CN101488823A - Reed-Muller译码方法及使用该方法的译码器 - Google Patents

Abstract

提供了一种Reed－Muller译码方法，包括步骤：接收输入的非量化传输格式组合指示TFCI符号，并生成基本编码序列；对输入的TFCI符号和生成的基本编码序列分别进行一次交织；生成由数据向量构成的第一数据矩阵，并得到第一相关矩阵；生成由数据向量构成的第二数据矩阵，并对第二数据矩阵中的数据向量依次进行哈达马变换，得到第二相关矩阵；利用第一相关矩阵和第二相关矩阵确定译码参量，并执行译码，以输出二进制译码结果。本发明根据TFCI基本编码序列中M₀～M₄的特点，通过在译码器中引入二次交织，使译码器中的FHT由32输入降为8输入，从而以较小的性能损失为代价，大幅降低了译码器的实现复杂度。

Description

Reed-Muller译码方法及使用该方法的译码器

技术领域

本发明涉及3GPP通信***中的传输格式组合指示检测技术，更具体地，涉及一种适用于非量化输入的3GPP Reed-Muller译码方法及使用该方法的译码器。

背景技术

本发明主要探讨在3GPP通信***中，基于非压缩模式下传输格式组合指示TFCI的译码方法。

在3GPP通信***物理层协议中，非压缩模式下的TFCI采用二阶Reed-Muller码的(32，10)子码进行编码(参见3GPP TS 25.212，v7.4.0.)。

Reed-Muller码是一种线性分组码，其(32，10)子码的编码方式如图1所示。该编码方式的输出码字为32比特，是如表1所列的10个基本编码序列的线性组合。

表1  (32，10)TFCI编码的基本编码序列

 

i	Mi，0	Mi，1	Mi，2	Mi，3	Mi，4	Mi，5	Mi，6	Mi，7	Mi，8	Mi，9
											0	1	0	0	0	0	1	0	0	0	0
1	0	1	0	0	0	1	1	0	0	0
											2	1	1	0	0	0	1	0	0	0	1
3	0	0	1	0	0	1	1	0	1	1
											4	1	0	1	0	0	1	0	0	0	1
5	0	1	1	0	0	1	0	0	1	0
											6	1	1	1	0	0	1	0	1	0	0
7	0	0	0	1	0	1	0	1	1	0
											8	1	0	0	1	0	1	1	1	1	0
9	0	1	0	1	0	1	1	0	1	1
											10	1	1	0	1	0	1	0	0	1	1
11	0	0	1	1	0	1	0	1	1	0
											12	1	0	1	1	0	1	0	1	0	1
13	0	1	1	1	0	1	1	0	0	1
											14	1	1	1	1	0	1	1	1	1	1
15	1	0	0	0	1	1	1	1	0	0
											16	0	1	0	0	1	1	1	1	0	1
17	1	1	0	0	1	1	1	0	1	0
											18	0	0	1	0	1	1	0	1	1	1
19	1	0	1	0	1	1	0	1	0	1
											20	0	1	1	0	1	1	0	0	1	1
21	1	1	1	0	1	1	0	1	1	1
											22	0	0	0	1	1	1	0	1	0	0
23	1	0	0	1	1	1	1	1	0	1
											24	0	1	0	1	1	1	1	0	1	0
25	1	1	0	1	1	1	1	0	0	1
											26	0	0	1	1	1	1	0	0	1	0
27	1	0	1	1	1	1	1	1	0	0
											28	0	1	1	1	1	1	1	1	1	0
29	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1
											30	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0
31	0	0	0	0	1	1	1	0	0	0

以a₀，a₁，a₂，a₃，a₄，a₅，a₆，a₇，a₈，a₉表示编码器的输入比特，则TFCI输出码字b_i由下式得到：

$b_i=\underset{n=0}{\overset{9}{\mathrm{\Σ}}}(a_n\×M_{i,n})\mathrm{mod}2,i\∈\left[\mathrm{0,31}\right].$

需要注意的是在3GPP非压缩模式下，TFCI编码采用的是非规则二阶Reed-Muller方法。即编码基本序列M₀～M₄由交织后的Walsh码发生器产生，编码基本序列M₆～M₉由交织后的掩码发生器产生。

