CN1787420A - 一种信号交织图案的生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种信号交织图案的生成方法，属于通信信号处理技术领域。它包括：根据信号序列中所有符号的地址组成的地址序列的长度L，确定最大长度移位寄存器码的阶数n，并由n限定正整数α的取值范围，然后根据这两个参数来求取交织图案，即交织后的输出信号序列中所有符号对应在交织前的输入信号序列中的地址。本发明的特点在于：对于固定的交织长度L，正整数α有多种取值，对于不同的α，利用相同的方法，可以得到不同的交织图案。

Description

一种信号交织图案的生成方法

技术领域

本发明属于通信信号处理技术领域，特别涉及一种信号交织图案的生成方法。

背景技术

随着人们对通信需求的日益增长，有限的频谱资源成为限制通信发展的一个瓶颈，如何充分利用有限的频谱资源以维持最佳的系统容量就成为了通信系统中的一个重要问题。交织多址技术正是为了解决这个问题，进一步提高频谱利用率、提高系统容量而产生的一项技术。交织多址技术是一种根据不同用户的地址码(即不同用户的交织图案)来区分用户的一种技术。

若中心站和系统中的多个用户同时进行通信，某用户i接收的中心站发射的信号中包含有中心站发射给其他用户的信号，这些信号对于用户i来说相当于干扰，当采用了交织多址技术之后，中心站首先利用各个用户的交织图案对各个用户的信号进行处理，然后将这些处理后的信号发射给各个用户，当用户i接收到中心站发射来得信号后，利用自己的交织图案对接收到的信号进行处理，从而提取出中心站发射给自己的信号，而抑制掉中心站发射给其他用户的信号，这样便有效地避免了不同用户间的干扰，从而提高了系统容量。同样，当用户向中心站发射信号时，首先利用自己的交织图案对信号进行处理，然后将处理后的信号发射给中心站，当中心站同时接收到来自不同用户发射的信号时，则利用不同用户的交织图案对接收到的信号进行处理，从而区分出不同用户的发射信号。当两个用户分别位于两个相邻小区的边缘时，这里，为了方便表达，首先给小区、各小区中心站以及各小区内的用户进行编号，两个相邻小区编号为小区1、小区2，小区1、小区2内中心站的编号分别为中心站1、中心站2，这两个用户的编号为：属于小区1的用户编号为用户1，属于小区2的用户编号为用户2。用户1接收到中心站1发射给自己的信号的同时，也接收到中心站2发射给用户2的信号，这个信号对于用户1来说相当于干扰。当各个中心站采用了交织多址技术之后，各个中心站首先利用用户的交织图案对用户的信号进行处理，然后将这些处理后的信号发射给用户，当用户1接收到中心站1发射给自己的信号，同时接收到中心站2发射给用户2的信号时，用户1利用自己的交织图案对接收到的信号进行处理，从而提取出中心站1发射给自己的信号，而抑制掉中心站2发射给用户2的信号，这样便有效地避免了不同用户间的干扰，从而提高了系统容量。对于用户2，有相同的过程。同样，当用户1用户2分别向自己的中心站发射信号时，首先利用自己的交织图案对信号进行处理，然后将处理后的信号发射给各自的中心站，当中心站1接收到用户1发射给自己的信号的同时，也接收到用户2发射给中心站2的信号，中心站1利用用户1的交织图案对接收到的信号进行处理，从而区分出用户1的发射信号，抑制掉用户2发射给中心站2的信号。对于中心站2则有相同的过程。而交织多址技术的一个关键问题是用户交织图案的生成。

交织的功能，从本质上说，就是按照某种影射关系交换输入信号序列中各个符号的位置，得到相应得输出信号序列，而这个输入信号序列中各个符号对应在输出信号序列中的位置，即输入信号序列中各个符号对应在输出信号序列中的地址组成的地址序列就是交织图案。在交织多址技术中，由于不同用户的交织图案不同，为此，必须设计一种灵活简便的交织方法，对于一定的交织长度L，可以生成多个不同的交织图案。这里，交织长度L指的是输入信号序列的长度，也是输入信号序列中所有符号的地址组成的地址序列的长度。

