CN1702976A

CN1702976A - 一种用于通信系统的数据交织与解交织方法

Info

Publication number: CN1702976A
Application number: CN 200510035441
Authority: CN
Inventors: 马啸
Original assignee: National Sun Yat Sen University
Current assignee: Sun Yat Sen University; National Sun Yat Sen University
Priority date: 2005-06-22
Filing date: 2005-06-22
Publication date: 2005-11-30
Anticipated expiration: 2025-06-22
Also published as: CN1702976B

Abstract

本发明提供了一种数据交织方法及数据解交织方法。设定三个与数据序列A=(A₀，A₁，…A_N－1)大小相等的矩阵，分别为写矩阵W、读矩阵R、以及缓存矩阵M。交织方法如下：先依据写矩阵W中元素取值的不同将数据序列A=(A₀，A₁，…A_N－1)打乱写入缓存矩阵M，再依据读矩阵R中元素取值的不同将缓存矩阵M中的数据打乱写成数据序列B=(B₀，B₁，…B_N－1)；而解交织方法如下：先依据读矩阵R中元素取值的不同将数据序列B=(B₀，B₁，…B_N－1)打乱写入缓存矩阵M，再依据写矩阵W中元素值的不同，将缓存矩阵M中的数据还原成数据序列A＝(A₀，A₁，…A_N－1)。本发明既节省了存储空间，又减少了运算量，适合推广使用。

Description

一种用于通信系统的数据交织与解交织方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，特别是涉及一种数据交织及解交织方法。

技术背景

目前交织器/解交织器在通信系统中得到了广泛应用，在turbo码发现以前(1993年)，交织器主要用在信道编码器与信道之间或级联码的外码(一般是RS码)与内码(一般是卷积码)之间，目的是把突发错误打乱以减小突发错误的长度。

一个简单的实现方法是矩阵交织方法，如附图1所示是一个大小为64的交织器/解交织器，交织时，首先把数据序列A＝(A₀，A₁，...，A₆₂，A₆₃)按行逐个写入8*8的缓存矩阵，然后按列逐个读出，就得到数据序列B＝(A₀，A₈，A₁₆，...，A₄₇，A₅₅，A₆₃)。解交织时，把数据序列B按列逐个写入8*8缓存矩阵，然后按行逐个读出，就得到数据序列A。假定由于信道突发噪声或其他原因使得数据序列B中出现了一个长度为12的突发错误图样，如图1阴影部分所示。不难看出，经过解交织之后，数据序列A中已经没有长度超过2的突发错误图样，这对于纠错码正确译码是很有利的。

在turbo码出现之后，交织器应用场合大为增加。这些新的应用场合主要包括并行级联卷积码(即所谓的turbo码)，串行级联卷积码，turbo TCM，比特交织编码调制(BICM)系统，码片交织的CDMA系统等等。在这些新的应用场合，交织器的作用不单单是减少突发错误发生的概率，因而矩阵交织方法对应的交织器/解交织器的性能并不理想。

一般地，这些系统要求交织器具有随机交织器的特征。设交织前的数据序列是A＝(A₀，A₁，...，A_N-1)，交织后的数据序列是B＝(B₀，B₁，...，B_N-1)。常用的实现伪随机交织器的方法有两种。一种方法是按照一定算法产生一个伪随机对应表，并把这个对应表存储起来，如下表所示：

0	1	......	N-2	N-1
0	1	......	N-2	N-1	p₀	p₁	......	p_N-2	p_N-1

同时，交织器还需要一个大小为N的缓存器C。

交织时，首先按照上表的对应关系把数据序列A＝(A₀，A₁，...，A_N-1)依次写入缓存器C，即在时刻t把A_t写入缓存器C的第p_t个位置，t＝0，1，2，...，N-1；然后依次读出缓存器C中的数据，就得到了输出序列B＝(B₀，B₁，...，B_N-1)。解交织时的操作类似，此时输入数据序列是B＝(B₀，B₁，...，B_N-1)而输出序列是A＝(A₀，A₁，...，A_N-1)。这种方法的优点是不用实时计算序列的下标是如何对应的，缺点是需要存储下标的对应表，其存储复杂度是O(Nlog₂N)比特。另一种方法是实时计算下标的对应关系，这种方法仅需要存储少量的计算参数，缺点是需要额外的计算开支。在有些系统中(如码片交织的CDMA系统)，需要许多不同的伪随机交织器，这时上述两种方法都不实用。