通过以上方式生成的单极性编码比特{0，1}，经过简单的BPSK调制(f：y＝1-2x)后映射为双极性的编码比特{+1，-1}，再送入信道。

在对信道输出值进行TFCI译码时，一般有两种译码器输入方式：

 非量化输入：即将信道输出的抽样信号直接输入译码器；

 量化输入：即先对信道输出的抽样信号进行判决，大于0判为1，否则判为-1，得到双极性的接收码字，再输入译码器进行译码。

本发明为适用于非量化输入的TFCI译码器。

在目前关于3GPP通信***Reed-Muller译码器的研究中，逐级解相关为基本方法。原理简单、方法直观是该方法的优点，但运算复杂度大、译码时间长是将该方法付诸应用时所面临的主要问题。

在参考文献”Reed-Muller coding in 3GPP”(Wu Zhan-ji，Wu Wei-ling，Reed-Muller coding in 3GPP，ACTA ELECTORNICA SINICA，Vol.33，Jan.2005.)中，采用32输入快速哈达马变换FHT进行3GPP中的Reed-Muller译码。FHT基于蝶形运算，用于计算以Walsh码扩频的接收码字与不同Walsh码的相关值。图2与图3分别表示了FHT的基本运算原则与参考文献2的核心算法。得益于FHT信号并行处理的优点，该方法可大幅缩短译码时间，但32输入FHT依然意味着较大的运算复杂度与较高的硬件实现成本。

综上所述，在3GPP通信***中，高效、低复杂度的Reed-Muller译码器依然是需要进一步解决的问题。在目前关于3GPP通信***Reed-Muller译码器的研究中，逐级解相关为基本方法。但运算复杂度大、译码时间长是将该方法付诸应用时所面临的主要问题。相对而言，基于32输入FHT的译码方法可大幅缩短译码时间，但32输入FHT依然意味着较大的运算复杂度与较高的硬件实现成本。

发明内容

为解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种Reed-Muller译码方法，包括步骤：

a)接收输入的非量化传输格式组合指示TFCI符号，并生成基本编码序列；

b)对输入的TFCI符号和生成的基本编码序列分别进行一次交织；

c)利用已交织的TFCI符号和已交织的基本编码序列，生成由数据向量构成的第一数据矩阵，并对第一数据矩阵中的数据向量依次进行哈达马变换，得到第一相关矩阵；

d)对输入的TFCI符号和生成的基本编码序列分别进行二次交织，利用已交织的TFCI符号和已交织的基本编码序列，生成由数据向量构成的第二数据矩阵，并对第二数据矩阵中的数据向量依次进行哈达马变换，得到第二相关矩阵；

e)利用第一相关矩阵和第二相关矩阵确定译码参量，并执行译码，以输出二进制译码结果。

根据本发明的另一方面，提出了一种Reed-Muller译码器，包括：

码字输入模块，接收输入的量化传输格式组合指示TFCI符号；

编码序列生成模块，生成基本编码序列；

一次交织模块，对输入的TFCI符号和生成的基本编码序列分别进行交织；

二次交织模块，对输入的TFCI符号和生成的基本编码序列分别进行二次交织；

解码向量生成与转换模块，利用一次交织模块和二次交织模块输出的已交织的TFCI符号和已交织的基本编码序列，分别生成由数据向量构成的第一数据矩阵和第二数据矩阵；

哈达马变换模块，分别对第一数据矩阵和第二数据矩阵进行哈达马变换，得到第一相关矩阵和第二相关矩阵；以及

判决模块，利用第一相关矩阵和第二相关矩阵确定译码参量，并执行译码，以输出二进制译码结果。

本发明根据TFCI基本编码序列中M₀～M₄的特点，通过在译码器中引入二次交织，使译码器中的FHT由32输入降为8输入，从而以较小的性能损失为代价，大幅降低了译码器的实现复杂度。

附图说明

图1 TFCI信息比特的Reed-Muller编码过程的示意图

图2 16输入FHT蝶形运算基本原理的示意图

图3 基于32输入FHT的Reed-Muller译码器基本算法示意图

图4 根据本发明的译码方法的流程图

图5 根据本发明的译码器的方框图

图6 根据本发明实施例的误帧率(FER)性能比较示意图

具体实施方式

本发明根据TFCI基本编码序列中M₀～M₄的特点，通过在译码器中引入二次交织，使译码器中的FHT由32输入降为8输入，从而以较小的性能损失为代价，大幅降低了译码器的实现复杂度。

