CN101478316A - 一种LTE Turbo码内交织器的快速实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种LTE Turbo码内交织器的快速实现方法，主要包括两个步骤：步骤I：对输入数据比特b_i，i＝0，…K－1，计算其在输出数据块中的位置p_i，并把该比特映射到输出缓存的对应位置p_i′中，即在输出缓存中的位置p_i′处的对应数据c_pi＝b_i，其中p_i′＝p_i；其中，输入数据比特b_i在输出数据块中的位置p_i是指输入数据比特b_i在输出数据块中的位序。步骤II：最后一个输入数据比特映射完后，把输出缓存中的数据比特按顺序输出。从处理速度上看，本发明把处理速度提高大约1倍。由于LTE系统主要面向高比特率的无线业务，因此这种内存换取速度的新方法具有相当大的应用前景。

Description

一种LTE Turbo码内交织器的快速实现方法

技术领域

本发明属于移动通信技术领域，尤其涉及第三代移动通信技术(3rdGeneration，简称3G)后的长期演进技术(Long Term Evolution，简称LTE)，是3G与4G技术之间的一个过渡。

背景技术

第三代合作伙伴计划组织(3^rd Generation Partnership Project，简称3GPP)是一个成立于1998年12月的标准化机构。移动数据业务的不断增长推动3GPP开发出长期演进(LTE)规范。

根据相关LTE技术标准对Turbo码内交织器的介绍如下：

Turbo码内交织器的原理，如图1所示。我们用b₀，b₁，...，b_K-1表示输入数据，其中K是数据块长度。输出数据用c₀，c₁，...，c_K-1表示。

输入比特和输出比特的关系在公式1中给出：

c_i＝b_∏(i)，i＝0，1，...，(K-1)           (1)

其中输出比特的下标i和输入比特的下标∏(i)满足以下关系：

∏(i)＝(f₁.i+f₂.i²)mod K                 (2)

f₁和f₂由数据块长度K决定。总共有188种可能的数据块长度。这些参数在表1中给出。

现有LTE Turbo码内交织器的实现方法结构如图2所示。

现有方法主要分为两个步骤：

步骤1：把输入数据块b₀，b₁，...，b_K-1读入缓存；

步骤2：对于i＝0，...K-1，计算∏(i)，然后从缓存中提取b_∏(i)作为第i个输出比特c_i。

在步骤2中对∏(i)的计算可以通过下面的迭代方法来实现((2)，(3))：

∏(x+1)＝[f₁(x+1)+f₂(x+1)²]        mod K

       ＝[(f₁x+f₂x²)+(f₁+f₂+2f₂x)]  mod K       (3)

       ＝[∏(x)+g(x)]              mod K

公式(3)中g(x)＝[f₁+f₂+2f₂x]mod K可以同样通过下面迭代方法实现：

g(x+1)＝[g(x)+2f₂]mod K          (4)

由于∏(x).和g(x)都小于K，因此上面两个公式中的取模运算都可以用比较运算来实现。

方法复杂度：每比特需要2个加法和2个比较。

LTE是3GPP移动网络技术体系的最新标准，其数据信道的编码方式为Turbo码。因为LTE需要满足宽带业务的要求(在4天线下速率可达240Mbps)，所以对Turbo码内交织器的处理速度有很高要求。而从方法机制上看，现有的LTE Turbo码内交织器的实现方法是对输入数据缓存，然后从缓存中提取相应比特输出。现有的LTE Turbo码内交织器的实现方法不能满足LTE对Turbo码内交织器的处理速度的要求。

