CN101442320B

CN101442320B - 一种无线通信领域中用于编译码调制的基于伪随机序列的二维交织器

Info

Publication number: CN101442320B
Application number: CN2007100505716A
Authority: CN
Inventors: 胡剑浩; 张承海
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2007-11-21
Filing date: 2007-11-21
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2027-11-21
Also published as: CN101442320A

Abstract

本发明公开了一种基于伪随机PN序列的二维交织器设计方法。在传统的分组交织器送出数据前，本发明采用同一个PN序列发生器生成的地址交织分组矩阵的行标和列标，然后读出数据。基于该原理，本发明建立了该类二维交织器的设计方法，并描述各组成部分的工作方法。

Description

一种无线通信领域中用于编译码调制的基于伪随机序列的二维交织器

技术领域

本发明属于无线通信领域，具体地说，涉及用于编译码调制中的交织器和解交织器。

背景技术

纠错编码是数字通信系统的重要组成部分。1948年，香农的“通信中的数学理论”一文提出了著名的有噪信道编码原理，奠定了差错控制码的基石。自20世纪40年代以来，有关纠错编码技术的研究已经取得了很多骄人的成果。在1993年的国际通信会议(ICC’93)上，法国不列颠通信大学的Claude Berrou教授等提出了Turbo码方案。该编码方式由于很好的运用了香农信道编码定理中的随机性编译码条件而获得了几乎接近香农理论极限的译码性能。

交织器设计是Turbo编解码系统中一个非常重要的问题，交织器设计方案对整个编解码系统的性能有很大的影响。交织器交织原始接收到的数据然后将数据送入第二个编码器。交织设计方案大致可分为两类：随机交织器和规则交织器。随机交织器的目的是实现随机交织过程。为了正确译码，Turbo译码系统需要知道交织方式，因而需要一定的资源存储交织器。但在交织长度有限的情况下，实现完全随机编码是不可能的。交织长度越短，随机性越差，这时采用按照一定的确定规则设计的交织器可以得到比随机交织器更好的性能。规则交织器通常比较容易实现。常见的规则交织器包括分组交织器，分组螺旋交织器，PN伪随机交织器等。

所谓分组交织器是指，将需要交织的数据按照行(列)写入矩阵中，然后按照列(行)读出数据送入第二个编码器。分组螺旋交织器首先将数据按行的方式写入矩阵中，然后从矩阵的左上角向右下方向读取数据。这两类交织映射规则是比较简单，但当交织深度增加时，采用该类交织方案造成的时间延迟可能超过系统承受范围。所谓PN伪随机交织器是指基于PN序列的交织设计方式，该方法采用线性移位寄存器直接生成交织地址，该方法可以很大程度的简化硬件电路设计，但是该方法没有约束交织地址的互交织距离，有可能出现交织前相邻的两个比特交织后仍然相邻，因而在一定程度上制约了Turbo的编码性能。

发明内容

本发明的任务是提供一种基于伪随机PN序列的二维交织器设计方案。该方案在传统的分组交织器的基础上进行改进，即利用同一个PN序列发生器交织分组交织器矩阵的行标和列标，然后读出数据。从该角度出发，该方案得出了基于伪随机PN序列的二维地址数学生成公式，并在此基础上生成交织地址。例如按行将数据写入分组交织矩阵中，其数值元素的位置坐标为：

利用由PN序列发生器得到的长为n的交织器ADDR，分别交织该分组矩阵的行标和列标，然后按列读出数据。此过程的数学模型为：

m＝(j-1)×n+i；j，i为整数，且满足：1≤j，i≤n；

a(m)＝(ADDR(i)-1)×n+ADDR(j).则a为1～n²的伪随机排列。

附图说明

结合附图，通过对本发明的描述，能够更加清楚的理解本发明，其中：

图1是典型的turbo编码器的视图。

图2是按照本发明实施例配置的PN序列发生器视图。

图3是按照本发明实施例配置的交织器视图。

图4是按照本发明实施例配置的3阶PN序列发生器试图。

具体实施方式

本发明是一种用于交织编码的装置和方法。本发明可在卫星通信系统，无线电话系统等中使用。

图1示出了标准的Turbo编码器。分量编码器108和交织器107接收数据信息序列101。分量编码器108产生一致校验符号104。分量编码器109接收交织器107产生的输入数据102，产生一致校验符号103。删余矩阵110接收一致校验符号103和104。按照特定的码率要求，删余矩阵110删余后，输出校验符号105。复接器111接收数据信息序列101和校验符号105。复接器111输出编码序列106。

图2是根据本实施例配置的PN序列发生器视图。该PN序列发生器中的触发器203(1)-203(n)在同一时钟下工作。触发器203(1)-203(n)存储状态变量S₁-S_n。本原多项式系数P₁-p_n-1被施加在乘法器202(1)-202(n-1)上，此外，乘法器202(1)-202(n-1)还接收来自触发器203(1)-203(n-1)的状态变量S₁-S_n。状态变量S₁-S_n-1施加在下一级的触发器输入。一组模-2加法器201(1)-201(n-1)接收乘法器202(1)-202(n-1)的输出。此外，模-2加法器201(1)-201(n-2)接收相邻模-2加法器201(2)-201(n-1)的输出，模-2加法器201(n-1)接收触发器203(n)的输出。模-2加法器201(1)的输出作为触发器203(1)的输入，触发器203(n)的输出为PN序列的输出。

