CN1599261A - 一种用于异步信道复用的交织器组设计 - Google Patents
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Abstract
一种用于异步信道复用的交织器组设计,交织器组设计包括:生成非重复自然数随机序列R;生成参考矩阵U;由非重复自然数随机序列R和参考矩阵U生成交织器索引序列矩阵T。在异步信道复用时,发方的交织器组内的各交织器对其输入信息序列,按矩阵T的行向量给出的索引序列重新排序,构成正交数据分组,收方的解交织器组内的各解交织器对其接收的数据包,按索引序列矩阵T的行向量给出的索引序列对其复原。使用同一索引序列交织器和解交织器的异步信道构成一交织器信道,使用一组索引序列的交织器组和解交织器组的多址信道构成交织器多址信道。采用本发明构造异步正交交织信道可有效抑制不同信道的干扰,同信道的用户数据分组数据包可正确复原,不同信道的用户数据分组数据包不能复原。
Description
技术领域
本发明涉及一种交织器组设计,用于异步数字通信的数据分组,构造基于正交交织器组的异步多址信道。
背景技术
现有的交织器限于与信道编解码器结合使用,如构成TURBO编解码器,提高信道解码器的纠错性。未考虑到利用交织器的正交性进行数据分组。因此,现有的交织器索引序列彼此不是汉明正交的,不能用于数据分组。
专利申请号:2004100088146,发明名称“应用多模TURBO码的码分多址通信系统和方法”,提出了多模Turbo编解码滤波器的设计,用以实现Turbo信道复用。其异步信道复用中的交织器,存在索引序列带来的多信道干扰问题。
用现有的交织器进行数据分组,为多对用户提供异步多址信道,也存在上述的多信道干扰问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题:异步信道复用中的交织器存在索引序列带来的多信道干扰问题,实现基于交织器组的数据分组。为解决这一问题,本发明设计出彼此具有汉明正交特性的交织器索引序列组,在保证交织器索引序列的随机化特性的同时,实现交织器的汉明正交。所设计的交织器组可用于构造交织器多址信道,实现基于交织器组的异步信道复用。
本发明的技术方案:正交交织器组设计,交织器索引序列的使用方法,正交交织器组构造交织器异步多址信道的示例。
正交交织器组设计如下:
步骤1)生成非重复自然数随机序列R={r(m)},1≤r(m),m≤q-1;
步骤2)生成参考矩阵U;
步骤3)由非重复自然数随机序列R={r(m)}和参考矩阵U生成交织器索引序列矩阵T。
步骤1)中,生成非重复自然数随机序列R={r(m)}:
(1)选取交织器长度为整数q-1,其中q为素数,建立按升序连续排列的自然数集合S1={1,2,...,q-1},设定标志位k=1;
(2)从整数集合Sk={sk(1),...,sk(q-k)}中以概率p(ik)=1/(q-1-k),随机选择一个整数ik∈Sk作为非重复自然数随机序列R={r(1),...,r(k)}的第k个元素r(k)=ik,将选择的ik从集合Sk中删除,得到的新的集合记为Sk+1={sk+1(1),...,sk+1(q-k-1)},标志位k加1,即k=k+1,判断k是否等于q-1,如果为假,重复本步骤,否则进入下一步骤;
(3)将整数集合Sq-1={sq-1(1)}中的最后一个整数iq-1=sq-1(1),作为非重复自然数随机序列R的第q-1个元素r(q-1)=iq-1,并最终得到长度为q-1的非重复自然数随机序列R={r(1),r(2),...,r(q-1)},该序列将作为求交织器索引序列矩阵T的原始序列;
步骤2)中,生成参考矩阵U的方法:
(1)建立按升序连续排列的整数序列X0={0,1,2,...,q-1},设定标志位n=1;
(2)用n乘以序列整数X0并做模q运算,可以得到序列Xn={xn,1,xn,2,...,xn,q},标志位n加1,即n=n+1,判断n是否等于q-1,如果为假,重复本步骤,否则进入下一步骤;
(3)将得到的q-1个序列{X1,X2,...,Xq-1}构成一个矩阵
其中
由非重复自然数随机序列R={r(1),r(2),...,r(q-1)}和参考矩阵U生成交织器索引序列矩阵T:
将原始序列R分别依据参考矩阵U的每一行U1,U2,...,Uq-1的元素值重新排列,得到交织器索引序列矩阵
交织器索引序列矩阵T的每一行
构成一个交织器组的索引序列,每一索引序列的长度均为q。
交织器索引序列确定交织器输入序列与输出序列的关系。设第i个交织器输入序列为ai(n),输出序列为bi(n),如果Ri(2)=r(xi,3)=6,则bi(2)=ai(6),即输出序列第2个码为输入序列的第6个码。