发明内容

本发明的目的正是为了克服现有交织方法及解交织方法中，要不需要耗费很大的存储空间，要不需要很大的计算量这些不足，提供一种不需要过多的存储空间，而且计算量适中的用于通信系统的数据交织方法。

本发明的另一目的在于提供一种与之对应的数据解交织方法。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种应用于通信系统中的数据交织方法，用于将数据序列A＝(A₀，A₁，...，A_N-1)交织成B＝(B₀，B₁，...，B_N-1)，其特征在于设定与数据序列A＝(A₀，A₁，...，A_N-1)大小相等的三个矩阵，分别为写矩阵W、读矩阵R、以及缓存矩阵M，然后根据写矩阵W中元素取值的不同将数据序列A＝(A₀，A₁，...，A_N-1)打乱写入缓存矩阵M，再根据读矩阵R中元素取值的不同将缓存矩阵M中的数据打乱写成数据序列B＝(B₀，B₁，...，B_N-1)。

上述的数据交织方法中，所述写矩阵W和读矩阵R可通过伪随机法分配矩阵中元素的取值，特别地，写矩阵W和读矩阵R的元素取值可以设定为0或1。

本发明所述的数据交织方法，通过从左到右逐行扫描写矩阵W中元素的取值，根据元素取值的不同将数据序列A＝(A₀，A₁，...，A_N-1)打乱写入缓存矩阵M，再从上到下逐列扫描读矩阵R中元素的取值，根据元素取值的不同将缓存矩阵M中的值打乱写成数据序列B＝(B₀，B₁，...，B_N-1)。

一个可行的方案是：

所述根据写矩阵W中元素取值的不同将数据序列A＝(A₀，A₁，...，A_N-1)打乱写入缓存矩阵M具体如下：

设变量t、flag、i、j，其中i、j表示矩阵的元素下标，首先置t＝0，flag＝0，然后从第一行第一列，即i＝0，j＝0起，从左到右逐行检查写矩阵W，若W_ij＝0，则把数据序列A中当前的数据A_t写入M_ij，并把t增加1，直到扫描完写矩阵W，设矩阵W中有Z_w个0，则在检查过整个矩阵W之后，数据序列A中前Z_w个数据依次序写入了缓存矩阵M中对应W_ij＝0的存储单元里，此时应该有t＝Z_w。；然后置flag＝1，重新从第一行第一列，即i＝0，j＝0起，从左到右逐行再检查写矩阵W，若W_ij＝1，则把当前的数据A_t写入M_ij，并把t增加1，直到扫描完写矩阵W；在检查过整个矩阵W之后，数据序列A中剩余的N-Z_W个数据也依次序写入了缓存矩阵M中对应W_ij＝1的存储单元里。此时应该有t＝N。

所述根据读矩阵R中元素取值的不同将缓存矩阵M中元素的值打乱写成数据序列B＝(B₀，B₁，...，B_N-1)具体如下：

首先置t＝0，flag＝0，从第一行第一列，即i＝0，j＝0起，从上到下逐列检查读矩阵R，若R_ij＝0，则把M_ij中所存的数据读出并存入数据序列当前的位置B_t中，并把t增加1，直到扫描完整个读矩阵R；设矩阵R中有Z_R个0，则在检查过整个矩阵R之后，缓存矩阵M中对应R_ij＝0的存储单元里的数据被读出并依次序存入了数据序列B中前Z_R个位置。此时应该有t＝Z_R。然后置flag＝1，重新从第一行第一列，即i＝0，j＝0起，从上到下逐列检查读矩阵R，若R_ij＝1，则把M_ij中所存的数据读到当前的数据B_t中，并把t增加1直到扫描完整个读矩阵R。在检查过整个矩阵R之后，缓存矩阵M里剩余的N-Z_R个数据也被读出并依次序存入了B的后N-Z_R个位置。此时应该有t＝N。

