CN104717039B - 一种基于空时旋转的三维比特交织方法及装置 - Google Patents
一种基于空时旋转的三维比特交织方法及装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104717039B CN104717039B CN201510141443.7A CN201510141443A CN104717039B CN 104717039 B CN104717039 B CN 104717039B CN 201510141443 A CN201510141443 A CN 201510141443A CN 104717039 B CN104717039 B CN 104717039B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- block
- data
- representing
- space
- rotation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
- H04L1/004—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by using forward error control
- H04L1/0056—Systems characterized by the type of code used
- H04L1/0071—Use of interleaving
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
- H04L1/02—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by diversity reception
- H04L1/06—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by diversity reception using space diversity
- H04L1/0612—Space-time modulation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Error Detection And Correction (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于空时旋转的三维比特交织方法，所述方法包括发送端的交织操作和接收端的解交织操作，具体为：发送端将个子数据单元作为交织基本单元进行缓存，经过空间发送成块数据分流操作、三维矩阵写读操作、高低比特位旋转操作、块旋转操作和空间旋转操作五个步骤实现比特交织；接收端解交织模块通过空间逆旋转、块逆旋转、高低比特位逆旋转操作、三维矩阵写读逆操作和空间发送成块数据分流逆操作实现比特解交织，恢复数据流。本发明还提供了基于上述方法的装置。相较于传统的符号交织方法和传统比特交织方法和装置，在相同的信噪比情况下，本发明能够最大程度地离散相邻比特，达到更小的误包率，具有更好的性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于空时旋转的三维比特交织方法及装置，属于无线通信***技术领域。
背景技术
在通信***中，由于噪声、信道衰落等原因，信号在传输过程中会产生错误。利用信道编码对信号进行相应的处理，可使***具有一定的纠错能力和抗干扰能力。然而在多径衰落及快变信道条件下，比特差错经常成串发生，针对这种情况，仅能检测单个差错或不太长的差错串的信道编码无法发挥最佳的纠错性能。为了克服这一困难，人们经常将信道编码和交织技术结合起来，即对已编码的信号按一定规则重新排列，从而长串错误离散化，同时利用前向纠错码来纠正离散性错误，提高整个通信***的可靠性。
基于空时旋转的三维比特交织器主要解决的为单载波***的突发错误。由交织的基本理论可知，为了最大限度地离散相邻比特，必须具备以下四个条件：第一，相邻比特位于不同的空间流(天线)上以保证获得空间分集增益；第二，相邻比特在时间上必须间隔较远的距离以保证获得时域分集增益；第三，相邻比特交错位于星座符号的高低比特位以保证获得调制解调增益；第四，在多流和高阶调制时，相邻比特必须通过交织离散到不同的码字以保证编译码增益。第三个条件可以通过高低比特位旋转来满足需求，第四个条件可以通过交织优化方案进行优化来满足需求，因此，交织器设计方案主要需要探究的问题是如何满足前两个条件。
传统比特交织方案，主要通过流解析和块交织来实现，即经过信道编码的比特流，首先以一个数据块为单位进行块内交织，然后通过流解析将交织后的数据分配到不同的空间流上。分析传统比特交织方案可知交织方案无法达到最佳的离散效果，主要表现在以下三个方面：第一，连续的比特位于相同的空间流(天线)上，没有在空间上交叉离散；第二，以数据块为单位的连续比特都集中在空间发送块的连续时刻上，没实现时间最大化离散；第三，以空间发送块为单位的连续比特都位于相同空间发送块，同样没有实现时间最大化离散。
根据单载波***交织器设计需求，本发明公开了一种完全满足设计的需求的交织方案，即基于空时旋转的三维比特交织方案，不仅可以取代传统交织方案的流解析、比特交织和CSD三个模块，精简了***的相应模块，而且能够实现块内交织和跨块交织，提升***性能。
