CN1773896B - 适应自适应调制系统的信道交织器及方法 - Google Patents

Abstract

一种适应自适应调制系统的信道交织器，包括：信道交织器，对经信道编码或未经编码后的信源比特信息进行交织；自适应调制块，对经过交织的信号完成自适应调制；扩频和信道映射模块，对调制的信息码元进行扩频并将扩频信息映射到各TFB块。本发明提出的交织方法适应性强。通过参数的设置，同样可以应用于不带自适应调制的系统。组成某信道的比特交织器的设计考虑到尽可能将各比特信息位平均分配到组成该信道的时间和频率资源的能力，增加交织深度。设计简单，便于应用。

Description

适应自适应调制系统的信道交织器及方法

技术领域

本发明涉及通信系统中数据传输技术，特别涉及通信系统中适应自适应调制系统的信道交织器及方法。

背景技术

交织和解交织是信道纠错系统的一个重要环节，通信过程尤其是在无线传输过程中，由于信道散射和多径衰落往往导致突发错误或突发错误与随机错误并存，从而恶化信道解码的性能。如果首先把突发错误离散成随机错误，然后再去纠随机错误，那么系统的抗干扰性能就会进一步得到提高。交织器的作用就是将比较长的突发错误或多个突发错误离散成随机错误，即把错误离散化，所以常用于组建信道纠错系统。交织器和解交织器的实现方法有多种。交织器按交织方式可分为交织深度固定的交织器(如分组交织器和卷积交织器)和交织深度不断变化的随机交织器。

码分复用(CDMA)是近年来用于数字蜂窝移动通信的一种先进的无线扩频通信技术。码分复用(CDMA)系统采用直序扩频(DS-SS)，以克服信道中的频率选择性衰落。一种在频率选择性衰落信道中抑制切普间干扰的方法是将CDMA技术和多载波调制，如正交频分复用(OFDM)技术相组合，形成各种OFDM-CDMA系统，以达到更高的频谱效率。多载波CDMA(MC-CDMA)和正交频域码分复用(OFCDM)就是OFDM-CDMA系统的典型代表。基于CDMA技术和多载波调制技术，廖敬一，王海等人在“基于可变扩频和跳频的正交时频域的码分多址接入方法”的专利申请中提出了基于可变扩频和跳频的正交时频域的码分多址接入技术(VSFH-OTFCDM)。其思路就是利用跳频和变扩频因子在时频域共同控制正交码道，采用变速率正交扩频，并将扩频信息映射到时频域的子载波，并通过OFDM系统传输。在VSFH-OTFCDM系统中，时间、频率和正交扩频码共同组成了用于数据传输的信道资源。为减少多址干扰，应保证各信道在时间，频率和码域的相互正交性。扩频信息将在由包含一个或多个时间频率块(TFB)上进行传输。其中，每个时间频率块由一个或多个OFDM符号中时间域和频率域连续的子载波组成。为便于信道均衡和系统设计，时间频率块的时间和频率范围应该小于信道相干时间和相干带宽。

在OFDM-CDMA系统中，从减少系统最小资源分配粒度以便于系统维护的需求角度，或者从便于满足用户需求角度，分配给某个业务流的信道资源可以由多个TFB块组成。而当组成各个信道的各个TFB块之间的频率间隔超过了系统相干带宽，其各个TFB块的信道可视作经历不同的衰落，在这种系统中采用自适应调制技术，也即对于信道中各个TFB可选取不同的调制方式，在满足一定传输误码率的基础上提高系统传输效率，从而提高系统的整体性能。

交织和解交织是在通信过程尤其是在无线传输过程中，克服由于信道散射和多径衰落造成的突发错误的重要方法之一。在OFDM-CDMA系统中，特别当分配给某个业务流的信道资源由多个时间频率块(TFB)组成，并且在这种系统中采用了自适应调制技术，即各个TFB块的信道视作经历不同的衰落，选取不同的调制方式时，组成某信道的比特交织器的设计不仅需要考虑到尽可能将各比特信息位平均分配到组成该信道的所有TFB块中，也需要满足对自适应调制系统的匹配要求。

现有的交织器，包括适应各种不同系统的分组、卷积和随机交织器等，都是针对对应系统的进行交织器设计的。若直接应用到分配了多TFB块的OFDM-CDMA系统时，将存在设计复杂，不能灵活适应采用了自适应调制技术的系统，或交织深度不够等缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种适应自适应调制系统的信道交织器及方法，满足对自适应调制，特别是针对OFDM-CDMA系统的自适应调制的参数匹配要求。

