CN112787748A - 一种基于块交织的时频交织方法、块交织方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于块交织的时频交织方法、块交织方法及系统，将M×N个输入数据按列写入M行N列的矩阵或按行写入M列N行的矩阵；当按列写入M行N列的矩阵时，基于第一预设规则对所述矩阵的行序号排序，并根据排序后的行序号依次读出各行数据；当按行写入M列N行的矩阵时，基于第二预设规则对所述矩阵的列序号排序，根据排序后的列序号依次读出各列数据。本发明的基于块交织的时频交织方法、块交织方法及系统不仅适用N＞1的场景，也适用于N＝1的场景，能够在不增加通信开销前提下，有效提高块交织性能。

Description

一种基于块交织的时频交织方法、块交织方法及系统

技术领域

本发明涉及传输通信的技术领域，特别是涉及一种基于块交织的时频交织方法、块交织方法及系统。

背景技术

在无线通信系统，特别是无线广播系统中，为提高系统的容错率，需在接收端尽可能实现无差错传输。通常，在抵抗信道干扰的问题上采用时间交织技术。由于相邻的信息单元同时出现错误的几率一般较大，容易形成块差错，且不易修正。因此，将相邻的信息单元尽可能置乱进行传输的任务即时间交织，成为解决通信系统稳定性以及数据准确性的重要环节。

块交织在一定规律下改变数据的分布，将临近的原始数据之间距离增大，降低连续差错出现的概率。当考虑按列写入M*N大小的矩阵时，行数M代表一个码块的单元数，列数N代表码块的个数，且N大于等于1。交织的目的是使得同一码块的数据在交织前后的间距之和最小值S_min最大化。

常见的块交织方案包括以下几种：

(1)随机交织

由于随机交织采用特定随机置乱图案进行交织，故受限于交织块的大小和存储特定的排序图案。

(2)列入行出

列入行出的块交织方案性能受限于列的个数。

(3)对角线交织

对角线交织采用按列读入，按照对角线读出的方式进行交织，其置乱的最小跨度受限于列数。

在正交频分复用(OFDM)系统中，时域符号和频域子载波组成时频二维资源块，在资源块示意图中，时域维度方向通常作为横坐标，频域维度方向通常作为纵坐标，时频资源块也可由矩阵表示，一个频域子载波对应一行，一个时域符号对应一列。为了对抗频率选择性衰落以及时间选择性衰落，可以在频域维度进行频率交织以及在时域维度进行时间交织。频率交织和时间交织的处理对象一般是经过编码调制后的数据。因此，如何在时频资源块上利用高效的频率交织和时间交织方法，来对抗不同的信道衰落具有重要的应用价值。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于块交织的时频交织方法、块交织方法及系统，能够在不增加通信开销前提下，实现码块内交织、码块间交织、以及符号间交织，有效提高交织器性能，进而提高通信系统对抗信道衰落的性能。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种块交织方法，包括以下步骤：将M×N个输入数据按列写入M行N列的矩阵或按行写入M列N行的矩阵；当按列写入M行N列的矩阵时，基于第一预设规则对所述矩阵的行序号排序，并根据排序后的行序号依次读出各行数据；当按行写入M列N行的矩阵时，基于第二预设规则对所述矩阵的列序号排序，根据排序后的列序号依次读出各列数据。

于本发明一实施例中，所述第一预设规则为根据

对所述矩阵的行序号排序，其中，在所述第一预设规则中R_i表示排序后位于第i位的行序号，d表示预设间隔，M≥i≥2，R₁＝1，F_i表示当R_i-1＞M-d时根据回选原则得到的排序后位于第i位的行序号；

所述第二预设规则为根据

对所述矩阵的列序号排序，其中，在所述第二预设规则中R_i表示排序后位于第i位的列序号，d表示预设间隔，M≥i≥2，R₁＝1，F_i表示当R_i-1＞M-d时根据回选原则得到的排序后位于第i位的列序号。

