[发明专利]一种Turbo码速率匹配及码字比特读取的方法

说明书

技术领域

本发明涉及数字通信系统，特别是涉及数字通信系统的信道编码时Turbo码速率匹配及码字比特读取的方法。

背景技术

数字通信系统通常发射端通常包括信源、信源编码器、信道编码器和调制器等部分，接收端通常包括解调器、信道译码器、信源译码器和信宿，如图1所示。信道编码器用于给信息比特按照一定的规则引入冗余信息以便接收端信道译码器能够在一定程度上纠正信息在信道上传输时发生的误码。

在诸多信道编码技术中，Turbo码是目前公认的最好的前向纠错编码之一。Turbo码的纠错性能远比其它编码的纠错性能优越，而且译码迭代的次数越多，则译码纠错的性能越好，因此通常多被建议在可靠性要求很高的数据传输场合使用。例如，第三代移动通信就采用了8状态1/3码率的二进制Turbo码作为信道编码的标准。

通常应用的二进制Turbo编码是一种带有内部交织器的并行级联码，一般由两个结构相同的递归系统卷积码(RSC)分量码编码器并行级联而成。Turbo码内交织器在第二个分量码编码器之前将输入的二进制信息序列中的比特位置进行随机置换，当交织器充分大时，Turbo码就具有近似随机长码的特性。在WCDMA和TD-SCDMA中就使用了这样一种二进制Turbo码，结构如图2。输入的二进制信息序列X_k经过第一个分量码编码器生成一路校验序列Z_k。同时输入二进制信息序列X_k经过Turbo码内交织器交织后，由第二个分量码编码器生成另一路校验序列Z_k′。此时，如果不对编码比特打孔，Turbo编码的输出码率为1/3，输出端得到的编码比特序列为：x₁，z₁，z₁′，x₂，z₂，z₂′，Λ，x_K，z_K，z_K′，其中K为输入二进制信息序列长度。当所有信息比特序列编码完成后，需要从移位寄存器反馈中取出尾比特来执行格形运算终止。最先的3个尾比特用于终止第一个分量码编码器，最后的三个尾比特用于终止第二个分量码编码器。按以上操作可得到12个格形运算终止的发送比特，其比特顺序为：x_K+1，z_K+1，x_K+2，z_K+2，x_K+3，z_K+3，x_K+1′，z_K+1′，x_K+2′，z_K+2′，x_K+3′，z_K+3′，添加在编码比特序列之后，就完成了一次Turbo编码。

在通常的数字通信系统中，当设计编码调制方案的时候，通常设置不同阶数的调制方式(如QPSK、16QAM和64QAM等)和不同的码(如卷积码、卷积Turbo码等)，每种码通常有不同的码率(Rate，如1/2、2/3、3/4和5/6等)。系统调度的时候按照信道质量和业务需求对每个突发安排一种特定的编码调制方式。为了取得更好的链路适配的效果，每种码在变换码率的时候最好能做到比较小的粒度。

对于数字通信系统中常用的turbo码来说，其码率的提高是通过对低码率的母码进行删余(puncture)来得到更高码率的编码，我们也将这种方法归纳为速率匹配(Rate Matching，或RM)。对于3GPP的turbo码来说，系统还通过速率匹配支持各种可能码率以及自动请求重传(HARQ)过程。

作为3GPP Re1-6速率匹配算法的替代，基于循环缓冲区的速率匹配(Circular Buffer Rate Matching，CB RM)提供一个可以简单地生成性能优良的删余图样的方法，其具体结构如图3所示。在循环缓冲速率匹配方法中，每个数据流将被各自的子交织器重新排列，被称为块内交织(sub-blockinterleaver)；通常为了简化硬件实现，块交织器的列数固定，行数随着交织长度的改变而改变，因此循环缓冲器可以看作一个“R行×C列”的行列缓冲器，即看作一个“R行×C列”虚拟的缓冲器，如图5所示。如3GPP的循环缓冲速率匹配方法中所采用的块内交织就是一个列数固定32列的块交织器。因为循环缓冲器中有系统比特、第一校验比特和第二校验比特三个数据流，所以“循环缓冲器”可以看作一个列数是96列的虚拟缓冲器。