按照本发明的一方面，一种适应自适应调制系统的信道交织器，包括：

信道交织器模块，对经信道编码后或未经编码的信源比特信息进行交织；

自适应调制块，对经过交织的信号完成自适应调制；

扩频和信道映射模块，对调制的信息码元进行扩频并将扩频信息映射到各TFB块；

其特征在于所述信道交织器包括块交织和列矢量交织器；

在进行列交织时，输入到列矢量交织器的序列k将按照输入序列的位置编号顺序依次以行输入为先的准则输入到列矢量交织器中，并满足下式：

m＝floor(2k/L_Vector)*L_Vector+mod(f_a*mod(k，L_Vector)，L_Vector)

其中，参数f_a表示相邻列矢量间期望的置换后的间距，

M_i(i∈{1，2，...L})为各个TFB的调制符号承载比特位信息的数目；序列m表示为经过列矢量置换后的输出比特的位置编号，L_Vector为列矢量交织器中的行的长度。

根据本发明的另一方面，提出了一种适应自适应调制系统的信道交织器，包括：

信道交织器模块，对经信道编码后或未经编码的信源比特信息进行交织；

自适应调制块，对经过交织的信号完成自适应调制；

扩频和信道映射模块，对调制的信息码元进行扩频并将扩频信息映射到各TFB块；

其特征在于所述信道交织器包括块交织和行矢量交织器；

在进行行交织时，输入到行矢量交织器的序列k将按照输入序列的位置编号顺序依次以列输入为先的准则输入到行矢量交织器中，并满足下式：

m＝floor(2k/L_Vector)*L_Vector+mod(f_a*mod(k，L_Vector)，L_Vector)

其中，参数f_a表示相邻行矢量间期望的置换后的间距，

M_i(i∈{1，2，...L})为各个TFB的调制符号承载比特位信息的数目；序列m表示为经过行矢量置换后的输出比特的位置编号，L_Vactor为行矢量交织器中的列的长度。

按照本发明的另一方面，一种适应自适应调制系统的信道交织方法，包括步骤：

信道交织器对经信道编码后或未经编码的信源比特信息进行交织；

自适应调制块对经过交织的信号完成自适应调制；

扩频和信道映射模块对调制的信息码元进行扩频并将扩频信息映射到各TFB块；

其中对经信道编码后或未经编码的信源比特信息进行交织包括：

行入列出的块交织和列矢量交织的两级交织；

将序列k按照输入序列的位置编号顺序依次以行输入为先的准则输入到列矢量交织器中，并满足下式：

m＝floor(2k/L_Vector)*L_Vector+mod(f_a*mod(k，L_Vector)，L_Vector)

其中，参数f_a表示相邻列向量间期望的置换后的间距，M_i(i∈{1，2，...L})为各个TFB的调制符号承载比特位信息的数目；序列m表示为经过列向量置换后的输出比特的位置编号，L_Vector为列矢量交织器中的行的长度。

根据本发明的另一方面，提出了一种适应自适应调制系统的信道交织方法，包括步骤：

信道交织器对经信道编码后或未经编码的信源比特信息进行交织；

自适应调制块对经过交织的信号完成自适应调制；

扩频和信道映射模块对调制的信息码元进行扩频并将扩频信息映射到各TFB块；

其中对经信道编码后或未经编码的信源比特信息进行交织包括：

列入行出的块交织和行矢量交织的两级交织；

将序列k按照输入序列的位置编号顺序依次以列输入为先的准则输入到行矢量交织器中，并满足下式：

m＝floor(2k/L_Vector)*L_Vector+mod(f_a*mod(k，L_Vector)，L_Vector)

其中，参数f_a表示相邻行矢量间期望的置换后的间距，

M_i(i∈{1，2，...L})为各个TFB的调制符号承载比特位信息的数目；序列m表示为经过行矢量置换后的输出比特的位置编号，L_Vector为行矢量交织器中的列的长度。

本发明提出的交织方法适应性强。通过参数的设置，同样可以应用于不带自适应调制的系统。组成某信道的比特交织器的设计考虑到尽可能将各比特信息位平均分配到组成该信道的时间和频率资源的能力，增加交织深度。设计简单，便于应用。

