交织系统和方法 |
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| 申请号 | CN200580032787.9 | 申请日 | 2005-07-29 | 公开(公告)号 | CN101036336A | 公开(公告)日 | 2007-09-12 |
| 申请人 | 高通股份有限公司; | 发明人 | 迈克尔·毛·王; 凌复云; 拉马斯瓦米·穆拉利; 拉吉夫·维贾亚恩; | ||||
| 摘要 | 频率 分集系统和方法使用交织技术。用比特倒置的方式，对一个交错体的多个 子载波 进行交织处理，并且，用比特倒置的方式，对多个交错体进行交织处理。 | ||||||
| 权利要求 | 1、一种交织方法，包括： |
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| 说明书全文 | 发明领域[0002]概括地说，本发明涉及无线通信，具体地说，本发明涉及无线 通信系统中的信道交织。技术背景 [0003]正交频分复用(OFDM)是一种用于广播高速率数字信号的技 术。在OFDM系统中，将单个高速率数据流分为数个并行的低速率 子流，其中的每个子流用于调制相应的子载波频率。应当注意的是， 虽然本发明是围绕正交幅度调制展开描述的，但它同样也适用于相移 键控调制系统。 [0004]OFDM系统中使用的调制技术被称作正交幅度调制(QAM)， 其中对载波频率的相位和幅度均进行调制。在QAM调制中，QAM 复信号是由多个数据比特生成的，其中的每个符号包括实数项和虚数 项，每个符号表示它是由哪些数据比特生成的。多个QAM比特在一 个可按照由复平面以图形方式表示的模式一起传输。通常情况下，该 模式被称作“星座(constellation)”。OFDM系统可采用QAM调制来 提高其效率。 [0005]当广播信号时，该信号可能会通过一条以上的路径传播到接收 机。例如，信号可能从单个发射机沿着一条直线传播到接收机，它也 可能经过多个物理实体的反射，从而沿着不同的路径抵达接收机。此 外，当系统使用所谓的“蜂窝”广播技术来提高频谱效率时，原本要 发往某一个接收机的信号可能会由一个以上的发射机进行广播。因 此。相同的信号沿着一条以上的路径传输到接收机。信号的这种并行 传播，不管是人为的(即，由一个以上发射机广播相同的信号所致) 还是自然的(即，反射所致)，均被称作“多径效应”。可以很容易理 解的是，虽然蜂窝数字广播在频谱方面是高效的，但必须提供如何有 效地解决多径问题的方法。 [0006]幸运的是，当存在多径状况时(如上所述，在使用蜂窝广播技 术时必定会出现多径状况)，采用QAM调制的OFDM系统比其中仅 仅使用单载波频率的QAM调制技术要有效。具体而言，在单载波 QAM系统中，如果有些信道的回音跟主路径一样强，则必须用复杂 的均衡器来均衡这些信道，而这样的均衡往往是很难执行的。相比之 下，在OFDM系统中，只要在每个符号开始处插入长度合适的保护 间隔，就完全不需要复杂的均衡器。因此，当预期存在多径状况时， 优选使用采用QAM调制的OFDM系统。 [0007]在一般的网格编码(Trellis Coding)方案中，数据流是用卷积 编码器进行编码的，因此，连续的多个比特合并成一个比特组，比特 组进而将成为一个QAM符号。多个比特处于一组中，每组的比特数 量由整数“m”来给定(因此，每个组被称作有“m元”维)。通常， “m”的值是4、5、6或7，但它亦可是更大或更小值。 [0008]将这些比特分组成多个多比特符号后，对这些符号进行交织。 “交织”意味着对符号流重新排序，从而将信道恶化所造成的潜在错 误随机化。为便于说明，假设要发送五个字，并且在非交织信号传输 期间出现了临时的信道扰乱。在这种情形下，在信道扰乱缓解之前， 整个字可能都会丢失，因此，要知道丢失的字传达了什么信息将会是 很困难的，甚至是不可能的。 [0009]相比之下，如果将这五个字的字母在发送之前重新排序(即， “交织”)，那么当出现信道扰乱时，可能会丢失一些字母，例如每个 字丢失一个字母。当对重排序后的字母进行解码时，尽管有的字丢失 了字母，但所有五个字都会出现。