專利名稱：一種turbo碼的塊交織及HARQ包生成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字通信系統(tǒng)，特別是涉及一種數(shù)字通信系統(tǒng)的信道編碼。
背景技術(shù)：
數(shù)字通信系統(tǒng)通常發(fā)射端通常包括信源、信源編碼器、信道編碼器和調(diào)制器等部分，接收端通常包括解調(diào)器、信道譯碼器、信源譯碼器和信宿，如圖1所示。信道編碼器用于給信息比特按照一定的規(guī)則引入冗余信息以便接收端信道譯碼器能夠在一定程度上糾正信息在信道上傳輸時發(fā)生的誤碼。本發(fā)明對信道編碼器的速率匹配的方法進行了改進。
信道編碼器編碼時通常將信息比特分成一定長度的編碼塊進行編碼，通常編碼塊越大糾錯性能越好，但是代價是編譯碼復雜度的增加和譯碼延遲時間的增加。所以在設(shè)計信道編碼器時必須對最大編碼塊的大小做一個限制。通常信源編碼器輸出數(shù)據(jù)塊(在后文中稱為突發(fā)，在無線通信協(xié)議棧中通常是從高層送入物理層的數(shù)據(jù)塊)比較大，在進入信道編碼器時必須按照最大編碼塊大小劃分。突發(fā)的大小通常滿足一定的粒度要求，系統(tǒng)在分配突發(fā)的大小通常是物理資源塊承載信息比特長度的整數(shù)倍。在編碼塊分割的時候?qū)⒆屆總€編碼塊的信息長度都是物理資源塊承載信息比特長度的整數(shù)倍，最后每個編碼塊將映射到整數(shù)個完整的物理資源塊中。但是突發(fā)的大小通常不是最大編碼塊大小的整數(shù)倍。我們通常對將突發(fā)分割成編碼塊設(shè)置一定的規(guī)則，是分割產(chǎn)生的最小編碼塊不至于太小，因為小的編碼塊性能比較差，將嚴重影響整個突發(fā)的性能。
在通常的數(shù)字通信系統(tǒng)中，當設(shè)計編碼調(diào)制方案的時候，通常設(shè)置不同階數(shù)的調(diào)制方式(如QPSK、16QAM和64QAM等)和不同的碼(如卷積碼、卷積Turbo碼等)，每種碼通常有不同的碼率(Rate，如1/2、2/3、3/4和5/6等)。系統(tǒng)調(diào)度的時候按照信道質(zhì)量和業(yè)務(wù)需求對每個突發(fā)安排一種特定的編碼調(diào)制方式。為了取得更好的鏈路適配的效果，每種碼在變換碼率的時候最好能做到比較小的粒度。如果就用間距較大的幾個碼率，如1/2、2/3、3/4和5/6等，那么其鏈路適配的粒度是比較粗糙的。
對于數(shù)字通信系統(tǒng)中常用的turbo碼來說，其碼率提高是通過對低碼率的母碼進行刪余(puncture)來得到更高碼率的編碼，我們也將這種方法歸納為速率匹配(Rate Matching，或RM)。但是對于3GPP的turbo碼來說，系統(tǒng)就必須支持各種可能碼率。
本發(fā)明提出的循環(huán)緩沖速率匹配輸入和Re1-6速率匹配輸入相同，其中包括Turbo編碼產(chǎn)生的比特流的，輸出碼率為1/3turbo編碼分為三個數(shù)據(jù)流，對應(yīng)系統(tǒng)比特流和兩個奇偶校驗的比特流。兩個分量卷積編碼的每一個產(chǎn)生一個校驗比特流，12個尾比特均勻地分布在三個數(shù)據(jù)流上。K比特信息送到turbo編碼，產(chǎn)生三個數(shù)據(jù)流的長度都是K’＝K+4。
循環(huán)緩沖速率匹配作為3GPP Re1-6速率匹配算法的替代，基于循環(huán)緩沖區(qū)的速率匹配(circular buffer rate matching，CB RM)提供一個生成具有好的性能刪余圖樣的簡單的方法，如圖2所示。在循環(huán)緩沖速率匹配方法中，每個數(shù)據(jù)流將被各自的分塊交織器重新排列，被稱為塊內(nèi)交織(sub-blockinterleaver)。然后，在單一輸出緩沖器中，將重排后的系統(tǒng)比特放在開始位置，隨后交錯地放置兩個重排的校驗比特數(shù)據(jù)流，被稱為塊間交織。對于期望的碼率，可以選擇Ndata個編碼比特，作為速率匹配的輸入；循環(huán)緩沖速率匹配的比特選擇從緩沖器的開始點讀出前面的Ndata個比特，被稱為比特選擇?？偟膩碚f，被選擇用于傳輸?shù)谋忍乜梢詮木彌_器的任何一個點開始被讀出來。如果到達緩沖器的末尾，可以繞到緩沖器的開始位置繼續(xù)讀數(shù)據(jù)。所以，通過使用簡單的方法可以實現(xiàn)刪余和重復。對于HARQ操作，循環(huán)緩沖器具有靈活性和顆粒度的優(yōu)勢。
