交織系統和方法
2023-05-17 02:19:26 2
專利名稱：交織系統和方法
技術領域：
概括地說，本發明涉及無線通信，具體地說，本發明涉及無線通信系統中的信道交織。
背景技術：
正交頻分復用(OFDM)是一種用於廣播高速率數位訊號的技術。在OFDM系統中，將單個高速率數據流分為數個並行的低速率子流，其中的每個子流用於調製相應的子載波頻率。應當注意的是，雖然本發明是圍繞正交幅度調製展開描述的，但它同樣也適用於相移鍵控調製系統。OFDM系統中使用的調製技術被稱作正交幅度調製(QAM)，其中對載波頻率的相位和幅度均進行調製。在QAM調製中，QAM覆信號是由多個數據比特生成的，其中的每個符號包括實數項和虛數項，每個符號表示它是由哪些數據比特生成的。多個QAM比特在一個可按照由複平面以圖形方式表示的模式一起傳輸。通常情況下，該模式被稱作「星座(constellation)」。OFDM系統可採用QAM調製來提高其效率。當廣播信號時，該信號可能會通過一條以上的路徑傳播到接收機。例如，信號可能從單個發射機沿著一條直線傳播到接收機，它也可能經過多個物理實體的反射，從而沿著不同的路徑抵達接收機。此外，當系統使用所謂的「蜂窩」廣播技術來提高頻譜效率時，原本要發往某一個接收機的信號可能會由一個以上的發射機進行廣播。因此。相同的信號沿著一條以上的路徑傳輸到接收機。信號的這種並行傳播，不管是人為的(即，由一個以上發射機廣播相同的信號所致)還是自然的(即，反射所致)，均被稱作「多徑效應」。可以很容易理解的是，雖然蜂窩數字廣播在頻譜方面是高效的，但必須提供如何有效地解決多徑問題的方法。幸運的是，當存在多徑狀況時(如上所述，在使用蜂窩廣播技術時必定會出現多徑狀況)，採用QAM調製的OFDM系統比其中僅僅使用單載波頻率的QAM調製技術要有效。具體而言，在單載波QAM系統中，如果有些信道的回音跟主路徑一樣強，則必須用複雜的均衡器來均衡這些信道，而這樣的均衡往往是很難執行的。相比之下，在OFDM系統中，只要在每個符號開始處插入長度合適的保護間隔，就完全不需要複雜的均衡器。因此，當預期存在多徑狀況時，優選使用採用QAM調製的OFDM系統。在一般的網格編碼(Trellis Coding)方案中，數據流是用卷積編碼器進行編碼的，因此，連續的多個比特合併成一個比特組，比特組進而將成為一個QAM符號。多個比特處於一組中，每組的比特數量由整數「m」來給定(因此，每個組被稱作有「m元」維)。通常，「m」的值是4、5、6或7，但它亦可是更大或更小值。將這些比特分組成多個多比特符號後，對這些符號進行交織。「交織」意味著對符號流重新排序，從而將信道惡化所造成的潛在錯誤隨機化。為便於說明，假設要發送五個字，並且在非交織信號傳輸期間出現了臨時的信道擾亂。在這種情形下，在信道擾亂緩解之前，整個字可能都會丟失，因此，要知道丟失的字傳達了什麼信息將會是很困難的，甚至是不可能的。相比之下，如果將這五個字的字母在發送之前重新排序(即，「交織」)，那麼當出現信道擾亂時，可能會丟失一些字母，例如每個字丟失一個字母。當對重排序後的字母進行解碼時，儘管有的字丟失了字母，但所有五個字都會出現。很容易理解的是，在這種情形下，數字解碼器可以相對比較容易地將數據基本上全部恢復出來。在將m元符號交織後，用上述QAM原理，將這些符號映射成復符號，復用到它們的相應子載波信道中，然後發送出去。
圖1a示出了依據一個實施例的信道交織器； 圖1b示出了依據另一個實施例的信道交織器； 圖2a示出了依據一個實施例放置到交織緩衝區中的turbo分組的碼比特； 圖2b示出了依據一個實施例排成N/m行、m列矩陣的交織器緩衝區； 圖3示出了依據一個實施例的交織後交錯體表； 圖4示出了依據一個實施例的信道化示意圖。
