CN101431396A - 在拆分码字中分配填充比特的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种在编码分组中分配填充比特的方法，包括步骤：基于信道编码所支持的编码分组的长度分割原始信息比特序列，确定所需分割的编码分组数；根据确定的编码分组数以及所支持的编码分组的长度，选择信道编码所支持的编码分组的长度离散值相邻的至少两个编码分组，使得所选择的至少两个编码分组所引入的填充比特数最少；将所需的填充比特数平均分配到具有较小分组长度的所有编码分组中。作为替换，可以将所有填充比特按比例分配到各个编码分组中，使得各个编码分组所对应的码率近似相等。

Description

在拆分码字中分配填充比特的方法
技术领域
本发明涉及一种在拆分码字中分配填充比特的方法，特别是，涉及在无线通信领域对上层传输到物理层的传输分组(transmission block)分割成多个具有不同长度的信道纠错编码分组(CB)的方法。
背景技术
在无线通信系统中，来自上层的数据块的长度通常是变长的，且其取值范围很大。然而，在无线通信系统的标准中，每种信道编码所支持的分组长度是有限的，每种特定的信道编码方式都被规定了与其对应的一系列码长。就是说，原始的比特序列不能被完全填充到各个编码分组中。
在实际应用中，信道编码器只能对具有特定长度的信息序列进行编码。如果需要进行信道编码的信息比特序列长度大于标准所规定的最大编码分组长度，则必须对上层传送来的相应序列进行分割(参见3GPP TSGRAN TS25.212 V7.3.0)，以得到符合标准要求的编码分组，然后再送入信道编码器进行信道编码。这一过程被称之为编码分组的分割(code blocksegmentation)。图1示出了将传输分组分割为多个编码分组的示意图。如图1所示，为了对较长的初始信息进行信道编码，将初始信息分割成两个分割分组分别进行编码。
另外，在最新的通信标准中，信道编码所支持的分组长度都被定义为一系列离散值。如3GPP LTE技术规范中规定，Turbo码的内交织器的长度为40至6114比特范围内的188个离散的数值(参见3GPP TSG RANTS36.212 V8.0.0)，即相应的编码分组(CB)只能具有这188个数值中的某一个特定的值。当传输分组的长度(TB)大于所规定的编码分组(CB)的最大长度6114比特时，只能对相应的传输分组进行分割。
另外，在IEEE 802.16e中，结构化的低密度奇偶校验码(Structured-LDPC)得到了应用。所谓结构化LDPC(Structured-LDPC，也可以称之为准循环LDPC，Quasi-LDPC)的方案(参见IEEE Std.802.16e-2005，和R1-060499，ZTE，“Structured LDPC coding with ratematching”，3GPP TSG RAN WG1 #44 Denver，USA，February 13-17，2006)，即先定义一个阶数较小的m×n维的基矩阵，在实际编码时利用阶数为z×z的子矩阵对基矩阵进行扩展，从而得到实际的用于编码的(m×z)×(n×z)的校验矩阵。
图2示出了结构化LDPC码的基矩阵扩展后的校验矩阵的示意图。如图2所示，左侧的矩阵是一个6×8阶、码率为1/5的基矩阵。基矩阵中的每个元素都代表一个z×z阶的子矩阵，根据z的大小的不同，利用同一个基矩阵可以得到一组码率相同而码长不同的LDPC码。其中元素“0”代表该子矩阵是一个z×z阶的全零矩阵。而其它元素则代表z×z阶单位矩阵的列根据{p(f，i，j)}所表示的值循环移位后所得到的子矩阵。z的取值对应于标准中定义的扩展因子zf，f∈[0，18]。元素“1”代表不经过循环移位的单位阵，而其它的循环移位的值{p(f，i，j)}则由相应的扩展因子zf和矩阵中的非“0”和“1”元素按下面的表达式(1)计算得到(参见IEEE Std.802.16e-2005)。
Figure A200710186027D00051
