专利名称：用于在无线通信中交织的伪随机排序的系统和方法
技术领域：
本发明涉及通信系统中的差错减少，更具体地讲，涉及利用伪随机排序对比特、符 号或序列执行交织。
背景技术：
无线通信网络是无需使用线缆来实现通信装置间互联的电信网络。通常用某种类 型的远程信息传输系统来实现无线电信网络，其中，远程信息传输系统对于载波使用电磁 波(例如，无线电波)，并且这种实现经常发生在网络的物理层。无线个域网(WPAN)是用于多个装置(例如，计算机、移动电话、个人数字助理、打 印机、数字照相机、电视机、媒体播放器等)之间通信的一种类型的无线网络。通常，WPAN覆 盖直到10或20米的短范围。近来开发了用于这种网络通信的多个标准，包括但不限于蓝 牙和 IEEE802. 15。WPAN发送器或接收器的重要部件是用于交织比特、数据符号、编码序列或其他通 信符号的交织器。这种交织经常用于在数字通信系统中提供差错恢复。交织背后的概念是 以几乎随机的方式打乱输入序列，从而在交织之后原来相邻的比特/符号离得很远。有时 真正的随机交织并不令人满意，这是因为它可能不容易产生，和/或它可能不容易重构。实 际上通常实现能够产生表面上随机排序的确定性交织。
发明内容
技术问题开发的一个方面是一种交织通信符号的序列的方法。
图1是示出具有各种定向天线和全向天线的无线装置的信号波形的无线网络的 示图。图2是用于经由无线介质发送数据的通信系统的一个实施例的功能框图。图3是示出交织通信符号的序列的方法的流程图。图4是示出对序列进行排序的方法的流程图。图5是示出将伪随机排序器用作外交织器的系统的功能框图。图6是示出使用伪随机排序器仅交织数据符号的系统的功能框图。图7是示出使用伪随机排序器来交织数据符号以及非数据符号的系统的功能框 图。最佳实施方式开发的一个方面是一种交织通信符号的序列的方法，该方法包括接收具有第一 顺序的通信符号的第一顺序序列；对通信符号的第一顺序序列排序以产生具有第二顺序的 通信符号的第二顺序序列；输出通信符号的第二顺序序列，其中，第二顺序至少部分基于大小大于第二顺序的第三顺序，第三顺序是通过下述输入输出关系定义的伪随机排序
r n,.mx Sx(S + 1) 、Y = mod(-^--,P),其中，P是不小于第一顺序序列中的元素的数量的2的最小幂，S是由按升序从0 到P-1的连续整数的序列表示的输入顺序，Y是表示为整数序列的输出顺序，并且m是整数。开发的另一方面是交织器的系统，包括输入，配置为接收具有第一顺序的通信符 号的第一顺序序列；排序器，配置为对通信符号的第一顺序序列排序以产生具有第二顺序 的通信符号的第二顺序序列；输出，配置为输出通信符号的第二顺序序列，其中，第二顺序 至少部分基于大小大于第二顺序的第三顺序，第三顺序是通过下述输入输出关系定义的伪 随机排序
r n ..S x(S + 1) n、Y = mod(-^-其中，P是不小于第一顺序序列中的元素的数量的2的最小幂，S是由按升序从0 到P-1的连续整数的序列表示的输入顺序，Y是表示为整数序列的输出顺序，并且m是整数。开发的另一方面是一种对通信符号的序列解交织的方法，该方法包括接收具有 第二顺序的通信符号的第二顺序序列；对通信符号的第二顺序序列排序以产生具有第一顺 序的通信符号的第一顺序序列；输出通信符号的第一顺序序列，其中，第二顺序至少部分基 于大小大于或等于第二顺序的第三顺序，第三顺序是通过下述输入输出关系定义的伪随机 排序Y = mod(mxSx2(S + l),P),其中，P是不小于第一顺序序列中的元素的数量的2的最小幂，S是由按升序从0 到P-1的连续整数的序列表示的输入顺序，Y是表示为整数序列的输出顺序，并且m是整数。开发的另一方面是一种解交织器，包括输入，配置为接收具有第二顺序的通信符 号的第二顺序序列；排序器，配置为对通信符号的第二顺序序列排序以产生具有第一顺序 的通信符号的第一顺序序列；输出，配置为输出通信符号的第一顺序序列，其中，第二顺序 至少部分基于大小大于或等于第二顺序的第三顺序，第三顺序是通过下述输入输出关系定 义的伪随机排序
r 1 v^/WX SX +1) 、Y = mod(-^--, P)，其中，P是不小于第一顺序序列中的元素的数量的2的最小幂，S是由按升序从0 到P-1的连续整数的序列表示的输入顺序，Y是表示为整数序列的输出顺序，并且m是整数。
