專利名稱：一種通信系統(tǒng)中信道編碼的速率匹配方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，具體地說，是一種通信系統(tǒng)中信道編碼的速率匹配方法和直O(jiān)背景技術(shù)
目前，數(shù)字通信系統(tǒng)是常用的通信系統(tǒng)。

圖1是根據(jù)相關(guān)技術(shù)的數(shù)字通信系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)框圖，如圖1所示，通常，數(shù)字通信系統(tǒng)由發(fā)射端、信道和接收端組成，其中，發(fā)射端通 常包括信源、信源編碼器、信道編碼器和調(diào)制器等部分，接收端通常包括解調(diào)器、信道譯碼 器、信源譯碼器和信宿，發(fā)射端與接收端之間存在信道(或存儲介質(zhì))，并且信道中存在噪聲源。
在數(shù)字通信系統(tǒng)中，信道編碼鏈路(包括信道編譯碼、調(diào)制解調(diào)等)是整個(gè)數(shù)字通 信物理層的最關(guān)鍵技術(shù)，其決定了數(shù)字通信系統(tǒng)底層傳輸?shù)挠行院涂煽啃浴?br> 下面將詳細(xì)描述信道編碼鏈路部分中的信道編譯碼、調(diào)制解調(diào)等部分的功能。
信道編碼(ChannelCoding，簡稱為 CC)
信道編碼(Channel Coding)的目的是抗擊傳輸過程中各種各樣的噪聲和干擾。通 常，通過人為地增加冗余信息，能夠使得系統(tǒng)具有自動(dòng)糾正差錯(cuò)的能力，從而保證數(shù)字傳輸 的可靠性。Turbo碼是目前公認(rèn)的最優(yōu)的前向糾錯(cuò)編碼之一，在眾多標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議中被廣泛采用 作為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸?shù)男诺谰幋a解決方案，而且隨著譯碼迭代次數(shù)的增加，其譯碼糾錯(cuò)性能 將會被不斷完善。目前常用的Turbo碼包括二進(jìn)制Turbo碼和雙二進(jìn)制咬尾Turbo碼。
速率匹配(RateMatching,簡稱為 RM)
速率匹配(Rate Matching)處理是信道編碼后的一項(xiàng)非常關(guān)鍵的技術(shù)，其目的是 對信道編碼后的碼字比特進(jìn)行由算法控制的重復(fù)或打孔，以保證速率匹配后的數(shù)據(jù)比特長 度與所分配的物理信道資源相匹配。目前，速率匹配算法主要有以下兩種第三代合作伙伴 計(jì)劃(3rd Generation Partnership Project，簡稱為3GPP) R6速率匹配算法和循環(huán)緩存速 率匹配(Circular Buffer Rate Matching，簡稱為 CBRM)算法。
其中，循環(huán)緩存速率匹配算法是能夠生成刪余圖樣性能優(yōu)秀的簡單算法，在3GPP2 的系列標(biāo)準(zhǔn)、IEEE802. 16e標(biāo)準(zhǔn)和3GPP長期演進(jìn)(Long-Term Evolution，簡稱為LTE)等多 數(shù)通信系統(tǒng)中都采用這種速率匹配算法。
在循環(huán)緩存速率匹配算法中，在碼率為1/3的情況下，Turbo編碼輸出的碼字比特 經(jīng)比特分離后會分離出三個(gè)數(shù)據(jù)比特流系統(tǒng)比特流、第一校驗(yàn)比特流和第二校驗(yàn)比特流。 上述三個(gè)數(shù)據(jù)比特流各自進(jìn)行分塊交織器重新排列，該處理過程通常被稱為塊內(nèi)交織。然 后，在輸出緩存器中，將重排后的系統(tǒng)比特放在開始位置，隨后交錯(cuò)地放置兩個(gè)重排的校驗(yàn) 比特流，被稱為塊間交織。
并且，在該處理過程中，可以根據(jù)期望的輸出碼率選擇Ndata個(gè)編碼比特作為 循環(huán)緩存速率匹配的輸出，循環(huán)緩存速率匹配從輸出緩存器中某個(gè)指定的起始位置讀出 Ndata個(gè)編碼比特，被稱為比特選擇?？偟膩碚f，被選擇用于傳輸?shù)谋忍乜梢詮木彺嫫髦械娜魏挝恢米x出來。當(dāng)讀取循環(huán)緩存器的最后一個(gè)比特后，其下一個(gè)比特?cái)?shù)據(jù)即為循環(huán) 緩存區(qū)的首個(gè)比特位置數(shù)據(jù)。所以，通過簡單的方法便可實(shí)現(xiàn)基于循環(huán)緩存的速率匹配 (刪余或重復(fù))。對于下面將要描述的混合自動(dòng)請求重傳請求(Hybrid Automatic Repeat Request，簡稱為HARQ)操作，循環(huán)緩存還具有靈活性和顆粒度的優(yōu)勢。
混合自動(dòng)重傳請求(HybridAutomatic Repeat Request，簡稱為 HARQ)
HARQ是一種數(shù)字通信系統(tǒng)中重要的鏈路自適應(yīng)技術(shù)。該技術(shù)的功能是接收端 對其接收的HARQ數(shù)據(jù)包進(jìn)行譯碼，若譯碼正確則反饋ACK信號給發(fā)送端，通知其發(fā)送新的 HARQ數(shù)據(jù)包；若譯碼失敗則反饋NACK信號給發(fā)送端，請求發(fā)送端重新發(fā)送HARQ數(shù)據(jù)包。 接收端通過對多次重傳的數(shù)據(jù)包進(jìn)行遞增冗余(Incremental Redundancy，簡稱為IR)或 Chase合并譯碼，可以提高其譯碼成功概率，實(shí)現(xiàn)對鏈路傳輸?shù)母呖煽啃砸蟆?br> 冗余版本(RedundancyVersion，簡稱為 RV)
在混合自動(dòng)請求重傳(HARQ)方式下，在循環(huán)緩存中可以指定不同的位置作為每 次傳輸HARQ數(shù)據(jù)包讀取的起點(diǎn)位置。冗余版本(Redundancy Version，簡稱為RV)的定義 即確定了 HARQ數(shù)據(jù)包在循環(huán)緩存中讀取的多個(gè)起點(diǎn)位置，冗余版本的取值便確定了本次 傳輸HARQ數(shù)據(jù)包在循環(huán)緩存中讀取的具體起點(diǎn)位置。
例如，在LTE中，冗余版本定義了在循環(huán)緩存的起點(diǎn)，用于選擇一段碼字生成當(dāng)前 的HARQ包。如果RV數(shù)目為4，則冗余版本以0、1、2和3從左到右的順序在循環(huán)緩存中均 勻地標(biāo)示了四個(gè)位置。更加具體的描述可以參照LTE的虛擬循環(huán)緩存速率匹配的提案和標(biāo) 準(zhǔn)，在此不再詳述。
HARQ 子包指示符(HARQ subpacket identifier，簡稱為 SPID)
HARQ 包指示符(HARQ subpacket identifier，簡稱為 SPID)目前被應(yīng)用于 IEEE802. 16e標(biāo)準(zhǔn)中，它與冗余版本RV的作用在本質(zhì)上是相同的，都可用來確定子包數(shù)據(jù) 在循環(huán)緩存區(qū)中的具體位置。
在IEEE802. 16e系統(tǒng)中，HARQ子包指示符與HARQ數(shù)據(jù)包長度共同定義了 HARQ子 包數(shù)據(jù)在循環(huán)緩存中的起始位置和長度，以便在循環(huán)緩存區(qū)中選擇一段碼字來生成當(dāng)前的 HARQ子包。
其中，SPID的取值范圍是{00，01，10，11}。首次傳輸?shù)腟PID值一定為00，其他重 傳時(shí)的SPID取值則可任意的或按一定順序的在其范圍內(nèi)進(jìn)行選擇。也就是說，在多次傳輸 時(shí)，可能重復(fù)使用某一個(gè)SPID值，或者也可以不使用某一個(gè)SPID值。
在HARQ機(jī)制下，基于同一個(gè)母碼的數(shù)據(jù)下可能產(chǎn)生多個(gè)HARQ子包。當(dāng)兩個(gè)或者 多個(gè)HARQ子包讀取母碼中相同位置比特時(shí)，就發(fā)生了重疊(Overlapping)現(xiàn)象。為了提高 系統(tǒng)性能，應(yīng)該盡量避免重疊現(xiàn)象，并覆蓋更多的母碼數(shù)據(jù)。
圖2是根據(jù)相關(guān)技術(shù)的在IEEE802. 16e標(biāo)準(zhǔn)、1/3碼率、采用卷積Turbo碼 (Convolutional Turbo Code，簡稱為CTC)編碼的情況下的速率匹配過程示意圖，如圖2所 示，重傳的處理過程涉及到對S信息位、Pl校驗(yàn)區(qū)和P2校驗(yàn)區(qū)的塊內(nèi)交織，在該處理過程 中，進(jìn)行了四次傳輸，即，傳輸了四個(gè)子包，具體地，第一次傳輸?shù)淖影?即第一個(gè)子包(Fl = 0&L1))與第二次傳輸?shù)淖影?即第二個(gè)子包(F2&L2))出現(xiàn)了重疊現(xiàn)象，同時(shí)還存在沒 有被覆蓋到的母碼碼字，在第二次傳輸之后還傳輸了第三個(gè)子包(F3&U)和第四個(gè)子包 (F4&L4)。
由于在自適應(yīng)HARQ傳輸模式中，每個(gè)HARQ子包的長度和調(diào)制階數(shù)的值都與HARQ 子包的子信道數(shù)的取值有關(guān)。而由于每次傳輸?shù)淖影有诺罃?shù)可能受多種因素影響而發(fā)生 改變，所以每次傳輸?shù)恼{(diào)制階數(shù)和HARQ子包的長度都可能發(fā)生改變。
高階調(diào)制(Highorder Modulation)
為了獲得更高的頻譜利用率，在眾多通信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議中，越來越傾向于采用高階調(diào) 制方式來提高系統(tǒng)頻譜利用率和峰值傳輸速率性能，其中，最為常用的高階調(diào)制方法包括 16QAM、64QAM等。在這些高階調(diào)制方法中，星座點(diǎn)映射比特往往具有不同的可靠性等級， 也就是說，在同一個(gè)調(diào)制符號中，其中的兩個(gè)比特將比另外兩個(gè)比特具有更高的誤碼概率。 因此，如何利用星座點(diǎn)不同映射比特的可靠性來提高譯碼及傳輸性能是目前需要解決的問 題。
在IEEE802. 16系統(tǒng)中調(diào)制方式為16QAM的星座圖中，比特bl，b3的可靠性高于比 特b0, b2，因此，稱bl，b3為高優(yōu)先級比特，b0, b2為低優(yōu)先級比特。IEEE802. 16中64QAM 的星座圖中，比特b2，b5具有最高的可靠性，比特bl，b4的可靠性次之，而比特b0，b3的可 靠性最差，因此，稱比特b2，l35為高優(yōu)先級比特，比特bl，b4為中優(yōu)先級比特，比特b0，b3為 低優(yōu)先級比特。
星座圖重排(Constellation Re-arrangement，簡稱為 CoRe)
CoRe是一種與高階調(diào)制相關(guān)的技術(shù)，通過改變符號內(nèi)的比特映射規(guī)則，在連續(xù)的 HARQ子包重傳過程中均衡各碼字比特的頻譜能量，從而平均碼字比特的可靠性，增強(qiáng)鏈路 的性能，提高系統(tǒng)可靠性。
(Constellation Re-arrangement Version, ^ CRV)
星座圖重排版本是與星座圖重排技術(shù)相關(guān)的概念，用來標(biāo)示星座圖的映射規(guī)則， 一個(gè)CRV就是一種從比特序列到星座點(diǎn)的映射方式。
星座圖重排版本主要應(yīng)用于發(fā)生重疊現(xiàn)象時(shí)，由于在高階調(diào)制時(shí)調(diào)制符號中的各 個(gè)比特可靠性不同，多次傳輸會使得高可靠性比特反復(fù)占用高可靠性資源，而低可靠性比 特則反復(fù)以低可靠性性能進(jìn)行傳輸。采用不同的CRV值，盡量使得每個(gè)比特的高低可靠性 在多次傳輸時(shí)進(jìn)行互換，從而達(dá)到均衡各碼字比特的頻譜能量和可靠性的目的，提高鏈路 的性能。與此同時(shí)，如果在多次傳輸時(shí)每個(gè)調(diào)制符號均對齊，或者按符合系統(tǒng)要求的特定規(guī) 律對齊，那么就可以大大簡化CRV技術(shù)復(fù)雜度，簡單地實(shí)現(xiàn)比特的高低可靠性互換。
比特聚合(BitGrouping)
在現(xiàn)有的IEEE 802. 16e協(xié)議中，比特聚合(bit grouping)僅包括了對校驗(yàn)比特 流的比特交錯(cuò)操作。這種bit grouping的方法會使得一些連續(xù)的比特具有相同的可靠性 等級，當(dāng)信道中存在干擾和噪聲時(shí)可能會出現(xiàn)連續(xù)的突發(fā)錯(cuò)誤，使得鏈路性能下降。
針對由于比特聚合使得具有相同的可靠性等級的比特連續(xù)分布進(jìn)而降低鏈路性 能的問題，提出了一系列新的解決方案。
現(xiàn)有技術(shù)分析
在實(shí)際通信系統(tǒng)中，HARQ子包的選擇與整個(gè)鏈路的性能和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度有著密切的 聯(lián)系。其中在HARQ子包長度一定的前提下，一方面，子包起始位置決定了多次傳輸時(shí)子包 對母碼碼字的覆蓋范圍。另一方面，當(dāng)子包起始位置選取不合適時(shí)，在HARQ機(jī)制下，多次傳 輸?shù)牟煌影l(fā)生重疊現(xiàn)象時(shí)，有可能導(dǎo)致不同子包的調(diào)制符號不對齊、或者調(diào)制符號對齊情況不符合系統(tǒng)要求的問題發(fā)生，從而嚴(yán)重影響整個(gè)通信鏈路的性能，或者極大的增加 通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。
具體地說，以如下通信系統(tǒng)為例，如圖3所示，在信息碼長度為Nep比特，編碼碼率 為1/3的情況下，循環(huán)緩存為K，其中，K = 3*N印比特，即循環(huán)緩存長度與編碼碼字長度相 同。
并且，第一次傳輸?shù)淖影黃i,起始位置為第Fl個(gè)比特，長度為Ll比特，調(diào)制方式為 64QAM ；第二次傳輸?shù)淖影黃2，起始位置為第F2個(gè)比特，長度為L2比特，調(diào)制方式為64QAM。 其中，第一個(gè)子包的起始位置為循環(huán)緩存的第0個(gè)比特，即Fl =0。其中循環(huán)緩存的索引從 0開始。其中，第二個(gè)子包為循環(huán)緩存的最后L2個(gè)比特，即F2 = K-L2。那么，當(dāng)F2不為當(dāng) 前調(diào)制階數(shù)6的整數(shù)倍時(shí)，如F2 = n*6+l時(shí)，其中η為任意整數(shù)，如圖3所示，第一個(gè)子包 中的調(diào)制符號η與第二個(gè)子包中的調(diào)制符號0’不對齊，也就是說，第一個(gè)子包和第二個(gè)子 包的重疊部分，即第{F2，F(xiàn)2+1，...，Κ-1}個(gè)比特在進(jìn)行調(diào)制映射時(shí)，每個(gè)比特在調(diào)制符號 中的位置不對齊。這樣，導(dǎo)致每個(gè)比特在多次傳輸時(shí)的高低可靠性發(fā)生變化，從而降低了整 個(gè)通信鏈路的性能，或者極大的增加了通信系統(tǒng)的復(fù)雜度。
為了解決相同比特多次傳輸時(shí)在調(diào)制符號中的位置不相同，即相同調(diào)制模式下發(fā) 生重疊現(xiàn)象時(shí)不同子包中的調(diào)制符號不對齊，從而導(dǎo)致鏈路性能下降或者增加系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)復(fù) 雜度的問題，本發(fā)明提出了一種改進(jìn)的子包選擇方案，即HARQ子包起始位置的選擇方法和直ο發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種速率匹配方法和裝置，其中確定子包的起 始位置，這種方法和裝置能夠解決上述問題，使得在多次傳輸時(shí)調(diào)制符號能夠按照符合系 統(tǒng)要求的規(guī)律進(jìn)行對齊，從而提高鏈路的性能，降低系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。
本發(fā)明提出了一種通信系統(tǒng)中信道編碼的速率匹配方法，方法包括以下步驟對 信息比特序列進(jìn)行編碼和交織，從而得到母碼碼字，并將所得到的母碼碼字存入循環(huán)緩存 器中；從循環(huán)緩存器中選擇比特序列從而產(chǎn)生所需的子包，其中，所選擇的比特序列以一個(gè) 預(yù)定數(shù)值的整數(shù)倍開始；輸出所產(chǎn)生的子包。
其中，在從循環(huán)緩存儲中選擇比特從而產(chǎn)生所需的子包的步驟中，具體包括所選 擇比特序列在循環(huán)緩存中的起始位置是預(yù)定數(shù)值的整數(shù)倍。
其中，根據(jù)以下公式計(jì)算所選擇的比特序列的起始位置
Fk = 0，其中Fk表示第k個(gè)子包的起始位置。
其中，在從循環(huán)緩存器中選擇比特從而產(chǎn)生所需的子包的步驟中，具體包括所選 擇的比特序列在循環(huán)緩存中的起始位置是為所述預(yù)定數(shù)值的整數(shù)倍的多個(gè)位置中最靠近 循環(huán)緩存器最后位置的位置。
其中，根據(jù)以下公式計(jì)算所選擇的比特序列的起始位置
權(quán)利要求
1.一種通信系統(tǒng)中信道編碼的速率匹配方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟對信息比特序列進(jìn)行編碼和交織，從而得到母碼碼字，并將所得到的母碼碼字存入循環(huán)緩存器中；從所述循環(huán)緩存器中選擇比特序列從而產(chǎn)生所需的子包，其中，所選擇的比特序列以 一個(gè)預(yù)定數(shù)值的整數(shù)倍開始；輸出所產(chǎn)生的子包。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在從所述循環(huán)緩存儲中選擇比特從而產(chǎn) 生所需的子包的步驟中，具體包括所選擇的比特序列的起始位置是所述循環(huán)緩存器中的預(yù)定起始位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，根據(jù)以下公式計(jì)算所選擇的比特序列的 起始位置Fk = O,其中Fk表示第k個(gè)子包的起始位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在從所述循環(huán)緩存器中選擇比特從而產(chǎn) 生所需的子包的步驟中，具體包括所選擇的比特序列在循環(huán)緩存中的起始位置是為所述預(yù)定數(shù)值的整數(shù)倍的多個(gè)位置 中最靠近所述循環(huán)緩存器最后位置的位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，根據(jù)以下公式計(jì)算所選擇的比特序列的 起始位置
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在從所述循環(huán)緩存器中選擇比特從而產(chǎn) 生所需的子包的步驟中，具體包括所選擇的比特序列在循環(huán)緩存中的起始位置是為所述預(yù)定數(shù)值的整數(shù)倍的多個(gè)位置 中使得所選擇的比特序列的中心最靠近所述循環(huán)緩存器中間位置的位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，根據(jù)以下兩個(gè)公式之一計(jì)算所選擇的比 特序列的起始位置
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在從所述循環(huán)緩存器中選擇比特從而產(chǎn) 生所需的子包的步驟中，具體包括所選擇的比特序列在循環(huán)緩存中的起始位置是為所述預(yù)定數(shù)值的整數(shù)倍的多個(gè)位置 中使得所選擇的比特序列的中心最靠近所述循環(huán)緩存器最后位置的位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，根據(jù)以下兩個(gè)公式之一計(jì)算所選擇的比 特序列的起始位置
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述預(yù)定數(shù)值是當(dāng)前調(diào)制階數(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述預(yù)定數(shù)值是多個(gè)不同調(diào)制階數(shù)的最 小公倍數(shù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述預(yù)定數(shù)值是多個(gè)不同調(diào)制階數(shù)和每 字節(jié)所含比特?cái)?shù)的最小公倍數(shù)。
13.—種通信系統(tǒng)中信道編碼的速率匹配裝置，其特征在于，包括編碼器，對信息比特序列進(jìn)行編碼；交織器，對所述編碼器產(chǎn)生的編碼進(jìn)行交織得到母碼；循環(huán)緩存器，存儲所得到的母碼碼字；速率匹配器，從所述循環(huán)緩存器中選擇比特序列從而產(chǎn)生所需的子包，其中，所選擇的 比特序列以一個(gè)預(yù)定數(shù)值的整數(shù)倍開始，并輸出所產(chǎn)生的子包。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種通信系統(tǒng)中信道編碼的速率匹配方法，包括對信息比特序列進(jìn)行編碼和交織，從而得到母碼碼字，并將所得到的母碼碼字存入循環(huán)緩存器中；從所述循環(huán)緩存器中選擇比特序列從而產(chǎn)生所需的子包，其中，所選擇的比特序列以一個(gè)預(yù)定數(shù)值的整數(shù)倍開始；輸出所產(chǎn)生的子包。通過本發(fā)明，采用對子包的起始位置的選擇方法，使得調(diào)制符號的對齊方法遵照某一特定規(guī)律，使之符合通信系統(tǒng)的傳輸要求，進(jìn)而增強(qiáng)了整個(gè)鏈路的傳輸性能，降低通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。本發(fā)明還提供了通信系統(tǒng)中信道編碼的速率匹配裝置。
文檔編號H04L1/00GK102035617SQ200910178860
公開日2011年4月27日 申請日期2009年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月29日
發(fā)明者孫波, 徐俊, 徐前子, 許進(jìn), 龔賢衛(wèi) 申請人:中興通訊股份有限公司