[发明专利]一种利用扭转和伪随机映射的改进行列交织方法

说明书

本发明提供了一种利用扭转和伪随机映射的改进行列交织方法，写入交织矩阵，依次通过伪随机位置映射、列扭转、伪随机行列交织和行扭转后，读出交织矩阵。本发明只涉及寄存器的查表、赋值和移位操作，没有乘除等代数运算，处理简单；使用伪随机映射操作，增强了交织混乱效果，使用行列扭转操作，在伪随机行列交织过程中提高了分散性能，因此获得了良好的交织散乱特性，克服了现有规则交织以及的伪随机行列交织散乱特性不佳的缺点，从而提高了通信系统抗频域、时域干扰的能力；只需存储2M+N个伪随机数，所需的硬件存储资源较小，克服了现有伪随机交织消耗硬件存储资源大的缺点。

技术领域

本发明涉及数字通信技术领域，用于信道交织的改进设计。

背景技术

在数字通信中，通常使用信道编解码进行检错和纠错，对抗信道中的噪声、衰落和干扰，增加通信的可靠性。编码后的不同码字具有不同码重，位置相近的码字也具有一定的关联性，为进一步改善编码后数据的分布分散与混乱性能，发送端通常在编码之后、调制之前增加信道交织模块，对编码后的数据进行散乱处理。与此对应，接收端在解调和解码之间需增加解交织模块。

信道交织应具有两种优良特性：分散特性与混乱特性。当通信受到连续突发干扰时，信道交织的分散特性使受到干扰的数据分散到数据帧内不同的位置，能够使解码模块无法纠正的较长的连续错误分散到不同的纠错码字中，从而使得这些错误能够得到纠正；或者通信系统具有干扰检测模块，能够将受到干扰的片段删除，而信道交织可以使原本需要连续删除的数据分散分布，极大降低了含有相同原始信息的码字被全部删除的概率，从而提高了解码性能。此外，对于非认知通信系统而言，受到的干扰在时域和频域上都具有一定的不确定性，因此，信道交织还应使分散后的数据具有良好的混乱特性，以防止在某些特定干扰条件下，多个码重较大的码字大部分或全部受到干扰，造成通信系统对某些特定干扰敏感，抗干扰性能不好。

综上，信道交织的散乱特性降低了信道的相关性，打散了通信系统受到的突发干扰，使通信系统对某些特定干扰脱敏，提高了通信系统的抗干扰能力。因此，信道交织的散乱特性对通信系统的抗干扰性能有着重大影响。

目前，信道交织主要分成伪随机交织和规则交织两大类。其中，伪随机交织是指每次交织之后的数据位置在整个数据段内都是伪随机分布的，具有良好的散乱特性，其交织二维图(交织前后数据位置变换图，简称二维图)如图4所示。含有伪随机交织的通信系统中，通信双方会通过某种算法事先确定好伪随机数交织数列，然后将其存储起来，再按照该数列进行交织和解交织处理。但是在实际应用中，伪随机数交织数列的大小应与通信帧内数据段长度相等，在帧长较长时，伪随机数交织数列过于庞大(若交织矩阵的大小为M行N列，则需存储M×N个伪随机数，其中，交织矩阵的列数N一般为一帧中信号所包含的脉冲数或子块数，行数M一般为一个脉冲或子块所包含的码元数)，将占用大量的硬件存储资源，不利于FPGA(现场可编程门阵列)工程实现。而现有的规则交织方法，如互质交织、分组螺旋交织、行列交织、卷积交织等，无需存储伪随机数数组，占用的硬件资源小，但由于交织处理的规则简单，散乱特性不够理想。如图3所示，常用信道交织方法的二维图较为简单，规律性强，散乱特性不好。

此外，结合伪随机交织与规则交织的特点，伪随机行列交织被提出来。该交织方法最初将待交织数据按行写入M行N列交织矩阵；再依照两组伪随机数先后对交织矩阵进行列、行循环移位操作，其中伪随机数决定了循环移动的位数；最后，按列从交织矩阵中读出数据。与伪随机交织相比，该交织方法只用存储M+N个伪随机数，消耗的硬件存储资源较小；相对于行列交织，该交织方法提高了散乱特性。但在时(其中为向下取整运算)，该交织方法的二维图存在明显的疏密条纹，如图5中左图所示，散乱特性不如伪随机交织。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种利用扭转与伪随机位置映射进行改进的行列交织方法，能够在消耗较小硬件存储资源的前提下，在N≤M时，获得与伪随机交织相当的散乱特性。本发明的二维图如图6所示，与伪随机交织的二维图类似。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：