具体实施例方式本申请要求于2008年1月25日提交的第61/023，814号美国临时申请的优先权， 该申请完全公开于此以资参考。特定实施例提供一种用于在无线网络中交织通信符号的序列的方法和系统。下面 的详细描述针对本发明的特定示例性实施例。然而，可以以权利要求限定和覆盖的多种不 同的方式来实施本发明。在此描述中，参考附图，其中，相同的标号始终指示相同的部分。WPAN系统综述
无线个域网(WPAN)系统是在装置(例如，电话和个人数字助理)之间的通信中 使用的计算机网络，其中，每个装置都靠近相同的人。装置可以属于或者不属于所述的人。 WPAN的范围一般为几米，但是在特定情况下也可以更多。WPAN可用于装置之间的通信，或 者与更高层网络(例如，互联网)的互联。近来开发了用于网络通信的多个标准，包括但不 限于蓝牙和IEEE802. 15。图1是根据一个实施例的示例性无线个域网的示图。示出的网络100包括协调器 120以及第一装置至第三装置130、140、150。协调器120与第一装置至第三装置130、140、 150可使用各种不同的参数(包括不同的调制和编码方案、不同的协议、不同的随机访问方 案和不同的频带)来通信。协调器120可负责协调其本身与其他装置之间的数据传送。协调器120可将无线 信道分割为多个时间段并且在这些时间段期间调度特定装置之间的通信。协调器可以是例 如电视机、机顶盒、个人计算机、膝上型计算机或专用控制箱。在图1的网络100中，协调器120被配置为与第一装置至第三装置130、140、150 执行定向发送和/或接收。协调器120可利用扇形天线或天线矩阵进行定向发送和/或接 收。当使用扇形天线(例如，喇叭天线)时，每个扇形121表示用于数据发送或接收的不同 方向。协调器120选择扇形，并且在扇形被选择的同时能够在那个方向上发送或接收数据。 当使用天线矩阵(例如，线性矩阵或圆形矩阵)时，通过选择天线系数来确定方向。第一装置130可利用全向发送和接收。第二装置140可利用具有比协调器120多 或少的扇形的扇形天线。此外，第三装置150可利用具有与协调器120相同数量扇形的扇 形天线。第一装置至第三装置130、140、150的每一个可以是电视机、台式计算机、膝上型计 算机、机顶盒、DVD播放器或记录器、VCR、音频播放器、数字照相机、摄像机、游戏装置或计算 机外围设备(例如，鼠标、键盘、打印机或扫描仪)。在定向发送中，也可由协调器120或者一个或多个装置使用波束成型。在一些实 施例中，可由协调器或者一个或多个装置采用不对称天线系统(AAS)，造成发送方向和接收 方向的不同设置。图2显示示出示例性无线个域网(WPAN)系统200的一般框图。示例性WPAN系统 200包括无线发送器202和无线接收器204。发送器202包括物理(PHY)层206、媒体访问 控制(MAC)层208、上层210和一个或多个天线。类似地，接收器204包括PHY层214、MAC 层216、上层218和一个或多个天线。在一些实施例中，PHY层206、214包括射频(RF)模块 207、217。PHY层206、214经由RF模块207、217以及一个或多个天线通过无线介质201提 供发送器202和接收器204之间的无线通信。上层210、218表示分别在MAC层208、216上面的一个或多个层，并且将命令和/ 或数据消息发送给MAC层。在特定实施例(例如，0SI或TCP/IP模型)中，上层210、218 包括网络层。在特定实施例中，网络层包括IP协议，执行从源到目的地得到数据包的基本 任务。在其他实施例(例如，五层TCP/IP模型)中，上层210、218还包括传输层和应用层。 在其他实施例(例如，七层0SI模型)中，除了传输层和应用层之外，上层210、218还包括 会话层和表示层。在无线发送器202中，上层210向MAC层208提供数据(例如，文本、图形或音频数 据)和/或命令消息。在特定实施例中，MAC层208可包括打包模块(未显示)，使数据和