为了达到本发明的另一目的，采用的技术方案为：

一种用于通信系统的数据解交织方法，用于将交织后的数据序列B＝(B₀，B₁，...，B_N-1)还原成数据序列A＝(A₀，A₁，...，A_N-1)，其特征在于先根据读矩阵R中元素取值的不同将数据序列B＝(B₀，B₁，...，B_N-1)打乱写入缓存矩阵M，再根据写矩阵W中元素值的不同，将缓存矩阵M的值还原成数据序列A＝(A₀，A₁，...，A_N-1)。

本发明所述的数据解交织方法，其写矩阵W和读矩阵R也同样可通过伪随机法分配矩阵中元素的取值；特别地，写矩阵W和读矩阵R的元素可以取值为0或1。

本发明的数据解交织方法，通过从上到下逐列扫描读矩阵R中元素的取值，根据元素取值的不同将数据序列B＝(B₀，B₁，...，B_N-1)打乱写入缓存矩阵M中，再从左到右逐行扫描写矩阵W中元素的取值，根据元素取值的不同将缓存矩阵M的值还原成数据序列A＝(A₀，A₁，...，A_N-1)。

一个可行的方案是：

根据读矩阵R中元素取值的不同将数据序列B＝(B₀，B₁，...，B_N-1)打乱写入缓存矩阵M具体包括：

设变量t、flag、i、j，其中i、j表示矩阵的元素下标，首先置t＝0，flag＝0，然后从第一行第一列，即i＝0，j＝0起，从上到下逐列检查读矩阵R，若R_ij＝0，则把当前的数据B_t写入M_ij，并把t增加1，直到扫描完整个读矩阵R；设矩阵R中有Z_R个0，则在检查过整个矩阵R之后，数据序列B中前Z_R个数据依次序写入了缓存矩阵M中对应R_ij＝0的存储单元里。此时应该有t＝Z_R。然后，置flag＝1，重新从第一行第一列，即i＝0，j＝0起，从上到下逐列检查矩阵R，若R_ij＝1，则把当前的数据B_t写入M_ij，并把t增加1，直到扫描完整个读矩阵R；在检查过整个矩阵R之后，数据序列B中剩余的N-Z_R个数据也依次序写入了缓存矩阵M中对应R_ij＝1的存储单元里。此时应该有t＝N。

所述根据写矩阵W中元素值的不同，将缓存矩阵M中的数据还原成数据序列A＝(A₀，A₁，...，A_N-1)具体包括：

首先置t＝0，flag＝0，从第一行第一列，即i＝0，j＝0起，从左到右逐行检查写矩阵W，若W_ij＝0，则把M_ij中所存的数据读出并存入当前的位置A_t中，并把t增加1，直到扫描完整个写矩阵W；设矩阵W中有Z_W个0，则在检查过整个矩阵W之后，缓存矩阵M中对应W_ij＝0的存储单元里的数据被读出并依次序存入了数据序列A中前Z_W个位置。此时应该有t＝Z_W。然后，置flag＝1，重新从第一行第一列起，从左到右逐行检查矩阵W，若W_ij＝1，则把M_ij中所存的数据读到当前的数据A_t中，并把t增加1，直到扫描完整个写矩阵W。在检查过整个矩阵W之后，缓存矩阵M里剩余的N-Z_W个数据也被读出并依次序存入了A的后N-Z_W个位置。此时应该有t＝N。

本发明根据写矩阵W中元素的不同取值，将数据序列A＝(A₀，A₁，...，A_N-1)先写入缓存矩阵M，然后根据读矩阵R中元素的不同取值将缓存矩阵M中的数据读出，变成数据序列B＝(B₀，B₁，...，B_N-1)，而解交织的步骤刚好相反。本发明所需要的额外存储空间很少，而且运算量不大，是值得推广使用的交织方法与解交织方法。