圖5示出的依據一個實施例的信道化示意圖中，對於特定的時隙，所有的1移位序列導致一長串的良和差信道估計； 圖6示出的信道化示意圖中，所有的2移位序列導致均勻擴展的良和差信道估計交錯體；以及 圖7示出了依據一個實施例用於實現交織的無線設備。
具體實施例方式在一個實施例中，信道交織器包括比特交織器和符號交織器。圖1示出了兩種類型的信道交織方案。這兩種方案都使用比特交織(interleaving)和交錯(interlacing)來實現最大的信道分集。
圖1a示出了依據一個實施例的信道交織器。圖1b示出了依據另一個實施例的信道交織器。圖1b的交織器僅僅使用比特交織器來實現m元調製分集，使用二維交織後交錯體表和運行時間時隙—交錯體映射來實現頻率分集，從而提高交織性能，而無需進行明確的符號交織。
圖1a示出了輸入到比特交織模塊104中的Turbo編碼比特102。比特交織模塊104輸出交織比特，後者被輸入星座符號映射模塊106。星座符號映射模塊106輸出星座符號映射比特，後者被輸入星座符號交織模塊108。星座符號交織模塊108把星座符號交織比特輸出到信道化模塊110中。信道化模塊110用交錯體表112使星座符號交織比特交錯，然後輸出OFDM符號114。
圖1b示出了輸入到比特交織模塊154中的Turbo編碼比特152。比特交織模塊154輸出交織比特，後者被輸入星座符號映射模塊156。星座符號映射模塊156輸出星座符號映射比特，後者被輸入信道化模塊158。信道化模塊158用交織的交錯體表和動態的時隙—交錯體映射160，使星座符號交織比特信道化，並輸出OFDM符號162。
調製分集的比特交織 圖1b的交織器使用比特交織154來實現調製分集。以一種將相鄰碼比特映射成不同星座符號的模式，對Turbo分組的編碼比特152進行交織。例如，對於2m元調製，將N比特交織器緩衝區劃分為N/m個塊。將相鄰碼比特順序地寫入相鄰塊，然後從緩衝區的開始到結束按排列順序一個一個地讀出相鄰碼比特，如圖2a(上方)所示。這樣能確保將相鄰碼比特映射成不同的星座符號。同樣，如圖2b(下方)所示，將交織器緩衝區排成N/m行、m列矩陣。將碼比特一列一列地寫入緩衝區的列中，然後將前者一行一行地讀出。為了避免將相鄰的碼比特映射到星座符號的相同比特位置(因為對於16QAM來說，根據映射，星座符號的某些比特比其它比特要可靠，例如，第一比特和第三比特比第二和第四比特要可靠)，應當交替地從左向右和從右向左讀取各行。
圖2a示出了依據一個實施例放置到交織緩衝區204中的turbo分組202的碼比特。圖2b示出了根據一個實施例的比特交織操作。將Turbo分組250的碼比特放置到交織緩衝區252中，如圖2b所示。依據一個實施例，交織緩衝區252是通過交換第二列和第三列而進行變換的，從而創建了交織緩衝區254，其中m＝4。從交織緩衝區254中讀取Turbo分組256的交織碼比特。
為簡單起見，如果最高的調製等級為16並且如果碼比特長度總是能被4整除，則可以使用固定的m＝4。在這種情況下，為了提高QPSK(正交相移鍵控)的間距(separation)，則先交換中間兩列，然後再將其讀取出來。圖2b(下方)示出了該過程。對於本領域普通技術人員顯而易見的是，任何兩列都是可以交換的。對於本領域普通技術人員還顯而易見的是，這些列的次序是可以任意設置的。對於本領域普通技術人員還顯而易見的是，這些行的次序也是可以任意設置的。