在时钟信号控制下，触发器203(1)-203(n)存储的状态变量S₁-S_n作为二进制矢量数据输入2-10进制转换器204，在本实施例中，默认S₁为最低位比特值，S_n为最高位比特值。

图3是根据本实施例配置的交织器视图。

交织深度N作为长度生成器301输入。长度生成器301根据输入交织深度N，输出长度值n。生成方式为：n＝上取整即

PN序列发生器302根据来自长度发生器的输出n，确定本原多项式形式。N，n及可供选择的本原多项式可为：

交织深度N	序列长度n	本原多项式
			1≤N≤9	1≤n≤3	1+x+x²
10≤N≤49	4≤n≤7	1+x+x³
			50≤N≤225	8≤n≤15	1+x+x⁴
226≤N≤961	16≤n≤31	1+x²+x⁵
			962≤N≤3969	32≤n≤63	1+x+x⁶
3970≤N≤16129	64≤n≤127	1+x+x⁷
			16130≤N≤65025	128≤n≤255	1+x²+x³+x⁴+x⁸

PN序列发生器302按照配置的本原多项式系数配置乘法器202(1)-202(n-1)，配置模-2加法器201(1)-201(n-1)，以及初始化触发器203(1)-203(n)，并在输入时钟控制下进行状态的更新。在输入时钟控制下，2-10进制转换器204接收来自触发器203(1)-203(n)的状态组成的二进制输入矢量，将其转化为十进制输出。

第一地址滤除器303接收来自长度发生器301的长度n输入以及来自PN序列发生器302的十进制数值输入。当地址滤除器判断十进制数值不大于n时，将该数值传递给存储器306，否则丢掉该数值并等待来自PN序列发生器302的下一个十进制数值输入。

顺序序列发生器304接收来自长度发生器301的长度数值输入n。顺序序列发生器304顺序产生整数1，2，…，n²-1，n²。

除法器305接收来自顺序序列发生器304的输出。除法器305接收来自长度发生器301产生的长度输出n。除法器305根据接收的数据进行以下操作：

假设除法器305接收到来自顺序序列发生器304的输出数据m，(1≤m≤n²)，则m可表示为：

m＝(j-1)×n+i；j，i为整数，且满足：1≤j，i≤n。

j，i可通过以下公式计算：

i＝[(m-1)/n]+1；其中，[x]表示不大于x的最大整数。

j＝(m-i)/n+1。

除法器305将计算得到的整数值j，i输出至存储器306中。

地址生成器306接收来自第一地址滤除器303的输出。很显然，第一地址滤除器303的输出为1～n的伪随机排列。地址生成器306顺序存储该伪随机序列，假设标识为ADDR(p)，1≤p≤n。地址生成器306接收来自除法器305的输出i，j，并进行以下计算：

a＝[ADDR(i)-1]×n+ADDR(j)。

由于1≤ADDR(p)≤n，，1≤p≤n。则：1≤a≤n²。

地址生成器306输出a。

第二地址滤除器307接收交织深度N输入和来自地址生成器306的输出数值a。如果满足a≤N，则输出a，否则将a丢掉。则第二地址滤除器307输出的数据为1～N的伪随机排列。

为便于理解，本文提供一个示范例：

假设交织深度N＝21，则长度长生器301根据

计算产生n＝5。并将n＝5输出至PN序列发生器302，第一地址滤除器303，顺序序列发生器304和地址生成器306。PN序列发生器302根据n＝5选择本原多项式1+x+x³，配置乘法器202(1，202(2)，配置模-2加法器201(1)，201(2)，以及初始化触发器203(1)，203(2)，203(3)如附图4所示。在利用本原多项式系数初始化各触发器后，各触发器状态为：{触发器1，触发器2，触发器3}：{1，0，1}＝＞{0，1，0}＝＞{0，0，1}＝＞{1，0，0}＝＞{1，1，0}＝＞{1，1，1}＝＞{0，1，1}。则产生的十进制数值为：{5，2，4，1，3，7，6}。

第一地址滤除器303接收长度发生器301输出n＝5，和PN序列发生器302输出{5，2，4，1，3，7，6}，滤除数值7和6，将序列{5，2，4，1，3}顺序输出至地址发生器306。

顺序序列发生器304接收长度发生器301输出n＝5后，顺序产生1，2，…，24，25，并将该顺序序列输出至除法器305。除法器305接收顺序序列发生器304输出的数据m＝1～25，计算对应的j，i，其对应关系为：

m	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25
																										i	1	2	3	4	5	1	2	3	4	5	1	2	3	4	5	1	2	3	4	5	1	2	3	4	5
j	1	1	1	1	1	2	2	2	2	2	3	3	3	3	3	4	4	4	4	4	5	5	5	5	5

