的输入数据，其中，L是交织长度，P、D_0、…、D_{Q-1}是整数参数。

30、如权利要求29所述的方法，其中：

在等式pi(i)＝(P*i+D_{i mod Q})mod L中，数据的输入块中的第i个码元被布置于数据的交织的块中的第pi(i)个码元处。

31、一种其上包含有计算机程序的计算机可读记录介质，所述计算机程序通过处理器执行线性同余交织器的参数选择方法，包含在所述程序中的方法包括：

线性同余交织器基于下述等式交织将在交织操作中使用的输入数据：pi(i)＝(P*i+D_{i mod Q})mod L，其中，L是交织长度，P、D_0、…、D_{Q-1}是整数参数。

32、如权利要求31所述的计算机可读记录介质，其中，在所述程序所包含的方法中，在等式pi(i)＝(P*i+D_{i mod Q})mod L中，数据的输入块中的第i个码元被布置于数据的交织的块中的第pi(i)个码元处。

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