发明内容
发明目的：为了离散并纠正单载波***的突发性差错，改善移动通信的传输特性，改进传统交织方法无法在空域和时域最大限度离散突发错误的情形，本发明提供了一种基于空时旋转的三维比特交织方法，充分利用空间分集和时间分集带来的增益效果，最大限度地发挥交织离散突发错误的作用，在相同信噪比的情况下，相较于传统的比特交织方案和符号交织方案，具有更好的误包率性能。本发明还提供了一种基于空时旋转的三维比特交织装置。
技术方案：一种基于空时旋转的三维比特交织方法，包括发送端的交织操作和接收端的解交织操作，包括如下步骤：
步骤1：发送端缓存器缓存一个超数据单元块所包含的所有星座调制符号，超数据单元块由NBLK个子数据单元块构成，对OFDM***，子数据单元块是指一个OFDM符号，所有交织和解交织处理均以一个超数据单元块为基本交织单元，然后将缓存的基本交织单元输入到交织器进行交织处理；
步骤2：发送端以三维交织矩阵为单位进行空间发送块成块数据分流，将整个发送数据单元的比特分配到NI个空间发送块，具体公式可以表示为：
公式1中NI＝Nsblk/NSS，Nsblk表示数据块总数，NSS表示空间数据流数，NDSPB表示每个数据块的数据符号数，Nbpsc表示每个星座符号包含比特数，i和j分别表示空间发送块成块数据分流操作前后的比特序号，mod表示取模运算，表示向下取整运算。
步骤3：发送端将步骤2中得到的每个空间发送块的数据分别写入一个三维矩阵缓存器，每个缓存器的编号分别对应空间发送块的编号，总计NI个缓存器。写入的顺序为先行后宽再列，然后再按照一定的顺序读出来，因此交织器的读入写出操作的具体公式可以表示为：
公式2中j和k分别表示读入写出操作前后的比特序号，m表示空间发送块的编号，取值为0,1,...,NI-1。NDSPB表示每个数据块的数据符号数，Nbpsc表示每个星座符号包含比特数，NI表示空间数据块数，表示空间数据流数，在公示中表现为三维矩阵的宽度，NCOL表示矩阵长度，NROW表示矩阵高度，其中NROW＝NDSPB·Nbpsc/NCOL。mod表示取模运算，表示向下取整运算。
步骤4：发送端对步骤3中读出的空间发送块进行高低比特位旋转操作，具体公式可以表示为：
公式3中t＝(k-m)/NI，k和r分别表示高低比特位旋转操作前后的比特序号，m表示空间发送块序号，取值为0,1,...,NI-1。NDSPB表示每个数据块的数据符号数，Nbpsc表示每个星座符号包含比特数。s表示旋转常数，取值为max{Nbpsc/2,1}，其中max{·}表示取最大值。NCOL表示三维矩阵长度，mod表示取模运算，表示向下取整运算。
步骤5：发送端对步骤4中得到的空间发送块进行块旋转操作，块旋转的公式可以表示为：
公式4中Nsrot(m)表示空间发送块m在每个流上的旋转比特数，NDSPB表示每个数据块的数据符号数，Nbpsc表示每个星座符号包含比特数，NI表示空间数据块数，J(m)表示不同空间发送块的块旋转尺度，取值在{0,1,...,NI-1}中选取，且m和J(m)的取值一一对应。
步骤6：发送端对步骤5中得到的空间发送块进行空间旋转操作，空间旋转的公式可以表示为：
公式5中和分别表示空间旋转前后的数据块，m表示空间发送块编号，取值为{0,1,...,NI-1}，iSS和jSS分别表示数据块旋转前和旋转后数据块所在的空间流编号，取值分别为{1,2,...,NSS}，NSS表示空间数据流数，mod表示取模运算。
步骤7：发送端以步骤6中得到的空间发送块为单位输出数据比特流；
步骤8：接收端缓存器对接收到的数据以一个超数据单元块为基本交织单元进行缓存，然后将缓存的基本交织单元输入到解交织器。其中超数据单元块数为NI,每个单元块的大小为NSS·NDSPB·Nbpsc比特。其中NSS表示空间数据流数，NDSPB表示每个数据块的数据符号数，Nbpsc表示每个星座符号包含比特数；
步骤9：接收端对步骤8中接收到的每一个空间发送块中不同流上的数据进行解空间旋转，其过程为交织算法步骤6的逆过程，具体公式可以表示为：
公式6中和分别表示解空间逆旋转前后的数据块，m表示发送块编号，iSS和jSS分别表示输入和输出的空间流编号，NSS表示空间数据流数，NI表示空间数据块数，mod表示取模运算，表示向上取整运算。
步骤10：接收端对步骤9中得到的每一个空间发送块进行解块旋转，步骤为交织算法步骤5的逆过程，具体公式可以表示为：
公式7中m表示空间发送块编号，取值为{0,1,...,NI-1}，Nsrot(m)表示空间发送块m上块旋转的长度，NDSPB表示每个数据块的数据符号数，Nbpsc表示每个星座符号包含比特数，NI表示空间数据块数，J(m)表示不同空间发送块的块旋转尺度，取值在{0,1,...,NI-1}中选取，且m和J(m)的取值一一对应。
步骤11：接收端对步骤10中得到的每一个空间发送块进行星座符号高低位比特逆旋转，以恢复数据位置，步骤为交织算法步骤4的逆过程，具体公式可以表示为：
公式8中t＝(r-m)/NI，r和k分别表示高低比特位逆旋转前后的比特序号。NDSPB表示每个数据块的数据符号数，Nbpsc表示每个星座符号包含比特数，m表示空间发送块序号，取值为0,1,...,NI-1。s表示旋转常数，取值为max{Nbpsc/2,1}，其中max{·}表示取最大值，Nbpsc表示每个星座符号包含比特数。NCOL表示三维矩阵长度，mod表示取模运算，表示向下取整运算。