冗余版本(Xrv)對于HARQ操作，在循環(huán)緩沖RM中簡單定義不同的起點可以指定不同的冗余版本(Xrv)。所以，對于基于IR的HARQ，使用循環(huán)緩沖RM可以使得正交重傳變得容易。
系統(tǒng)比特刪余(systematic bits puncturing)總的來說，對于基于CB的信道編碼，當選擇最初的冗余版本，可以認為從系統(tǒng)比特部分的起始位置開始讀出數(shù)據(jù)的。這就是說，這將意味對于任何碼率所有的系統(tǒng)比特將被選擇用于傳輸。換句話，僅僅對校驗比特進行刪余。但是，刪除某些系統(tǒng)比特可以使得基于CB的操作更加靈活，還可以改善高碼率時候turbo碼的性能。也就是，系統(tǒng)比特刪余(systematic bitspuncturing)可以應(yīng)用到循環(huán)緩沖速率匹配(circular buffer ratematching)，如圖3所示。Skip是指在第一次傳輸中跳過一部份系統(tǒng)比特(一般系統(tǒng)比特的5％)，即這部分系統(tǒng)比特不傳。
塊內(nèi)交織器塊內(nèi)交織器可以是基于比特翻轉(zhuǎn)順序(bit-reversal ordering，BRO)的行列交織器，它可以使刪余(puncturing)可以更加均勻以得到所需要的碼率。系統(tǒng)比特，第一個分量碼產(chǎn)生的校驗比特和第二個分量碼產(chǎn)生的校驗比特將使用等同的交織器。具體交織步驟如下
1、計算M，而M將決定行列交織器的列大小，如2M。
2、計算J，如 而J將決定行列交織器的行大小。
3、把這個需要交織的序列由左向右從上到下地寫入一個J×2M的矩陣中。
4、重新排列矩陣的列數(shù)，設(shè)原來第h列(h＝0，1，…，2m-1)重新排列后變成第BROm(h)行，其中BROm(h)表示h經(jīng)過比特翻轉(zhuǎn)之后的數(shù)。
5、把重新排列的數(shù)按照從從左到右上到小讀出其中符號。
實際上，上述的交織過程可以用下面的公式來表示 在這里，j＝0，1，…，K’-1和BROM(k)是輸入k的M比特形式的比特翻轉(zhuǎn)函數(shù)。如果∏B(j)大于K，它將被跳過。
在3GPP E-UTRA標準或者LTE(Long term evolution)中，循環(huán)緩沖速率匹配(CB RM)算法很可能被使用。研究表明m對性能的影響并不明顯，選擇固定的m值可以比較明顯地簡化硬件。通過研究，m取5比較合適，長度為32的BRO將作為列置換。系統(tǒng)比特流，第一奇偶校驗比特流和第二奇偶校驗比特流一般使用等同的分塊交織器。
低碼率下，三個流使用等同的分塊交織器的循環(huán)緩沖速率匹配的算法性能較好。但在高碼率下結(jié)合系統(tǒng)比特刪余時性能較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種基于循環(huán)緩沖的turbo碼的塊交織及HARQ包生成方法，通過動態(tài)選取第二奇偶校驗比特流的偏移距離，能夠很大改進信道編碼循環(huán)緩沖速率匹配的算法性能。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種turbo碼的塊交織方法，其特征在于將信息分組送到1/3碼率turbo碼編碼器，產(chǎn)生一個系統(tǒng)比特流和第一、第二奇偶校驗的比特流，其中，系統(tǒng)比特流和第一奇偶校驗比特流將使用等同的長度為2M的基于比特翻轉(zhuǎn)順序BRO將作為列置換函數(shù)的分塊交織器，分塊交織器的偏移δ均為零；第二奇偶校驗比特流的分塊交織器的偏移δ并不總是等于零，即在選取第二奇偶校驗比特的δ值時1)、如果實際碼率R≤碼率門限R0，例如R0＝0.8，則偏移δ等于0或不采用任何偏移；2)、如果實際碼率R＞碼率門限R0，則根據(jù)碼長k來選擇不等于0的偏移值δ。