6/或命令消息成为一个或多个数据包的形式。MAC层208随后将数据包传递给PHY层206。 发送器202的PHY/MAC层将PHY头和MAC头添加到数据包。PHY层206将包括数据包的无 线信号经由RF模块207通过无线信道201发送给接收器204。在无线接收器204中，PHY层214经由RF模块217接收所发送的包括数据包的无 线信号。PHY/MAC层214、216随后处理接收的数据包以提取一个或更多数据/命令消息。 提取的数据/命令消息可被传递到上层210，其中，这些消息还被处理和/或被传送到其他 模块或装置，从而被(例如)将显示(文本或图形)或播放(音频)。交织综述通信符号的序列是通信符号(例如，比特、符号或子序列)的良序集。良序是一些 集合上的二元关系(这里用<表示)，通常定义该集合的每个元素的顺序内的位置。良序的 例子包括根据字典顺序(A < B < C...)的字母表、自然数(1 < 2 < 3...)和玩牌的等级 (...J<Q<K<A)。良序可被描述为具有等于其唯一排序的元素的数量的大小。可使用整数序列或自然数序列来表示通信符号序列的顺序，每个数对应于该序列 内的顺序位置。例如，假设五个元素的集合，它们中的一些可以是相同的，[32514]的重新排 序将指示第一顺序中的第三元素是第二顺序中的第一元素，第一顺序中的第二元素是第二 顺序中的第二元素，第一顺序中的第五元素是第二顺序中的第三元素，第一顺序中的第一 元素是第二顺序中的第四元素，并且第一顺序中的第四元素是第二顺序中的第五元素。尽 管包括整数的数字可用于表示顺序或排序，但是应该理解该顺序不限于数字的序列，而是 限于可如此表示的顺序。这种重新排序或交织通常用于通信中以防止由于噪声或干扰发生的差错。通信数 据通常随差错控制比特一起发送，这使得接收器能够纠正在传输期间发生的特定数量的差 错。如果发生突发差错，也就是短时间存在许多差错，则这些差错可能是不能纠正的。另一 方面，如果发生相同数量的差错，但是这些差错被扩散在较长时间段中，则这些差错更有可 能被纠正。因此在一些应用中期望避免突发差错模式。为了减小这种突发差错的影响，多 个码字的比特在被发送之前被重新排列或交织。这样，突发差错模式被改变为在较长时间 段扩散的多个差错，并且解码器可在码字已经被解交织或重新排列回其原始顺序之后来对 码字正确解码。典型的交织器被如此设计交织的顺序具有特定属性(例如，确保在输入顺序中 相邻的元素在输出顺序中在它们之间至少具有特定数量的元素)。然而，通常设计好的交织 器为特定数量的输入符号而设计，特定数量通常是2的幂，例如2、4、8、16等。这里描述的 是使用这种交织器来创建能够交织任意数量的符号的交织器的方法。图3是示出交织通信符号的序列的方法的流程图。图3的过程300在块310开始， 其中接收具有第一顺序的通信符号的第一顺序序列。该顺序可以是例如从前向纠错码编码 器输出的比特序列。该序列可以是QPSK符号序列。该序列也可以是子序列或数据块的序 列。在块320，第一顺序序列被排序以产生具有第二顺序的第二顺序序列。因此，第二顺序 序列具有与第一顺序序列相同的元素，但是具有不同的顺序。在本发明的一个实施例中，第 二顺序基于具有比第二顺序更大大小的第三顺序的节本(abridgment)，例如第三顺序能够 对更多通信符号排序。在块320对第一顺序序列排序之后，在块330交织器输出通信符号 的第二顺序序列。
7
现在讨论删减第三顺序以产生第二顺序的例子。如上提到，对于2的幂的大小存 在具有好的特性的交织器。这些交织器可用于产生任意大小的其他交织器，所述其他交织 器维持原始交织器的许多好的特性。A表示的12比特的序列可写为[1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0]，顺序为[1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12]。这种表示指示第一比特是1，第二比特是 0，第三比特也是0等。通过简单地写[12 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16]，可产生 更大的顺序(二的幂)。特定伪随机交织器的输出顺序可以是[1 16 14 11 7 2 12 5 13 4 10 15 3 6 9 8]，指示如果十六个元素的序列被输入，则输出将被如此记录第一序列的 第一元素是第二序列的第一元素，第一序列的第十六元素是第二序列的第二元素等。可通 过例如去除大于12的元素来修改该顺序，以产生可写为[1 11 7 2 12 5 4 10 3 6 98]的 顺序，指示第一序列的第一元素应该是第二序列的第一元素，第一序列的第十一元素应该 是第二序列的第二元素等。因此，交织器的输出是[1 1 1 0 00 1 0 0 0 0 1]。图4显示使用删减的顺序来对序列排序的另一例子。图4是示出对序列排序的 方法的流程图。图4的过程400在块405开始，其中，确定输出顺序的大小(N)。大小可以 是例如将被排序的序列中的元素的数量或者输入顺序的大小。