地址生成器306接收来自长度发生器301输出n＝5，第一地址滤除器303输出ADDR＝{5，2，4，1，3}，除法器305输出j，i，进行以下计算：

a＝[ADDR(i)-1]×n+ADDR(j)。如下表所示：

m	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25
																										i	1	2	3	4	5	1	2	3	4	5	1	2	3	4	5	1	2	3	4	5	1	2	3	4	5
j	1	1	1	1	1	2	2	2	2	2	3	3	3	3	3	4	4	4	4	4	5	5	5	5	5
																										a	25	10	20	5	15	22	7	17	2	12	24	9	19	4	14	21	6	16	1	11	23	8	18	3	13

地址生成器306输出a。第二地址滤除器307接收来自地址生成器306的输出a，并与交织深度N＝15进行比较，滤除大于N＝15的数值，输出不大于15的数值，则可得交织器为：

10

5

15

7

2

12

9

4

14

6

1

11

8

3

13

Claims

1.一种无线通信领域中用于编译码调制的基于伪随机序列的二维交织器，其特征在于，包含：

长度发生器(301)，根据数据交织深度N，计算长度数值n，该长度数值为不小于交织深度平方根的最小整数；

PN序列发生器(302)，根据长度数值n，选择合适的本原多项式进行状态的更新，并输出由其触发器组状态值转换得到的十进制数值；

第一地址滤除器(303)，根据长度数值n，滤除PN序列发生器产生的大于长度数值的十进制数；

顺序序列发生器(304)，根据长度数值n，顺序产生1～n×n的整数；

除法器(305)，完成顺序序列发生器(304)产生的整数除以长度发生器(301)产生的长度数值，获得除法运算的余数和商，进行如下处理：

假设除法器(305)接收到来自顺序序列发生器(304)的输出数据m，长度发生器(301)产生的长度数值n，1≤m≤n²，则m表示为：

m＝(j-1)×n+i；j，i为整数，且满足：1≤j，i≤n；

j，i通过以下公式计算：

i＝[(m-1)/n]+1；其中，[(m-1)/n]表示不大于(m-1)/n的最大整数；

j＝(m-i)/n+1；

计算得到的i和j数值作为除法器(305)的输出；

地址生成器(306)，根据除法器(305)生成的i和j数值，以及由第一地址滤除器(303)得到的一组十进制数值，进行交织地址生成，交织地址的范围为：1～n×n；

第二地址滤除器(307)，根据交织深度，滤除由地址生成器(306)生成的大于交织深度的数值。

2.根据权利要求1所述的无线通信领域中用于编译码调制的基于伪随机序列的二维交织器，其特征在于基于传统的分组交织器，在读出数据之前，通过一个PN序列发生器生成的交织地址交织分组矩阵的行标和列标，然后读出数据。

3.如权利要求1所述的无线通信领域中用于编译码调制的基于伪随机序列的二维交织器，其特征在于根据交织深度，长度发生器(301)计算不小于交织深度平方根的最小整数，并将该整数作为长度数值输出。

4.如权利要求1所述的无线通信领域中用于编译码调制的基于伪随机序列的二维交织器，其特征在于根据长度发生器(301)输出的长度数值n，PN序列发生器(302)采用如下的本原多项式：

交织深度N 长度数值n 本原多项式 1≤N≤9 1≤n≤3 1+x+x² 10≤N≤49 4≤n≤7 1+x+x³ 50≤N≤225 8≤n≤15 1+x+x⁴ 226≤N≤961 16≤n≤31 1+x²+x⁵ 962≤N≤3969 32≤n≤63 1+x+x⁶ 3970≤N≤16129 64≤n≤127 1+x+x⁷ 16130≤N≤65025 128≤n≤255 1+x²+x³+x⁴+x⁸

。

5.如权利要求1所述的无线通信领域中用于编译码调制的基于伪随机序列的二维交织器，其特征在于根据长度发生器(301)输出的长度数值n，顺序序列发生器(304)顺序产生从1到n×n的整数数值。

6.如权利要求1所述的无线通信领域中用于编译码调制的基于伪随机序列的二维交织器，其特征在于根据长度发生器(301)输出的长度数值n，地址生成器执行以下操作：

假设地址生成器(306)存储来自PN序列发生器(302)经过第一地址滤除器(303)的共n个不同的十进制数值，标记为ADDR，ADDR(i)表示第i个十进制数值；在接收来自除法器(305)的输出j，i后，地址生成器执行以下计算：

a＝[ADDR(i)-1]×n+ADDR(j)；

a作为地址生成器(306)的输出。

7.如权利要求1所述的无线通信领域中用于编译码调制的基于伪随机序列的二维交织器，其特征在于根据交织深度，第二地址滤除器(307)执行以下操作：

如果来自地址生成器(306)的数据不大于交织深度，将来自地址生成器的数据输出；

如果来自地址生成器(306)的数据大于交织深度，将该数据滤除。