在另一個實施例中，在第一步中，將turbo分組202的碼比特分成多組。需要注意的是，圖2a和圖2b的實施例也將碼比特分成多組。但是，每組內的碼比特是按照每個給定組的組比特順序來進行混洗(shuffle)的，而不是簡單地交換行或列。因此，使用組的簡單線性排序將16個碼比特分成四組以後，這16個碼比特組成的四組的次序可以是{1，5，9，13}{2，6，10，14}{3，7，11，15}{4，8，12，16}，混洗後這16個碼比特組成的四組的次序可以是{13，9，5，1}{2，10，6，14}{11，7，15，3}{12，8，4，16}。需要注意的是，交換行或列是組內混洗的回歸情形。
頻率分集的交織後交錯體 依據一個實施例，信道交織器使用交織後交錯體進行星座符號交織，從而實現頻率分集。這樣就不需要明確的星座符號交織。交織是分兩級進行的 交錯體內交織在一個實施例中，交錯體的500個子載波以比特倒置方式交織。
交錯體間交織在一個實施例中，8個交錯體以比特倒置方式交織。
對於本領域普通技術人員顯而易見的是，子載波的數量也可以不是500。對於本領域普通技術人員還顯而易見的是，交錯體的數量也可以不是8。
需要注意的是，根據一個實施例，由於500不是2的冪，所以，應當使用簡約集(reduced-set)比特倒置操作。下面的代碼示出了該操作。
其中，n＝500，m＝8，即使2m＞n的最小整數，bitRev是常規的比特倒置操作。
依據一個實施例，使用圖3所示的交錯體表，按照順序線性方式，根據由信道化器確定的分配的時隙索引，將一個數據信道的星座符號序列的符號映射到相應的子載波上。
圖3示出了依據一個實施例的交織後交錯體表。圖3示出了Turbo分組302、星座符號304和交織後交錯體表306。圖3還示出了交錯體3(308)、交錯體4(310)、交錯體2(312)、交錯體6(314)、交錯體1(316)、交錯體5(318)、交錯體3(320)以及交錯體7(322)。
在一個實施例中，上述8個交錯體中有一個交錯體用於導頻符號，即，交錯體2和交錯體6二中選一地用於導頻符號。所以，信道化器可將七個交錯體用於調度。為便於描述，信道化器用時隙作為調度單位。將一個時隙定義為OFDM符號的一個交錯體。交錯體表用於將時隙映射到特定的交錯體。因為使用了8個交錯體，所以有8個時隙。留出7個時隙用於信道化，留出1個時隙用於導頻符號。不失一般性，時隙0用於導頻符號，時隙1到7用於信道化，如圖4所示，其中，垂直軸是時隙索引402，水平軸是OFDM符號索引404，粗體條目是在OFDM符號時間分配給相應時隙的交錯體索引。
圖4給出了依據一個實施例的信道化示意圖。圖4示出了為調度器406預留的時隙索引和為導頻符號408預留的時隙索引。粗體條目是交錯體索引。加方框的數字是與導頻相鄰的交錯體，故而有良好信道估計。
方框環繞的數字是與導頻相鄰的交錯體，故而有良好信道估計。由於調度器總是把連續的時隙塊和OFDM符號分配給數據信道，所以很清楚的一點是，由於交錯體內交織，分配給數據信道的這些連續時隙將會映射到不連續的交錯體上。故而，可以提高頻率分集增益。
但是，這種靜態分配方案(即，時隙—物理交錯體映射表1不隨時間而變)確實存在一個問題。即，如果數據信道分配塊(假設為矩形)佔據了多個OFDM符號，則分配給數據信道的交錯體不隨時間而變，從而導致頻率分集的降低。補救措施是，隨著不同的OFDM符號，將調度器交錯體表(即，不包括導頻交錯體)簡單地循環移位。
圖5示出了對於每個OFDM符號將調度器交錯體表移位一次的操作。該方案成功地解決了靜態交錯體分配問題，即，在不同的OFDM符號時間，將特定的時隙映射到不同的交錯體。