基于输出顺序的大小，在块 410确定不小于N的2的最小幂(P)。在本发明的其他实施例中，P是确实大于N的2的最 小幂。在块415，形成顺序(S)，由按升序从0到P-1的整数顺序表示。在块420，基于S的 排序形成另一顺序(Y)。在本发明的一个实施例中，顺序Y形成为mod(mXSX (S_1)/2，P)， 其中，mod指示模数，m是整数。在块425，确定开始指数(K)。开始指数可以是0，N或者它 们之间的任何整数。在块425通过删减顺序Y还形成另一顺序(Z)。在一个实施例中，与 第[K，K+1, ... K+P-N-1]位置对应的项被移除以形成顺序Z。在块430通过压缩顺序Z来 最终形成输出顺序(X)。当被写为基数的序列时，顺序Z将包含大于K+P-N-1的N-K项。从
这些项的每一-个，减去P-N，产生可写为以非连续顺序从0到N-1的整数集合的顺序
通过下面的两个例子来示出上述情况
例1
N =60 ；P =64 ；m=I=63 ;K =60 ；
S =0:1:63
0123456789101112131415
16171819202122232425262728293031
32333435363738394041424344454647
48495051525354555657585960616263
Y(m=P--1)
06361585449433628199625037238
56392124625344205933642134716
481545103812752123557143453724
405551830415160411172226293132
Z =X
058544943362819950372385639
212462534420593364213471648
1545103812752123557143453724[00654055518304151411172226293132[0066在此示例中而不是必需在所有情况下，Z和X相等。[0067例2[0068N =60 ；I)=64 ；m=1 ；K=0 ；[0069S =0:1:63[00700123456789101112131415[007116171819202122232425262728293031[007232333435363738394041424344454647[007348495051525354555657585960616263[0074Y(m=1)[007503129585417113628514162505558[00765675324657354420271642451516[00774847131038335952123251434213924[0078402337183091960443492226616332[0079Z[00803129585417113628514162505558[00815675346573544202764245151648[0082471310383359521225143421392440[00832337183091960443492226616332[0084X[0085272554501373224473758461514[00865234942533140162323841111244[0087439634295548821103017352036[00881933142651556039451822575928[0089在此示例中，Z和X相等。事实上，Z不是对由0和N-1之间的整数构成的序列的
合适的重新排序，因为它丢失了 0、1、2和3。应用交织器在各种通信系统中得到不同应用。在一个实施例中，正被交织的比特或符 号表示例如可由电视机、台式计算机、膝上型计算机、机顶盒、DVD播放器或记录器、VCR、音 频播放器、数字照相机、摄像机或游戏装置传输的音频数据或视频数据。例如，在一个特定 实施例中，通信符号表示未压缩的高清晰视频数据，例如在WiHD系统中找到的数据。在另 一实施例中，正被交织的比特或符号表示由计算机外围设备(例如，鼠标、键盘、打印机或 扫描仪)发出的数据。以上伪随机排序可用作两个纠错编码之间的外交织器。图5是示出将伪随机排序 器用作外交织器的系统的功能框图。系统500包括外前向纠错码编码器510、外交织器520 和内前向纠错码编码器530。在一些实施例中，外码是里德所罗门线性循环码，内码是卷积 码、turbo码、LDPC码、网格编码的调制方案或基于其他编码方案。以上的交织器也可用于在块发送之前交织数据符号。这里的块发送是指OFDM、单 载波块传输(SCBT)或者类似种类的变体。伪随机排序也可用作用于OFDM或SCBT或任何