附图说明

图1为现有矩阵交织器的一个例子；

图2为本发明的交织方法的将数据阵列A写入缓存矩阵M的算法流程；

图3为本发明的交织方法的将缓存矩阵M写入数据阵列B的算法流程；

图4为本发明的解交织方法的将数据阵列B写入缓存矩阵M的算法流程；

图5为本发明的解交织方法的将缓存矩阵M还原成数据阵列A的算法流程；

图6为本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

本发明的流程图如附图6所示，先通过伪随机法给写矩阵W和读矩阵R赋值，然后再判断进行交织还是解交织，根据判断结果启动交织方法或解交织方法，交织方法通过循环扫描写矩阵W，根据W的取值把依次输入的序列A写入缓存矩阵M的相应位置，然后再循环扫描读矩阵R，根据读矩阵R的取值读出缓存矩阵M相应位置的数据，依次输入形成序列B；而解交织的方法为循环扫描读矩阵R，根据读矩阵R的取值把依次输入的序列B写入缓存矩阵M的相应位置，然后再循环扫描W，根据W的取值读出缓存矩阵M相应位置的数据，依次输出形成序列A。

设数据序列A＝(A₀，A₁，...，A_N-1)的长度N＝S*T，设W，R是两个S行T列的矩阵，其中的元素是0或1，这两个矩阵可以按照预定的方法(比如产生伪随机序列的方法)产生并存储起来，其存储空间是2N比特，设M是缓存矩阵，其含有S行T列存储单元，每个存储单元可以存储一个数据A_t。本发明中，数据是一个很广的概念，可能对应实际系统中的二进制变量，有限域里的元素，实变量，复变量，向量等等。

本发明的交织方法如附图2、附图3所示，分为两个步骤

第一个步骤如附图2所示，为将数据序列A写入缓存矩阵M的过程。开始时置t＝0，flag＝0，从第一行第一列(即i＝0，j＝0)起，从左到右逐行检查矩阵W，若W_ij＝0，则把当前的数据A_t写入M_ij，并把t增加1，直到扫描完整个写矩阵W，然后，置flag＝1，重新从第一行第一列(即i＝0，j＝0)起，从左到右逐行检查矩阵W，若W_ij＝1，则把当前的数据A_t写入M_ij，并把t增加1，直到扫描完整个写矩阵W。

第二个步骤如附图3所示，为将缓存矩阵M中的数据读到数据序列B的过程。开始时置t＝0，flag＝0，从第一行第一列(即i＝0，j＝0)起，从上到下逐列检查矩阵R，若R_ij＝0，则把M_ij中所存的数据读出并存入当前的位置B_t中，并把t增加1，直到扫描完整个读矩阵R，然后，置flag＝1，重新从第一行第一列(即i＝0，j＝0)起，从上到下逐列检查矩阵R，若R_ij＝1，则把M_ij中所存的数据读到当前的数据B_t中，并把t增加1，直到扫描完整个读矩阵R。

本发明的解交织方法如附图4、附图5所示，也分为两个步骤：

第一个步骤如附图4所示，为将数据阵列B写入缓存矩阵M的过程。开始时置t＝0，flag＝0，从第一行第一列(即i＝0，j＝0)起，从上到下逐列检查读矩阵R，若R_ij＝0，则把当前的数据B_t写入M_ij，并把t增加1，直到扫描完整个读矩阵R。然后，置flag＝1，重新从第一行第一列(即i＝0，j＝0)起，从上到下逐列检查矩阵R，若R_ij＝1，则把当前的数据B_t写入M_ij，并把t增加1，直到扫描完整个读矩阵R。

第二个步骤如附图5所示，为将缓存矩阵M中的数据读出到数据阵列A的过程。开始时置t＝0，flag＝0，从第一行第一列(即i＝0，j＝0)起，从左到右逐行检查矩阵W，若W_ij＝0，则把M_ij中所存的数据读出并存入当前的位置A_t中，并把t增加1，直到扫描完整个写矩阵W，然后，置flag＝1，重新从第一行第一列(即i＝0，j＝0)起，从左到右逐行检查矩阵W，若W_ij＝1，则把M_ij中所存的数据读到当前的数据A_t中，并把t增加1，直到扫描完整个写矩阵W。