步骤12：接收端对步骤11中得到的每一个空间发送块进行三维矩阵写读逆操作，步骤为交织算法步骤3的逆过程，具体公式为：
公式9中k和j分别表示写读逆操作前后的比特序号，m表示空间发送块的编号，取值为{0,1,...,NI-1}。NDSPB表示每个数据块的数据符号数，Nbpsc表示每个星座符号包含比特数，NI表示空间数据块数，NSS表示空间数据流数，在公示中表现为三维矩阵的宽度，NCOL表示矩阵长度，NROW表示矩阵高度，其中NROW＝NDSPB·Nbpsc/NCOL。mod表示取模运算，表示向下取整运算。
步骤13：接收端将步骤12得到的所有空间发送块数据恢复成一个数据流，步骤为交织算法步骤2的逆过程，具体公式为：
公式10中i和j分别表示数据流恢复操作前后的比特序号，NSS表示空间数据流数，NDSPB表示每个数据块的数据符号数，Nbpsc表示每个星座符号包含比特数，i和j分别表示第一个排列前的输入比特和输出比特。mod表示取模运算，表示向下取整运算。
经过以上步骤，每一个发送数据块单元将恢复交织前的顺序，同发送端相比，解交织模块同样取代了传统方案的去CSD、比特解交织和逆流解析三个模块的功能。
一种采用上述方法的基于空时旋转的三维比特交织装置，包括发送端和接收端，所述发送端包括发送端缓存器和基于空时旋转的三维比特交织器；所述接收端包括接收端缓存器和基于空时旋转的三维比特解交织器；
所述发送端缓存器用于按照基本交织单元数量缓存数据块；
所述基于空时旋转的三维比特交织器用于对发送数据以三维交织矩阵为单位进行空间发送块成块数据分流，并对分流后的空间发送块依次进行写入读出操作、高低比特位旋转操作、块旋转操作和空间旋转操作；
所述接收端缓存器用于按照发送端基本交织单元数量缓存接收的数据块；
所述基于空时旋转的三维比特解交织器用于对接收到的空间发送块依次进行解空间旋转操作、解块旋转操作、高低位比特逆旋转操作、三维矩阵写读逆操作和数据流恢复操作。
有益效果：本发明提供的基于空时旋转的三维比特交织和解交织方法及装置，实现一个交织数据单元块内的跨子数据块的比特交织和解交织。具有的有益效果如下：首先，方案综合了传统交织方案中流解析、比特交织器和CSD三个模块的功能，可直接取代三个模块，具有理论可实现性；其次，方案在工程上仅需要在三维矩阵缓存器上进行写入和读取操作即可，硬件实现比较简单；然后，方案具有普适性，除了适用于复杂的多流多空间发送块交织以外，还适用于简单的块内交织和单流交织；最后，方案具有可推广性，除了单载波***，方案同样可以被推广到OFDM***以实现空频两域的分集增益。仿真结果表明，本发明提出的基于空时旋转的三维比特交织和解交织方法及装置，明显优于传统的符号交织方案和传统的比特交织方案。
附图附表说明
图1为本发明单载波***交织单元结构；
图2为本发明基于空时旋转的三维比特交织器的交织和解交织实现流程；
图3为本发明三维交织器比特写入顺序示意图；
图4为本发明三维交织器比特读出顺序示意图；
图5为本发明基于空时旋转的三维比特交织器在540MHz带宽下四空间流时采用π/2-16QAM的性能表现；
图6为本发明基于空时旋转的三维比特交织器在1080MHz带宽下四空间流时采用π/2-64QAM的性能表现；
具体实施方式
本发明主要以IEEE 802.11aj(45GHz)SC***为具体实施例进行说明。主要以单载波MIMO***为主要仿真场景，结合附图对本发明基于空时旋转的三维比特交织方法具体实施方式作进一步详细说明。应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利。
空间数据流数NSS选取具有代表性4流，发送天线NTx和接收天线NRx都等于NSS。接收端采用理想频域信道进行MMSE均衡、软解调、软译码。发送带宽包括540MHz和1080MHz两种情形，采用的调制方式包括π/2-16QAM和π/2-64QAM。其他参数见表1。
表1实施例1和实施例2的仿真参数
实施例一：
以540M带宽，16QAM调制，4个空间流，Nsblk＝8，空间发送块数NI＝2为例，基于空时旋转的三维比特交织方法发送端交织流程如图2，包括以下步骤：
步骤1：发送端缓存器缓存8个数据块，送入交织器。
步骤2：空间发送块成块数据分流，公式为：
公式11中i和j分别表示第一个排列的输入和输出比特序号。mod表示取模运算，表示向下取整运算。因此空间发送块0的比特序号为b(0)、b(2)、...，空间发送块1的比特序号为b(1)、b(3)、…。
步骤3：三维矩阵写入读出，写入顺序为先行后宽再高，即图3中1→2→3的顺序，读出顺序如图4中1→2→3顺序，故排列2的公式为：
公式12中j和k分别表示第二个排列的输入和输出比特序号，m表示空间发送块的编号，取值为{0,1,...,NI-1}。mod表示取模运算，表示向下取整运算。
步骤4：对于高阶调制，为了杜绝长期低可靠比特位于相同的位置，需要使相邻比特交错映射到星座符号的高低位，因此在第二个排列的基础上还需要进行第三个排列，本例中公式为：
公式13中t＝(k-m)/NI，k和r分别表示第三个排列的输入和输出比特序号，m表示空间发送块序号，取值为{0,1,...,NI-1}。mod表示取模运算，表示向下取整运算。经过此步骤后，数据块可以直接对应到每个空间流。具体的发送单元见表2；