在异步信道复用时,发方的交织器组内的各交织器对其输入信息序列,按矩阵T的行向量给出的索引序列重新排序,进行数据分组,收方的解交织器组内的各解交织器对其接收的数据包,按索引序列矩阵T的行向量给出的索引序列对其复原。
使用同一索引序列交织器和解交织器的异步信道构成一交织器信道,使用一组索引序列的交织器组和解交织器组的多址信道构成交织器多址信道。由于交织器组内的各交织器汉明正交,不同交织器信道的用户不能复原其它信道的用户的信号。
异步信道复用方法是:采用正交交织器组,在异步信道复用时,发方的交织器组内的各交织器亦可与信道编码器联合使用,对其输入信息序进行数据分组,与之相应,收方的解交织器组内的各解交织器与信道解码器联合使用,对接收数据包复原。
进行数据分组的方法:发方的各用户的数据分组由索引序列矩阵构造的正交交织器组获取。
本发明设计的交织器组作为Turbo编解码器组的组成部分,可构成Turbo码异步多址信道。
本发明的有益效果:
由设计方案得到的交织器组随机索引序列为最佳汉明正交,其交织器组索引序列矩阵T行的汉明相关系数为0。采用本发明构造异步正交交织信道可有效抑制不同信道的干扰,同信道的用户数据分组数据包可正确复原,不同信道的用户数据分组数据包不能复原。
附图说明
图1是正交交织器组索引序列矩阵设计框图;
图2是验证交织器信道正交性的Turbo编解码系统;
图3是信道1的用户Turbo解码器B1对信道1的用户Turbo编码器A1编码数据包解码后的结果;
图4是信道2的用户Turbo解码器B2对信道1的用户Turbo编码器A1编码数据包解码后的结果;
图5是信道3的用户Turbo解码器B3对信道2的用户Turbo编码器A2编码数据包解码后的结果。
具体实施方式
实施例1:以长度为16的交织器为例,采用图1的设计生成一交织器组的索引序列。
图1中,生成非重复自然数随机序列R={r(1),r(2),...,r(q-1)}:
(1)选取q=17,17为一素数,建立按升序连续排列的自然数集合S1={1,2,...,16},设定标志位k=1;
(2)从整数集合Sk={sk(1),...,sk(17-k)}中以概率p(ik)=1/(17-1-k)随机选择一个整数ik作为另外一个非重复自然数原始随机序列R={r(1),...,r(k)}的第k个元素r(k)=ik,将选择的ik从集合Sk中删除,得到的新的集合记为Sk+1={sk+1(1),...,sk+1(17-k-1)},标志位k加1,即k=k+1,,判断k是否等于16,如果为假,重复本步骤,否则进入下一步骤;
(3)将整数集合S16{s16(1)}中的最后一个整数i16作为序列R的第16个元素r(16)=i16,并最终得到长度为16的非重复自然数原始随机序列R={r(1),...,r(16)}={8,15,5,9,11,14,10,13,6,3,12,16,7,4,2,1}。
图1中,生成参考矩阵U:
(1)建立按升序连续排列的整数序列X0={0,1,2,...,16},设定标志位n=1;
(2)用n乘以序列X0并做模17运算,可以得到序列Xn,标志位n加1,即n=n+1,判断n是否等于16,如果为假,重复本步骤,否则进入下一步骤;
(3)将得到的16个序列{X1,X2,...,X16}构成一个矩阵
其中
u=[0 0 ... 0]T,
图1中,由非重复自然数随机序列R={r(1),r(2),...,r(16)}和参考矩阵U生成交织器索引序列矩阵T:
交织器索引序列矩阵T的每一行
经验证,由上述矩阵T得到的任意两交织器索引序列之间的汉明相关均为0,该序列组为准最佳汉明相关序列组。
在实际应用中,交织器的长度要远远大于16。任意长度的交织器组的设计与之类似。
交织器索引序列对应于矩阵T的一个行向量,例如,第1个交织器索引序列为
R1=[8 15 5 9 11 14 10 13 6 3 12 16 7 4 2 1]R1的元素值8,15,...,对应于交织器输入序列码的序号。
设第1个交织器输入序列为a1(n),输出序列为b1(n),如R1(2)=15,则b1(2)=a1(15),输入序列a1(n)与输出序列b1(n)的关系为[b1(1)b1(2)b1(3)b1(4)b1(5)b1(6)b1(7)b1(8)b1(9)b1(10)b1(11)b1(12)b1(13)b1(14)b1(15)b1(16)]=[a1(8)a1(15)a1(5)a1(9)a1(11)a1(14)a1(10)a1(13)a1(6)a1(3)a1(12)a1(16)a1(7)a1(4)a1(2) a1(1)]
该交织器输入序列a1(n)与输出序列b1(n)的关系可用下列变换矩阵实现:
其中变换矩阵的元素由
R1=[8 15 5 9 11 14 10 13 6 3 12 16 7 4 2 1]确定,如R1(1)=8,则变换矩阵的第1行第8列为1,其余为0。
接收方的解交织器对收到的数据包序列码b1(n)根据索引序列R1解交织,恢复发方发送的数据包序列码a1(n)。
实施例2:
比较采用本发明的正交交织信道和未采用本发明的正交交织信道非正交交织信道的异步信道信号接收情况,系统如图2所示。对周期为64的正弦信号均匀采样,正弦信号采样值序列经8比特量化后分别输入图2中各信道的Turbo编码器A1、A2和A3,作为Turbo编码的原始数据,这样A1、A2和A3的输入数据是相同的。各信道的Turbo编解码器均内置交织器。
(1)图2中交织信道1和2互为正交
Turbo编解码系统为Turbo编码器A1、A2与Turbo解码器B1,B2,Turbo编解码器A1,B1,A2,B2使用本发明给出的方法生成的正交交织序器列I1,I2,交织器长度等于数据包长度,均为1030比特。
图3给出了信道1的Turbo解码器B1对信道1的Turbo编码器A1编码信号解码后的结果:信道1的Turbo解码器B1正确恢复出经过信道1的Turbo编码器A1编码后的数据包,说明本信道的数据包可正确复原。
图4给出了信道2的Turbo解码器B2对信道1的Turbo编码器A1编码信号解码后的结果:信道2的Turbo解码器B2无法恢复经过信道1的Turbo编码器A1编码后的数据包。这说明由于交织器信道1和2正交,信道2的用户的无法获得信道1的数据包内容。
(2)交织器信道2和3不正交
图2的信道3的Turbo编解码器A3,B3使用的普通随机交织器I3。附图5给出了信道3的Turbo解码器B3对信道2的Turbo编码器A2编码信号解码后的结果,信道3的Turbo解码器B3部分恢复经过信道2的Turbo编码器A2编码前的数据,可以辨认出正弦波的轮廓。这说明:信道2和信道3不正交,信道2有部分数据被信道3的Turbo解码器B3恢复;采用现有其它方法设计的普通随机交织器不能构成交织器多址信道,不能完全分隔用户的分组数据。
Claims (6)
1.一种用于异步信道复用的交织器组设计,其特征在于,正交交织器组设计包括:生成非重复自然数随机序列R={r(m)},1≤r(m),m≤q-1,生成参考矩阵U,由非重复自然数随机序列R={r(m)}和参考矩阵U生成交织器索引序列矩阵T;在异步信道复用时,发方的交织器组内的各交织器对其输入信息序列,按矩阵T的行向量给出的索引序列重新排序,进行数据分组,收方的解交织器组内的各解交织器对其接收的数据包,按索引序列矩阵T的行向量给出的索引序列对其复原;使用同一索引序列交织器和解交织器的异步信道构成一交织器信道,使用一组索引序列的交织器组和解交织器组的多址信道构成交织器多址信道。
2.根据权利要求1所述的一种用于异步信道复用的交织器组设计,其特征在于,生成非重复自然数随机序列R={r(m)},1≤r(m),m≤q-1,包括下列3个步骤:
步骤1,选取交织器长度为整数q-1,其中q为素数,建立按升序连续排列的自然数集合S1={1,2,…,q-1},设定标志位k=1;
步骤2,从整数集合Sk={sk(1),...,sk(q-k)}中以概率p(ik)=1/(q-1-k),随机选择一个整数ik∈Sk作为非重复自然数随机序列R={r(1),...,r(k)}的第k个元素r(k)=ik,将选择的ik从集合Sk中删除,得到的新的集合记为Sk+1={sk+1(1),...,sk+1(q-k-1)},标志位k加1,即k=k+1,判断k是否等于q-1,如果为假,重复本步骤,否则进入下一步骤;
步骤3,将整数集合Sq-1={sq-1(1)}中的最后一个整数iq-1=sq-1(1),作为非重复自然数随机序列R的第q-1个元素r(q-1)=iq-1,并最终得到长度为q-1的非重复自然数随机序列R={r(1),r(2),...,r(q-1)},该序列作为求交织器索引序列矩阵T的原始序列。
5.根据权利要求1所述的一种用于异步信道复用的交织器组设计,其特征在于,异步信道复用方法是采用正交交织器组,在异步信道复用时,发方的交织器组内的各交织器亦可与信道编码器联合使用,对其输入信息序进行数据分组,与之相应,收方的解交织器组内的各解交织器与信道解码器联合使用,对接收数据包复原。
6.根据权利要求1所述的一种用于异步信道复用的交织器组设计,其特征在于,进行数据分组的方法:发方的各用户的数据分组由索引序列矩阵构造的正交交织器组获取。
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