由上述内容可知，根据z的取值的不同，可以从同一个LDPC编码的基矩阵可以得到一系列的离散码长。图2右侧的矩阵是扩展后的校验矩阵。矩阵左侧的元素a对应于系统位，表示原始信息比特的位数。按照标准，在基矩阵中，定义系统部分对应的列数为kb，kb等于基矩阵的列数(nb)减去行数(mb)。实际的校验矩阵是利用扩展因子zf分别乘以列数(nb)和行数(mb)。例如，可以设定扩展因子zf等于3。这种情况下，实际的校验矩阵是6行×3×8列×3＝18行×24列的矩阵，如图2右侧的矩阵所示。
在IEEE 802.16e标准中，z的取值范围为24至96，且其粒度为4。这里，粒度是指连续的z之间的取值间隔。例如，z＝24的后续的取值依次是28，32，36，……，88，92，96。就是说，共规定了19个离散的z值，记为z0<z1<….<z18
以IEEE 802.16e中所给出的码率为1/2的LDPC编码的基矩阵为例，其基矩阵的行数为mb＝12，列数为nb＝24，系统位对应的列数为kb＝12。因而信息位的长度为从288＝24×kb(12)至1152＝96×kb(12)范围内，粒度为48＝4×kb(12)的19个值。相应的LDPC码字的长度为576至2304范围内，粒度为96的19个值，即共有19种码长(参见IEEE Std.802.16e-2005)。为了简单并保持一致性起见，本发明后续的讨论都以IEEE 802.16e中所给出的码率为1/2的LDPC编码为所采用的信道编码方式。应该理解，本发明不限于此，而是可以用于其它码率的信道编码方式。
当传输分组的长度(TB)大于编码分组(CB)时，由上述内容可知，此时必须对传输分组进行分割。在3GPP TSG RAN TS25.212 V7.3.0所推荐的标准中，编码分组所支持的长度范围可以取40≤K≤5114内的任意一个连续值，即其粒度为1。当传输分组大于其所规定的最大编码分组5114时，传输分组要被分割成多个长度相同的编码分组。令最大的编码分组长度为Kmax，即Kmax＝5114。如果原始的传输分组的长度为X，则分割得到的编码分组数为C＝ceil(X/Kmax)，其中函数ceil()是向+∞的取整函数。这种情况下，可以理解，每个编码分组中所包含的比特数为K＝ceil(X/C)。
图3示出了按照现有方法对原始信息比特序列进行分割的例子。例如，可以设定原始信息比特序列的长度为5145比特，大于规定的最长的编码分组5114比特。因此，当前的编码分组不能容纳上层传送来的原始信息比特序列，必须对原始信息比特序列进行分割。据此，可以将原始信息比特序列分割成两部分，放置在两个编码分组中，以便送到信道编码器对编码分组进行编码。按照上述公式计算C＝ceil(5145/5114)＝2。因此，可以确定分组数为2。由于原始信息比特序列的长度是5145比特，是一个奇数，因此，编码分组可以被分成分别包含2572比特(编码分组1)和2573比特(编码分组2)的两个编码分组。按照传输分组要被分割成多个长度相同的编码分组的原则，需要向分组1中填充1比特，使其编码长度为2573比特，从而与编码分组2的长度相同。然后，将经过上述处理的编码分组送到信道编码器进行编码。
如上所述，由于标准3GPP TSG RAN TS25.212 V7.3.0中所规定的编码分组可以取40≤K≤5114内的任意一个连续值，所以在对原始信息比特序列进行分割时，编码分组中需要加入的填充比特数为0或1，如图3所示。
上面描述的是对编码分组可以对某个范围内的连续值取值的情况。然而，对于标准3GPP TSG RAN TS36.212 V8.0.0或IEEE Std.802.16e-2005中所规定的编码分组只能在一系列的离散值内取值的规定而言，上述方法会引入大量的填充比特。