表2高低比特位旋转后的数据单元结构
步骤5：当NI>1时，需要对缓存器对应的空间发送块进行块旋转，块旋转按照空间发送块分别进行，且空间发送块内的所有数据块需要进行相同尺度的块旋转，块旋转公式为：
Nsrot(m)＝J(m)·336 (公式14)
公式14中Nsrot(m)表示空间发送块m在每个流上的旋转比特数，J(m)表示不同空间发送块的块旋转尺度。本例中对于第0个数据块，J(m)＝0，故对于第0个数据块每个流上的旋转尺度为0；对于第1个数据块，J(m)＝1，Nsrot＝1×168×4/2＝336故第1个数据块每个流上的旋转尺度为336；
步骤6：对来自于不同空间发送块进行空间旋转，空间旋转公式为：
公式15中和分别表示空间旋转前后的数据块，m表示空间发送块编号，取值为{0,1,...,NI-1}，iSS和jSS分别表示数据块旋转前和旋转后数据块所在的空间流编号，取值分别为1,2,...,NSS，mod表示取模运算。本例中，数据块0的原空间流1旋转到空间流1，数据块0的原空间流1旋转到空间流1，数据块0的原空间流2旋转到空间流2，数据块0的原空间流3旋转到空间流3。即数据块0不发生空间旋转。数据块1的原空间流1旋转到空间流2，数据块1的原空间流2旋转到空间流3，数据块1的原空间流3旋转到空间流4，数据块1的原空间流4旋转到空间流1。具体的空间发送单元见表3；
表3空间旋转后的数据单元结构
| 流 | 空间发送块0 | 空间发送块1 |
| 1 | 缓存器0数据块0 | 缓存器1数据块3 |
| 2 | 缓存器0数据块1 | 缓存器1数据块0 |
| 3 | 缓存器0数据块2 | 缓存器1数据块1 |
| 4 | 缓存器0数据块3 | 缓存器1数据块2 |
步骤7：在接收端，接收端缓存器对接收到的数据以一个超数据单元块为基本交织单元进行缓存，然后将缓存的基本交织单元输入到解交织器，接收端解交织流程如图2；
步骤8：接收端解交织为发送端交织的逆过程。先对接收到的每一个空间发送块中不同流上的数据进行解空间旋转：
公式16中和分别表示解空间逆旋转前后的数据块，m表示发送块编号，取值为{0,1,...,NI-1}，iSS和jSS分别表示输出和输入的空间流编号，NSS表示空间数据流数，mod表示取模运算。本例中，数据块0不发生空间旋转。数据块1的原空间流1旋转到空间流0，数据块1的原空间流2旋转到空间流1，数据块1的原空间流3旋转到空间流2，数据块1的原空间流4旋转到空间流3；
步骤9：对上一步中的每一个空间发送块进行解块旋转：
Nsrot(m)＝672-J(m)·336 (公式17)
公式17中m表示空间发送块编号，取值为{0,1,...,NI-1}，Nsrot(m)表示空间发送块m上块旋转的长度，J(m)表示不同空间发送块的块旋转尺度，取值在{0,1,...,NI-1}中选取，且m和J(m)的取值一一对应。本例中，数据块0的旋转尺度为672，数据块1的旋转尺度为336；
步骤10：对上一步中得到的每一个空间发送块进行星座符号高低位比特逆旋转，以恢复数据位置，本例中公式为：
公式18中t＝(r-m)/NI，r和k分别表示高低比特位旋转前后的比特序号。m表示空间发送块序号，取值为{0,1,...,NI-1}。mod表示取模运算，表示向下取整运算。
步骤11：对上一步中的每一个空间发送块进行三维矩阵写读逆操作，本例中公式为：
公式19中k和j分别表示三维矩阵写读逆前后的比特序号，m表示空间发送块的编号，取值为{0,1,...,NI-1}。mod表示取模运算，表示向下取整运算。
步骤12：对上一步中的数据将所有空间发送块数据恢复成一个数据流，将数据恢复成一个数据流，具体公式为：
公式20中j和i分别表示恢复数据流前后的比特序号，mod表示取模运算，表示向下取整运算。
为了对比本发明中三维比特交织同无符号交织，以及传统比特交织的之间的性能差异，本发明实施例还提供了同这两种方法和装置的性能对比图，具体见图5，图5中PER表示接收端误包率，SNR表示输入信噪比。可以看出，本发明提供的交织方法，明显优于传统的交织方法。
实施例二：
以1080M带宽，64QAM调制，4个空间流，Nsblk＝8，空间发送块数NI＝2为例，基于空时旋转的三维比特交织方法包括以下步骤：
步骤1：发送端缓存器缓存8个数据块，送入交织器；
步骤2：空间发送块成块数据分流，公式为：
公式21中i和j分别表示第一个排列的输入和输出比特序号。mod表示取模运算，表示向下取整运算。因此，空间发送块0的比特序号为b(0)、b(2)、...，空间发送块1的比特序号为b(1)、b(3)、…；
步骤3：三维矩阵写入读出，本例中，NDSPB＝336，Nbpsc＝6，NSS＝4，NROW＝16，因此NCOL＝NDSPB·Nbpsc/NROW＝336×6/16＝126,本例中公式为：
公式22中j和k分别表示第二个排列的输入和输出比特序号，m表示空间发送块的编号，取值为{0,1,...,NI-1}。mod表示取模运算，表示向下取整运算。
步骤4：对于高阶调制，为了杜绝长期低可靠比特位于相同的位置，需要使相邻比特交错映射到星座符号的高低位，因此在第二个排列的基础上还需要进行第三个排列。本例中公式为：