圖5依據一個實施例給出的信道化示意圖中，對於特定的時隙502，所有的1移位序列導致一長串的良和差信道估計。圖5示出了預留給調度器506的時隙索引和預留給導頻508的時隙索引。時隙符號索引504顯示在水平軸上。
但是，應該注意到，多個時隙被分配給具有良信道估計的四個連續交錯體，再接著，被分配給具有差信道估計的一長串交錯體，與此形成鮮明對比的是，在優選模式中，一短串的良好信道估計交錯體和一短串的差信道估計交錯體。在圖中，用方框標記與導頻交錯體相鄰的交錯體。長串的良和差信道估計問題的解決方案是，使用移位序列，而非全1序列。很多序列可用來完成這項任務。最簡單的序列是--------------------------------1調度器時隙表不包括導頻時隙。全2序列，即，對於每個OFDM符號調度器交錯體表移位兩次，而非一次。圖6示出了該結果，其明顯改善了信道化器交錯體模式。注意，該模式對於每2×7＝14個OFDM符號重複一次，其中，2是導頻交錯體交錯周期，7是信道化器交錯體移位周期。
為了簡化發射機和接收機的操作，在給定的OFDM符號時間，可以使用簡單的公式來確定從時隙到交錯體的映射。
其中， N＝I-1是業務數據調度所用的交錯體的數量，其中的I是交錯體總數量； i∈{0，1，…，I-1}，不包括導頻交錯體，是時隙s在OFDM符號t時所映射到的交錯體索引； t＝0，1，…，T-1是超級幀內的OFDM符號索引，其中，T是/幀2中OFDM符號的總數量； s＝1，2，…S-1，s是時隙索引，其中S是時隙的總數量； R是每個OFDM符號的移位次數； 是簡約集比特倒置運算符。即，導頻所用的交錯體應當從比特倒置運算中排除出去。
例如在一個實施例中，I＝8，R＝2。對應的時隙—交錯體映射公式為 其中， 對應於下表 001422或631-----------------------------2由於在當前設計中，幀中的OFDM符號的數量無法被14整除，所以超級幀(而非幀)中的OFDM符號索引為幀提供了附加分集。
4553 67 該表可由以下代碼產生 其中，m＝3，bitRev是常規的比特倒置操作。
對於OFDM符號t＝11，導頻使用交錯體6。時隙和交錯體之間的映射是 時隙1映射到交錯體 時隙2映射到交錯體 時隙3映射到交錯體 時隙4映射到交錯體 時隙5映射到交錯體 時隙6映射到交錯體 時隙7映射到交錯體 這樣的映射與圖6中的映射一致。在圖6給出的信道化示意圖中，所有的2移位序列導致均勻擴展的良和差的信道估計交錯體。
根據一個實施例，交織器具有以下特點 比特交織器能通過將碼比特交織成不同的調製符號，從而充分利用m元調製分集； 通過交錯體內交織和交錯體間交織，「符號交織」能實現頻率分集； 通過隨著不同的OFDM符號而改變時隙—交錯體映射表，可以實現附加的頻率分集增益和信道估計增益。為實現該目標，提出了一種簡單的旋轉序列。
圖7示出了依據一個實施例用於實現交織的無線設備。無線設備702包括天線704、雙工器706、接收機708、發射機710、處理器712和存儲器714。依據一個實施例，處理器712能進行交織。處理器712使用存儲器714，以使緩衝區或數據結構執行其操作。
本領域技術人員應當理解，多種不同的技術和方法均可用來表示信息和信號。例如，在貫穿上面的描述中提及的數據、指令、命令、信息、信號、比特、符號和碼片可以用電壓、電流、電磁波、磁場或粒子、光場或粒子，或者其任意組合來表示。