很容易理解的是，在这种情形下， 数字解码器可以相对比较容易地将数据基本上全部恢复出来。在将m 元符号交织后，用上述QAM原理，将这些符号映射成复符号，复用 到它们的相应子载波信道中，然后发送出去。附图说明 [0010]图1a示出了依据一个实施例的信道交织器； [0011]图1b示出了依据另一个实施例的信道交织器； [0012]图2a示出了依据一个实施例放置到交织缓冲区中的turbo分组 的码比特； [0013]图2b示出了依据一个实施例排成N/m行、m列矩阵的交织器 缓冲区； [0014]图3示出了依据一个实施例的交织后交错体表； [0015]图4示出了依据一个实施例的信道化示意图。 [0016]图5示出的依据一个实施例的信道化示意图中，对于特定的时 隙，所有的1移位序列导致一长串的良和差信道估计； [0017]图6示出的信道化示意图中，所有的2移位序列导致均匀扩展 的良和差信道估计交错体；以及 [0018]图7示出了依据一个实施例用于实现交织的无线设备。 具体实施方式[0019]在一个实施例中，信道交织器包括比特交织器和符号交织器。 图1示出了两种类型的信道交织方案。这两种方案都使用比特交织 (interleaving)和交错(interlacing)来实现最大的信道分集。 [0020]图1a示出了依据一个实施例的信道交织器。图1b示出了依据 另一个实施例的信道交织器。图1b的交织器仅仅使用比特交织器来 实现m元调制分集，使用二维交织后交错体表和运行时间时隙—交 错体映射来实现频率分集，从而提高交织性能，而无需进行明确的符 号交织。 [0021]图1a示出了输入到比特交织模块104中的Turbo编码比特 102。比特交织模块104输出交织比特，后者被输入星座符号映射模 块106。星座符号映射模块106输出星座符号映射比特，后者被输入 星座符号交织模块108。星座符号交织模块108把星座符号交织比特 输出到信道化模块110中。信道化模块110用交错体表112使星座符 号交织比特交错，然后输出OFDM符号114。 [0022]图1b示出了输入到比特交织模块154中的Turbo编码比特 152。比特交织模块154输出交织比特，后者被输入星座符号映射模 块156。星座符号映射模块156输出星座符号映射比特，后者被输入 信道化模块158。信道化模块158用交织的交错体表和动态的时隙— 交错体映射160，使星座符号交织比特信道化，并输出OFDM符号 162。 [0023]调制分集的比特交织 [0024]图1b的交织器使用比特交织154来实现调制分集。以一种将 相邻码比特映射成不同星座符号的模式，对Turbo分组的编码比特 152进行交织。例如，对于2m元调制，将N比特交织器缓冲区划分 为N/m个块。将相邻码比特顺序地写入相邻块，然后从缓冲区的开 始到结束按排列顺序一个一个地读出相邻码比特，如图2a(上方) 所示。这样能确保将相邻码比特映射成不同的星座符号。同样，如图 2b(下方)所示，将交织器缓冲区排成N/m行、m列矩阵。将码比 特一列一列地写入缓冲区的列中，然后将前者一行一行地读出。为了 避免将相邻的码比特映射到星座符号的相同比特位置(因为对于 16QAM来说，根据映射，星座符号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)，应当交替地 从左向右和从右向左读取各行。 [0025]图2a示出了依据一个实施例放置到交织缓冲区204中的turbo 分组202的码比特。图2b示出了根据一个实施例的比特交织操作。 将Turbo分组250的码比特放置到交织缓冲区252中，如图2b所示。 依据一个实施例，交织缓冲区252是通过交换第二列和第三列而进行 变换的，从而创建了交织缓冲区254，其中m＝4。从交织缓冲区254 中读取Turbo分组256的交织码比特。 [0026]为简单起见，如果最高的调制等级为16并且如果码比特长度 总是能被4整除，则可以使用固定的m＝4。在这种情况下，为了提高 QPSK(正交相移键控)的间距(separation)，则先交换中间两列， 然后再将其读取出来。图2b(下方)示出了该过程。