于本发明一实施例中，

表示向上取整。

于本发明一实施例中，所述预设间隔d的取值受行数和/或列数的制约。

于本发明一实施例中，

其中

表示求根号，

表示向上取整，

表示向下取整。

于本发明一实施例中，

表示向下取整。

于本发明一实施例中，当M≥3N时，

当M＜3N时，

其中

表示求根号，

表示向上取整，

表示向下取整。

于本发明一实施例中，可选地，当d为大于等于2的偶数时，把d-1的值赋给d，以确保d为奇数。

于本发明一实施例中，当N为小数时，在输入数据末尾补填

个填充数据再写入所述矩阵，并在读出数据时跳过所述填充数据。

对应地，本发明提供一种块交织系统，包括写入模块、第一处理模块和第二处理模块；

所述写入模块用于将M×N个输入数据按列写入M行N列的矩阵或按行写入M列N行的矩阵；

所述第一处理模块用于当按列写入M行N列的矩阵时，基于第一预设规则对所述矩阵的行序号排序，并根据排序后的行序号依次读出各行数据；

所述第二处理模块用于当按行写入M列N行的矩阵时，基于第二预设规则对所述矩阵的列序号排序，根据排序后的列序号依次读出各列数据。

最后，本发明提供一种基于块交织的时频交织方法，包括以下步骤：

构建一个在时频维度上大小为(M×N,N_symbols)的矩阵X，其中M为一个码块中的数据数量，N为一个时域符号中的码块数量，N_symbols为时域符号的数量；

进行频率交织时，根据上述的块交织方法实现各时域符号上M×N个数据在频域维度上的交织；

在进行时间交织时，首先对N_symbols个时域符号进行所述频率交织，得到大小为(M×N,N_symbols)的矩阵Y，再对所述矩阵Y的各行按循环移位预设规则逐行进行循环移位，得到大小为(M×N,N_symbols)矩阵Z。

于本发明一实施例中，所述循环移位预设规则为根据频率交织时各码块排序后的行序号值R_i，按照偏移值为mod(R_i-1,N_symbols)逐行向左循环移位，其中mod表示求余操作；一个时域符号中各码块排序后的行序号值相同。

如上所述，本发明的基于块交织的时频交织方法、块交织方法及系统，具有以下有益效果：

(1)不增加通信开销；

(2)增加了交织后数据之间的最小距离极限值，提高了块交织性能；

(3)可有效实现码块内交织、码块间交织、以及符号间交织，进而提高通信系统对抗信道衰落的性能。

附图说明

图1显示为本发明的块交织方法于一实施例中的流程图；

图2显示为本发明的块交织方法于一实施例中的块交织示意图；

图3显示为本发明的块交织方法于另一实施例中的块交织示意图；

图4显示为本发明的块交织系统于一实施例中的结构示意图；

图5显示为基于块交织的时频交织于一实施例中的示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明的基于块交织的时频交织方法、块交织方法及系统能够在不增加通信开销的同时，通过增加交织后数据之间的最小距离极限值，有效提高了块交织性能，极具实用性。

如图1所示，于一实施例中，本发明的块交织方法包括以下步骤：

步骤S11、将M×N个输入数据按列写入M行N列的矩阵或按行写入M列N行的矩阵。

于一实施例中，设定输入数据包含有M×N个数据，可表示为x^T＝(x₀,x₁,…,x_M*_N-1)。将所述输入数据按列依次写入一个M行N列的矩阵。其中行数M表示一个码块的单元数，列数N表示码块数量，M≥1、N≥1。

于另一实施例中，设定输入数据包含有M×N个数据，可表示为x^T＝(x₀,x₁,…,x_M*_N-1)。将所述输入数据按列依次写入一个M列N行的矩阵。其中列数M表示一个码块的单元数，行数N表示码块数量，M≥1、N≥1。