图4示出了利用分组长度不连续的编码分组进行分割时的示意图。以IEEE 802.16e中所给出的码率为1/2的LDPC编码为例，可以设定最大的编码分组长度为Kmax，即Kmax＝1152，原始的传输分组的长度为X＝2305。则根据前面所述的方法，分割得到的编码分组数为C＝ceil(X/Kmax)＝ceil(2305/1152)＝3。每个编码分组中所包含的比特数为K＝ceil(X/C)＝ceil(2305/3)＝769。但是如前所述，在IEEE 802.16e中码率为1/2的LDPC编码的有效信息比特长度只能是288至1152范围内，粒度为48的19个值中的一个特定的值。因此，为了使填充比特数最小，K的值选择为816比特，即kb×z8＝12×68＝816。所以3个长度为816比特的编码分组所能容纳的信息比特数为2448，而实际的信息比特数为2305。因此，为了满足标准的规定，必须引入143个填充比特，其中前两个编码分组中各有48个填充比特，最后一个编码分组中包含47个填充比特，填充比特数占到了信息比特数的6.2％。
为了减少所引入的不必要的填充比特数，3GPP TSG RAN TS36.212V8.0.0对前面所述的分割方法进行了改进，即允许采用2个相邻的编码分组的长度值来对传输分组进行分割，如图5所示。此时，同样原始的传输分组的长度为X＝2305，而分割的结果是采用两个长度为768比特的编码分组，和一个相邻长度值，即816比特的编码分组。这样，768+768+816＝2352，只需要引入47个填充比特就可以了，即，2352—2305＝47。按照3GPP TSG RAN TS36.212 V8.0.0中的方法，这47个填充比特被放置在第一个具有较小长度的编码分组中。因此，第一个编码分组所对应的码率R1＝0.4842，码长为1442；第二个编码分组所对应的码率R1＝0.5，码长为1536；第三个编码分组所对应的码率R1＝0.5，码长为1632。
当传输分组的长度大于编码分组的长度而必须对其进行分割时，该传输分组的误帧率(FER)可以根据下面的公式进行计算，即，
Pro{TB错误}＝Pro{该TB所对应的任意一个CB错误}
所以传输分组的误帧率(FER)由其对应的所有编码分组中FER性能最差的一个所决定。而此时HARQ是基于原始的传输分组进行的，即重传的单位是原始的传输分组。也就是说，如果TB中的某个CB出错，就会导致该TB出错，因而HARQ需要对整个TB中所包含的信息进行重传。这样会使得很多传输正确的比特也不得不被重传，造成传输时延和重传开销加大。
图6示出了将传输分组分割成2个编码分组后的HARQ过程。发射端对原始信息长度大于编码分组最大允许长度的原始信息进行分割，构成分组1(seg.1)和分组2(seg.2)，并送入信道编码器进行编码。发射机将经过信道编码的码字1和码字2发送到接收端。接收端将接收的码字1和码字2解码成分组1(seg.1)和分组2(seg.2)。然后，将分组1和分组2恢复成原始信息比特序列。当接收端检验到恢复的原始信息比特序列出现差错时，接收端向发射端发送HARQ请求，需要对整个TB中所包含的信息进行重传。发射端接收到重发请求时，将码字1和码字2二者都重发到接收端。这样会使得很多传输正确的比特也不得不被重传，造成传输时延和重传开销加大。因此在对传输分组进行分割时，应该使得所得到的各个编码分组所对应的码字的误帧率(FER)性能尽量一致。通过上述分析可知，3GPP TSGRAN TS36.212 V8.0.0中所给出的方法显然无法满足误帧率(FER)性能尽量一致的要求。
对于LTE技术规范中规定的Turbo的QPP(Quadratic PermutationPolynomial，二次置换多项式)交织器或结构化的LDPC而言，码字的长度为一系列离散的整数值。为了降低填充比特数，规范中建议利用两个相邻的码字长度来将传输分组(TB)分割成不同的编码分组。对于传统的将填充比特分配到不同分组中的方法而言，所有的填充比特都简单地放到第一个分组中。在传输信息之前，这些填充比特会从相应的编码分组中删除，因而使得对应的码字的码率降低。这会造成具有不同长度的编码分组(CB)间的误帧率(FER)性能差异进一步地扩大。而一个传输分组(TB)的误帧率(FER)性能由该传输分组中的误帧率(FER)性能最差的编码分组(CB)决定。所以，具有不同长度的编码分组(CB)的误帧率(FER)性能必须得到平衡。