表1：Turbo码内交织器的参数

 

idx	K	f1	f2	idx	K	f1	f2	idx	K	f1	f2	idx	K	f1	f2
																1	40	3	10	48	416	25	52	95	1120	67	140	142	3200	111	240
2	48	7	12	49	424	51	106	96	1152	35	72	143	3264	443	204
																3	56	19	42	50	432	47	72	97	1184	19	74	144	3328	51	104
4	64	7	16	51	440	91	110	98	1216	39	76	145	3392	51	212
																5	72	7	18	52	448	29	168	99	1248	19	78	146	3456	451	192
6	80	11	20	53	456	29	114	100	1280	199	240	147	3520	257	220
																7	88	5	22	54	464	247	58	101	1312	21	82	148	3584	57	336
8	96	11	24	55	472	29	118	102	1344	211	252	149	3648	313	228
																9	104	7	26	56	480	89	180	103	1376	21	86	150	3712	271	232
10	112	41	84	57	488	91	122	104	1408	43	88	151	3776	179	236
																11	120	103	90	58	496	157	62	105	1440	149	60	152	3840	331	120
12	128	15	32	59	504	55	84	106	1472	45	92	153	3904	363	244
																13	136	9	34	60	512	31	64	107	1504	49	846	154	3968	375	248
14	144	17	108	61	528	17	66	108	1536	71	48	155	4032	127	168
																15	152	9	38	62	544	35	68	109	1568	13	28	156	4096	31	64
16	160	21	120	63	560	227	420	110	1600	17	80	157	4160	33	130
																17	168	101	84	64	576	65	96	111	1632	25	102	158	4224	43	264
18	176	21	44	65	592	19	74	112	1664	183	104	159	4288	33	134
																19	184	57	46	66	608	37	76	113	1696	55	954	160	4352	477	408
20	192	23	48	67	624	41	234	114	1728	127	96	161	4416	35	138
																21	200	13	50	68	640	39	80	115	1760	27	110	162	4480	233	280
22	208	27	52	69	656	185	82	116	1792	29	112	163	4544	357	142
																23	216	11	36	70	672	43	252	117	1824	29	114	164	4608	337	480
24	224	27	56	71	688	21	86	118	1856	57	116	165	4672	37	146
																25	232	85	58	72	704	155	44	119	1888	45	354	166	4736	71	444
26	240	29	60	73	720	79	120	120	1920	31	120	167	4800	71	120
																27	248	33	62	74	736	139	92	121	1952	59	610	168	4864	37	152
28	256	15	32	75	752	23	94	122	1984	185	124	169	4928	39	462
																29	264	17	198	76	768	217	48	123	2016	113	420	170	4992	127	234
30	272	33	68	77	784	25	98	124	2048	31	64	171	5056	39	158
																31	280	103	210	78	800	17	80	125	2112	17	66	172	5120	39	80
32	288	19	36	79	816	127	102	126	2176	171	136	173	5184	31	96
																33	296	19	74	80	832	25	52	127	2240	209	420	174	5248	113	902
34	304	37	76	81	848	239	106	128	2304	253	216	175	5312	41	166
																35	312	19	78	82	864	17	48	129	2368	367	444	176	5376	251	336
36	320	21	120	83	880	137	110	130	2432	265	456	177	5440	43	170
																37	328	21	82	84	896	215	112	131	2496	181	468	178	5504	21	86
38	336	115	84	85	912	29	114	132	2560	39	80	179	5568	43	174
																39	344	193	86	86	928	15	58	133	2624	27	164	180	5632	45	176
40	352	21	44	87	944	147	118	134	2688	127	504	181	5696	45	178
																41	360	133	90	88	960	29	60	135	2752	143	172	182	5760	161	120
42	368	81	46	89	976	59	122	136	2816	43	88	183	5824	89	182
																43	376	45	94	90	992	65	124	137	2880	29	300	184	5888	323	184
44	384	23	48	91	1008	55	84	138	2944	45	92	185	5952	47	186
																45	392	243	98	92	1024	31	64	139	3008	157	188	186	6016	23	94
46	400	151	40	93	1056	17	66	140	3072	47	96	187	6080	47	190
																47	408	155	102	94	1088	171	204	141	3136	13	28	188	6144	263	480

其中，idx代表数据块长度188种可能的序号。

发明内容

本发明的目的就是对现有的LTE Turbo码内交织器的实现方法的上述不足进行改进；提供一种LTE Turbo码内交织器的快速实现方法，本方法可以提高处理速度。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种LTE Turbo码内交织器的快速实现方法，包括以下步骤：

步骤I：对输入数据比特b_i，i＝0，...K-1，计算其在输出数据块中的位置p_i，并把该比特映射到输出缓存的对应位置p_i′中，其中p_i′＝p_i；

步骤II：最后一个输入数据比特映射完后，把输出缓存中的数据比特按顺序输出。

本发明的LTE Turbo码内交织器的快速实现方法与现有技术的区别主要表现在以下几个方面：从方法机制上看，现有方法是对输入数据缓存然后从缓存中提取相应比特输出，即现有方法对输入数据块进行缓存；而本发明的快速方法是把输入数据映射到输出缓存再把输出缓存输出，即本方法对输出数据块进行缓存。从处理速度上看，本发明的方法把处理速度提高大约1倍。从存储空间上看，本发明的方法需要的数据存储空间大约是现有方法的2.4倍，也即内存换取速度的策略。由于LTE系统主要面向高比特率的无线业务，因此这种内存换取速度的新方法具有相当大的应用前景。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细的说明。

图1为现有的Turbo码内交织器的原理图；

图2为现有的LTE Turbo码内交织器的实现方法结构图；

图3为本发明的LTE Turbo码内交织器的快速实现方法的一个实施例的结构图；

图4为本发明的LTE Turbo码内交织器的快速实现方法的流程图；

图5为根据本发明的输入比特在输出数据块中的位置规律图；

图6为根据本发明的以模式1，2，3为例的输入比特在输出数据块中的位置规律图。

具体实施方式

如图3所示为本发明的LTE Turbo码内交织器的快速实现方法的一个实施例的结构图。其中，本发明的快速实现方法主要包括两个步骤：

步骤I：对输入数据比特b_i，i＝0，...K-1，计算其在输出数据块中的位置p_i，并把该比特映射到输出缓存的对应位置p_i′中，即在输出缓存中的位置p_i′处的对应数据c_pi＝b_i，其中p_i′＝p_i；

其中，输入数据比特b_i在输出数据块中的位置p_i是指输入数据比特b_i在输出数据块中的位序。如果计算得出输入数据比特b_i在输出数据块中排在第3位，则将该比特映射到输出缓存中的第3位，即p_i′＝p_i＝3。

步骤II：最后一个输入数据比特映射完后，把输出缓存中的数据比特按顺序输出。

如图4所示，本发明的LTE Turbo码内交织器的快速实现方法的流程如下：

步骤1接收数据块长度K；

步骤2从内存中提取参数p₀，p₁，...P_2n-1，L；

设定i＝0

步骤3把输入数据比特b_i映射到输出缓存的p_i′位置，p_i′＝p_i；

根据公式(8)计算P_i+2n，

p_i+2n＝(p_i+L)modK

并用此结果更新p_i，(即把计算结果赋给p_i)

i＝i+1(即i递增1)

步骤4如果i≤K-1，跳转到步骤3，否则跳转到步骤5；

步骤5把输出缓存中的数据按顺序输出。

可见，本发明的快速方法处理一个比特需要1个加法和1个比较，而现有方法需要2个加法和2个比较。

通过对于所有188种数据块长度的研究，发现输入数据比特映射到输出数据块的位置及其规律。假设输入b_i作为第p_i个输出比特

输出，即 $c_{p_i}=b_i$ 。对于偶数位的输入数据比特b₀，b₂，b₄…，其在输出数据块中的位置呈现以下循环特性：

p₂＝(p₀+L₁)mod K

p₄＝(p₂+L₂)mod K

......

p_2n＝(p_2n-2+L_n)mod K

p_2n+2＝(p_2n+L₁)mod K

... ...

(5)

我们进一步发现总共有10种循环模式，对应n＝1，2，3，4，5，6，7，8，9，27。这种循环特性可以如图5所示。

图6所示的是模式1，2，3(对应n＝1，2，3)的图示说明。

对于某一数据块长度K，奇数位的输入数据比特在输出数据块中的映射位置具有与偶数位比特相同的特性，这里就不再重复论述了。

在表2中我们列出了这10种模式及其对应的数据块长度。

表2：10种映射模式及其对应的数据块长度

 

模式	数据块长度K
		1	40，48，56，64，72，80，88，96，104，112，120，128，136，144，152，160，168，176，184，192，200，208，224，232，240，248，256，264，272，280，288，296，304，312，320，328，336，344，352，360，368，376，384，392，408，416，424，440，448，456，464，472，480，488，496，512，528，544，560，592，608，624，640，656，672，688，736，752，784，816，848，880，896，912，944，976，992，1120
2	704，768，832，928，960，1024，1056，1088，1152，1184，1216，1248，1280，1312，1344，1376，1408，1472，1504，1632，1664，1696，1760，1792，1824，1856，1888，1920，1952，1984，2176，2240，2368，2432，2496，2624，2688，2752，3008，3264，3392，3520，3648，3712，3776，3904，3968，4224，4480，5376
		3	216，432，504，576，720，1008，1440，2016，4032
4	1536，2048，2112，2304，2560，2816，2944，3072，3328，3584，3840，4160，4288，4352，4416，4544，4672，4736，4864，4928，5056，5312，5440，5568，5632，5696，5824，5888，5952，6080
		5	400，800，1600，3200，4800
6	2880，4608，5760
		7	1568，3136
8	4096，4992，5120，5248，5504，6016，6144
		9	864，1728，3456，
27	5184

根据公式(5)，我们可以很容易推导出：对于某一数据块长度K，偶数位的输入数据比特在输出数据块中的映射位置的特性，如公式(6)所示

p_2n＝(p₀+L)mod K，p_4n＝(p_2n+L)mod K，p_6n＝(p_4n+L)mod K，...

p_2n+2＝(p₂+L)mod K，p_4n+2＝(p_2n+2+L)mod K，p_6n+2＝(p_4n+2+L)mod K，...

...                       ...

p_4n-2＝(p_2n-2+L)mod K，p_6n-2＝(p_4n-2+L)mod K，p_8n-2＝(p_6n-2+L)mod K，...

(6)

同理，对于某一数据块长度K，奇数位的输入数据比特在输出数据块中的映射位置具有与偶数位比特相同的特性，如公式(7)所示

p_2n+1＝(p₁+L)mod K，p_4n+1＝(p_2n+1+L)mod K，p_6n+1＝(p_4n+1+L)mod K，...

p_2n+3＝(p₃+L)mod K，p_4n+3＝(p_2n+3+L)mod K，p_6n+3＝(p_4n+3+L)mod K，...

...                        ...

p_4n-1＝(p_2n-1+L)mod K，p_6n-1＝(p_4n-1+L)mod K，p_8n-1＝(p_6n-1+L)mod K，...

(7)

即p_i+2n＝(p_i+L)modK；公式(8)

式中L＝(L₁+L₂+...L_n)mod K，可以事先计算出来并存在内存中，在内交织器运行时从内存中提取出来即可。n个初始位置值p₀，p₂，...P_2n-2也同样事先计算并存在内存中。由于L≤K，所以公式(6)、(7)和(8)中的取模运算可以用比较运算来代替。

内存资源分析：

现有方法：对每个数据块长度需要保存f₁，f₂和K。因为这些参数均小于或等于6144，需要13个比特存储一个参数。因此共需要13×3×188＝7332比特。

本发明的快速实现方法：对每个数据块长度需要保存p₀，p₁，...P_2n-1，L，K，共(2n+2)×13比特。参照表2中的模式分类，我们算出总的存储空间需要78×(2×1+2)+50×(2×2+2)+9×(2×3+2)+30×(2×4+2)+5×(2×5+2)+3×(2×6+2)+2×(2×7+2)+7×(2×8+2)+3×(2×9+2)+1×(2×27+2))＝1360个数据，共17680比特。

可见，本发明的快速实现方法所需数据存储空间是现有方法的2.4倍。

Claims (6)

1、一种LTE Turbo码内交织器的快速实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤I：对输入数据比特b_i，i＝0，...K-1，计算其在输出数据块中的位置p_i，并把该比特映射到输出缓存的对应位置p_i′中，其中p_i′＝p_i；

步骤II：最后一个输入数据比特映射完后，把输出缓存中的数据比特按顺序输出。

2、根据权利要求1所述的LTE Turbo码内交织器的快速实现方法，其特征在于，所述步骤I中的把输入数据比特映射到输出缓存的对应位置p_i′包括如下步骤：

(1)接收数据块长度K；

(2)从内存中提取参数p₀，p₁，...p_2n-1，L；

设定i＝0；

(3)把输入数据比特b_i映射到输出缓存的p_i′位置，p_i′＝p_i；

根据公式(8)计算p_i+2n，

p_i+2n＝(p_i+L)mod K

并用此结果更新p_i，

i＝i+1

(4)如果i≤K-1，跳转到步骤(3)；否则跳转到所述步骤II。

3、根据权利要求2所述的LTE Turbo码内交织器的快速实现方法，其特征在于：p₀，p₁，...p_2n-1，L是事先计算出来并存在内存中的参数；在LTE Turbo码内交织器运行时从内存中提取出来即可。

4、根据权利要求2所述的LTE Turbo码内交织器的快速实现方法，其特征在于：对于偶数位的输入数据比特b₀，b₂，b₄…，其在输出数据块中的位置呈现以下特性：

p_2n＝(p₀+L)mod K，p_4n＝(p_2n+L)mod K，p_6n＝(p_4n+L)mod K，...

p_2n+2＝(p₂+L)mod K，p_4n+2＝(p_2n+2+L)mod K，p_6n+2＝(p_4n+2+L)mod K，...

…

p_4n-2＝(p_2n-2+L)mod K，p_6n-2＝(p_4n-2+L)mod K，p_8n-2＝(p_6n-2+L)mod K，...

5、根据权利要求2所述的LTE Turbo码内交织器的快速实现方法，其特征在于：对于奇数位的输入数据比特b₁，b₃，b₅...，其在输出数据块中的位置呈现以下特性：

p_2n+1＝(p₁+L)mod K，p_4n+1＝(p_2n+1+L)mod K，p_6n+1＝(p_4n+1+L)mod K，...

p_2n+3＝(p₃+L)mod K，p_4n+3＝(p_2n+3+L)mod K，p_6n+3＝(p_4n+3+L)mod K，...

…

p_4n-1＝(p_2n-1+L)mod K，p_6n-1＝(p_4n-1+L)mod K，p_8n-1＝(p_6n-1+L)mod K，...

6、根据权利要求2所述的LTE Turbo码内交织器的快速实现方法，其特征在于：L＝(L₁+L₂+...L_n)mod K，其中n和K的关系如表2所示。

表2：10种映射模式及其对应的数据块长度

  模式 数据块长度K 1 40，48，56，64，72，80，88，96，104，112，120，128，136，144，152，160，168，176，184，192，200，208，224，232，240，248，256，264，272，280，288，296，304，312，320，328，336，344，352，360，368，376，384，392，408，416，424，440，448，456，464，472，480，488，496，512，528，544，560，592，608，624，640，656，672，688，736，752，784，816，848，880，896，912，944，976，992，1120                                                                          2 704，768，832，928，960，1024，1056，1088，1152，1184，1216，1248，1280，1312，1344，1376，1408，1472，1504，1632，1664，1696，1760，1792，1824，1856，1888，1920，1952，1984，2176，2240，2368，2432，2496，2624，2688，2752，3008，3264，3392，3520，3648，3712，3776，3904，3968，4224，4480，5376                                                                      3 216，432，504，576，720，1008，1440，2016，4032 4 1536，2048，2112，2304，2560，2816，2944，3072，3328，3584，3840，4160，4288，4352，4416，4544，4672，4736，4864，4928，5056，5312，5440，5568，5632，5696，5824，5888，5952，6080                                 5 400，800，1600，3200，4800 6 2880，4608，5760 7 1568，3136 8 4096，4992，5120，5248，5504，6016，6144 9 864，1728，3456， 27 5184

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