步骤S12、当按列写入M行N列的矩阵时，基于第一预设规则对所述矩阵的行序号排序，并根据排序后的行序号依次读出各行数据。

在本发明中，按照预设间隔和回选原则对行序号(1,2,…,i,…,M)进行重新排序。具体地，于本发明一实施例中，所述预设规则包括：

(a)从第一行序号开始按照预设间隔递增方式对所述行序号排序；

(b)当递增后的行序号大于所述矩阵的行序号最大值时，在未被排序的行序号中选择最小行序号按照预设间隔递增方式继续排序，直至完成所有行序号的排序。

于本发明另一实施例中，所述第一预设规则可用以下公式表述：

其中，R_i表示排序后位于第i位的行序号，d表示预设间隔，M≥i≥2，R₁＝1，F_i表示根据回选原则得到的排序后位于第i位的行序号。

优选地，

表示向上取整。

需要说明的是，预设间隔d的取值受行数M和/或列数N的制约。

于本发明一实施例中，

表示向下取整。

于本发明一实施例中，

于本发明一实施例中，当M≥3N时，

当M＜3N时，

其中

表示求根号。

于本发明一实施例中，可选地，当d为大于等于2的偶数时，把d-1的值赋给d，以确保d为奇数。

当行序号重新排序完毕后，按照新的排序按照行序号依次读出各行数据，从而完成块交织操作。

步骤S13、当按行写入M列N行的矩阵时，基于第二预设规则对所述矩阵的列序号排序，根据排序后的列序号依次读出各列数据。

在本发明中，按照预设间隔和回选原则对列序号(1,2,…,i,…,M)进行重新排序。于本发明另一实施例中，所述预设规则包括：

(a)从第一列序号开始按照预设间隔递增方式对所述列序号排序；

(b)当递增后的列序号大于所述矩阵的列序号最大值时，在未被排序的列序号中选择最小列序号按照预设间隔递增方式继续排序，直至完成所有列序号的排序。

于本发明另一实施例中，所述第二预设规则可用以下公式表述：

其中，R_i表示排序后位于第i位的列序号，d表示预设间隔，M≥i≥2，R₁＝1，F_i表示根据回选原则得到的排序后位于第i位的列序号。

优选地，

表示向上取整。

需要说明的是，预设间隔d的取值受列数M和/或行数N的制约。

于本发明一实施例中，

表示向下取整。

于本发明一实施例中，

于本发明一实施例中，当M≥3N时，

当M＜3N时，

其中

表示求根号。

于本发明一实施例中，可选地，当d为大于等于2的偶数时，把d-1的值赋给d，以确保d为奇数。

当列序号重新排序完毕后，按照新的排序按照列序号依次读出各列数据，从而完成块交织操作。

于本发明一实施例中，当N为小数时，为了使用本发明的块交织方法，在输入数据末尾补填

个填充数据，如“0”，再进行所述块交织处理，并在读出数据时遇到填充数据采用跳过方式读出，即跳过所述填充数据，从而完成原始输入数据的读出。

下面通过具体实施例来进一步阐述本发明的块交织方法。

实施例一

如图2所示，以M＝10，N＝3的交织块为例，将输入数据先按列写入10×3的矩阵中，其中左图为写入的数据取值；接着对行序号[1 2 3 4 5 6 7 8 9 10]进行重排序，通过计算预设间隔d＝5，故排序后的行序号为[1 6 2 7 3 8 4 9 5 10]，如右图所示；最后按新的行序号按行依次读出数据，读出的结果为：[1 11 21 6 16 26 ……10 20 30]。

实施例二

如图3所示，以M＝6，N＝4的交织块为例，将输入数据先按列写入6×4的矩阵中，其中左图为写入的数据取值；接着对行序号[1 2 3 4 5 6]进行重排序，通过计算预设间隔d＝3，故排序后的行序号为[1 4 2 5 3 6]，如右图所示；最后按新的行序号按行依次读出数据，读出的结果为：[1 7 13 19 4 10 16 ...6 12 18 24]。