附图说明

图1是OFDM-CDMA系统中多TFB块组成信道的示意图；

图2是信道自适应调制和信道交织器模块；

图3是块交织(行入列出)的原理示意图；

图4是列向量交织的原理示意图；

图5是输入序列经过块交织和列向量交织后的各比特位置。

具体实施方式

图1所示为OFDM-CDMA系统中多时间频率块(TFB)组成信道的示意图。其中，图1(a)所示的是组成信道的各TFB块在时间轴的分布是相同的。在由N_symbol个OFDM符号组成的以OFDM子载波为基本单位构成的OFDM时频资源10中，各个TFB块12将占用N_symbolOFDM符号中的N_sub-carrier个子载波，也即每个TFB块将共占用N_symbol*N_sub-carrier个子载波。图2(b)所示的是组成信道的各TFB块在时间轴的分布是不同的，在时间轴的分布可以由系统再分配。在由N_symbol个OFDM符号组成的以OFDM子载波为基本单位构成的OFDM时频资源10中，各个TFB块12将占用n(1≤n＜N_symbol)个OFDM符号中的N_sub-carrier个子载波，也即每个TFB块将共占用n*N_sub-carrier个子载波。每个信道将占用包括TFB1、TFB2…、TFB L等L个TFB块。扩频信息将在该信道分配的时间频率资源中进行传输，且在该信道中各个TFB中传输的扩频信息的扩频因子(Spreading Factor，SF)大小是相同的。当组成各个信道的各个TFB之间的频率间隔超过了系统相干带宽，其各个TFB块的信道可视作经历不同的衰落，因此对于信道中各个TFB可选取不同的调制方式，在满足一定传输误码率的基础上提高系统传输效率。其中，当组成信道的各TFB块采用相同调制方式，可以被看作自适应调制方式下的一个特例。在这种信道分配条件下，将传输的各临近比特信息位平均分配到组成该信道的各个TFB块中，将增加分集传输性能。以下以图1(a)所示的信道的时频资源分布作为示例进行信道交织器的说明。

图2所示为信道自适应调制和信道交织器模块。其中比特交织器将用于针对各信道的比特级交织。采用自适应调制后，可按照各信道的各个TFB的信道信息，为各个TFB确定不同的调制符号。同一信道采用单一的扩频因子。经信道编码或未信道编码后的信源比特信息先经过信道交织器模块20，并适应各种调制和扩频的需求，再经由自适应调制模块22完成自适应调制，调制的信息码元经扩频和信道映射模块24完成扩频并将扩频信息映射到各TFB块。信道交织器模块20包括了块交织202和列(或行)向量交织204等两级交织处理。信道交织器20和扩频和信道映射模块24将根据各TFB块调制参数决定相应的参数。

本发明提出的列(或行)向量交织方法将主要完成对列(或行)向量的交换。输入到列(或行)向量交织器的序列k将按照输入序列的位置编号顺序依次以行(或列)输入为先的准则输入到列(或行)向量交织器中，参数f表示相邻列(或行)向量间期望的置换后的间距。序列m表示为经过列(或行)向量置换后的输出比特的位置编号。L_Vector为列(或行)向量交织器中的行(或列)的长度。

m＝floor(2k/L_Vector)*L_Vector+mod(f_a*mod(k，L_Vector)，L_Vector)    (1)

对应列(或行)向量交织方法的解交织方法是，输入到列(或行)向量解交织器的序列m将按照输入序列的位置编号顺序依次以行(或列)输入为先的准则输入到列(或行)向量交织器中，参数f_a表示相邻列(或行)向量间期望的置换后的间距。序列q表示为经过列(或行)向量置换后的输出比特的位置编号。

$q=\mathrm{floor}(m/L_{\mathrm{Vector}})*L_{\mathrm{Vector}}+\mathrm{floor}\left(\frac{\mathrm{mod}(m,L_{\mathrm{Vector}})+L_{\mathrm{Vector}}*\mathrm{floor}(p/\frac{L_{\mathrm{Vector}}}{f_a})}{f_a}\right)---\left(2\right)$

本发明提出的比特级信道交织器更进一步采用了包括块交织和列(或行)向量交织的两级交织方法。下面用实例说明采用包括块交织和列(或行)向量交织的两级交织的设计方法和算式。假定采用QAM调制方式，组成信道的TFB块的数目为L，采用的正交扩频因子SF大小为N_SF(N_SF＜64)，各TFB块调制参数用{M₁，M₂，...，M_L}表示。当采用其他的正交扩频因子SF大小，如当N_SF≥64时，可以适当调整块交织器的行或列的长度。M_i(i∈{1，2，...L})为各个TFB的调制符号承载比特位信息的数目。其中，多信道比特交织器中的第一级置换是完成初步置换，并适应各种调制和扩频的需求，第一级置换采用了块(block)交织器的方法。第二级置换列主要目的是进一步将邻近的比特尽可能置换到不同的TFB块中，提高分集效果，并提高编解码性能。第二级置换采用的是列向量置换方法。