对于本领域普 通技术人员显而易见的是，任何两列都是可以交换的。对于本领域普 通技术人员还显而易见的是，这些列的次序是可以任意设置的。对于 本领域普通技术人员还显而易见的是，这些行的次序也是可以任意设 置的。 [0027]在另一个实施例中，在第一步中，将turbo分组202的码比特 分成多组。需要注意的是，图2a和图2b的实施例也将码比特分成多 组。但是，每组内的码比特是按照每个给定组的组比特顺序来进行混 洗(shuffle)的，而不是简单地交换行或列。因此，使用组的简单线 性排序将16个码比特分成四组以后，这16个码比特组成的四组的次 序可以是{1，5，9，13}{2，6，10，14}{3，7，11，15}{4，8，12，16}，混洗后 这16个码比特组成的四组的次序可以是{13，9，5，1}{2，10，6，14}{11， 7，15，3}{12，8，4，16}。需要注意的是，交换行或列是组内混洗的回 归情形。 [0028]频率分集的交织后交错体 [0029]依据一个实施例，信道交织器使用交织后交错体进行星座符号 交织，从而实现频率分集。这样就不需要明确的星座符号交织。交织 是分两级进行的： [0030]交错体内交织：在一个实施例中，交错体的500个子载波以比 特倒置方式交织。 [0031]交错体间交织：在一个实施例中，8个交错体以比特倒置方式 交织。 [0032]对于本领域普通技术人员显而易见的是，子载波的数量也可以 不是500。对于本领域普通技术人员还显而易见的是，交错体的数量 也可以不是8。 [0033]需要注意的是，根据一个实施例，由于500不是2的幂，所以， 应当使用简约集(reduced-set)比特倒置操作。下面的代码示出了该 操作。 [0034] vector＜int＞reducedSetBitRev(int n) [0035] { [0036] int m＝exponent(n)； [0037] vector＜int＞y(n)； [0038] for(int i＝0，j＝0；i＜n；i++，j++) [0039] { [0040] int k； [0041] for(；(k＝bitRev(j，m))＞＝n；j++)； [0042] y[i]＝k； [0043] } [0044] return y； [0045] } [0046]其中，n＝500，m＝8，即使2m＞n的最小整数，bitRev是常规的 比特倒置操作。 [0047]依据一个实施例，使用图3所示的交错体表，按照顺序线性方 式，根据由信道化器确定的分配的时隙索引，将一个数据信道的星座 符号序列的符号映射到相应的子载波上。 [0048]图3示出了依据一个实施例的交织后交错体表。图3示出了 Turbo分组302、星座符号304和交织后交错体表306。图3还示出了 交错体3(308)、交错体4(310)、交错体2(312)、交错体6(314)、 交错体1(316)、交错体5(318)、交错体3(320)以及交错体7(322)。 [0049]在一个实施例中，上述8个交错体中有一个交错体用于导频符 号，即，交错体2和交错体6二中选一地用于导频符号。所以，信道 化器可将七个交错体用于调度。为便于描述，信道化器用时隙作为调 度单位。将一个时隙定义为OFDM符号的一个交错体。交错体表用 于将时隙映射到特定的交错体。因为使用了8个交错体，所以有8个 时隙。留出7个时隙用于信道化，留出1个时隙用于导频符号。不失 一般性，时隙0用于导频符号，时隙1到7用于信道化，如图4所示， 其中，垂直轴是时隙索引402，水平轴是OFDM符号索引404，粗体 条目是在OFDM符号时间分配给相应时隙的交错体索引。 [0050]图4给出了依据一个实施例的信道化示意图。图4示出了为调 度器406预留的时隙索引和为导频符号408预留的时隙索引。粗体条 目是交错体索引。加方框的数字是与导频相邻的交错体，故而有良好 信道估计。 [0051]方框环绕的数字是与导频相邻的交错体，故而有良好信道估 计。由于调度器总是把连续的时隙块和OFDM符号分配给数据信道， 所以很清楚的一点是，由于交错体内交织，分配给数据信道的这些连 续时隙将会映射到不连续的交错体上。故而，可以提高频率分集增益。 [0052]但是，这种静态分配方案(即，时隙—物理交错体映射表1不 随时间而变)确实存在一个问题。即，如果数据信道分配块(假设为 矩形)占据了多个OFDM符号，则分配给数据信道的交错体不随时 间而变，从而导致频率分集的降低。补救措施是，随着不同的OFDM 符号，将调度器交错体表(即，不包括导频交错体)简单地循环移位。 [0053]图5示出了对于每个OFDM符号将调度器交错体表移位一次 的操作。该方案成功地解决了静态交错体分配问题，即，在不同的 OFDM符号时间，将特定的时隙映射到不同的交错体。 [0054]图5依据一个实施例给出的信道化示意图中，对于特定的时隙 502，所有的1移位序列导致一长串的良和差信道估计。图5示出了 预留给调度器506的时隙索引和预留给导频508的时隙索引。时隙符 号索引504显示在水平轴上。 [0055]但是，应该注意到，多个时隙被分配给具有良信道估计的四个 连续交错体，再接着，被分配给具有差信道估计的一长串交错体，与 此形成鲜明对比的是，在优选模式中，一短串的良好信道估计交错体 和一短串的差信道估计交错体。在图中，用方框标记与导频交错体相 邻的交错体。长串的良和差信道估计问题的解决方案是，使用移位序 列，而非全1序列。很多序列可用来完成这项任务。最简单的序列是 -------------------------------- 1调度器时隙表不包括导频时隙。 全2序列，即，对于每个OFDM符号调度器交错体表移位两次，而 非一次。图6示出了该结果，其明显改善了信道化器交错体模式。注 意，该模式对于每2×7＝14个OFDM符号重复一次，其中，2是导 频交错体交错周期，7是信道化器交错体移位周期。 [0056]为了简化发射机和接收机的操作，在给定的OFDM符号时间， 可以使用简单的公式来确定从时隙到交错体的映射。 [0057]其中， [0058]N＝I-1是业务数据调度所用的交错体的数量，其中的I是交错 体总数量； [0059]i∈{0，1，…，I-1}，不包括导频交错体，是时隙s在OFDM符号t时 所映射到的交错体索引； [0061]s＝1，2，…S-1，s是时隙索引，其中S是时隙的总数量； [0062]R是每个OFDM符号的移位次数； [0063] 是简约集比特倒置运算符。即，导频所用的交错体应当从比 特倒置运算中排除出去。 [0064]例如：在一个实施例中，I＝8，R＝2。对应的时隙—交错体映 射公式为： [0065] [0066]其中， 对应于下表： 00 14 22或6 31 ----------------------------- 2由于在当前设计中，帧中的OFDM符号的数量无法被14整除，所以超级帧(而非帧)中的OFDM符号 索引为帧提供了附加分集。 45 53 [0067]67 [0068]该表可由以下代码产生： [0069]int reducedSetBitRev(int x，int exclude，int n) [0070]{ [0071] int m＝exponent(n)； [0072] int y； [0073] for(int i＝0；j＝0；i＜＝x；i++，j++) [0074] { [0075] for(；(y＝bitRev(j，m))＝exclude；j++)； [0076] } [0077] return y； [0078]} [0079]其中，m＝3，bitRev是常规的比特倒置操作。 [0080]对于OFDM符号t＝11，导频使用交错体6。时隙和交错体之 间的映射是： [0081]时隙1映射到交错体 [0082]时隙2映射到交错体 [0083]时隙3映射到交错体 [0084]时隙4映射到交错体 [0085]时隙5映射到交错体 [0086]时隙6映射到交错体 [0087]时隙7映射到交错体 [0088]这样的映射与图6中的映射一致。在图6给出的信道化示意图 中，所有的2移位序列导致均匀扩展的良和差的信道估计交错体。 [0089]根据一个实施例，交织器具有以下特点： [0090]比特交织器能通过将码比特交织成不同的调制符号，从而充分 利用m元调制分集； [0091]通过交错体内交织和交错体间交织，“符号交织”能实现频率 分集； [0092]通过随着不同的OFDM符号而改变时隙—交错体映射表，可 以实现附加的频率分集增益和信道估计增益。