公式23中t＝(k-m)/NI，k和r分别表示第三个排列的输入和输出比特序号，m表示空间发送块序号，取值为{0,1,...,NI-1}。mod表示取模运算，表示向下取整运算。经过此步骤后，数据块可以直接对应到每个空间流。具体对应为缓存器0的数据块0位于空间发送块0空间流1，缓存器0的数据块1位于空间发送块0空间流2，缓存器0的数据块2位于空间发送块0空间流3，缓存器0的数据块3位于空间发送块0空间流4。缓存器1的数据块0位于空间发送块1空间流1，缓存器1的数据块1位于空间发送块1空间流2，缓存器1的数据块2位于空间发送块1空间流3，缓存器1的数据块3位于空间发送块1空间流4；
步骤5：当NI＞1时，需要对缓存器对应的空间发送块进行块旋转，块旋转按照空间发送块分别进行，且空间发送块内的所有数据块需要进行相同尺度的块旋转，块旋转公式为：
Nsrot(m)＝J(m)·1008 (公式24)
公式24中Nsrot(m)表示空间发送块m在每个流上的旋转比特数，J(m)表示不同空间发送块的块旋转尺度。本例中对于第0个数据块，J(m)＝0，故对于第0个数据块每个流上的旋转尺度为0；对于第1个数据块，J(m)＝1，Nsrot(1)＝1008，故第1个数据块每个流上的旋转尺度为1008；
步骤6：对来自于不同空间发送块进行空间旋转，空间旋转公式为：
jSS＝(m+iSS-1)mod4+1(公式25)
公式25中和分别表示空间旋转前后的数据块，m表示空间发送块编号，取值为{0,1,...,NI-1}，iSS和jSS分别表示数据块旋转前和旋转后数据块所在的空间流编号，取值分别为1,2,...,NSS，mod表示取模运算。本例中，数据块0的原空间流1旋转到空间流1，数据块0的原空间流1旋转到空间流1，数据块0的原空间流2旋转到空间流2，数据块0的原空间流3旋转到空间流3。即数据块0不发生空间旋转。数据块1的原空间流1旋转到空间流2，数据块1的原空间流2旋转到空间流3，数据块1的原空间流3旋转到空间流4，数据块1的原空间流4旋转到空间流1；
步骤7：在接收端，接收端缓存器对接收到的数据以一个超数据单元块为基本交织单元进行缓存，然后将缓存的基本交织单元输入到解交织器；
步骤8：接收端解交织为发送端交织的逆过程。先对接收到的每一个空间发送块中不同流上的数据进行解空间旋转：
公式26中和分别表示解空间逆旋转前后的数据块，m表示发送块编号，取值为{0,1,...,NI-1}，iSS和jSS分别表示输出和输入的空间流编号，mod表示取模运算。本例中，数据块0不发生空间旋转。数据块1的原空间流1旋转到空间流0，数据块1的原空间流2旋转到空间流1，数据块1的原空间流3旋转到空间流2，数据块1的原空间流4旋转到空间流3；
步骤9：对上一步中的每一个空间发送块进行解块旋转，具体公式为：
Nsrot(m)＝2016-J(m)·1008 (公式27)
公式27中m表示空间发送块编号，取值为{0,1,...,NI-1}，Nsrot(m)表示空间发送块m上块旋转的长度，J(m)表示不同空间发送块的块旋转尺度，取值在{0,1,...,NI-1}中选取，且m和J(m)的取值一一对应。数据块0的旋转尺度为2016，数据块1的旋转尺度为1008；
步骤10：对上一步中得到的每一个空间发送块进行星座符号高低位比特逆旋转，以恢复数据位置，本例中公式为：
公式28中t＝(r-m)/NI，r和k分别表示高低比特位旋转前后的比特序号。m表示空间发送块序号，取值为{0,1,...,NI-1}。mod表示取模运算，表示向下取整运算。
步骤11：对上一步中的每一个空间发送块进行三维矩阵写读逆操作，步骤为交织算法步骤2的逆过程，具体公式为：
公式29中k和j分别表示写读逆操作前后的比特序号，m表示空间发送块的编号，取值为{0,1,...,NI-1}。mod表示取模运算，表示向下取整运算。
步骤12：对上一步中的数据将所有空间发送块数据恢复成一个数据流，将数据恢复成一个数据流，具体公式为：
公式30中j和i分别表示恢复数据流前后的比特序号，mod表示取模运算，表示向下取整运算。
图6为1080MHz带宽下四空间流时采用64QAM调制时的性能表现，其中PER表示输出端误包率，SNR表示输入信噪比。可以看出在1080MHz带宽下，基于空时旋转的三维交织方案同样优于三种传统交织方案。
Claims (2)
1.一种基于空时旋转的三维比特交织方法，包括发送端的交织操作和接收端的解交织操作，其特征在于，包括如下步骤：
(1)发送端以发送数据单元为单位输入比特数据；
(2)发送端以三维交织矩阵为单位进行空间发送块成块数据分流；
以三维交织矩阵为单位进行空间发送块成块数据分流需要将整个发送数据单元的比特分配到NI个空间发送块，具体公式可以表示为：
公式1中NI＝Nsblk/NSS，Nsblk表示数据块总数，NSS表示空间数据流数，NDSPB表示每个数据块的数据符号数，Nbpsc表示每个星座符号包含比特数，i和j分别表示空间发送块成块数据分流操作前后的比特序号，mod表示取模运算，表示向下取整运算；
(3)发送端对步骤(2)中得到的空间发送块进行写入读出操作；
具体公式可以表示为：
公式3中j和k分别表示写入读出操作前后的比特序号，m表示空间发送块的编号，取值为0,1,...,NI-1，NDSPB表示每个数据块的数据符号数，Nbpsc表示每个星座符号包含比特数，NI表示空间数据块数，NSS表示空间数据流数，在公式中表现为三维矩阵的宽度，NCOL表示矩阵长度，NROW表示矩阵高度，其中NROW＝NDSPB·Nbpsc/NCOL，mod表示取模运算，表示向下取整运算；