图3所示为块交织(行入列出)的原理示意图，其中块(block)交织器的行为64/N_SF长，列为长。令块交织器的比特输入顺序为s，则对应的块交织器比特输出顺序为k。块交织器的置换(permutation)表达式见算式(3)。

$k=\frac{1}{2}\underset{i=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{M}_i*\mathrm{mod}(s,\left(\frac{64}{N_{\mathrm{SF}}}\right))+\mathrm{floor}(s/\left(\frac{64}{N_{\mathrm{SF}}}\right))$ $s=\mathrm{0,1},...,(\frac{32}{N_{\mathrm{SF}}}*\underset{i=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{M}_i-1)---\left(3\right)$

图4所示为列向量交织的原理示意图。实例表示了列向量A2＝(a2，b2，c2，…，d2)和A4＝(a4，b4，c4，…，d4)将完成彼此间置换；列向量A3＝(a3，b3，c3，…，d3)和A5＝(a5，b5，c5，…，d5)将完成彼此间置换。在参数f_a控制下，可产生其他形式的置换结果。令列向量交织器的比特输入顺序为k，则对应的列向量交织器比特输出顺序为m。采用算式(1)并用替换算式(1)中的L_Vector，列向量交织器的置换表达式见算式(4)。

$m=\mathrm{floor}(2k/\underset{i=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{M}_i)*\frac{1}{2}\underset{i=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{M}_i+\mathrm{mod}(f_a*\mathrm{mod}(k,\frac{1}{2}\underset{i=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{M}_i),\frac{1}{2}\underset{i=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{M}_i)---\left(4\right)$

算式(5)为列向量交织器的解交织表达式，算式(6)为块交织器的解交织表达式，分别对应为多信道比特交织器中的两级置换(permutation)过程的反向操作。

$q=\mathrm{floor}(2m/\underset{i=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{M}_i)*\frac{1}{2}\underset{i=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{M}_i+$

$\mathrm{floor}\left(\frac{\mathrm{mod}(m,\frac{1}{2}\underset{i=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{M}_i)+\frac{1}{2}\underset{i=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{M}_i*\mathrm{floor}(p/\frac{\underset{i=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{M}_i}{2f_a})}{f_a}\right)---\left(5\right)$

其中，行向量T表示了列向量交织器输入序列中各比特位的列位置。参数f_a表示为相邻列向量间期望的置换后的间距。选取

以将邻近的比特尽可能置换到不同的TFB块中，提高分集效果，并提高编解码性能。

$s=\frac{64}{N_{\mathrm{SF}}}*q-(\frac{32}{N_{\mathrm{SF}}}*\left(\underset{i=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{M}_i\right)-1)*\mathrm{floor}(2q/\left(\underset{i=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{M}_i\right))$ $q=\mathrm{0,1},...,(\frac{32}{N_{\mathrm{SF}}}*\underset{i=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{M}_i-1)---\left(6\right)$

实施例

OFDM-CDMA系统中采用多时间频率块(TFB)组成信道的方式有多种，对此设计的适合自适应调制的多信道交织器也可相应做参数改变。以下假定各TFB的子载波数N_symbol*N_sub-carrier为32，扩频因子N_SF的大小可以分别为1，2，4，8，16，32，每个信道由L＝5个TFB块组成，信息将映射到这5个TFB块中进行传输。采用QAM方式进行调制处理。表1表示调制符号承载比特位信息的数目。

表1.调制符号承载比特位信息的数目

调制类型	M＝{M1，M2，...，ML}
		QPSK	2
16QAM	4
		64QAM	6

则组成的块交织器的行为64/N_SF长，列为长。表2表示的是N_SF＝32时，自适应调制下各子信道传输的可能比特信息数

可分别对应为10，12，14，16，18，20，22，24，26，28，30等11种。表3表示为子信道自适应调制下各子信道传输的调制符号和比特信息数。当组成信道的5个TFB块分别采用{QPSK，QPSK，16QAM，64QAM，QPSK}，即M＝{2，2，4，6，2}，N_SF＝16，参数f＝3时，输入序列经过块交织和列向量交织后的各比特位置。

表2.N_SF＝32时，自适应调制下各子信道传输的可能比特信息数

表3.子信道自适应调制下各子信道传输的调制符号和比特信息数

Claims (8)

1.一种适应自适应调制系统的信道交织器，包括：

信道交织器模块，对经信道编码后或未经编码的信源比特信息进行交织；

自适应调制块，对经过交织的信号完成自适应调制；

扩频和信道映射模块，对调制的信息码元进行扩频并将扩频信息映射到各时间频率块TFB块；

其特征在于所述信道交织器包括块交织和列矢量交织器；

在进行列交织时，输入到列矢量交织器的序列k将按照输入序列的位置编号顺序依次以行输入为先的准则输入到列矢量交织器中，并满足下式：

m＝floor(2k/L_Vector)*L_Vector+mod(f_a*mod(k，L_Vector)，L_Vector)