发明内容
鉴于上述问题做出了本发明，本发明的目的是提供一种在编码分组中分配填充比特的方法，该方法能够使传输分组所分割成的各个编码分组具有近似相同的误帧率性能，从而提高整个传输分组在分割成多个编码分组后的误帧率性能。
根据本发明的一个方面，提供一种在编码分组中分配填充比特的方法，包括步骤：基于信道编码所支持的编码分组的长度分割原始信息比特序列，确定所需分割的编码分组数；根据确定的编码分组数以及所支持的编码分组的长度，选择信道编码所支持的编码分组的长度离散值相邻的至少两个编码分组，使得所选择的至少两个编码分组所引入的填充比特数最少；将所需的填充比特数平均分配到具有较小分组长度的所有编码分组中。
根据本发明的另一个方面，提供一种在编码分组中分配填充比特的方法，包括步骤：基于信道编码所支持的编码分组的长度分割原始信息比特序列，确定所需分割的编码分组数；根据确定的编码分组数以及所支持的编码分组的长度，选择信道编码所支持的编码分组的长度离散值相邻的至少两个编码分组，使得所选择的至少两个编码分组所引入的填充比特数最少；将所有填充比特按比例分配到各个编码分组中，使得各个编码分组所对应的码率近似相等。
根据本发明的填充比特分配方法，在对编码分组进行拆分时，填充比特被平均地分配到具有最小分组长度的编码分组中，这样具有最小分组长度的编码分组的码率都是相同的，使得它们的误帧率(FER)性能实现了平衡，从而能够有效地分配填充比特。
另外，本发明填充比特的方法可以通过将填充比特分成大小相同的几组来方便地实现，而不会引入额外的复杂度。
附图说明
通过下面结合附图说明本发明的优选实施例，将使本发明的上述及其它目的、特征和优点更加清楚，其中：
图1示出了将传输分组分割为多个编码分组的示意图；
图2示出了结构化LDPC码的基矩阵扩展后的校验矩阵的示意图；
图3示出了按照现有方法对原始信息比特序列进行分割的一个实例的示意图；
图4示出了利用分组长度不连续的编码分组进行分割时的示意图；
图5示出了现有技术中采用的传输分组的分割方法的一个实例的示意图；
图6示出了将传输分组分割成2个编码分组后的HARQ流程图；
图7示出了根据本发明一个实施例将填充比特平均分配到长度最小的编码分组的方法的示意图；
图8示出了根据本发明另一个实施例将填充比特分配到不同编码分组的方法的示意图；
图9是根据本发明实施例在编码分组中填充比特的方法的流程图；
图10是在码率为1/2情况下的结构化LDPC的误帧率性能。
具体实施方式
下面参照附图对本发明的实施例进行详细的说明，在描述过程中省略了对于本发明来说是不必要的细节和功能，以防止对本发明的理解造成混淆。
根据本发明，当上层传送来的传输分组的长度(TB)大于信道编码所能支持的编码分组(CB)长度时，按照前面描述的分割方法C＝ceil(X/Kmax)来确定所需的编码分组的长度和分组个数，其中C表示编码分组数，Kmax表示最大的编码分组长度，X表示原始的传输分组的长度，函数ceil()是向+∞的取整函数。
确定了所需的编码分组的长度和分组个数之后，将填充比特平均分配到具有较小长度的编码分组中。
根据本发明分割传输分组及填充比特的过程描述如下。
第一步，根据上述分割方法确定所需分割的编码分组数，即C＝ceil(X/Kmax)。
第二步，根据所确定的编码分组数以及信道编码支持的编码分组的长度，选择信道编码所支持的编码分组长度的离散值相邻的至少2个编码分组，使得所选择的至少2个编码分组所引入的填充比特数最少。
第三步，将所需的填充比特数平均分配到具有较小分组长度的所有编码分组中。
此后，由信道编码器对分配了填充比特的编码分组进行编码。