進一步，碼率門限R0＝0.8或4/5，此時，在上述步驟2)中，當碼長k＝1792和2112時，δ＝3；當k不等于1792和2112時，δ＝1。
進一步，碼率門限R0＝5/6。
進一步，所述系統(tǒng)比特流和第一校驗比特流的分塊交織器為∏sys(j)＝2M.(jmodJ)+BROM(j/J)，第二校驗比特流的分塊交織器為∏P1(j)＝(∏sys(j)+δ)％K′，其中，K’＝K+4，j是輸入分塊交織器的順序，M的最佳取值為5。
本發(fā)明還提供一種基于循環(huán)緩沖的turbo碼HARQ包生成方法，所述方法包括1)、信息分組送到1/3碼率turbo碼編碼器，產(chǎn)生一個系統(tǒng)比特流和第一、第二奇偶校驗的比特流；2)、每個數(shù)據(jù)流將被各自的分塊交織器重新排列，進行分塊交織系統(tǒng)比特流和第一奇偶校驗比特流將使用等同的長度為2M的基于比特翻轉(zhuǎn)順序BRO將作為列置換函數(shù)的分塊交織器，分塊交織器的偏移δ均為零；第二奇偶校驗比特流的分塊交織器的偏移δ并不總是等于零，即在選取第二奇偶校驗比特的δ值時a)、如果實際碼率R≤碼率門限R0，則偏移δ等于0或不采用任何偏移；b)、如果實際碼率R＞碼率門限R0，則根據(jù)碼長k來選擇不等于0的偏移值δ；3)、在單一輸出緩沖器中，將重排后的系統(tǒng)比特放在開始位置，隨后交錯地放置兩個重排的校驗比特數(shù)據(jù)流，進行塊間交織；4)、對于期望的碼率，選擇Ndata個編碼比特，構(gòu)成一個碼率為Ndata/K傳輸包作為速率匹配的輸入。
進一步，碼率門限R0＝0.8或4/5，此時，在上述步驟2)的b)中，當碼長k＝1792和2112時，δ＝3；當k不等于1792和2112時，δ＝1。
進一步，碼率門限R0＝5/6。
進一步，所述系統(tǒng)比特流和第一校驗比特流的分塊交織器為∏sys(j)＝2M.(jmodJ)+BROM(j/J)，第二校驗比特流的分塊交織器為∏P1(j)＝(∏sys(j)+δ)％K′，其中，K’＝K+4，j是輸入分決交織器的順序，M的最佳取值為5。
本發(fā)明通過動態(tài)選取第二奇偶校驗比特流的偏移距離，在低碼率下，δ等于0時，循環(huán)緩沖速率匹配的算法性能較好；在高碼率下δ采取非0值的性能較好。因此，本發(fā)明采用的方法兼顧了高碼率和低碼率的性能，使得Turbo編譯碼的性能最優(yōu)，能夠很大改進信道編碼循環(huán)緩沖速率匹配的算法性能。


圖1是數(shù)字通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是循環(huán)緩沖速率匹配的結(jié)構(gòu)；圖3具有系統(tǒng)比特刪余的循環(huán)緩沖速率匹配。
具體實施例方式
為便于深刻理解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
請一并參考圖1至圖3。
本發(fā)明提供一種基于循環(huán)緩沖的turbo碼HARQ包生成方法。
1)、信息分組送到1/3碼率turbo碼編碼器，產(chǎn)生一個系統(tǒng)比特流和第一、第二奇偶校驗的比特流。兩個分量卷積編碼中每一個都將產(chǎn)生一個校驗比特流，12個尾比特均勻地分布在三個數(shù)據(jù)流上。K比特信息送到turbo編碼，產(chǎn)生三個數(shù)據(jù)流的長度都是K’＝K+4。
2)、每個數(shù)據(jù)流將被各自的分塊交織器重新排列，進行分塊交織。
系統(tǒng)比特流和第一奇偶校驗比特流將使用等同的長度為2M的BRO將作為列置換函數(shù)的分塊交織器，分塊交織器的偏移都是δ＝0。第二奇偶校驗比特流的分塊交織器的偏移δ并不總是等于0。該過程詳述如下系統(tǒng)比特流的分塊交織器為∏sys(j)＝2M.(jmodJ)+BROM(j/J)在這里，M取值為5，K長度可以根據(jù)碼塊長度取任意正整數(shù)，j是輸入分塊交織器的順序，j＝0，1，…，K’-1和BROM(k)是輸入k的M比特形式的比特翻轉(zhuǎn)函數(shù)。如果∏B(j)大于K，它將被跳過。上述公式表示，交織前第j位置的數(shù)據(jù)映射到交織后第∏sys(j)位置上。
