CN1120594C - 权位倒置交织器 - Google Patents

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Abstract

一种权位倒置交织器，是采用翻转技术实现信息的重新排列，其特征在于：首先，将交织帧长分解质因数，并按照特定的排列顺序得到一个混合进制数域，接着，将输入序号表示成一个混合进制数域数值，然后，权值不变，将权位大小互补倒置，得到一个新的混合进制数域数值，即为所需的与上述输入序号相对应的权位倒置的输出序号。该装置可用作通信领域turbo码内交织器和一般信道的交织器，能减少信息序列的相关性，显著降低误码率。

Description

权位倒置交织器
技术领域
本发明涉及一种通信领域里信道编码中所使用的交织器，确切地说，涉及一种权位倒置交织器，属于数字信息传输中检测或纠正收到信息中的差错的装置的技术领域。
背景技术
交织器的功能，从本质上说，就是将信息输入与输出序列组成某种映射关系，从而降低交织前后信息序列的相关性。目前，交织器的种类主要有均匀交织、对角交织、随机交织、伪随机交织和比特翻转交织等。IS-95及CDMA2000的信道交织都采用了比特翻转交织器。上述各种交织器所得到的交织信息序列的相邻信息符号仍然具有较大的相关性，因而其纠错性能不是很好，尤其在短帧情况下。由于比特翻转交织器要求交织长度为2的幂，这使得它的应用还有一定的局限性。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够有效降低交织序列的相关性，从而提高纠错性能，并且能够灵活地适应任意帧长的权位倒置交织器。
本发明的目的是这样实现的：是采用翻转技术实现信息的重新排列，其特征在于：首先，将交织帧长分解质因数，并按照特定的排列顺序得到一个混合进制数域，接着，将输入序号表示成一个混合进制数域数值，然后，权值不变，将权位大小互补倒置，得到一个新的混合进制数域数值，即为所需的与上述输入序号相对应的权位倒置的输出序号。
所述的质因数分解的特定的排列顺序可以是升序序列、或者是降序序列、或者是两边小中间大的准对称排序序列。
对于一个任意帧长L的交织器，先构造一个虚拟帧长的权位倒置交织映射序列，其中所选择的虚拟帧长M应满足下列两个条件的其中之一(其中L、M皆为正整数)：
(1)L≤M≤2L，并且M分解质因数的个数不小于int(log2L)-4，
(2)0.8L≤M＜L，并且M分解质因数的个数不小于int(log2L)-6。
如果上述虚拟帧长M满足其中的条件(1)，则是在所得到的虚拟帧长的权位倒置交织映射序列中通过删除多余序号而得到最终的交织映射序列。
如果上述虚拟帧长M满足其中的条件(2)，则是先将不足序号进行均匀交织，然后再均匀等间隔地插入到所得到的虚拟帧长的权位倒置交织映射序列中，从而得到最终的交织映射序列。
本发明的奇偶分组—权位倒置交织器是这样实现的：首先，将输入序号集进行奇偶分接，形成两组分别由各个奇信息位和各个偶信息位构成的序号集；接着，分别对上述两组序号集进行相同的权位倒置交织的操作，之后，再将权位倒置后的偶信息位的序号集送入反置器进行反置操作；最后，将上述奇信息位的序号集与上述偶信息位的序号集进行奇偶复接，形成一组新的序号集，即为所需的输出序号集。
上述的反置器是用堆栈实现的，先进后出，将输入序列倒读输出。
本发明的权位倒置交织器能够有效降低交织信息序列的相关性，从而明显地改善数字信息的传输纠错性能；并且该装置可以适应任意帧长。本发明的方法已经通过了Matlab仿真系统的测试，测试结果清楚表明turbo码内交织器，采用本发明的权位倒置交织器后，与现有的其他交织器相比较，可以显著降低传输误码率。
本发明还提出一种奇偶分组—权位倒置交织器，适用于在高编码效率R＝1/2的条件下的turbo码内的交织器，也可以显著降低传输误码率。
下面结合附图和具体实施例详细说明本发明的算法、结构、特征和功效。
附图说明
图1是本发明的权位倒置交织器的基本算法原理图；
图2是本发明的奇偶分组—权位倒置器的结构组成示意图；
图3是在瑞利信道下的Matlab系统仿真测试的数据示意图。
具体实施方式
首先，假设帧长为L的序号集A经过本发明的交织映射成序号集B，
其中A＝{a0，a1，a2，……，aL-1)＝{0，1，2，……，L-1}，
B＝{b0，b1，b2，……，bL-1}
式中：L可表示成K个整数的乘积，即L＝P1×P2×……×PK，Pi(i∈[1，K])通常取质数。这样，ai与bi(i∈[0，L-1])就构成了映射关系，如图1所示，并说明如下：
(1)C1＝aimodP1，d1＝(ai-C1)/P1，
同理，Cj＝dj-1modPj，dj＝int(dj-1/Pj)，j∈[2，K]，int表示取整
(2)bi＝C1×P2×P3×…×Pk+C2×P3×…×Pk+…+Ck-1×Pk+Ck
(3)ai＝C1×1+C2×P1+C3×P1×P2+…+Ck-1×P1×P2×P3×…×Pk-2+
         Ck×P1×P2×P3×…×Pk-1
(4)从ai，bi的表达式中，可以看到对于任意权值cj(j∈[1，K])，其在ai与bi中的权位是互补对称的：即ai中的权位是P0×P1×P2×…×Pj-1(定义P0＝1)；bi中的权位是Pj+1×Pj+2×Pj+3×…×Pk这正是本发明的权位倒置名称的由来。
(5)因式分解序列{Pi}的大小排序的顺序可以是任意的，通常可以取升序排列(模式0)，也可以取降序排列(模式1)，或者取两边小中间大的准对称排列(模式2)。
一般地说，如果帧长可分解成为若干个小质因数的乘积，那么可以认为权位倒置交织将输入信息的序列充分离散化，是近似最优的交织器；如果帧长是质数或只能分解成少数几个大质因数，那么可以先寻找满足多个小质因数乘积、且与L接近的数(设为M)作为其虚拟帧长，进行权位倒置交织；然后在所得到的映射序列中通过删除其中大于L的多余序号(当M＞L时)，或在其中均匀等间隔地插入从M+1到L的均匀交织后的不足序号(当M＜L时)，最终也能得到一个近似最优的交织器。
具体地说，对于一个任意帧长L的交织器，选择虚拟帧长应满足下列两个条件的其中之一(其中L、M皆为正整数)：
L≤M≤2L，并且M分解质因数的个数不小于int(log2L)-4或者
0.8L≤M＜L，并且M分解质因数的个数不小于int(log2L)-6
最后，对于这些虚拟帧长的近似最优交织器进行系统仿真测试，从中选出纠错性能最好、误码率最低的交织器。
参见图2所示的本发明的又一种交织器，即奇偶分组—权位倒置交织器的结构组成示意图。首先，将输入序号集A中的奇序号和偶序号进行奇偶分接，形成两组分别由各个奇信息位和各个偶信息位构成的序号集；接着，分别对上述两组序号集进行相同的权位倒置交织的操作，之后，将权位倒置后的偶信息位的序号集再送入反置器进行反置操作；最后，将上述奇信息位的序号集和上述偶信息位的序号集的两路信息进行奇偶复接，形成一组新的序号集，即为所需的输出序号集B。上述的反置器是用堆栈实现的，先进后出，将输入序列倒读输出。
参见图3，图中说明了帧长为192的turbo码内各种交织器在瑞利信道下的Matlab系统仿真结果，比较了均匀交织器、对角交织器、分组比特翻转交织器和本发明的权位倒置交织器(模式0)的误码率。从图中可以看出，本发明权位倒置交织器的误码率明显低于其它几种交织器。