图7示出了将填充比特平均分配到长度最小的编码分组的方法的一个实施例。在该实施例中，仍以前面描述的原始传输分组的长度为X＝2305为例来进行描述。如图7所示，原始的传输分组的长度为X＝2305。采用前面描述的分割方法计算分割的编码分组数，并确定所选择的编码分组所支持的长度。通过如前所述的方法可以得到分割的结果是采用两个长度为768比特的编码分组，一个长度为816比特的编码分组，这样只需要引入47个填充比特就可以了。按照使填充比特数平均分配到具有较小分组长度的所有编码分组中的方法，将这47个填充比特中的24个放置在第一个具有较小长度的编码分组中；另外23个填充比特放置在第二个具有较小长度的编码分组中。因此，通过计算可以得出，第一个编码分组所对应的码率R1＝0.4921，码长为1488；第二个编码分组所对应的码率R1＝0.4924，码长为1490；第三个编码分组所对应的码率R1＝0.5，码长为1632。
由IEEE 802.16e中所给出的码率为1/2、码长不同的LDPC编码的误帧率性能可知，随着码长的增加，码字的误帧率性能越来越好，而相邻码长的LDPC编码的误帧率非常接近。而且，随着码长的增加，相邻码长的LDPC编码的误帧率之间的差距越来越小，后面的图10示出了该性能。
在本实施例中，第三个编码分组所对应的码字的码长最长，为1632比特，但是其码率最高R1＝0.5；而另外两个编码分组所对应的码字的码长尽管小于上面所给出的值，但是其码率小于0.5，因而其误帧率要好于同样码长而码率为0.5的码字。从上面的结果可以看出，通过上述处理，各个编码分组的码字的误帧率性能得到了平衡。由于该方法只需将所有填充比特平均地分配到具有较小分组长度的所有编码分组中，与现有技术中所给出的分配方法而言，并没有引入额外的处理开销，所以易于在实际系统中得到实现。
图8示出了将填充比特分配到不同编码分组的另一个实施例。根据本发明，为了使各个编码分组的码字的误帧率性能得到了平衡，可以使各个编码分组所对应的码率近似相等。因此，根据本发明的另一个实施例，可以将所有填充比特按比例分配到各个编码分组中，从而使得各个编码分组所对应的码率近似相等，以进一步提高各个编码分组所对应的码字的误帧率性能的平衡性。
如前所述，可以设定原始的传输分组的长度为X，采用的信道编码的码率为R；所选用的两种不同长度的编码分组的大小分别表示为K1和K2，且K1<K2。可以以前述方法确定所需分割的编码分组数至少为两个；其中长度为K1的编码分组的个数为n1，长度为K2的编码分组的个数为n2。为了使各个编码分组在加入填充比特后，其对应码字的码率相等，可以设定长度为K1的编码分组中的填充比特个数为y1，长度为K2的编码分组中的填充比特个数为y2。于是，可得到下列方程组(2)
K 1 &times; n 1 + K 2 &times; n 2 - X = n 1 &times; y 1 + n 2 &times; y 2 K 1 - y 1 K 1 / R - y 1 = K 2 - y 2 K 2 / R - y 2 - - - ( 2 )
在方程组(2)中，除了y1和y2之外，其它都是已知量，因而通过求解上述方程组(2)就可以确定各个编码分组中所需分配的填充比特数。
图8示出了采用上述方法对图7所示的原始传输分组进行分割后，分配填充比特，使得各个编码分组所对应的码字码率相等的示意图。仍以前面描述的例子为例，设定原始的传输分组的长度为X＝2305。按照前述方法分割原始传输分组的分割的结果是采用两个长度为768比特的编码分组，一个长度为816比特的编码分组。同样，只需要引入47个填充比特就可以了。即，K1＝768，K2＝816，n1＝2和n2＝1。假设所选用的信道编码同样为码率为1/2的LDPC编码，则R＝1/2。将这些值代入上述方程组(2)可以得到：
768 &times; 2 = 816 &times; 1 - 2305 = 2 &times; y 1 + 1 &times; y 2 768 - y 1 768 / 0.5 - y 1 = 816 - y 2 816 / 0.5 - y 2
对上述方程组求解可以得出y1＝16和y2＝15。所以这47个填充比特中的32个比特被平均放置在第一个和第二个具有较小长度的编码分组中(即每个分组中填充16比特)；另外15个比特被放置在第三个具有较大长度的编码分组中。因此，第一个编码分组和第二个编码分组所对应的码率R1＝R2＝0.4947，码长为1520；第三个编码分组所对应的码率R3＝0.4954，码长为1587。