(4)发送端对步骤(3)中读出的空间发送块进行高低比特位旋转操作；
具体公式可以表示为：
公式5中t＝(k-m)/NI，k和r分别表示高低比特位旋转操作前后的比特序号，m表示空间发送块序号，取值为0,1,...,NI-1，NDSPB表示每个数据块的数据符号数，Nbpsc表示每个星座符号包含比特数，s表示旋转常数，取值为max{Nbpsc/2,1}，其中max{·}表示取最大值，NCOL表示三维矩阵长度，mod表示取模运算，表示向下取整运算；
(5)发送端对步骤(4)中得到的空间发送块进行块旋转操作；
具体公式可以表示为：
公式7中Nsrot(m)表示空间发送块m在每个流上的旋转比特数，NDSPB表示每个数据块的数据符号数，Nbpsc表示每个星座符号包含比特数，NI表示空间数据块数，J(m)表示不同空间发送块的块旋转尺度，取值在{0,1,...,NI-1}中选取，且m和J(m)的取值一一对应；
(6)发送端对步骤(5)中得到的空间发送块进行空间旋转操作；
具体公式可以表示为：
公式9中和分别表示空间旋转前后的数据块，m表示空间发送块编号，取值为{0,1,...,NI-1}，iSS和jSS分别表示数据块旋转前和旋转后数据块所在的空间流编号，取值分别为1,2,...,NSS，NSS表示空间数据流数，mod表示取模运算；
(7)发送端以步骤(6)中得到的空间发送块为单位输出数据比特流；
(8)接收端以发送数据单元为单位接收并缓存数据；
接收端解交织为发送端交织的逆过程，先对接收到的每一个空间发送块中不同流上的数据进行解空间旋转，公式如下：
<mrow>
<msub>
<mi>B</mi>
<mrow>
<mi>m</mi>
<mo>,</mo>
<msub>
<mi>i</mi>
<mrow>
<mi>S</mi>
<mi>S</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>-</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
</msub>
<mo>=</mo>
<msub>
<msup>
<mi>B</mi>
<mo>&prime;</mo>
</msup>
<mrow>
<mi>m</mi>
<mo>,</mo>
<msub>
<mi>j</mi>
<mrow>
<mi>S</mi>
<mi>S</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>-</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
</msub>
</mrow>
iSS＝(jSS-m+3)modNSS+1
其中，和分别表示解空间逆旋转前后的数据块，m表示发送块编号，取值为{0,1,...,NI-1}，iSS和jSS分别表示输出和输入的空间流编号，NSS表示空间数据流数，mod表示取模运算；
(9)接收端对步骤(8)中接收的空间发送块进行解空间旋转操作；
具体公式可以表示为：
<mrow>
<msub>
<mi>B</mi>
<mrow>
<mi>m</mi>
<mo>,</mo>
<msub>
<mi>i</mi>
<mrow>
<mi>S</mi>
<mi>S</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>-</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
</msub>
<mo>=</mo>
<msub>
<msup>
<mi>B</mi>
<mo>&prime;</mo>
</msup>
<mrow>
<mi>m</mi>
<mo>,</mo>
<msub>
<mi>j</mi>
<mrow>
<mi>S</mi>
<mi>S</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>-</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
</msub>
</mrow>
公式10中和分别表示解空间逆旋转前后的数据块，m表示发送块编号，iSS和jSS分别表示输入和输出的空间流编号，NSS表示空间数据流数，NI表示空间数据块数，mod表示取模运算，表示向上取整运算；
(10)接收端对步骤(9)中得到的空间发送块进行解块旋转操作；
具体公式可以表示为：
公式8中m表示空间发送块编号，取值为{0,1,...,NI-1}，Nsrot(m)表示空间发送块m上块旋转的长度，NDSPB表示每个数据块的数据符号数，Nbpsc表示每个星座符号包含比特数，NI表示空间数据块数，J(m)表示不同空间发送块的块旋转尺度，取值在{0,1,...,NI-1}中选取，且m和J(m)的取值一一对应；
(11)接收端对步骤(10)中得到的空间发送块进行星座符号高低位比特逆旋转操作；
具体公式可以表示为：