为实现该目标，提出了 一种简单的旋转序列。 [0093]图7示出了依据一个实施例用于实现交织的无线设备。无线设 备702包括天线704、双工器706、接收机708、发射机710、处理器 712和存储器714。依据一个实施例，处理器712能进行交织。处理 器712使用存储器714，以使缓冲区或数据结构执行其操作。 [0094]本领域技术人员应当理解，多种不同的技术和方法均可用来表 示信息和信号。例如，在贯穿上面的描述中提及的数据、指令、命令、 信息、信号、比特、符号和码片可以用电压、电流、电磁波、磁场或 粒子、光场或粒子，或者其任意组合来表示。 [0095]本领域技术人员还应当了解的是，结合本申请的实施例描述的 各种示例性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、 计算机软件或其组合。为了清楚地表示硬件和软件之间的可交换性， 上面对各种示例性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行 了总体描述。至于这种功能体是实现成硬件还是实现成软件，取决于 整个系统的特定应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技 术人员可以针对每个特定应用，以各种方式实现所描述的功能，但是， 这种实现决策不应解释为造成背离本发明的保护范围。 [0096]用于执行本申请所述功能的通用处理器、数字信号处理器 (DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其 它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件或者 其任意组合，可以用于实现或执行结合本申请的实施例所描述的各种 示例性的逻辑框图、模块和电路。通用处理器可以是微处理器，或者， 该处理器也可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器或者状态机。 处理器也可能实现为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、 多个微处理器、一个或多个结合DSP内核的微处理器，或者任何其 它此种结构。 [0097]结合本申请的实施例所描述的方法或者算法的步骤可直接体 现为硬件、由处理器执行的软件模块或这两者的组合。软件模块可以 位于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM 存储器、寄存器、硬盘、移动磁盘、CD-ROM或者本领域熟知的任 何其它形式的存储介质中。示例性的存储介质连接至处理器，从而使 处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息。或 者，存储介质也可以集成到处理器中。处理器和存储介质可以位于 ASIC中。该ASIC可以位于用户终端中。当然，处理器和存储介质 也可以作为分立组件存在于用户终端中。 [0098]为使本领域技术人员能够实现或者使用本发明，上面围绕着本 发明的实施例进行了描述。对于本领域技术人员来说，对这些实施例 的各种修改都是显而易见的，并且，本申请定义的总体原理也可以在 不脱离本发明的精神和保护范围的基础上适用于其它实施例。因此， 本发明并不限于本申请给出的实施例，而是与本申请公开的原理和新 颖性特征的最广范围相一致。依据35U.S.C.§119要求优先权 [0001]本专利申请要求享受2004年7月29日提交的、题为“METHOD OF CHANNEL INTERLEAVING IN A OFDM WIRELESS COMMUNICATIONS SYSTEM”的临时申请No.60/592,999的优先权， 后一份申请已转让给本申请的受让人，故明确地以引用方式加入本申 请。 |
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