第一奇偶校驗比特流的分塊交織器為
∏1(j)＝∏sys(j) j＝0，1，…，K’-1第二奇偶校驗比特流的具有偏移的分塊交織器為∏P1(j)＝(∏sys(j)+δ)％K′ j＝0，1，…，K’-1a)如果實際碼率R≤碼率門限R0，如R0＝0.8，偏移δ等于0或不采用任何偏移。
b)如果實際碼率R＞碼率門限R0，如R0＝0.8，當k＝1792和2112時候，δ＝3。
當k不等于1792和2112時候，δ＝1。
3)、在單一輸出緩沖器中，將重排后的系統(tǒng)比特放在開始位置，隨后交錯地放置兩個重排的校驗比特數(shù)據(jù)流，進行塊間交織。
4)、對于期望的碼率，選擇3K＞Ndata＞K個編碼比特，作為速率匹配的輸入；循環(huán)緩沖速率匹配的比特選擇從緩沖器的開始點讀出前面的Ndata個比特，被稱為比特選擇。輸入的Ndata構(gòu)成一個碼率為Ndata/K傳輸包?？偟膩碚f，被選擇用于傳輸?shù)谋忍乜梢詮木彌_器的任何一個點開始被讀出來。如果到達緩沖器的末尾，可以繞到緩沖器的開始位置繼續(xù)讀數(shù)據(jù)。所以，通過使用簡單的方法可以實現(xiàn)刪余和重復。
本發(fā)明還提供一種turbo碼的塊交織方法，其特征在于將信息分組送到1/3碼率turbo碼編碼器，產(chǎn)生一個系統(tǒng)比特流和第一、第二奇偶校驗的比特流，兩個分量卷積編碼中每一個都將產(chǎn)生一個校驗比特流，12個尾比特均勻地分布在三個數(shù)據(jù)流上。K比特信息送到turbo編碼，產(chǎn)生三個數(shù)據(jù)流的長度都是K’＝K+4。其中，系統(tǒng)比特流和第一奇偶校驗比特流將使用等同的長度為2M的基于比特翻轉(zhuǎn)順序BRO將作為列置換函數(shù)的分塊交織器，分塊交織器的偏移δ均為零；第二奇偶校驗比特流的分塊交織器的偏移δ并不總是等于零，即在選取第二奇偶校驗比特的δ值時
1)、如果實際碼率R≤碼率門限R0，則偏移δ等于0或不采用任何偏移；2)、如果實際碼率R＞碼率門限R0，則根據(jù)碼長k來選擇不等于0的偏移值δ。
進一步，碼率門限R0＝0.8，此時，在上述步驟2)中，當碼長k＝1792和2112時，δ＝3；當k不等于1792和2112時，δ＝1。
進一步，所述系統(tǒng)比特流和第一校驗比特流的分塊交織器為∏sys(j)＝2M.(jmodJ)+BROM(j/J)，第二校驗比特流的分塊交織器為∏P1(j)＝(∏sys(j)+δ)％K′，其中，M的最佳取值為5。
本發(fā)明中的BRO交織器M、碼率門限、特定碼塊的對應(yīng)的特定的非0值的δ的參數(shù)選取上可依具體的實施方式進行變換。例如在另一實施例中，碼率門限R0為5/6，其他參數(shù)同第一個實施例子。我們?nèi)匀粸榇a率低于門限的第二校驗比特取δ＝0。高于該門限取δ＝1。如此設(shè)定仍然可以兼顧高低碼率的性能。
本發(fā)明通過動態(tài)選取第二奇偶校驗比特流的偏移距離，在低碼率下，δ等于0時，循環(huán)緩沖速率匹配的算法性能較好；在高碼率下δ采取非0值的性能較好。因此，本發(fā)明采用的方法兼顧了高碼率和低碼率的性能，使得Turbo編譯碼的性能最優(yōu)，能夠很大改進信道編碼循環(huán)緩沖速率匹配的算法性能。