现有的交织图案的生成方法主要有行列式分组交织、螺旋式分组交织、卷积交织、随机交织等，各方法的内容及特点分别说明如下：

1、行列式分组交织，其实现方法如图1所示，包括以下步骤：

步骤(1)：首先开辟一个大于等于输入信号序列的长度L(该输入信号序列中所有符号的地址组成的地址序列的长度，即交织长度)的矩形存储空间(即图1(a)中的3行4列的矩形存储空间)；

步骤(2)：将输入信号序列中的所有符号以行方向写入(即图1(b)中按1-12顺序将输入信号序列中的所有符号写入矩形存储空间)；

步骤(3)：进行行列交换(即图1(c)中将原1、2、3、4列的符号交换到4、3、1、2列)；

步骤(4)：将所有符号以列方向读出(即将图1(c)中所有符号以列的顺序读出，得到图1(d)，其顺序为行的顺序)；

步骤(5)：根据输入信号序列各符号在输出信号序列中的位置得到交织图案，该交织图案即输出信号序列中各符号对应在输入信号序列中的地址组成地址序列。(即为：371148122610159)。

从行列式分组交织的实现步骤可以看出，该交织方法也具有一定的灵活性，对于相同的交织长度，只要改变矩形存储空间的行数和列数，或者在步骤(3)交换不同的行或列，就可以得到不同的交织图案。但是，如果利用修改矩形存储空间的行数和列数来得到不同的交织图案，则必须修改硬件结构才能实现；如果利用在步骤(3)中交换不同的行或列来得到不同的交织图案，则对应不同的算法，需要确定每种交织图案所对应的算法，因此其灵活性不够高。

2、螺旋式分组交织，其实现方法如图2所示，包括以下步骤：

步骤(1)：首先开辟一个大于等于输入信号序列的长度L(该输入信号序列中所有符号的地址组成的地址序列的长度，即交织长度)的矩形存储空间(即图2(a)中的3行4列的矩形存储空间)；

步骤(2)：将输入信号序列中的所有符号以行方向写入(即图2(b)中按1-12顺序将输入信号序列中的所有符号写入矩形存储空间)；

步骤(3)：进行行列交换(即图2(c)中将原1、2、3、4列的符号交换到4、3、1、2列)；

步骤(4)：将信号序列以对角线方向读出(即将图2(c)中所有符号以对角线的顺序读出，得到图2(d)，其顺序为行的顺序)；

步骤(5)：根据输入信号序列各符号在输出信号序列中的位置得到交织图案，该交织图案即输出信号序列中各符号对应在输入信号序列中的地址组成地址序列。(即为：125469381071211)。

从螺旋或分组交织的实现步骤可以看出，该交织方法也具有一定的灵活性，对于相同的交织长度，只要改变矩形存储空间的行数和列数，或者在步骤(3)交换不同的行或列，就可以得到不同的交织图案。但是，如果利用修改矩形存储空间的行数和列数来得到不同的交织图案，则必须修改硬件结构才能实现；如果利用在步骤(3)中交换不同的行或列来得到不同的交织图案，则对应不同的算法，需要确定每种交织图案所对应的算法，因此其灵活性不够高。

3、卷积交织，其实现方法如图3所示，包括以下步骤：

步骤(1)：确定输入信号序列被分成的支路数B，确定各支路的延时符号周期，其中第一条支路没有延时，第二条支路延时M个符号周期，第三条支路延时2M个符号周期，……，第B条支路延时(B-1)M个符号周期；

步骤(2)：将输入信号序列各个符号按顺序分别进入B条支路，同时按输入端的节拍分别同步输出对应支路经延迟的符号。

步骤(3)：根据输入信号序列各符号在输出信号序列中的位置得到交织图案，该交织图案即输出信号序列中各符号对应在输入信号序列中的地址组成地址序列。

从卷积交织的实现步骤可以看出，该交织方法同样具有一定的灵活性，对于相同的交织长度，只要改变支路数B和各条支路的延时周期，就可以得到不同的交织图案，但是，必须改变硬件结构才能实现，因此灵活性不够高。

