CN101075857B - 一种turbo码的块交织及HARQ包生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了提供一种turbo码的块交织方法，其特征在于：将信息分组送到1/3码率turbo码编码器，产生一个***比特流和第一、第二奇偶校验的比特流，其中，***比特流和第一奇偶校验比特流将使用等同的长度为2M的基于比特翻转顺序BRO将作为列置换函数的分块交织器，分块交织器的偏移δ均为零；第二奇偶校验比特流的分块交织器的偏移δ并不总是等于零。本发明还提供一种基于循环缓冲的turbo码HARQ包生成方法。本发明的方法通过动态选取第二奇偶校验比特流的偏移距离，能够很大改进信道编码循环缓冲速率匹配的算法性能。

Description

一种turbo码的块交织及HARQ包生成方法

技术领域

本发明涉及数字通信***，特别是涉及一种数字通信***的信道编码。

背景技术

数字通信***通常发射端通常包括信源、信源编码器、信道编码器和调制器等部分，接收端通常包括解调器、信道译码器、信源译码器和信宿，如图1所示。信道编码器用于给信息比特按照一定的规则引入冗余信息以便接收端信道译码器能够在一定程度上纠正信息在信道上传输时发生的误码。本发明对信道编码器的速率匹配的方法进行了改进。

信道编码器编码时通常将信息比特分成一定长度的编码块进行编码，通常编码块越大纠错性能越好，但是代价是编译码复杂度的增加和译码延迟时间的增加。所以在设计信道编码器时必须对最大编码块的大小做一个限制。通常信源编码器输出数据块(在后文中称为突发，在无线通信协议栈中通常是从高层送入物理层的数据块)比较大，在进入信道编码器时必须按照最大编码块大小划分。突发的大小通常满足一定的粒度要求，***在分配突发的大小通常是物理资源块承载信息比特长度的整数倍。在编码块分割的时候将让每个编码块的信息长度都是物理资源块承载信息比特长度的整数倍，最后每个编码块将映射到整数个完整的物理资源块中。但是突发的大小通常不是最大编码块大小的整数倍。我们通常对将突发分割成编码块设置一定的规则，是分割产生的最小编码块不至于太小，因为小的编码块性能比较差，将严重影响整个突发的性能。

在通常的数字通信***中，当设计编码调制方案的时候，通常设置不同阶数的调制方式(如QPSK、16QAM和64QAM等)和不同的码(如卷积码、卷积Turbo码等)，每种码通常有不同的码率(Rate，如1/2、2/3、3/4和5/6等)。***调度的时候按照信道质量和业务需求对每个突发安排一种特定的编码调制方式。为了取得更好的链路适配的效果，每种码在变换码率的时候最好能做到比较小的粒度。如果就用间距较大的几个码率，如1/2、2/3、3/4和5/6等，那么其链路适配的粒度是比较粗糙的。

对于数字通信***中常用的turbo码来说，其码率提高是通过对低码率的母码进行删余(puncture)来得到更高码率的编码，我们也将这种方法归纳为速率匹配(Rate Matching，或RM)。但是对于3GPP的turbo码来说，***就必须支持各种可能码率。

本发明提出的循环缓冲速率匹配输入和Rel-6速率匹配输入相同，其中包括Turbo编码产生的比特流的，输出码率为1/3turbo编码分为三个数据流，对应***比特流和两个奇偶校验的比特流。两个分量卷积编码的每一个产生一个校验比特流，12个尾比特均匀地分布在三个数据流上。K比特信息送到turbo编码，产生三个数据流的长度都是K′＝K+4。

循环缓冲速率匹配

作为3GPP Rel-6速率匹配算法的替代，基于循环缓冲区的速率匹配(circular buffer rate matching，CB RM)提供一个生成具有好的性能删余图样的简单的方法，如图2所示。在循环缓冲速率匹配方法中，每个数据流将被各自的分块交织器重新排列，被称为块内交织(sub-blockinterleaver)。然后，在单一输出缓冲器中，将重排后的***比特放在开始位置，随后交错地放置两个重排的校验比特数据流，被称为块间交织。对于期望的码率，可以选择N_data个编码比特，作为速率匹配的输入；循环缓冲速率匹配的比特选择从缓冲器的开始点读出前面的N_data个比特，被称为比特选择。总的来说，被选择用于传输的比特可以从缓冲器的任何一个点开始被读出来。如果到达缓冲器的末尾，可以绕到缓冲器的开始位置继续读数据。所以，通过使用简单的方法可以实现删余和重复。对于HARQ操作，循环缓冲器具有灵活性和颗粒度的优势。

冗余版本(Xrv)