如图4所示，于一实施例中，本发明的块交织系统包括写入模块41、第一处理模块42和第二处理模块43。

所述写入模块41用于将M×N个输入数据按列写入M行N列的矩阵或按行写入M列N行的矩阵。

所述第一处理模块42与所述写入模块41相连，用于当按列写入M行N列的矩阵时，基于第一预设规则对所述矩阵的行序号排序，并根据排序后的行序号依次读出各行数据。

所述第二处理模块43与所述写入模块41相连，用于当按行写入M列N行的矩阵时，基于第二预设规则对所述矩阵的列序号排序，根据排序后的列序号依次读出各列数据。

其中，写入模块41、第一处理模块42和第二处理模块43的结构和原理与上述块交织方法中的步骤一一对应，故在此不再赘述。

需要说明的是，应理解以上装置的各个模块的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，实际实现时可以全部或部分集成到一个物理实体上，也可以物理上分开。且这些模块可以全部以软件通过处理元件调用的形式实现，也可以全部以硬件的形式实现，还可以部分模块通过处理元件调用软件的形式实现，部分模块通过硬件的形式实现。例如：x模块可以为单独设立的处理元件，也可以集成在上述装置的某一个芯片中实现。此外，x模块也可以以程序代码的形式存储于上述装置的存储器中，由上述装置的某一个处理元件调用并执行以上x模块的功能。其它模块的实现与之类似。这些模块全部或部分可以集成在一起，也可以独立实现。这里所述的处理元件可以是一种集成电路，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤或以上各个模块可以通过处理器元件中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。以上这些模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：一个或多个特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)，一个或多个微处理器(Digital Singnal Processor，简称DSP)，一个或者多个现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)等。当以上某个模块通过处理元件调度程序代码的形式实现时，该处理元件可以是通用处理器，如中央处理器(CentralProcessing Unit，简称CPU)或其它可以调用程序代码的处理器。这些模块可以集成在一起，以片上系统(System-on-a-chip，简称SOC)的形式实现。

于一实施例中，本发明的基于块交织的时频交织方法包括以下步骤：

步骤S51、构建一个在时频维度上大小为(M×N,N_symbols)的矩阵X，其中M为一个码块中的数据数量，N为一个时域符号中的码块数量，N_symbols为时域符号的数量。

步骤S52、进行频率交织时，根据上块交织方法实现各时域符号上M×N个数据在频域维度上的交织。

步骤S53、在进行时间交织时，首先对N_symbols个时域符号进行所述频率交织，得到大小为(M×N,N_symbols)的矩阵Y，再对所述矩阵Y的各行按循环移位预设规则逐行进行循环移位，得到大小为(M×N,N_symbols)矩阵Z。

具体地，所述循环移位预设规则为根据频率交织时各码块排序后的行序号值R_i，按照偏移值为mod(R_i-1,N_symbols)逐行向左循环移位，其中mod表示求余操作；一个时域符号中各码块排序后的行序号值相同，即R_i＝R_i(j)，j表示一个时域符号中的码块序号，且满足1≤j≤N。

下面通过具体实施例来进一步阐述本发明的基于块交织的时频交织方法。

实施例三

如图5所示，以M＝6，N＝2，N_symbols＝3为例，将输入数据按列写入(M×N,N_symbols)的矩阵X中，其中行数为12、列数3，数据1～6属于第1个时域符号的第1个码块，数据7～12属于第1个时域符号的第2个码块，数据13～18属于第2个时域符号的第1个码块，依次类推。

首先，对各列进行频率交织，其步骤包括：对各列分别写成M×N的子矩阵，对各子矩阵的行序号[1 2 3 4 5 6]进行重排序，通过计算可得预设间隔d＝3，故排序后的行序号为[1 4 2 5 3 6]；再对各子矩阵依次按排序后的行序号逐行读出，得到大小为12×3的频率交织后的矩阵Y。

其次，基于频率交织，完成时间交织，其步骤包括：根据各码块在频率交织步骤中排序后的行序号值R_i，通过mod(R_i-1,N_symbols)计算循环移位偏移值，再逐行按照其相应的偏移值向左进行循环移位，最终得到12×3的时频交织后的矩阵Z。