4、随机交织，其交织图案生成的实现方法如图4所示，包括以下步骤：

步骤(1)：首先开辟一个大于等于输入信号序列的长度L(该输入信号序列中所有符号的地址组成的地址序列的长度，即交织长度)的存储空间；

步骤(2)：将待交织的信号序列的各个符号顺序写入这个存储空间；

步骤(3)：根据交织长度L确定最大长度移位寄存器码的阶数m及其本原多项式，其中L和m的关系为L＝2^m-1，每阶对应一个移位寄存器；

步骤(4)：将这个m阶的最大长度移位寄存器码的m个移位寄存器的值初始化为用二进制数据0或1，并且这m个移位寄存器中的值不能同时为0；

步骤(5)：利用这个m阶的最大长度移位寄存器码的本原多项式确定它的m个移位寄存器的高低位关系，并且确定哪些移位寄存器的值用来做模二和；

步骤(6)：读取这m个移位寄存器中的值，并根据这m个移位寄存器的高低位关系计算其对应的数值；

步骤(7)：读取以步骤(6)中得到的根据这m个移位寄存器的高低位关系计算其对应的数值为地址的存储空间中的符号；

步骤(8)：根据步骤(4)中所确定的用来做模二和的移位寄存器中的值计算模二和，将高位的移位寄存器中的值用其相邻的低位移位寄存器中的值代替，将最低位的移位寄存器的值用计算到的模二和代替；

步骤(9)：判断是否信号序列中所有符号都以读出(即循环执行步骤(6)到步骤(8)达到L次)，如果都以读出，则执行步骤(10)；否则，循环步骤(6)到步骤(8)；

步骤(10)：根据输入信号序列各符号在输出信号序列中的位置得到交织图案，该交织图案即输出信号序列中各符号对应在输入信号序列中的地址组成地址序列。

从随机交织的实现步骤可以看出，它是利用最大长度移位寄存器码本身作为交后地址，从而组成交织图案的。因此，一旦交织长度L固定，其对应的最大长度移位寄存器码的阶数n及其本原多项式也就固定，这样交织图案也就固定，缺乏灵活性，不能满足交织多址的需求。

上述这些交织方法都是针对信道交织或者编码的内交织而设计的，灵活性不够高，不能满足交织多址技术的需求。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提供一种新的信号交织图案的生成方法，对于由交织长度L限定的正整数α，取值不同，利用相同的操作步骤，就可以得到不同的交织图案，具有灵活简便的特点，以满足交织多址技术的需求。

本发明提供了一种信号交织图案的生成方法，其特征在于，它依次含有以下各步骤：

步骤(1)：根据信号序列中所有符号的地址组或的地址序列的长度L(即交织长度)，确定最大长度移位寄存器码的阶数n，其中n为满足2ⁿ≥L的最小正整数；

步骤(2)：任取一个正整数α，α≤L，并将其值赋给变量s，即s＝α；

步骤(3)：选取交织前的地址j＝0；

步骤(4)：将s-1的值赋给变量t，即t＝s-1；

步骤(5)：判断t的值是否比L小，如果比L小，则将t的值作为当前交织前地址为j的交织后的地址，并更新当前交织前地址为地址j+1，即j＝j+1；否则，直接执行步骤(6)；

步骤(6)：判断s的值以二进制的形式右移n-1位后的值是否为1，若为1，则将s更新为原s的值以二进制的形式左移1位后的值与n阶最大长度移位寄存器码的本原多项式系数的模二和；若为0，则将s更新为原s的值以二进制的形式左移1位后的值；

步骤(7)：判断是否原地址序列中的所有地址交织后的地址都已求得(即循环执行步骤(4)到(7)达到2ⁿ次)，如果都已求得，则执行步骤(8)，否则，循环执行步骤(4)到(7)；

步骤(8)：根据得到的所有交织后的地址输出交织图案。

上述地址均指的是地址在地址序列中的位置编号，其值都是一个相对值，即相对于第一个符号的位置，第一个符号的地址编号为0，后面的所有其他符号的编号为按符号的先后顺序依次增加1。可以根据需要同时增加或减小一个同样大小的数来得到其绝对的地址值。