根据本发明实施例的译码方法如下：

1.设输入的TFCI符号为b_i，i∈[0，31]，其中b_i为TFCI非量化输入。

2.生成基本编码序列M₆～M₉，其中

M₆：0101_0000_1100_0111_1100_0001_1101_1101，

M₇：0000_0011_1001_1011_1011_0111_0001_1100，

M₈：0001_0101_1111_0010_0110_1100_1010_1100，

M₉：0011_1000_0110_1110_1011_1101_0100_0100。

3.对输入的TFCI符号及基本编码序列M₆～M₉进行交织。在交织过程中，设输入的数据为m₀，m₁，...，m₁₄，m₁₅，...，m₂₉，m₃₀，m₃₁，则输出数据为m₃₀，m₀，m₁，...，m₁₄，m₃₁，m₁₅，...，m₂₉。

4.生成解码向量。设 $M*=\left[\begin{array}{c}{M}_6^{*}\\ M_7^{*}\\ M_8^{*}\\ M_9^{*}\end{array}\right],$ 其中

为交织后的基本编码序列，i∈[6，9]。则解码向量V_i，i∈[0，15]按照下式生成：

V_i＝[c₀ c₁ c₂ c₃]×M^*，

其中i表示为4比特的二进制数c₀ c₁ c₂ c₃。

利用解码向量，可以去掉编码序列M₆～M₉的影响，得到译码结果中的a₆，a₇，a₈，a₉。

5.将解码向量中的所有比特按照下述规则转换为有符号数：

0→+1，1→-1。

6.进行下列运算：

$T_{i,j}=b_j^{*}\×V_{i,j}^{*},i\∈\left[\mathrm{0,15}\right],j\∈\left[\mathrm{0,31}\right].$

其中

为交织后TFCI码字的第j个符号，

为解码向量V_i中的第j个符号。

7.按照下列规则重新计算T_i，j：

$T_{i,0}^{*}=T_{i,0}\×T_{i,8}\text{\×}{T}_{i,16}\×T_{i,24},$

$T_{i,1}^{*}=T_{i,1}\×T_{i,9}\text{\×}{T}_{i,17}\×T_{i,25},$

……

$T_{i,7}^{*}=T_{i,7}\×T_{i,15}\text{\×}{T}_{i,23}\×T_{i,31}.$

利用上述步骤4—7，可以得到译码结果中的前4位。

8.进行16次8输入FHT运算。在每次FHT运算中，输入为1×8向量

输出为h_i，j，j∈[0，7]。所有16次FHT运算结束后，生成一个16×8相关矩阵，标记为H⁽¹⁾。

9.返回步骤3。当所有输入的TFCI符号及基本编码序列M₆～M₉交织完毕后，进行以下二次交织操作：在二次交织中，设输入数据为d₀，d₁，...，d₁₄，d₁₅，..，d₂₉，d₃₀，d₃₁，则交织器输出数据为：d₀，d₁₆，d₈，d₂₄，d₄，d₂₀，d₁₂，d₂₈，d₂，d₁₈，d₁₀，d₂₆，d₆，d₂₂，d₁₄，d₃₀，

d₁，d₁₇，d₉，d₂₅，d₅，d₂₁，d₁₃，d₂₉，d₃，d₁₉，d₁₁，d₂₇，d₇，d₂₃，d₁₅，d₃₁.

10.重复步骤4-8，并标记FHT生成的相关矩阵为H⁽²⁾，由此能够得到a₄和a₅。

11.进行数据判决：

$C_{x,y}=\arg \max \left|h_{i,j}^{\left(1\right)}\right|,$   $C_{m,n}=\arg \max \left|h_{i,j}^{\left(2\right)}\right|,$   $h_{i,j}^{\left(1\right)}\∈H^{\left(1\right)},$   $h_{i,j}^{\left(2\right)}\∈H^{\left(2\right)},$  i∈[0，15]，j∈[0，7]，

 将x表示为4比特的二进制数，即为译码后的a₆，a₇，a₈，a₉。

 将y表示为3比特的二进制数即为译码后的a₂，a₁，a₀。

 将(n-4)表示为2比特的二进制数即为译码后的a₃，a₄。

 若C_x，y>0，则a₅＝0，否则a₅＝1.