其中，参数f_a表示相邻列矢量间期望的置换后的间距， 

M_i(i∈{1，2，...L})为各个TFB的调制符号承载比特位信息的数目；序列m表示为经过列矢量置换后的输出比特的位置编号，L_Vector为列矢量交织器中的行的长度。

2.一种适应自适应调制系统的信道交织器，包括：

信道交织器模块，对经信道编码后或未经编码的信源比特信息进行交织；

自适应调制块，对经过交织的信号完成自适应调制；

扩频和信道映射模块，对调制的信息码元进行扩频并将扩频信息映射到各TFB块；

其特征在于所述信道交织器包括块交织和行矢量交织器；

在进行行交织时，输入到行矢量交织器的序列k将按照输入序列的位置编号顺序依次以列输入为先的准则输入到行矢量交织器中，并满足下式： 

m＝floor(2k/L_Vector)*L_Vector+mod(f_a*mod(k，L_Vector)，L_Vector)

其中，参数f_a表示相邻行矢量间期望的置换后的间距， M_i(i∈{1，2，...L})为各个时间频率块TFB的调制符号承载比特位信息的数目；序列m表示为经过行矢量置换后的输出比特的位置编号，L_Vector为行矢量交织器中的列的长度。

3.一种适应自适应调制系统的信道交织方法，包括步骤：

信道交织器对经信道编码后或未经编码的信源比特信息进行交织；

自适应调制块对经过交织的信号完成自适应调制；

扩频和信道映射模块对调制的信息码元进行扩频并将扩频信息映射到各时间频率块TFB块；

其中对经信道编码后或未经编码的信源比特信息进行交织包括：

行入列出的块交织和列矢量交织的两级交织；

将序列k按照输入序列的位置编号顺序依次以行输入为先的准则输入到列矢量交织器中，并满足下式：

m＝floor(2k/L_Vector)*L_Vector+mod(f_a*mod(k，L_Vector)，L_Vector)

其中，参数f_a表示相邻列向量间期望的置换后的间距， M_i(i∈{1，2，...L})为各个TFB的调制符号承载比特位信息的数目，L是组成信道的TFB块的数目；序列m表示为经过列向量置换后的输出比特的位置编号，L_Vector为列矢量交织器中的行的长度。

4.一种根据权利要求3所述的信道交织方法的解交织方法，其特征在于，输入到列向量解交织器的序列m将按照输入序列的位置编号顺序依次以行输入为先的准则输入到列向量解交织器中，并满足下式： 

其中，序列q表示为经过列向量置换后的输出比特的位置编号， 

行向量T表示了列向量交织器输入序列中各比特位的列位置，N_SF是采用的正交扩频因子SF的大小。

5.根据权利要求4所述的解交织方法，其特征在于，第一级采用列向量解交织方法，第二级采用列入行出的块解交织方法。

6.一种适应自适应调制系统的信道交织方法，包括步骤：

信道交织器对经信道编码后或未经编码的信源比特信息进行交织；

自适应调制块对经过交织的信号完成自适应调制；

扩频和信道映射模块对调制的信息码元进行扩频并将扩频信息映射到各时间频率块TFB块；

其中对经信道编码后或未经编码的信源比特信息进行交织包括：

列入行出的块交织和行矢量交织的两级交织；

将序列k按照输入序列的位置编号顺序依次以列输入为先的准则输入到行矢量交织器中，并满足下式：

m＝floor(2k/L_Vector)*L_Vector+mod(f_a*mod(k，L_Vector)，L_Vector)

其中，参数f_a表示相邻行矢量间期望的置换后的间距， 

M_i(i∈{1，2，...L})为各个TFB的调制符号承载比特位信息的数目，L是组成信道的TFB块的数目；序列m表示为经过行矢量置换后的输出比特的位置编号，L_Vector为行矢量交织器中的列的长度。 

7.一种根据权利要求6所述的信道交织方法的解交织方法，其特征在于，输入到行向量解交织器的序列m将按照输入序列的位置编号顺序依次以列输入为先的准则输入到行向量解交织器中，并满足下式：

其中， 

列向量T表示了行向量交织器输入序列中各比特位的列位置，序列q表示为经过行向量置换后的输出比特的位置编号，N_SF是采用的正交扩频因子SF的大小。

8.根据权利要求7所述的解交织方法，其特征在于，第一级采用行向量解交织方法，第二级采用行入列出的块解交织方法。 

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