本发明的特点及效果：

本发明方法中，对于固定的L，正整数α取值范围为α≤L，对于这个范围内不同的α，利用相同的方法，可以得到不同的交织图案。因此对于一定的交织长度L，当需要改变交织图案时，只需要修改正整数α的取值，就可灵活、方便、快捷得到新的交织图案。不仅不需要改变硬件结构，而且算法复杂度低，没有复杂的乘除运算。

本发明可以作为通信系统中编码器的内交织方法，也可以作为信道交织方法，还可以作为通信系统中为区分不同用户而采用的交织多址技术中的不同用户的地址码(即不同用户的交织图案)的生成方法。

附图说明

图1为已有的行列式分组交织示意图；

图2为已有的螺旋式分组交织示意图；

图3为已有的卷积交织示意图；

图4为已有的随机交织示意图；

图5为本发明交织图案生成方法的流程图；

具体实施方式

下面将结合附图详细说明本发明的几个具体实施例。

本发明的信号交织图案的生成方法，其流程如图1所示，它依次包含以下各步骤：

步骤(1)：根据信号序列中所有符号的地址组成的地址序列的长度L(即交织长度)，确定最大长度移位寄存器码的阶数n，其中n为满足2ⁿ≥L的最小正整数；

步骤(2)：任取一个正整数α，α≤L，并将其值赋给变量s，即s＝α；

步骤(3)：选取交织前的地址j＝0；

步骤(4)：将s-1的值赋给变量t，即t＝s-1；

步骤(5)：判断t的值是否比L小，如果比L小，则将t的值作为当前交织前地址为j的交织后的地址，并更新当前交织前地址为地址j+1，即j＝j+1；否则，直接执行步骤(6)；

步骤(6)：判断s的值以二进制的形式右移n-1位后的值是否为1，若为1，则将s更新为原s的值以二进制的形式左移1位后的值与n阶最大长度移位寄存器码的本原多项式系数的模二和；若为0，则将s更新为原s的值以二进制的形式左移1位后的值；

步骤(7)：判断是否原地址序列中的所有地址交织后的地址都已求得(即循环执行步骤(ハ到(7)达到2ⁿ次)，如果都已求得，则执行步骤(8)，否则，循环执行步骤(4)到(7)；

步骤(8)：根据得到的所有交织后的地址输出交织图案。

这里，地址均指的是地址在地址序列中的位置编号，其值都是一个相对值，即相对于第一个符号的位置，第一个符号的地址编号为0，后面的所有其他符号的编号为按符号的先后顺序依次增加1。可以根据需要同时增加或减小一个同样大小的数来得到其绝对的地址值。

实施例1：本实施例为对交织长度L＝27的信号地址序列进行交织图案的生成，设定交织前的信号地址序列是按1-27的顺序排列，其交织图案的产生包括以下步骤：

步骤(1)：根据交织长度L，确定最大长度移位寄存器码的阶数n，由于n为满足2ⁿ≥L的最小正整数，则n＝5；

步骤(2)：取正整数α＝6，并将其值赋给变量s，即s＝6；

步骤(3)：选取交织前地址j＝0；

步骤(4)：将s-1的值5赋给变量t，即t＝5；

步骤(5)：由于t的值5比27小，则将5作为交织前地址为j＝0的交织后的地址，更新待求取其交织后地址的交织前的地址j为j+1，即j＝1；

步骤(6)：由于s的值6以二进制的形式右移4位后的值为0，因此将s更新为原s的值6以二进制的形式左移1位后的值12，即s＝12；

步骤(7)：此时，待求取其交织后地址的交织前的地址为j＝1。将s-1的值11赋给变量t，即t＝11；

步骤(8)：由于t的值11比27小，则将11作为交织前地址为j＝1的交织后的地址，更新待求取其交织后地址的交织前的地址j为j+1，即j＝2；

步骤(9)：由于s的值12以二进制的形式右移4位后的值为0，因此将s更新为原s的值12以二进制的形式左移1位后的值24，即s＝24；

步骤(10)：此时，待求取其交织后地址的交织前的地址为j＝2。将s-1的值23赋给变量t，即t＝23；

步骤(11)：由于t的值23比27小，则将23作为交织前地址为j＝2的交织后的地址，更新待求取其交织后地址的交织前的地址j为j+1，即j＝3；

步骤(12)：由于s的值24以二进制的形式右移4位后的值为1，因此将s更新为原s的值24以二进制的形式左移1位后的值48与n＝5阶最大长度移位寄存器码的本原多项式系数37(十进制表示时)的模二和21，即s＝21；