12.判决得到的a₀，a₁，a₂，a₃，a₄，a₅，a₆，a₇，a₈，a₉为译码器输出。

根据本发明实施例的译码器的结构如图4所示。

根据本发明的，一种适用于非量化输入的3GPP Reed-Muller低复杂度译码器，可以包括：

码字输入模块501：该模块完成TFCI接收码字的输入。设输入的TFCI符号为b_i，i∈[0，31]，其中b_i为TFCI非量化输入。

编码序列生成模块502：该模块生成基本编码序列M₆～M₉，其中

M₆：0101_0000_1100_0111_1100_0001_1101_1101，

M₇：0000_0011_1001_1011_1011_0111_0001_1100，

M₈：0001_0101_1111_0010_0110_1100_1010_1100，

M₉：0011_1000_0110_1110_1011_1101_0100_0100.

一次交织模块503：该模块对输入的TFCI符号及基本编码序列M₆～M₉进行一次交织。

在该模块中，设输入的数据为a₀，a₁，...，a₁₄，a₁₅，...，a₂₉，a₃₀，a₃₁，则输出数据为a₃₀，a₀，a₁，...，a₁₄，a₃₁，a₁₅，..，a₂₉.

二次交织模块504：该模块对输入的TFCI符号及基本编码序列M₆～M₉进行二次交织。

在该模块中，设输入数据为d₀，d₁，...，d₁₄，d₁₅，...，d₂₉，d₃₀，d₃₁，则输出数据为：

d₀，d₁₆，d₈，d₂₄，d₄，d₂₀，d₁₂，d₂₈，d₂，d₁₈，d₁₀，d₂₆，d₆，d₂₂，d₁₄，d₃₀，

d₁，d₁₇，d₉，d₂₅，d₅，d₂₁，d₁₃，d₂₉，d₃，d₁₉，d₁₁，d₂₇，d₇，d₂₃，d₁₅，d₃₁.

解码向量生成与双极性转换模块505：该模块生成解码向量。设

$M*=\left[\begin{array}{c}{M}_6^{*}\\ M_7^{*}\\ M_8^{*}\\ M_9^{*}\end{array}\right],$ 其中

为交织后的基本编码序列，i∈[6，9]。则解码

向量V_i，i∈[0，15]按照下式生成：

V_i＝[c₀ c₁ c₂ c₃]×M^*，

其中V_i下标i表示为4比特的二进制数c₀ c₁ c₂ c₃。

该模块同时将解码向量中的所有比特按照下述规则转换为有符号数：

0→+1，1→-1。

FHT输入变换与FHT运算模块506：该模块进行如下运算：

  $T_{i,j}=b_j^{*}\×V_{i,j}^{*},$ i∈[0，15]，j∈[0，31].其中

为交织后TFCI码字的第j个符号，

为解码向量Vi中的第j个符号。

 按照下列规则重新计算T_i，j：

$T_{i,0}^{*}=T_{i,0}\×T_{i,8}\text{\×}{T}_{i,16}\×T_{i,24},$

$T_{i,1}^{*}=T_{i,1}\×T_{i,9}\text{\×}{T}_{i,17}\×T_{i,25},$

……

$T_{i,7}^{*}=T_{i,7}\×T_{i,15}\text{\×}{T}_{i,23}\×T_{i,31}.$

 进行16次8输入FHT运算。在每次FHT运算中，输入为1×8向量T_i ^*，输出为h_i，j，j∈[0，7]。所有FHT运算结束后，将生成一个16×8相关矩阵。设译码器所生成的两个相关矩阵分别为H⁽¹⁾与H⁽²⁾。

数据判决模块507：该模块进行数据判决：

$C_{x,y}=\arg \max \left|h_{i,j}^{\left(1\right)}\right|,$ $C_{m,n}=\arg \max \left|h_{i,j}^{\left(2\right)}\right|,$ $h_{i,j}^{\left(1\right)}\∈H^{\left(1\right)},$ $h_{i,j}^{\left(2\right)}\∈H^{\left(2\right)},$ i∈[0，15]，j∈[0，7]，

 x表示为4比特的二进制数即为译码后的a₆，a₇，a₈，a₉。

 y表示为3比特的二进制数即为译码后的a₂，a₁，a₀。

 (n-4)表示为2比特的二进制数即为译码后的a₃，a₄。

 若C_x，y>0，则a₅＝0，否则a₅＝1.

判决得到的a₀，a₁，a₂，a₃，a₄，a₅，a₆，a₇，a₈，a₉为译码器输出。

本实施例采用单发单收天线组成的3GPP通信***。信道为准静态平坦瑞利衰落信道，未考虑多普勒频移。译码器输入为TFCI非量化输入。

在该实施例内，分别对本发明所提译码器及基于32输入FHT的译码器在非压缩模式下的TFCI译码性能进行了仿真。仿真结果如图6所示。图中横坐标为E_b/N₀值，纵坐标为***误帧率(FER)指标。

根据仿真结果，相比基于32输入FHT的译码方法，本发明所提方法有最多接近0.5dB的FER性能损失。考虑到本发明所提***的实现复杂度与硬件实现成本，相比于目前已有检测方法，本发明所提方法在付诸实际应用方面更为优越。

Claims (10)

1.一种Reed-Muller译码方法，包括步骤：

a)接收输入的非量化传输格式组合指示TFCI符号，生成基本编码序列；

b)对输入的TFCI符号和生成的基本编码序列分别进行一次交织；

c)利用已交织的TFCI符号和已交织的基本编码序列，生成由数据向量构成的第一数据矩阵，并对第一数据矩阵中的数据向量依次进行哈达马变换，得到第一相关矩阵；

d)对输入的TFCI符号和生成的基本编码序列分别进行二次交织，利用已交织的TFCI符号和已交织的基本编码序列，生成由数据向量构成的第二数据矩阵，并对第二数据矩阵中的数据向量依次进行哈达马变换，得到第二相关矩阵；

e)利用第一相关矩阵和第二相关矩阵确定译码参量，并执行译码，以输出二进制译码结果。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基本编码序列包括四个序列，在步骤c)中，利用已交织基本编码序列生成解码向量，用于生成译码结果中数位的最后四位。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述译码参量包括四个，在进行译码时，将第一参量表示为4比特的二进制数，作为译码结果的后4位，将第二参量表示为3比特的二进制数，作为译码结果的前3位，将第三参量和第四参量分别表示为2比特和1比特的二进制数，作为中间数位。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第一和第二参量是第一相关矩阵中元素的最大值的位置相关信息，所述第三参量是第二相关矩阵中元素最大值的位置相关信息，第四参量是第一相关矩阵中元素的最大值的相关信息。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，利用一次交织得到译码结果中数位的第一部分，利用二次交织得到译码结果中数位的第二部分。

6.一种Reed-Muller译码器，包括：

码字输入模块(501)，接收输入的量化传输格式组合指示TFCI符号；

编码序列生成模块(502)，生成基本编码序列；

一次交织模块(503)，对输入的TFCI符号和生成的基本编码序列分别进行交织；

二次交织模块(505)，对输入的TFCI符号和生成的基本编码序列分别进行二次交织；

解码向量生成与转换模块(504)，利用一次交织模块和二次交织模块输出的已交织的TFCI符号和已交织的基本编码序列，分别生成由数据向量构成的第一数据矩阵和第二数据矩阵；

哈达马变换模块(506)，分别对第一数据矩阵和第二数据矩阵进行哈达马变换，得到第一相关矩阵和第二相关矩阵；以及

判决模块(507)，利用第一相关矩阵和第二相关矩阵确定译码参量，并执行译码，以输出二进制译码结果。

7.根据权利要求6所述的译码器，其中，所述基本编码序列包括四个序列，在解码向量生成与转换模块(504)中，利用已交织基本编码序列生成解码向量，用于生成译码结果中数位的最后四位。

8.根据权利要求6所述的译码器，其中，所述译码参量包括四个，在进行译码时，将第一参量表示为4比特的二进制数，作为译码结果的后4位，将第二参量表示为3比特的二进制数，作为译码结果的前3位，将第三参量和第四参量分别表示为2比特和1比特的二进制数，作为中间数位。

9.根据权利要求8所述的译码器，其中，所述第一和第二参量是第一相关矩阵中元素的最大值的位置相关信息，所述第三参量是第二相关矩阵中元素最大值的位置相关信息，第四参量是第一相关矩阵中元素的最大值的相关信息。

10.根据权利要求6或7所述的译码器，其中，利用一次交织得到译码结果中数位的第一部分，利用二次交织得到译码结果中数位的第二部分。

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