公式6中t＝(r-m)/NI，r和k分别表示高低比特位逆旋转前后操作前后的比特序号，NDSPB表示每个数据块的数据符号数，Nbpsc表示每个星座符号包含比特数，m表示空间发送块序号，取值为0,1,...,NI-1，s表示旋转常数，取值为max{Nbpsc/2,1}，其中max{·}表示取最大值，NCOL表示三维矩阵长度，mod表示取模运算，表示向下取整运算；
(12)接收端对步骤(11)中得到的空间发送块进行三维矩阵写读逆操作；
具体公式可以表示为：
公式4中k和j分别表示写读逆操作前后的比特序号，m表示空间发送块的编号，取值为{0,1,…,NI-1}，NDSPB表示每个数据块的数据符号数，Nbpsc表示每个星座符号包含比特数，NI表示空间数据块数，NSS表示空间数据流数，在公式中表现为三维矩阵的宽度，NCOL表示矩阵长度，NROW表示矩阵高度，其中NROW＝NDSPB]Nbpsc/NCOL，mod表示取模运算，表示向下取整运算；
(13)接收端将步骤(12)中得到空间发送块恢复成一个数据流；
具体公式可以表示为：
公式2中i和j分别表示数据流恢复操作前后的比特序号，NI＝Nsblk/NSS，Nsblk表示数据块总数，NSS表示空间数据流数，NDSPB表示每个数据块的数据符号数，Nbpsc表示每个星座符号包含比特数，mod表示取模运算，表示向下取整运算。
2.一种实现如权利要求1所述的基于空时旋转的三维比特交织方法的装置，包括发送端和接收端，其特征在于，所述发送端包括发送端缓存器和基于空时旋转的三维比特交织器；所述接收端包括接收端缓存器和基于空时旋转的三维比特解交织器；
发送端缓存器用于按照基本交织单元数量缓存数据块；
基于空时旋转的三维比特交织器用于对发送数据以三维交织矩阵为单位进行空间发送块成块数据分流，并对分流后的空间发送块依次进行写入读出操作、高低比特位旋转操作、块旋转操作和空间旋转操作；
接收端缓存器用于按照发送端基本交织单元数量缓存接收的数据块；
基于空时旋转的三维比特解交织器用于对接收到的空间发送块依次进行解空间旋转操作、解块旋转操作、高低位比特逆旋转操作、三维矩阵写读逆操作和数据流恢复操作。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510141443.7A CN104717039B (zh) | 2015-03-27 | 2015-03-27 | 一种基于空时旋转的三维比特交织方法及装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510141443.7A CN104717039B (zh) | 2015-03-27 | 2015-03-27 | 一种基于空时旋转的三维比特交织方法及装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104717039A CN104717039A (zh) | 2015-06-17 |
| CN104717039B true CN104717039B (zh) | 2018-03-20 |
Family
ID=53416043
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510141443.7A Active CN104717039B (zh) | 2015-03-27 | 2015-03-27 | 一种基于空时旋转的三维比特交织方法及装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104717039B (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101341668A (zh) * | 2005-12-20 | 2009-01-07 | 三星电子株式会社 | 改进的IEEE802.11n标准的交织器 |
| CN101848061A (zh) * | 2010-05-13 | 2010-09-29 | 清华大学 | 星座图受限的扩展编码调制方法、解调解码方法及其*** |
| CN102075487A (zh) * | 2009-11-25 | 2011-05-25 | 清华大学 | 基于多维星座映射的编码调制方法、解调解码方法及*** |
| CN104426630A (zh) * | 2013-08-30 | 2015-03-18 | 中国科学院上海高等研究院 | 一种比特交织编码调制方法及*** |
-
2015
- 2015-03-27 CN CN201510141443.7A patent/CN104717039B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101341668A (zh) * | 2005-12-20 | 2009-01-07 | 三星电子株式会社 | 改进的IEEE802.11n标准的交织器 |
| CN102075487A (zh) * | 2009-11-25 | 2011-05-25 | 清华大学 | 基于多维星座映射的编码调制方法、解调解码方法及*** |
| CN101848061A (zh) * | 2010-05-13 | 2010-09-29 | 清华大学 | 星座图受限的扩展编码调制方法、解调解码方法及其*** |