步骤(13)：此时，待求取其交织后地址的交织前的地址为j＝3。将s-1的值20赋给变量t，即t＝20；

步骤(14)：由于t的值20比27小，则将20作为交织前地址为j＝3的交织后的地址，更新待求取其交织后地址的交织前的地址j为j+1，即j＝4；

步骤(15)：由于s的值21以二进制的形式右移4位后的值为1，因此将s更新为原s的值21以二进制的形式左移1位后的值42与n＝5阶最大长度移位寄存器码的本原多项式系数37(十进制表示时)的模二和15，即s＝15；

步骤(16)：此时，待求取其交织后地址的交织前的地址为j＝4。将s-1的值14赋给变量t，即t＝14；

步骤(17)：由于t的值14比27小，则将14作为交织前地址为j＝4的交织后的地址，更新待求取其交织后地址的交织前的地址j为j+1，即j＝5；

步骤(18)：由于s的值15以二进制的形式右移4位后的值为0，因此将s更新为原s的值15以二进制的形式左移1位后的值30，s＝30；

步骤(19)：此时，待求取其交织后地址的交织前的地址为j＝5。将s-1的值29赋给变量t，即t＝29；

步骤(20)：由于t的值29比27大，此时，直接更新s的值。由于s的值30以二进制的形式右移4位后的值为1，因此将s更新为原s的值30以二进制的形式左移1位后的值60与n＝5阶最大长度移位寄存器码的本原多项式系数37(十进制表示时)的模二和25，即s＝5；

步骤(21)：此时，待求取其交织后地址的交织前的地址依然为j＝5。

按照和上面一样的操作步骤求取剩下的交织前的地址对应的交织后地址，根据得到的所有交织后的地址输出交织图案。

表1给出了L＝27，n＝5，α＝6时的交织图案。其中“序号”为交织图案中各个地址的输出顺序编号。

                         表1：L＝27，n＝5，α＝6

序号	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
															交织图案	5	11	23	20	14	24	22	10	21	8	17	0	1	3

序号	15	26	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26	27
															交织图案	7	15	4	9	19	12	25	16	6	13	26	18	2

实施例2：本实施例同样为对交织长度L＝27的信号地址序列进行交织图案的生成，设定交织前的信号地址序列是按1-27的顺序排列，则交织图案的产生包括以下步骤：

步骤(1)：根据交织长度L＝27，确定最大长度移位寄存器码的阶数n，由于n为满足2ⁿ≥L的最小正整数，则n＝5；

步骤(2)：取正整数α＝18，并将其值赋给变量s，即s＝18；

步骤(3)：选取交织前地址j＝0；

步骤(4)：将s-1的值17赋给变量t，即t＝17；

步骤(5)：由于t的值17比27小，则将17作为交织前地址为j＝0的交织后的地址，更新待求取其交织后地址的交织前的地址j为j+1，即j＝1；

步骤(6)：由于s的值18以二进制的形式右移4位后的值为1，因此将s更新为原s的值18以二进制的形式左移1位后的值36与n＝5阶最大长度移位寄存器码的本原多项式系数37(十进制表示时)的模二和1，即s＝1；