本領域技術人員還應當了解的是，結合本申請的實施例描述的各種示例性的邏輯框、模塊、電路和算法步驟均可以實現成電子硬體、計算機軟體或其組合。為了清楚地表示硬體和軟體之間的可交換性，上面對各種示例性的部件、框、模塊、電路和步驟均圍繞其功能進行了總體描述。至於這種功能體是實現成硬體還是實現成軟體，取決於整個系統的特定應用和對整個系統所施加的設計約束條件。熟練的技術人員可以針對每個特定應用，以各種方式實現所描述的功能，但是，這種實現決策不應解釋為造成背離本發明的保護範圍。
用於執行本申請所述功能的通用處理器、數位訊號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現場可編程門陣列(FPGA)或其它可編程邏輯器件、分立門或者電晶體邏輯器件、分立硬體組件或者其任意組合，可以用於實現或執行結合本申請的實施例所描述的各種示例性的邏輯框圖、模塊和電路。通用處理器可以是微處理器，或者，該處理器也可以是任何常規的處理器、控制器、微控制器或者狀態機。處理器也可能實現為計算設備的組合，例如，DSP和微處理器的組合、多個微處理器、一個或多個結合DSP內核的微處理器，或者任何其它此種結構。
結合本申請的實施例所描述的方法或者算法的步驟可直接體現為硬體、由處理器執行的軟體模塊或這兩者的組合。軟體模塊可以位於RAM存儲器、快閃記憶體、ROM存儲器、EPROM存儲器、EEPROM存儲器、寄存器、硬碟、移動磁碟、CD-ROM或者本領域熟知的任何其它形式的存儲介質中。示例性的存儲介質連接至處理器，從而使處理器能夠從該存儲介質讀取信息，且可向該存儲介質寫入信息。或者，存儲介質也可以集成到處理器中。處理器和存儲介質可以位於ASIC中。該ASIC可以位於用戶終端中。當然，處理器和存儲介質也可以作為分立組件存在於用戶終端中。
為使本領域技術人員能夠實現或者使用本發明，上面圍繞著本發明的實施例進行了描述。對於本領域技術人員來說，對這些實施例的各種修改都是顯而易見的，並且，本申請定義的總體原理也可以在不脫離本發明的精神和保護範圍的基礎上適用於其它實施例。因此，本發明並不限於本申請給出的實施例，而是與本申請公開的原理和新穎性特徵的最廣範圍相一致。
權利要求
1.一種交織方法，包括用比特倒置的方式對一個交錯體的多個子載波進行交織處理；以及用所述比特倒置的方式對多個交錯體進行交織處理。
2.權利要求1的方法，其中，如果子載波的數量不是2的冪，則所述比特倒置的方式是簡約集比特倒置運算。
3.權利要求2的方法，其中，子載波的數量是500。
4.權利要求3的方法，其中，交錯體的數量是8。
5.權利要求1的方法，其中，用比特倒置的方式對一個交錯體的多個子載波進行交織包括使用交錯體表，根據分配的時隙索引，以順序線性方式，將星座符號序列中的符號映射到相應的子載波中。
6.一種處理器，用於用比特倒置的方式對一個交錯體的多個子載波進行交織處理；以及用所述比特倒置的方式對多個交錯體進行交織處理。
7.一種處理器，包括用比特倒置的方式對一個交錯體的多個子載波進行交織處理的模塊；以及用所述比特倒置的方式對多個交錯體進行交織處理的模塊。
8.一種可讀介質，包含一種交織方法，所述交織方法包括用比特倒置的方式對一個交錯體的多個子載波進行交織處理；以及用所述比特倒置的方式對多個交錯體進行交織處理。
全文摘要
頻率分集系統和方法使用交織技術。用比特倒置的方式，對一個交錯體的多個子載波進行交織處理，並且，用比特倒置的方式，對多個交錯體進行交織處理。
文檔編號H04L1/00GK101036336SQ200580032787
公開日2007年9月12日 申請日期2005年7月29日 優先權日2004年7月29日
發明者麥可·毛·王, 凌復雲, 拉馬斯瓦米·穆拉利, 拉吉夫·維賈亞恩 申請人:高通股份有限公司