特别地，所述时频交织仍然适用于N＝1的场景。

综上所述，本发明的基于块交织的时频交织方法、块交织方法及系统不增加通信开销；增加了交织后数据之间的最小距离极限值，有效提高了块交织性能；实现码块内交织、码块间交织、以及符号间交织，进而提高通信系统对抗信道衰落的性能。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (12)

1.一种块交织方法，其特征在于：包括以下步骤：

将M×N个输入数据按列写入M行N列的矩阵或按行写入M列N行的矩阵；

当按列写入M行N列的矩阵时，基于第一预设规则对所述矩阵的行序号排序，并根据排序后的行序号依次读出各行数据；

当按行写入M列N行的矩阵时，基于第二预设规则对所述矩阵的列序号排序，根据排序后的列序号依次读出各列数据。

2.根据权利要求1所述的块交织方法，其特征在于：

所述第一预设规则为根据

对所述矩阵的行序号排序，其中，在所述第一预设规则中R_i表示排序后位于第i位的行序号，d表示预设间隔，M≥i≥2，R₁＝1，F_i表示当R_i-1＞M-d时根据回选原则得到的排序后位于第i位的行序号；

所述第二预设规则为根据

对所述矩阵的列序号排序，其中，在所述第二预设规则中R_i表示排序后位于第i位的列序号，d表示预设间隔，M≥i≥2，R₁＝1，F_i表示当R_i-1＞M-d时根据回选原则得到的排序后位于第i位的列序号。

3.根据权利要求2所述的块交织方法，其特征在于：

表示向上取整。

4.根据权利要求2所述的块交织方法，其特征在于：所述预设间隔d的取值受行数和/或列数的制约。

5.根据权利要求4所述的块交织方法，其特征在于：

其中

表示求根号，

表示向上取整，

表示向下取整。

6.根据权利要求4所述的块交织方法，其特征在于：

表示向下取整。

7.根据权利要求4所述的块交织方法，其特征在于：当M≥3N时，

当M＜3N时，

其中

表示求根号，

表示向上取整，

表示向下取整。

8.根据权利要求4所述的块交织方法，其特征在于：当d为大于等于2的偶数时，把d-1的值赋给d。

9.根据权利要求1所述的块交织方法，其特征在于：当N为小数时，在输入数据末尾补填

个填充数据再写入所述矩阵，并在读出数据时跳过所述填充数据。

10.一种块交织系统，其特征在于：包括写入模块、第一处理模块和第二处理模块；

所述写入模块用于将M×N个输入数据按列写入M行N列的矩阵或按行写入M列N行的矩阵；

所述第一处理模块用于当按列写入M行N列的矩阵时，基于第一预设规则对所述矩阵的行序号排序，并根据排序后的行序号依次读出各行数据；

所述第二处理模块用于当按行写入M列N行的矩阵时，基于第二预设规则对所述矩阵的列序号排序，根据排序后的列序号依次读出各列数据。

11.一种基于块交织的时频交织方法，其特征在于：包括以下步骤：

构建一个在时频维度上大小为(M×N,N_symbols)的矩阵X，其中M为一个码块中的数据数量，N为一个时域符号中的码块数量，N_symbols为时域符号的数量；

进行频率交织时，根据权利要求1所述的块交织方法实现各时域符号上M×N个数据在频域维度上的交织；

在进行时间交织时，首先对N_symbols个时域符号进行所述频率交织，得到大小为(M×N,N_symbols)的矩阵Y，再对所述矩阵Y的各行按循环移位预设规则逐行进行循环移位，得到大小为(M×N,N_symbols)矩阵Z。

12.根据权利要求11所述的基于块交织的时频交织方法，其特征在于：所述循环移位预设规则为根据频率交织时各码块排序后的行序号值R_i，按照偏移值为mod(R_i-1,N_symbols)逐行向左循环移位，其中mod表示求余操作；一个时域符号中各码块排序后的行序号值相同。

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