步骤(7)：此时，待求取其交织后地址的交织前的地址为j＝1。将s-1的值0赋给变量t，即t＝0；

步骤(8)：由于t的值0比27小，则将0作为交织前地址为j＝1的交织后的地址，更新待求取其交织后地址的交织前的地址j为j+1，即j＝2；

步骤(9)：由于s的值1以二进制的形式右移4位后的值为0，因此将s更新为原s的值1以二进制的形式左移1位后的值2，即s＝2；

步骤(10)：此时，待求取其交织后地址的交织前的地址为j＝2。将s-1的值1赋给变量t，即t＝1；

步骤(11)：由于t的值1比27小，则将1作为交织前地址为j＝2的交织后的地址，更新待求取其交织后地址的交织前的地址j为j+1，即j＝3；

步骤(12)：由于s的值2以二进制的形式右移4位后的值为0，因此将s更新为原s的值2以二进制的形式左移1位后的值4，即s＝4；

步骤(13)：此时，待求取其交织后地址的交织前的地址为j＝3。将s-1的值3赋给变量t，即t＝3；

步骤(14)：由于t的值3比27小，则将3作为交织前地址为j＝3的交织后的地址，更新待求取其交织后地址的交织前的地址j为j+1，即j＝4；

步骤(15)：由于s的值4以二进制的形式右移4位后的值为0，因此将s更新为原s的值4以二进制的形式左移1位后的值8，即s＝8；

步骤(16)：此时，待求取其交织后地址的交织前的地址为j＝4。将s-1的值7赋给变量t，即t＝7；

步骤(17)：由于t的值7比27小，则将7作为交织前地址为j＝4的交织后的地址，更新待求取其交织后地址的交织前的地址j为j+1，即j＝5；

步骤(18)：由于s的值8以二进制的形式右移4位后的值为0，因此将s更新为原s的值8以二进制的形式左移1位后的值16，s＝16；

步骤(19)：此时，待求取其交织后地址的交织前的地址为j＝5。将s-1的值15赋给变量t，即t＝15；

步骤(20)：由于t的值15比27小，则将15作为交织前地址为j＝5的交织后的地址，更新待求取其交织后地址的交织前的地址j为j+1，即j＝6；

步骤(21)：由于s的值16以二进制的形式右移4位后的值为1，因此将s更新为原s的值16以二进制的形式左移1位后的值32与n＝5阶最大长度移位寄存器码的本原多项式系数37(十进制表示时)的模二和5，即s＝5；

步骤(21)：此时，待求取其交织后地址的交织前的地址为j＝6。

按照和上面一样的操作步骤求取剩下的交织前的地址对应的交织后地址，根据得到的所有交织后的地址输出交织图案。

表2给出了L＝27，n＝5，α＝18时的交织图案。其中“序号”为交织图案中各个地址的输出顺序编号。

                      表2：L＝27，n＝5，α＝18

序号	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
															交织图案	17	0	1	3	7	15	4	9	19	12	25	16	6	13
序号	15	26	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26	27
															交织图案	26	18	2	5	11	23	20	14	24	22	10	21	8

由表1、表2可以看出本发明所提出的交织图案的生成方法的特点，对于相同的交织长度L，利用同一种生成交织图案的方法，只要正整数α的取值不同，就可以生成不同的交织图案。因此对于固定的交织长度L，当需要改变交织图案时，只需要修改正整数α的取值，就可灵活、方便、快捷得到新的交织图案。

上述两个实施例只是用于具体说明本发明的交织生成方法，其中的具体数据只是为方便说明而随意设置的，不能用以限定本发明的保护范围，即只要按本权利要求所述的步骤实施，其中数据的任意变化均应属于本发明的保护范畴。

Claims (1)

1、一种信号交织图案的生成方法，其特征在于，它依次包含以下各步骤：

步骤(1)：根据信号序列中所有符号的地址组成的地址序列的长度L，确定最大长度移位寄存器码的阶数n，其中n为满足2ⁿ≥L的最小正整数；

步骤(2)：取-个正整数α，α≤L，并将其值赋给变量s，即s＝α；

步骤(3)：选取交织前的地址j＝0；

步骤(4)：将s-1的值赋给变量t，即t＝s-1；

步骤(5)：判断t的值是否比L小，如果比L小，则将t的值作为当前交织前地址为j的交织后的地址，并更新当前交织前地址为地址j+1，即j＝j+1；否则，直接执行步骤(6)；

步骤(6)：判断s的值以二进制的形式右移n-1位后的值是否为1，若为1，则将s更新为原s的值以二进制的形式左移1位后的值与n阶最大长度移位寄存器码的本原多项式系数的模二和；若为0，则将s更新为原s的值以二进制的形式左移1位后的值；

步骤(7)：判断是否原地址序列中的所有地址交织后的地址都已求得(即循环执行步骤(4)到(7)达到2ⁿ次)，如果都已求得，则执行步骤(8)，否则，循环执行步骤(4)到(7)；

步骤(8)：根据得到的所有交织后的地址输出交织图案。

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