| CN104426630A (zh) * | 2013-08-30 | 2015-03-18 | 中国科学院上海高等研究院 | 一种比特交织编码调制方法及*** |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104717039A (zh) | 2015-06-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9008199B2 (en) | Advanced MIMO interleaving | |
| US7729438B2 (en) | Interleaver design for IEEE 802.11n standard | |
| JP6502764B2 (ja) | 送信装置、受信装置、及び半導体チップ | |
| KR101224177B1 (ko) | ＩＥＥＥ 802.11ｎ 표준을 위한 열 스킵을 가지는 새로운인터리버 디자인 | |
| EP2958319B1 (en) | Broadcast signal transmission and reception apparatus and methods therefor | |
| EP2995077B1 (en) | Apparatus for transmitting broadcast signals, apparatus for receiving broadcast signals, method for transmitting broadcast signals and method for receiving broadcast signals | |
| KR101805536B1 (ko) | 방송 신호 송신 장치, 방송 신호 수신 방법, 방송 신호 송신 방법 및 방송 신호 수신 방법 | |
| JP6437548B2 (ja) | 放送信号送信装置、放送信号受信装置、放送信号送信方法及び放送信号受信方法 | |
| JP5237290B2 (ja) | 少なくとも２つのアンテナを有する無線システムにおいてデータのストリームを送信する方法および該方法を実装した送信機 | |
| GB2419788A (en) | Bit interleaver for MIMO-OFDM in the form of a matrix which, when loaded with the bits required to generate an OFDM symbol, has unfilled elements | |
| EP2384552A1 (en) | Channel interleaver having a constellation-based block-wise permuation module | |
| EP2165494B1 (en) | Apparatus and method for coded orthogonal frequency- division multiplexing | |
| US10057101B2 (en) | Apparatus for transmitting broadcast signals, apparatus for receiving broadcast signals, method for transmitting broadcast signals and method for receiving broadcast signals | |
| GB2560657A (en) | Reordering of a beamforming matrix | |
| WO2014126935A1 (en) | System and method for frequency diversity | |
| CN104753643B (zh) | 一种基于信道状态信息的自适应交织方法及装置 | |
| CA2703967A1 (en) | System and method for frequency diversity | |
| CN104717039B (zh) | 一种基于空时旋转的三维比特交织方法及装置 | |
| KR20080106135A (ko) | 신호 송수신 방법 및 신호 송수신 장치 | |
| Shwetha et al. | The performance analysis of MIMO OFDM system with different M-QAM modulation and Convolution channel coding | |
| KR102194602B1 (ko) | 다중안테나 시스템을 통해 다중 입력-다중 출력(mimo) 무선통신을 구현하는 방법 | |
| KR20170117088A (ko) | 송신 장치, 수신 장치, 및 반도체 칩 | |
| CN104168248B (zh) | 基于数据单元块旋转的交织和解交织方法及装置 | |
| Song et al. | Optimized Interleavers for Bit-interleaved Polar Coded MIMO Systems |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |