CN101540651B - 一种实现列交织的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实现列交织的方法和装置，将交织矩阵中交织器的输入比特第K-m位至第K-1位内至少1位所在的列调整至交织矩阵第0.5C列之前，其中K、m、C为自然数，K为交织器的输入比特序列长度，m为卷积编码器移位寄存器的数目，C为交织器的交织矩阵的列数。使用本发明实施例给出的方法和装置，能够使得卷积码的输出序列中保护能力较弱的位置上的比特避免被删除，从而提高卷积码速率匹配的性能。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别地涉及一种实现列交织的方法和装置。
背景技术
LTE Release 6的卷积编码器采用的是Tailed卷积码，其各个比特位置的保护能力也即抗干扰而不失真的能力是相同的。为了提高卷积码的有效码率，LTERelease 8采用了Tail-biting卷积码，而Tail-biting卷积码的各个比特位置的保护能力是不同的。
采用Tail-biting的卷积码的编码器，在编码前必须用输入序列的最后m个位置上的比特来初始化m个移位寄存器，以保证编码前后移位寄存器的状态的一致性。Tail-biting卷积码的这种初始化操作，改变了卷积码的生成矩阵的时域形式，加强了时域生成矩阵对开始m个比特位置的保护，削弱了时域生成矩阵对结尾部分比特位置的保护。设生成矩阵的在时域上的长度为K，Tail-biting卷积码的各个比特位置保护能力的分布有如下特点：
第1到第m个比特位置的保护能力远大于其余K-m比特位置的保护能力。
第m+1到第K-3m-1个比特位置的保护能力中等，且各个比特位置的保护能力相等。
最后3m个比特位置的保护能力依次递减，以最后m个比特位置的保护能力为最弱。
图1(a)和图1(b)分别描述了长度为32的输入比特序列，分别经过1/3和1/2Tail-biting卷积编码后，对应的各个比特位置的保护能力。图1(a)和图1(b)中纵轴表示比特位置的保护能力，横轴表示比特位置。
图2是1/3卷积编码速率匹配装置示意图。交织器21中的三个子块交织器分别对三个输入的校验比特流独立地交织，得到三个输出比特流。比特收集单元22将三个输出比特流顺序放入虚拟循环缓冲器23中，比特选择和删除单元24从虚拟循环缓冲器23的第一个比特开始，依次读取E个比特，当读到虚拟循环缓冲器23的结尾仍然没有读到E个比特时，则跳转至虚拟循环缓冲器23的头部继续读取，直到读到E个比特为止。其中，E是指定的速率匹配属性值。
设图2中输入交织器21的每个校验比特流的长度为K，LTE Release 8的交织器的实现方法如下：
令交织矩阵的列数C＝32，将交织矩阵的列从左到右依次编号为0，1，2，...，C-1；
计算交织矩阵的行数R，R是满足式K≤R×C的最小整数，将交织矩阵的行从上到下依次编号为0，1，2，...，R-1；
计算填充比特数Y＝R×C-K，将Y个填充比特填充到第0行的前Y个单元，并将输入比特流从第0行的第Y+1列开始，按行输入到交织矩阵中；
按照图3的表格中规定的列交织模式，执行内部列交换，其中列交织模式中，1表示交织前的第1列交织后位于第0列，其余类推；
从交织矩阵中按列依次读出各个比特。
图3的表格中规定的列交织模式是LTE Release 8规定的固定列交织模式。
这里再给出扩展因子的概念，它表征交织器兼任信道交织器的性能。假设π是定义在Zq上的交织器，其中Zq表示小于q的自然数域，定义：|x-y|q＝min[(x-y)mod(q)，(y-x)mod(q)]，又定义：δ(i，j)＝|i-j|q+|π(i)-π(j)|q，其中x、y是自然数，i、j是小于q的自然数，且i≠j。交织器的扩展因子(Spread Factor)是所有δ(i，j)中的最小值。LTE Release 8的交织器的内部列交织模式的扩展因子为2。
下面结合图1(a)、图1(b)以及图2和图3说明现有的LTE Release 8交织器列交织模式的不足之处。在图2中，若K＝40，E＝100，即码率为K/E＝0.4，则删除的比特数目为3K-E＝20，也就是说交织后第三比特流的后20位被删除。结合图1(a)和图1(b)，从图3的表格中可以看出，交织后第三比特流中，保护能力较差的第35、39、36、34、38位都被删除。也就是说采用LTE Release 8的卷积码速率匹配的交织器会导致删除一些保护能力很低的位置上的比特，从而影响卷积码速率匹配的性能。
发明内容
针对现有技术中会导致删除卷积码的输出序列中一些保护能力很低的位置上的比特，从而影响卷积码速率匹配的性能的问题，本发明实施例提供如下技术方案：
一种实现列交织的方法，将交织矩阵中交织器的输入比特第K-m位至第K-1位内至少1位所在的列调整至交织矩阵第0.5C列之前，
其中K、m、C为自然数，K为交织器的输入比特序列长度，m为卷积编码器移位寄存器的数目，C为交织器的交织矩阵的列数。
一种交织器列交织的方法，在所述交织器中配置若干列交织模式，包括如下步骤：
把包含如下操作的列交织方法作为所述列交织模式：将交织矩阵中交织器的输入比特第K-m位至第K-1位内至少1位所在的列调整至交织矩阵第0.5C列之前，其中K、m、C为自然数，K为交织器的输入比特序列长度，m为卷积编码器移位寄存器的数目，C为交织器的交织矩阵的列数；
从所述模式中选择一种模式；
根据选择的所述模式对交织器的交织矩阵进行列交织。
一种卷积码速率匹配方法，包括如下步骤：
使用卷积编码器输出比特填充交织器的交织矩阵；
将交织矩阵中交织器的输入比特第K-m位至第K-1位内至少1位所在的列调整至交织矩阵第0.5C列之前，其中K、m、C为自然数，K为交织器的输入比特序列长度，m为卷积编码器移位寄存器的数目，C为交织器的交织矩阵的列数。
一种交织器，包括寄存单元、控制单元和交织单元，其中，
所述寄存单元，用于以交织矩阵的形式存贮卷积编码器的输出比特；
所述控制单元，用于按照保存的列交织模式信息控制交织单元进行列交织，列交织模式中包含将交织器输入比特第K-m位至K-1位内的1位或几位所在的列调整为交织矩阵第0.5C列之前的一列或几列的操作步骤，其中K、m、C为自然数，K为交织器的输入比特序列长度，m为卷积编码器移位寄存器的数目，C为交织器的交织矩阵的列数；
所述交织单元，用于对交织矩阵进行列交织。
使用本发明实施例提供的方法和装置，能够使得卷积码的输出序列中保护能力较弱的位置上的比特避免被删除，从而提高卷积码速率匹配的性能。
附图说明
图1(a)和图1(b)为卷积编码器输入比特各个比特位置保护能力示意图；
图2是1/3卷积编码速率匹配装置示意图；
图3为LTE Release 8规定的固定列交织模式；
图4为本发明实施例给出的设计列交织模式的方法流程图；
图5为本发明实施例给出的卷积码速率匹配方法流程图；
图6(a)和图6(b)为使用本发明实施例的方法构造出的列交织模式交织操作前后的交织矩阵示意图；
图7为图6(a)使用的列交织模式；
图8为本发明实施例给出的交织器示意图。
具体实施方式
为了能够使得卷积码的输出序列中保护能力较弱的位置上的比特避免被删除，从而提高卷积码速率匹配的性能，本发明实施例给出一种交织器列交织的方法和交织器，将交织矩阵中交织器的输入比特第K-m位至第K-1位内至少1位所在的列调整至交织矩阵第0.5C列之前，其中K、m、C为自然数，K为交织器的输入比特序列长度，m为卷积编码器移位寄存器的数目，C为交织器的交织矩阵的列数。
有很多种列交织模式包含了上述做法，在进行列交织时，从这些列交织模式中选择一种模式进行列交织。于是交织器列交织的方法可以概括为：先配置交织器列交织模式，再从所述模式中选择一种模式，最后根据选择的模式对交织器的交织矩阵进行列交织。这里的配置交织器列交织模式即为找出若干种包含将交织矩阵中交织器的输入比特第K-m位至第K-1位内至少1位所在的列调整至交织矩阵第0.5C列之前的操作的列交织方法，这些方法构成了一个交织模式的集合。从该集合中，还可以进一步选择，以满足交织器的其他性能指标。
例如，为了兼顾卷积译码器的译码性能，选择满足如下条件的交织模式：
经过列交织操作后，若将所述交织矩阵前0.5C列按列交织操作前的列序号值从小到大排序，则任意相邻2列交织操作前的列序号值之差不大于3。
同样，满足该条件的交织模式也构成一个集合，从中还可进一步选择，例如选择扩展因子不小于4的交织模式。
这样进行层层筛选，可以得到满足多个性能指标的交织模式。上述方法的流程如图4所示。
对于“将交织矩阵中交织器的输入比特第K-m位至第K-1位内至少1位所在的列调整至交织矩阵第0.5C列之前”，是基于对交织器输入比特的序列中不同位置的保护能力不同而考虑。从图1(a)和图1(b)可以看出，交织器输入比特的序列中最后m个比特位置的保护能力为最弱，所以在列交织模式的设计中，应当将交织矩阵中交织器的输入比特第K-m位至第K-1位内1位或几位所在的列调整为交织矩阵第0.5C列之前的一列或几列，使交织器的输入比特中的该位在经过图2所示的比特选择和删除单元之后被保留。显然更佳的做法是将交织器的输入比特第K-m位至第K-1位的比特全部调整到交织矩阵第0.5C列之前，这样交织器的输入比特中的第K-m位至第K-1位的比特在经过图2所示的比特选择和删除单元之后都得到保留。
另外，从图1(a)和图1(b)中可以看出交织器输入比特的序列中第m+1到第K-3m-1个比特位置的保护能力中等，所以在列交织模式的设计中尽量避免将第K-3m到K-m-1位置上的比特，调整到交织矩阵的第22到第31列。同样可根据该条件对上述的列交织模式再作一步筛选。
本发明实施例给出一种卷积码速率匹配方法，其流程如图5所示。
步骤51，使用卷积编码器输出比特流填充交织器的交织矩阵；
步骤52，交织矩阵进行列交织；
步骤53，按列从交织矩阵中读取设定数目个比特。
在步骤51中，当交织器输入比特的序列长度不是交织器的交织矩阵列数的整数倍时，需要使用全零比特作为填充比特，填入交织矩阵中。如图6(a)所示，交织器的交织矩阵有2行，32列，交织器输入比特的序列长度为40，则使用了32×2-40＝24位填充比特，填在第1行中，然后按行填充输入比特。图6(b)所示为先将输入数序倒序操作，按行填入交织矩阵，然后使用填充比特填充剩余比特位。当交织器输入比特的序列长度是交织器的交织矩阵列数的整数倍时直接填充输入比特或将输入比特倒序后填充即可。可以看出在倒序之后，交织器的输入比特中的第K-m位至第K-1位的比特所在的列已经处于交织矩阵第0.5C列之前，所以此时进行列交织，主要是为了满足卷积译码器的译码性能或对交织模式扩展因子的指标要求。
一般地，当填充位数Y＝R×C-K≠0时，在进行列交织前，用Y个填充比特填充交织矩阵第0行第0至第C-1列的比特位，用交织器的输入比特按行填充交织矩阵剩余比特位，其中R为交织器的交织矩阵的行数；当Y＝0时，用输入比特按行填充交织矩阵的所有比特位。
当填充位数Y＝R×C-K≠0时，在进行列交织前，用Y个填充比特填充交织矩阵第R行第C-Y至第C-1列的比特位，并将交织器的输入比特倒序后从第1行第1列开始按行填充交织矩阵剩余比特位，其中R为交织器的交织矩阵的行数；当Y＝0时，将输入比特倒序后从第0行第0列开始按行填充交织矩阵的所有比特位。
在步骤52中，使用本发明实施例中设计出的列交织模式对交织矩阵进行列交织。
本发明实施例给出的交织器如图8所示，交织器81包括寄存单元82、控制单元83、交织单元84。
寄存单元82用于以交织矩阵的形式存贮卷积编码器80的输出比特，它包括接收模块821和填充模块822。接收模块821接收卷积编码器的输出比特。填充模块822的工作方式有正序填充和倒序填充两种。
在正序填充的工作方式下，填充模块822计算R×C-K的值并当R×C-K≠0时用R×C-K个填充比特填充交织矩阵第0行第0至第C-1列的比特位，使用卷积编码器的输出比特按行填充交织矩阵剩余比特位，其中R为交织器的交织矩阵的行数；当R×C-K＝0时，使用卷积编码器输出比特按行填充交织矩阵的所有比特位。
在倒序填充的工作方式下，填充模块822计算R×C-K的值并当R×C-K≠0时用R×C-K个填充比特填充交织矩阵第R-1行第C-R×C+K至第C-1列的比特位，并将所述卷积编码器输出比特倒序后从第0行第0列开始按行填充交织矩阵剩余比特位，其中R为所述交织器的交织矩阵的行数；当R×C-K＝0时，将输入比特倒序后从第0行第0列开始按行填充交织矩阵的所有比特位。
控制单元83用于按照保存的列交织模式信息控制交织单元84进行列交织，它包括存贮模块831、选择模块832、控制模块833。
存贮模块831，用于存贮包含将交织器输入比特第K-m位至K-1位内的1位或几位所在的列调整为交织矩阵第0.5C列之前的一列或几列的操作步骤的交织模式的信息。
选择模块832，用于根据存贮模块831中的信息，选择满足如下条件的列交织模式：若将交织矩阵前0.5C列按列交织前的列序号值从小到大排序，则任意相邻2列交织前的列序号值之差不大于3；然后还可以从中进一步选择扩展因子不小于4的列交织模式。
控制模块833，用于根据选择模块832选择的列交织方法控制交织单元84进行列交织。
交织单元84用于对交织矩阵进行列交织。
下面说明本发明实施例给出的方法和装置的有益效果。图6(a)和图6(b)给出了使用本发明实施例的方法构造出的列交织模式交织前后的交织矩阵示意图，图7是图6(a)使用的列交织模式。图6(a)中61为交织矩阵的输入比特，62为交织前的交织矩阵，63为交织后的交织矩阵。若卷积编码器移位寄存器数目为6，根据图7所示表格的列交织模式，能够使交织器的交织矩阵进行列交织之后，交织器的输入比特第40-5+1＝36位至第40位的比特，位于交织矩阵第1至第0.5×32＝16列，并且兼顾了卷积译码器的译码性能，以及扩展因子不小于4。图7所示表格的列交织模式能够保留保输入比特中保护能力较弱的比特，从而提高卷积码速率匹配的性能。例如，对于图2的卷积编码速率匹配装置，K＝40，E＝100，m＝6，则将交织器的输入比特第K-m位至第K-1位的比特调整到交织矩阵第0至第0.5C列，第3校验比特流的后20个比特被删除，而保护能力最弱的第37、34、39、36、38位的比特得到了保留。将输入比特序列倒序操作之后同样达到了这种效果，如图6(b)所示，保护能力最弱的第37、34、39、36、38位的比特得到了保留。相比之下，如前所述，采用LTE Release8的列交织模式，交织器输入比特序列的第35、39、36、34、38位都被删除。所以使用本发明实施例提供的方法和装置，能够使得卷积码的输出序列中保护能力较弱的位置上的比特避免被删除，从而提高卷积码速率匹配的性能。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (13)
1.一种实现列交织的方法，其特征在于，将交织矩阵中交织器的输入比特第K-m位至第K-1位内至少1位所在的列调整至交织矩阵第0.5C列之前，
其中K、m、C为自然数，K为交织器的输入比特序列长度，m为卷积编码器移位寄存器的数目，C为交织器的交织矩阵的列数。
2.一种交织器列交织的方法，在所述交织器中配置若干列交织模式，其特征在于，包括如下步骤：
把包含如下操作的列交织方法配置为所述列交织模式：将交织矩阵中交织器的输入比特第K-m位至第K-1位内至少1位所在的列调整至交织矩阵第0.5C列之前，其中K、m、C为自然数，K为交织器的输入比特序列长度，m为卷积编码器移位寄存器的数目，C为交织器的交织矩阵的列数；
从所述模式中选择一种模式；
根据选择的所述模式对交织器的交织矩阵进行列交织。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述从所述模式中选择一种模式包括选择满足如下条件的列交织模式：
若将交织矩阵前0.5C列按列交织前的列序号值从小到大排序，则任意相邻2列交织前的列序号值之差不大于3。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述从所述模式中选择一种模式包括选择满足如下2个条件的列交织模式：
若将交织矩阵前0.5C列按列交织前的列序号值从小到大排序，则任意相邻2列交织前的列序号值之差不大于3；
扩展因子不小于4。
5.一种卷积码速率匹配方法，其特征在于，包括如下步骤：
使用卷积编码器输出比特填充交织器的交织矩阵；
将交织矩阵中交织器的输入比特第K-m位至第K-1位内至少1位所在的列调整至交织矩阵第0.5C列之前，其中K、m、C为自然数，K为交织器的输入比特序列长度，m为卷积编码器移位寄存器的数目，C为交织器的交织矩阵的列数。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述使用卷积编码器输出比特填充交织器的交织矩阵包括：
当R×C-K≠0时，用R×C-K个填充比特填充所述交织矩阵第0行第0至第R×C-K-1列的比特位，使用所述卷积编码器输出比特按行填充所述交织矩阵剩余比特位，其中R为所述交织器的交织矩阵的行数；当R×C-K＝0时，使用所述卷积编码器输出比特按行填充交织矩阵的所有比特位。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述使用卷积编码器输出比特填充交织器的交织矩阵包括：
当R×C-K≠0时，用R×C-K个填充比特填充所述交织矩阵第R-1行第C-R×C+K至第C-1列的比特位，并将所述卷积编码器输出比特倒序后从第0行第0列开始按行填充所述交织矩阵剩余比特位，其中R为所述交织器的交织矩阵的行数；当R×C-K＝0时，将输入比特倒序后从第0行第0列开始按行填充所述交织矩阵的所有比特位。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述将交织矩阵中交织器的输入比特第K-m位至第K-1位内至少1位所在的列调整至交织矩阵第0.5C列之前的步骤之后包括：按列读取并输出设定数目个所述交织矩阵中的比特。
9.一种交织器，其特征在于，包括寄存单元、控制单元和交织单元，其中，
所述寄存单元，用于以交织矩阵的形式存贮卷积编码器的输出比特；
所述控制单元，用于按照保存的列交织模式信息控制交织单元进行列交织，列交织模式中包含将交织器输入比特第K-m位至K-1位内的1位或几位所在的列调整为交织矩阵第0.5C列之前的一列或几列的操作步骤，其中K、m、C为自然数，K为交织器的输入比特序列长度，m为卷积编码器移位寄存器的数目，C为交织器的交织矩阵的列数；
所述交织单元，用于对交织矩阵进行列交织。
10.如权利要求9所述的交织器，其特征在于，所述寄存单元包括接收模块和填充模块，其中，
所述接收模块，用于接收所述卷积编码器的输出比特；
所述填充模块，用于计算R×C-K的值并当R×C-K≠0时用R×C-K个填充比特填充所述交织矩阵第0行第0至第C-1列的比特位，使用所述卷积编码器的输出比特按行填充交织矩阵剩余比特位，其中R为所述交织器的交织矩阵的行数；当R×C-K＝0时，使用所述卷积编码器输出比特按行填充交织矩阵的所有比特位。
11.如权利要求9所述的交织器，其特征在于，所述寄存单元包括接收模块和填充模块，其中，
所述接收模块，用于接收所述卷积编码器的输出比特；
所述填充模块，用于计算R×C-K的值并当R×C-K≠0时用R×C-K个填充比特填充所述交织矩阵第R-1行第C-R×C+K至第C-1列的比特位，并将所述卷积编码器输出比特倒序后从第0行第0列开始按行填充所述交织矩阵剩余比特位，其中R为所述交织器的交织矩阵的行数；当R×C-K＝0时，将输入比特倒序后从第0行第0列开始按行填充所述交织矩阵的所有比特位。
12.如权利要求9所述的交织器，其特征在于，所述控制单元还包括存贮模块、选择模块和控制模块，其中，
所述存贮模块，用于存贮包含将交织器输入比特第K-m位至K-1位内的1位或几位所在的列调整为交织矩阵第0.5C列之前的一列或几列的操作步骤的列交织模式的信息；
所述选择模块，用于根据存贮模块中的信息，选择满足如下条件的列交织模式：若将交织矩阵前0.5C列按列交织前的列序号值从小到大排序，则任意相邻2列交织前的列序号值之差不大于3；
所述控制模块，用于根据选择模块选择的列交织模式控制所述交织单元进行列交织。
13.如权利要求9所述的交织器，其特征在于，所述控制单元还包括存贮模块、选择模块和控制模块，其中，
所述存贮模块，用于存贮包含将交织器输入比特第K-m位至K-1位内的1位或几位所在的列调整为交织矩阵第0.5C列之前的一列或几列的操作步骤的列交织模式的信息；
所述选择模块，用于根据存贮模块中的信息，选择满足如下2个条件的列交织模式：若将交织矩阵前0.5C列按列交织前的列序号值从小到大排序，则任意相邻2列交织前的列序号值之差不大于3；扩展因子不小于4；
所述控制模块，用于根据选择模块选择的列交织模式控制所述交织单元进行列交织。
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