下面给出一个具体例子。设写矩阵W，读矩阵R和缓存矩阵M如下表所示。写矩阵W为：

1	1	0	1
1	1	0	1	1	0	0	0
0	0	1	1	1	0	0	0
0	0	1	1	0	1	0	0

读矩阵R为：

0	1	1
0	1	1	0	1	0	0
1	0	1	0	1	0	0
1	0	1	1	0	1	0

缓存矩阵M为：

设A＝(0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，15)是待交织的数据序列。交织方法如下：

第一步，从第一个元素开始，从左到右，逐行扫描矩阵W的值，遇到W_ij＝0时，则将A中的值写入缓存矩阵M_ij，扫描完矩阵W后，A的前9个数据依次按行写入了缓存矩阵M，如下表所示。

然后再次扫描矩阵W，在对应W_ij＝1的存储单元单元里写入A的剩下内容，写矩阵W又被检查了一遍，此时A的后7个数据依次按行写入了缓存矩阵M，如下表所示：

9	10	0	11
9	10	0	11	12	1	2	3
4	5	13	14	12	1	2	3
4	5	13	14	6	15	7	8

第二步，根据R矩阵将缓存矩阵M读出到B的过程。从第一个元素开始，从上到下，逐列读出矩阵R中对应R_ij＝0的存储单元里的内容，然后依序将缓存矩阵M中M_ij的值写入B，读矩阵R被检查了一遍后，缓存矩阵M中的数据被按列读出了9个数据并依次存入了B的前9个位置，此时B＝(9，12，10，5，15，2，13，3，8)。然后又依序读出对应R_ij＝1的存储单元的内容，将M_ij的值写入B，读矩阵R又被检查了一遍，缓存矩阵中的元素又被按列读出了7个数据并依次存入了B的后7个位置，此时B＝(9，12，10，5，15，2，13，3，8，4，6，1，0，7，1，14)。

解交织方法如下：

第一步，写入过程。首先从第一个元素开始，从上到下逐列扫描矩阵R，将B的内容写入对应R_ij＝0的M_ij的单元里，读矩阵R被检查了一遍，此时B的前9个数据依次按列写入了M，如下表所示：

再次扫描矩阵R，将B剩下的内容写入对应R_ij＝1的M_ij单元里，读矩阵R又被检查了一遍，此时B的后7个数据依次按列写入了缓存矩阵M，如下表所示：

9	10	0	11
9	10	0	11	12	1	2	3
4	5	13	14	12	1	2	3
4	5	13	14	6	15	7	8

第二步，读出过程。从第一个元素开始，从左到右逐行扫描矩阵W，读出对应W_ij＝0的M_ij的内容，将M_ij写入阵列A，矩阵W被检查了一遍，M中的元素被按行读出了9个数据并依次存入了A的前9个位置，此时A＝(0，1，2，3，4，5，6，7，8)。然后又重新扫描矩阵W，读出对应W_ij＝1位置的M_ij，写矩阵W又被检查了一遍，M_ij的元素又被按行读出了7个数据并依次存入了A的后7个位置，此时A＝(0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，15)。

Claims

1、一种应用于通信系统中的数据交织方法，用于将数据序列A＝(A₀，A₁，...，A_N-1)交织成B＝(B₀，B₁，...，B_N-1)，其特征在于设定与数据序列A＝(A₀，A₁，...，A_N-1)大小相等的三个矩阵，分别为写矩阵W、读矩阵R、以及缓存矩阵M，然后根据写矩阵W中元素取值的不同将数据序列A＝(A₀，A₁，...，A_N-1)打乱写入缓存矩阵M，再根据读矩阵R中元素取值的不同将缓存矩阵M中的数据打乱写成数据序列B＝(B₀，B₁，...，B_N-1)。

2、根据权利要求1所述的数据交织方法，其特征在于所述写矩阵W和读矩阵R可以通过伪随机方法设定矩阵中元素的取值。

3、根据权利要求2所述的数据交织方法，其特征在于所述写矩阵W和读矩阵R的元素可以取值为0或1。

4、根据权利要求1或2或3所述的数据交织方法，其特征在于从左到右逐行扫描写矩阵W中元素的取值，根据元素取值的不同将数据序列A＝(A₀，A₁，...，A_N-1)打乱写入缓存矩阵M，再从上到下逐列扫描读矩阵R中元素的取值，根据元素取值的不同将缓存矩阵M中的数据打乱写成数据序列B＝(B₀，B₁，...，B_N-1)。