當然，本發(fā)明還可有其他多種實施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種turbo碼的塊交織方法，其特征在于將信息分組送到1/3碼率turbo碼編碼器，產(chǎn)生一個系統(tǒng)比特流和第一、第二奇偶校驗的比特流，其中，系統(tǒng)比特流和第一奇偶校驗比特流將使用等同的長度為2M的基于比特翻轉(zhuǎn)順序BRO將作為列置換函數(shù)的分塊交織器，分塊交織器的偏移δ均為零；第二奇偶校驗比特流的分塊交織器的偏移δ并不總是等于零，即在選取第二奇偶校驗比特的δ值時1)、如果實際碼率R≤碼率門限R0，則偏移δ等于0或不采用任何偏移；2)、如果實際碼率R＞碼率門限R0，則根據(jù)碼長k來選擇不等于0的偏移值δ。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于碼率門限R0＝0.8或4/5。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于在上述步驟2)中，當碼長k＝1792和2112時，δ＝3；當k不等于1792和2112時，δ＝1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于碼率門限R0＝5/6。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述系統(tǒng)比特流和第一校驗比特流的分塊交織器為∏sys(j)＝2M·(jmodJ)+BROM(j/J)，第二校驗比特流的分塊交織器為∏P1(j)＝(∏sys(j)+δ)％K′，其中，K’＝K+4，j是輸入分塊交織器的順序。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于上述M的最佳取值為5。
7.一種基于循環(huán)緩沖的turbo碼HARQ包生成方法，所述方法包括1)、信息分組送到1/3碼率turbo碼編碼器，產(chǎn)生一個系統(tǒng)比特流和第一、第二奇偶校驗的比特流；2)、每個數(shù)據(jù)流將被各自的分塊交織器重新排列，進行分塊交織，系統(tǒng)比特流和第一奇偶校驗比特流將使用等同的長度為2M的基于比特翻轉(zhuǎn)順序BRO將作為列置換函數(shù)的分塊交織器，分塊交織器的偏移δ均為零；第二奇偶校驗比特流的分塊交織器的偏移δ并不總是等于零，即在選取第二奇偶校驗比特的δ值時a)、如果實際碼率R≤碼率門限R0，則偏移δ等于0或不采用任何偏移；b)、如果實際碼率R＞碼率門限R0，則根據(jù)碼長k來選擇不等于0的偏移值δ；3)、在單一輸出緩沖器中，將重排后的系統(tǒng)比特放在開始位置，隨后交錯地放置兩個重排的校驗比特數(shù)據(jù)流，進行塊間交織；4)、對于期望的碼率，選擇Ndata個編碼比特，構(gòu)成一個碼率為Ndata/K傳輸包作為速率匹配的輸入。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于碼率門限R0＝0.8或4/5。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于在上述步驟2)的b)中，當碼長k＝1792和2112時，δ＝3；當k不等于1792和2112時，δ＝1。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于碼率門限R0＝5/6。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述系統(tǒng)比特流和第一校驗比特流的分塊交織器為∏sys(j)＝2M·(jmodJ)+BROM(j/J)，第二校驗比特流的分塊交織器為∏P1(j)＝(∏sys(j)+δ)％K′，其中，K’＝K+4，j是輸入分塊交織器的順序。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于上述M的最佳取值為5。
全文摘要
本發(fā)明公開了提供一種turbo碼的塊交織方法，其特征在于將信息分組送到1/3碼率turbo碼編碼器，產(chǎn)生一個系統(tǒng)比特流和第一、第二奇偶校驗的比特流，其中，系統(tǒng)比特流和第一奇偶校驗比特流將使用等同的長度為文檔編號H04L12/56GK101075857SQ20071007431
公開日2007年11月21日 申請日期2007年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月29日
發(fā)明者徐俊, 左志松 申請人:中興通訊股份有限公司