由IEEE 802.16e中所给出的码率为1/2、码长不同的LDPC编码的误帧率性能可知，随着码长的增加，码字的误帧率性能越来越好，而相邻码长的LDPC编码的误帧率非常接近。而且，随着码长的增加，相邻码长的LDPC编码的误帧率之间的差距越来越小。因此，对于上述方案而言，尽管第三个编码分组所对应的码字的码长最长为1587，码率最高R3＝0.4954；而另外两个编码分组所对应的码字的码长码率都与第三个编码分组所对应的码字的参数非常接近，因此各个编码分组的码字的误帧率性能得到了最大程度的平衡。但是由于该方法需要求解相应的方程组来得到各个编码分组中应分配的填充比特数，因此复杂度比第一种方式有所增加。
图9是根据本发明实施例在编码分组中填充比特的方法的流程图。如图9所示，在步骤S91，基于信道编码所支持的编码分组的长度分割原始信息比特序列，确定所需分割的编码分组数，即C＝ceil(X/Kmax)。此后，在步骤S92，根据所确定的编码分组数以及所支持的编码分组的长度，选择编码分组所支持的分组长度的离散值相邻的C个编码分组，使得所选择的C个编码分组所引入的填充比特数最少。可以理解，所述的编码分组至少是两个。接下来，在步骤S93，将所需的填充比特数平均分配到具有较小分组长度的所有编码分组中。
作为替换，可以将所有填充比特按比例分配到各个编码分组中，从而使得各个编码分组所对应的码率近似相等，如图8所示。
此后，可以由信道编码器对分配了填充比特的编码分组进行编码。
图10是在码率为1/2情况下的结构化LDPC的误帧率性能。如图10所示，随着码长的增加，码字的误帧率性能也随之增加，并且相邻码长的LDPC编码的误帧率非常接近。另外，随着码长的增加，相邻码长的LDPC编码的误帧率之间的差距越来越小。
至此已经结合优选实施例对本发明进行了描述。本领域技术人员应该理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种其它的改变、替换和添加。因此，本发明的范围不应该被理解为被局限于上述特定实施例，而应由所附权利要求所限定。

Claims (6)

1.一种在编码分组中分配填充比特的方法，包括步骤：
基于信道编码所支持的编码分组的长度分割原始信息比特序列，确定所需分割的编码分组数；
根据确定的编码分组数以及所支持的编码分组的长度，选择信道编码所支持的编码分组的长度离散值相邻的至少两个编码分组，使得所选择的至少两个编码分组所引入的填充比特数最少；
将所需的填充比特数平均分配到具有较小分组长度的所有编码分组中。。
2.根据权利要求1所述的方法，其中根据下面的公式
C＝ceil(X/Kmax)
来分割原始信息比特序列，其中C表示编码分组数，Kmax表示最大的编码分组长度，X表示原始的传输分组的长度，函数ceil()是向+∞的取整函数。
3.根据权利要求1或2所述的方法，进一步包括由信道编码器对分配了填充比特的编码分组进行编码的步骤。
4.一种在编码分组中分配填充比特的方法，包括步骤：
基于信道编码所支持的编码分组的长度分割原始信息比特序列，确定所需分割的编码分组数；
根据确定的编码分组数以及所支持的编码分组的长度，选择信道编码所支持的编码分组的长度离散值相邻的至少两个编码分组，使得所选择的至少两个编码分组所引入的填充比特数最少；
将所有填充比特按比例分配到各个编码分组中，使得各个编码分组所对应的码率近似相等。
5.根据权利要求4所述的方法，其中根据下面的公式
C＝ceil(X/Kmax)
来分割原始信息比特序列，其中C表示编码分组数，Kmax表示最大的编码分组长度，X表示原始的传输分组的长度，函数ceil()是向+∞的取整函数。
6.根据权利要求4或5所述的方法，进一步包括由信道编码器对分配了填充比特的编码分组进行编码的步骤。
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