5、根据权利要求4所述的数据交织方法，其特征在于所述根据写矩阵W中元素取值的不同将数据序列A＝(A₀，A₁，...，A_N-1)打乱写入缓存矩阵M具体如下：

设变量t、flag、i、j，其中i、j表示矩阵元素的下标，首先置t＝0，flag＝0，然后从第一行第一列，即i＝0，j＝0起，从左到右逐行检查写矩阵W，若W_ij＝0，则把数据序列A中当前的数据A_t写入M_ij，并把t增加1，直到扫描完写矩阵W；然后置flag＝1，重新从第一行第一列，即i＝0，j＝0起，从左到右逐行再检查写矩阵W，若W_ij＝1，则把当前的数据A_t写入M_ij，并把t增加1，直到扫描完写矩阵W；

所述根据读矩阵R中元素取值的不同将缓存矩阵M中的数据打乱写成数据序列B＝(B₀，B₁，...，B_N-1)具体如下：

首先置t＝0，flag＝0，从第一行第一列，即i＝0，j＝0起，从上到下逐列检查读矩阵R，若R_ij＝0，则把M_ij中所存的数据读出并存入数据序列当前的位置B_t中，并把t增加1，直到扫描完整个读矩阵R；然后置flag＝1，重新从第一行第一列，即i＝0，j＝0起，从上到下逐列检查读矩阵R，若R_ij＝1，则把M_ij中所存的数据读到当前的位置B_t中，并把t增加1直到扫描完整个读矩阵R。

6、一种用于通信系统的数据解交织方法，用于将权利要求1所述交织方法交织后的数据序列B＝(B₀，B₁，...，B_N-1)还原成数据序列A＝(A₀，A₁，...，A_N-1)，其特征在于先根据读矩阵R中元素取值的不同将数据序列B＝(B₀，B₁，...，B_N-1)打乱写入缓存矩阵M，再根据写矩阵W中元素值的不同，将缓存矩阵M中的数据还原成数据序列A＝(A₀，A₁，...，A_N-1)。

7、根据权利要求6所述的数据解交织方法，其特征在于所述写矩阵W和读矩阵R可通过伪随机法设定矩阵中元素的取值。

8、根据权利要求7所述的数据解交织方法，其特征在于所述写矩阵W和读矩阵R的元素可以取值为0或1。

9、根据权利要求6或7或8所述的数据解交织方法，其特征在于从上到下逐列扫描读矩阵R中元素的取值，根据元素取值的不同将数据序列B＝(B₀，B₁，...，B_N-1)打乱写入缓存矩阵M中，再从左到右逐行扫描写矩阵W中元素的取值，根据元素取值的不同将缓存矩阵M中的数据还原成数据序列A＝(A₀，A₁，...，A_N-1)。

10、根据权利要求9所述的数据解交织方法，其特征在于所述根据读矩阵R中元素取值的不同将数据序列B＝(B₀，B₁，...，B_N-1)打乱写入缓存矩阵M具体如下：

设变量t、flag、i、j，其中i、j表示矩阵的元素下标，首先置t＝0，flag＝0，然后从第一行第一列，即i＝0，j＝0起，从上到下逐列检查读矩阵R，若R_ij＝0，则把当前的数据B_t写入M_ij，并把t增加1，直到扫描完整个读矩阵R；然后，置flag＝1，重新从第一行第一列，即i＝0，j＝0起，从上到下逐列检查矩阵R，若R_ij＝1，则把当前的数据B_t写入M_ij，并把t增加1，直到扫描完整个读矩阵R；

所述根据写矩阵W中元素值的不同将缓存矩阵M中的数据还原成数据序列A＝(A₀，A₁，...，A_N-1)具体如下：

首先置t＝0，flag＝0，从第一行第一列，即i＝0，j＝0起，从左到右逐行检查写矩阵W，若W_ij＝0，则把M_ij中所存的数据读出并存入当前的位置A_t中，并把t增加1，直到扫描完整个写矩阵W；然后，置flag＝1，重新从第一行第一列，即i＝0，j＝0起，从左到右逐行检查矩阵W，若W_ij＝1，则把M_ij中所存的数据读到当前的位置A_t中，并把t增加1，直到扫描完整个写矩阵W。