Claims (7)

1、一种权位倒置交织器，是采用翻转技术实现信息的重新排列，其特征在于：首先，将交织帧长分解质因数，并按照特定的排列顺序得到一个混合进制数域，接着，将输入序号表示成一个混合进制数域数值，然后，权值不变，将权位大小互补倒置，得到一个新的混合进制数域数值，即为所需的与上述输入序号相对应的权位倒置的输出序号。
2、按照权利要求1所述的权位倒置交织器，其特征在于：所述的质因数分解的特定的排列顺序可以是升序序列、或者是降序序列、或者是两边小中间大的准对称排序序列。
3、按照权利要求1所述的权位倒置交织器，其特征在于：对于一个任意帧长L的交织器，先构造一个虚拟帧长的权位倒置交织映射序列，其中所选择的虚拟帧长M应满足下列两个条件的其中之一(其中L、M皆为正整数)：
(1)L≤M≤2L，并且M分解质因数的个数不小于int(log2L)-4，
(2)0.8L≤M＜L，并且M分解质因数的个数不小于int(log2L)-6。
4、按照权利要求3所述的权位倒置交织器，其特征在于：如果上述虚拟帧长M满足其中的条件(1)，则是在所得到的虚拟帧长的权位倒置交织映射序列中通过删除多余序号而得到最终的交织映射序列。
5、按照权利要求3所述的权位倒置交织器，其特征在于：如果上述虚拟帧长M满足其中的条件(2)，则是先将不足序号进行均匀交织，然后再均匀等间隔地插入到所得到的虚拟帧长的权位倒置交织映射序列中，从而得到最终的交织映射序列。
6、一种奇偶分组—权位倒置交织器，其特征在于：首先，将输入序号集进行奇偶分接，形成两组分别由各个奇信息位和各个偶信息位构成的序号集；接着，分别对上述两组序号集进行相同的权位倒置交织的操作，之后，再将权位倒置后的偶信息位的序号集送入反置器进行反置操作；最后，将上述奇信息位的序号集与上述偶信息位的序号集进行奇偶复接，形成一组新的序号集，即为所需的输出序号集。
7、按照权利要求6所述的奇偶分组一权位倒置交织器，其特征在于：上述的反置器是用堆栈实现的，先进后出，将输入序列倒读输出。
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