对于HARQ操作，在循环缓冲RM中简单定义不同的起点可以指定不同的冗余版本(Xrv)。所以，对于基于IR的HARQ，使用循环缓冲RM可以使得正交重传变得容易。

***比特删余(systematic bits puncturing)

总的来说，对于基于CB的信道编码，当选择最初的冗余版本，可以认为从***比特部分的起始位置开始读出数据的。这就是说，这将意味对于任何码率所有的***比特将被选择用于传输。换句话，仅仅对校验比特进行删余。但是，删除某些***比特可以使得基于CB的操作更加灵活，还可以改善高码率时候turbo码的性能。也就是，***比特删余(systematic bitspuncturing)可以应用到循环缓冲速率匹配(circular buffer ratematching)，如图3所示。Skip是指在第一次传输中跳过一部份***比特(一般***比特的5％)，即这部分***比特不传。

块内交织器

块内交织器可以是基于比特翻转顺序(bit-reversal ordering，BRO)的行列交织器，它可以使删余(puncturing)可以更加均匀以得到所需要的码率。***比特，第一个分量码产生的校验比特和第二个分量码产生的校验比特将使用等同的交织器。具体交织步骤如下：

1、计算M，而M将决定行列交织器的列大小，如2^M，M为自然数。

2、计算J，如

而J将决定行列交织器的行大小。

3、把这个需要交织的序列由左向右从上到下地写入一个J×2^M的矩阵中。

4、重新排列矩阵的列数，设原来第h列(h＝0，1，...，2^m-1)重新排列后变成第BROm(h)行，其中BROm(h)表示h经过比特翻转之后的数。

5、把重新排列的数按照从从左到右上到小读出其中符号。

实际上，上述的交织过程可以用下面的公式来表示：

在这里，j＝0，1，...，K′-1和BRO_M(K)是输入K的M比特形式的比特翻转函数。如果∏_B(j)大于K，它将被跳过。

在3GPP E-UTRA标准或者LTE(Long term evolution)中，循环缓冲速率匹配(CB RM)算法很可能被使用。研究表明m对性能的影响并不明显，选择固定的m值可以比较明显地简化硬件。通过研究，m取5比较合适，长度为32的BRO将作为列置换。***比特流，第一奇偶校验比特流和第二奇偶校验比特流一般使用等同的分块交织器。

低码率下，三个流使用等同的分块交织器的循环缓冲速率匹配的算法性能较好。但在高码率下结合***比特删余时性能较差。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于循环缓冲的turbo码的块交织及HARQ包生成方法，通过动态选取第二奇偶校验比特流的偏移距离，能够很大改进信道编码循环缓冲速率匹配的算法性能。

为解决上述技术问题，本发明提供一种turbo码的块交织方法，其特征在于：

将信息分组送到1/3码率turbo码编码器，产生一个***比特流和第一、第二奇偶校验的比特流，其中，***比特流和第一奇偶校验比特流将使用等同的长度为2^M的基于比特翻转顺序BRO作为列置换函数的分块交织器，分块交织器的偏移δ均为零；第二奇偶校验比特流的分块交织器的偏移δ并不总是等于零，即在选取第二奇偶校验比特的δ值时：

1)、如果实际码率R≤码率门限R₀，例如R₀＝0.8，则偏移δ等于0；

2)、如果实际码率R＞码率门限R₀，则根据码长K来选择不等于0的偏移值δ；

所述M为自然数，2^M表示交织器的列大小。

进一步，码率门限R₀＝0.8或，此时，在上述步骤2)中，当码长K＝1792和2112时，δ＝3；当K不等于1792和2112时，δ＝1。

进一步，码率门限R₀＝5/6。

进一步，所述***比特流和第一奇偶校验比特流的分块交织器为：∏_sys(j)＝2^M·(jmodJ)+BRO_M(j/J)，第二奇偶校验比特流的分块交织器为：∏_P1(j)＝(∏_sys(j)+δ)％K′，其中，K′＝K+4，j是输入分块交织器的顺序，j＝0，1，...，K′-1；

表示交织器的行大小；

％表示取模操作。

M的最佳取值为5。

本发明还提供一种基于循环缓冲的turbo码HARQ包生成方法，所述方法包括：

1)、信息分组送到1/3码率turbo码编码器，产生一个***比特流和第一、第二奇偶校验的比特流；

2)、每个数据流将被各自的分块交织器重新排列，进行分块交织：

***比特流和第一奇偶校验比特流将使用等同的长度为2^M的基于比特翻转顺序BRO作为列置换函数的分块交织器，分块交织器的偏移δ均为零；第二奇偶校验比特流的分块交织器的偏移δ并不总是等于零，即在选取第二奇偶校验比特的δ值时：

a)、如果实际码率R≤码率门限R₀，则偏移δ等于0；

b)、如果实际码率R＞码率门限R₀，则根据码长K来选择不等于0的偏移值δ；

3)、在单一输出缓冲器中，将重排后的***比特放在开始位置，随后交错地放置两个重排的校验比特数据流，进行块间交织；

4)、对于期望的码率，选择N_data个编码比特，构成一个码率为N_data/K传输包作为速率匹配的输入；

所述M为自然数，2^M表示交织器的列大小。

进一步，码率门限R₀＝0.8，此时，在上述步骤2)的b)中，当码长K＝1792和2112时，δ＝3；当K不等于1792和2112时，δ＝1。

进一步，码率门限R₀＝5/6。

进一步，所述***比特流和第一奇偶校验比特流的分块交织器为：∏_sys(j)＝2^M·(jmodJ)+BRO_M(j/J)，第二奇偶校验比特流的分块交织器为：∏_P1(j)＝(∏_sys(j)+δ)％K′，其中，K’＝K+4，j是输入分块交织器的顺序，j＝0，1，...，K′-1；

表示交织器的行大小；

％表示取模操作。

M的最佳取值为5。

本发明通过动态选取第二奇偶校验比特流的偏移距离，在低码率下，δ等于0时，循环缓冲速率匹配的算法性能较好；在高码率下δ采取非0值的性能较好。因此，本发明采用的方法兼顾了高码率和低码率的性能，使得Turbo编译码的性能最优，能够很大改进信道编码循环缓冲速率匹配的算法性能。

附图说明

图1是数字通信***结构示意图；

图2是循环缓冲速率匹配的结构；

图3具有***比特删余的循环缓冲速率匹配。

具体实施方式

为便于深刻理解本发明的技术内容，下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细说明。

请一并参考图1至图3。

本发明提供一种基于循环缓冲的turbo码HARQ包生成方法。

1)、信息分组送到1/3码率turbo码编码器，产生一个***比特流和第一、第二奇偶校验的比特流。两个分量卷积编码中每一个都将产生一个校验比特流，12个尾比特均匀地分布在三个数据流上。K比特信息送到turbo编码，产生三个数据流的长度都是K′＝K+4。

2)、每个数据流将被各自的分块交织器重新排列，进行分块交织。

***比特流和第一奇偶校验比特流将使用等同的长度为2^M的BRO作为列置换函数的分块交织器，分块交织器的偏移都是δ＝0。第二奇偶校验比特流的分块交织器的偏移δ并不总是等于0。该过程详述如下：

***比特流的分块交织器为：

∏_sys(j)＝2^M·(jmodJ)+BRO_M(j/J)

在这里，M取值为5，K长度可以根据码块长度取任意正整数，j是输入分块交织器的顺序，j＝0，1，...，K′-1和BRO_M(K)是输入K的M比特形式的比特翻转函数。如果∏_B(j)大于K，它将被跳过。上述公式表示，交织前第j位置的数据映射到交织后第∏_sys(j)位置上。

第一奇偶校验比特流的分块交织器为：

∏₁(j)＝∏_sys(j)    j＝0，1，...，K′-1

第二奇偶校验比特流的具有偏移的分块交织器为：

∏_P1(j)＝(∏_sys(j)+δ)％K′    j＝0，1，...，K′-1

a)如果实际码率R≤码率门限R₀，如R₀＝0.8，偏移δ等于0。

b)如果实际码率R＞码率门限R₀，如R₀＝0.8，

当K＝1792和2112时候，δ＝3。

当K不等于1792和2112时候，δ＝1。

3)、在单一输出缓冲器中，将重排后的***比特放在开始位置，随后交错地放置两个重排的校验比特数据流，进行块间交织。

4)、对于期望的码率，选择3K＞N_data＞K个编码比特，作为速率匹配的输入；循环缓冲速率匹配的比特选择从缓冲器的开始点读出前面的N_data个比特，被称为比特选择。输入的N_data构成一个码率为N_data/K传输包。总的来说，被选择用于传输的比特可以从缓冲器的任何一个点开始被读出来。如果到达缓冲器的末尾，可以绕到缓冲器的开始位置继续读数据。所以，通过使用简单的方法可以实现删余和重复。

本发明还提供一种turbo码的块交织方法，其特征在于：

将信息分组送到1/3码率turbo码编码器，产生一个***比特流和第一、第二奇偶校验的比特流，两个分量卷积编码中每一个都将产生一个校验比特流，12个尾比特均匀地分布在三个数据流上。K比特信息送到turbo编码，产生三个数据流的长度都是K′＝K+4。其中，***比特流和第一奇偶校验比特流将使用等同的长度为2^M的基于比特翻转顺序BRO作为列置换函数的分块交织器，分块交织器的偏移δ均为零；第二奇偶校验比特流的分块交织器的偏移δ并不总是等于零，即在选取第二奇偶校验比特的δ值时：

1)、如果实际码率R≤码率门限R₀，则偏移δ等于0；

2)、如果实际码率R＞码率门限R₀，则根据码长K来选择不等于0的偏移值δ。

进一步，码率门限R₀＝0.8，此时，在上述步骤2)中，当码长K＝1792和2112时，δ＝3；当K不等于1792和2112时，δ＝1。

进一步，所述***比特流和第一奇偶校验比特流的分块交织器为：∏_sys(j)＝2^M·(jmodJ)+BRO_M(j/J)，第二奇偶校验比特流的分块交织器为：∏_P1(j)＝(∏_sys(j)+δ)％K′，其中，M的最佳取值为5。

本发明中的BRO交织器M、码率门限、特定码块的对应的特定的非0值的δ的参数选取上可依具体的实施方式进行变换。例如：在另一实施例中，码率门限R₀为5/6，其他参数同第一个实施例子。我们仍然为码率低于门限的第二奇偶校验比特取δ＝0。高于该门限取δ＝1。如此设定仍然可以兼顾高低码率的性能。

本发明通过动态选取第二奇偶校验比特流的偏移距离，在低码率下，δ等于0时，循环缓冲速率匹配的算法性能较好；在高码率下δ采取非0值的性能较好。因此，本发明采用的方法兼顾了高码率和低码率的性能，使得Turbo编译码的性能最优，能够很大改进信道编码循环缓冲速率匹配的算法性能。

当然，本发明还可有其他多种实施例，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (12)

1.一种turbo码的块交织方法，其特征在于：

将信息分组送到1/3码率turbo码编码器，产生一个***比特流和第一、第二奇偶校验的比特流，其中，***比特流和第一奇偶校验比特流将使用等同的长度为2^M的基于比特翻转顺序BRO作为列置换函数的分块交织器，分块交织器的偏移δ均为零；第二奇偶校验比特流的分块交织器的偏移δ并不总是等于零，即在选取第二奇偶校验比特的δ值时：

1)、如果实际码率R≤码率门限R₀，则偏移δ等于0；

2)、如果实际码率R＞码率门限R₀，则根据码长K来选择不等于0的偏移值δ；

所述M为自然数，2^M表示交织器的列大小。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：码率门限R₀＝0.8。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：在上述步骤2)中，当码长K＝1792和2112时，δ＝3；当K不等于1792和2112时，δ＝1。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：码率门限R₀＝5/6。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述***比特流和第一奇偶校验比特流的分块交织器为：∏_sys(j)＝2^M.(jmodJ)+BRO_M(j/J)，第二奇偶校验比特流的分块交织器为：∏_P1(j)＝(∏_sys(j)+δ)％K′，其中，K′＝K+4，j是输入分块交织器的顺序，j＝0，1，...，K′-1；

表示交织器的行大小；

％表示取模操作。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：上述M的最佳取值为5。

7.一种基于循环缓冲的turbo码HARQ包生成方法，所述方法包括：

1)、信息分组送到1/3码率turbo码编码器，产生一个***比特流和第一、第二奇偶校验的比特流；

2)、每个数据流将被各自的分块交织器重新排列，进行分块交织，

***比特流和第一奇偶校验比特流将使用等同的长度为2^M的基于比特翻转顺序BRO作为列置换函数的分块交织器，分块交织器的偏移δ均为零；第二奇偶校验比特流的分块交织器的偏移δ并不总是等于零，即在选取第二奇偶校验比特的δ值时：

a)、如果实际码率R≤码率门限R₀，则偏移δ等于0；

b)、如果实际码率R＞码率门限R₀，则根据码长K来选择不等于0的偏移值δ；

3)、在单一输出缓冲器中，将重排后的***比特放在开始位置，随后交错地放置两个重排的校验比特数据流，进行块间交织；

4)、对于期望的码率，选择N_data个编码比特，构成一个码率为N_data/K传输包作为速率匹配的输入；

所述M为自然数，2^M表示交织器的列大小。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：码率门限R₀＝0.8。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：在上述步骤2)的b)中，当码长K＝1792和2112时，δ＝3；当K不等于1792和2112时，δ＝1。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：码率门限R₀＝5/6。

11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述***比特流和第一奇偶校验比特流的分块交织器为：∏_sys(j)＝2^M.(jmodJ)+BRO_M(j/J)，第二奇偶校验比特流的分块交织器为：∏_P1(j)＝(∏_sys(j)+δ)％K′，其中，K′＝K+4，j是输入分块交织器的顺序，j＝0，1，...，K′-1；

表示交织器的行大小；

％表示取模操作。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：上述M的最佳取值为5。

Images