9它们的变体(例如，0FDMA)的符号交织器。0FDM/SCBT块传输的一个普通实践是块的特定位置可能在交织之后被预先占用。 这些可以是用于OFDM的空音调或者可以是用于0FDM/SCBT的导频音。存在至少两种在交 织之后绕过这些预先占用的位置的方式。在一个实施例中，预先占用的位置独自留下，并且交织器被形成为仅交织数据符 号。例如，在下面的 OFDM 设置 Ndata = 360,Nnull/DC = 130,Npilot = 22，Nall = 512。如图 6 所 示，可形成具有360大小的交织器，仅交织数据符号。在另一实施例中，空符号、DC符号和导频符号被插入预定位置，并且形成较大的交 织器，交织数据符号以及非数据符号。使用以上相同的示例，可形成具有512大小的交织 器，其中，交织的元素是数据符号以及非数据(空、DC、导频等等)符号，如图7所示。尽管以上描述已经指出当应用到各种实施例时本发明的新颖性特征，但是本领域 的技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可在所示出的装置或处理的形式和 细节上进行各种省略、替换和改变。因此，由权利要求而不是前述描述来限定本发明的范围。落在权利要求的等同物 的意义和范围内所有改变包括在它们的范围内。
权利要求
一种对通信符号的序列交织的方法，该方法包括接收具有第一顺序的通信符号的第一顺序序列；对通信符号的第一顺序序列排序以产生具有第二顺序的通信符号的第二顺序序列；输出通信符号的第二顺序序列，其中，第二顺序至少部分基于大小大于第二顺序的第三顺序，第三顺序是通过下述输入输出关系定义的伪随机排序 <mrow><mi>Y</mi><mo>=</mo><mi>mod</mi><mrow> <mo>(</mo> <mfrac><mrow> <mi>m</mi> <mo>×</mo> <mi>S</mi> <mo>×</mo> <mrow><mo>(</mo><mi>S</mi><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>)</mo> </mrow></mrow><mn>2</mn> </mfrac> <mo>,</mo> <mi>P</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>,</mo> </mrow>其中，P是不小于第一顺序序列中的元素的数量的2的最小幂，S是由按升序从0到P 1的连续整数的序列表示的输入顺序，Y是表示为整数序列的输出顺序，并且m是整数。
2.如权利要求1所述的方法，其中，第三顺序的大小是大于或等于第二顺序的大小的2的最小幂。
3.如权利要求1所述的方法，其中，第二顺序至少部分基于第三顺序的节本。
4.如权利要求3所述的方法，其中，第二顺序是去除了第三顺序中的第K元素，第K+1 元素，第K+2元素...，第K+P-N-1元素的顺序，其中N是第二顺序的大小，并且K是整数。
5.如权利要求1所述的方法，其中，由从0到N-1的连续整数的序列表示第二顺序，其 中，N是第二顺序的大小。
6.如权利要求5所述的方法，其中，从按升序从0到P-1的连续整数的序列的伪随机排序的节本以及之后的变换得到从0 到N-1的连续整数的序列，所述节本包括去除K和K+P-N-1之间的整数，其中，K是整数，并 且所述变换包括将大于K+P-N-1的元素减去P-N。
7.如权利要求1所述的方法，其中，从第一纠错编码编码器接收第一顺序序列。
8.如权利要求1所述的方法，其中，第二顺序序列被输出到第二纠错编码编码器。
9.如权利要求1所述的方法，其中，第一顺序序列还包括下述中的至少一个空符号、 DC分量或导频符号。
10.如权利要求1所述的方法，其中，输出通信符号的第二顺序序列的步骤包括将通 信符号的第二顺序序列调制到载波信号上并且发送调制的载波信号。
11.如权利要求1所述的方法，其中，通信符号表示音频数据或视频数据。
12.如权利要求11所述的方法，其中，通信符号表示未压缩高清晰视频数据。
13.一种交织器，包括输入，配置为接收具有第一顺序的通信符号的第一顺序序列； 排序器，配置为对通信符号的第一顺序序列排序以产生具有第二顺序的通信符号的第 二顺序序列；输出，配置为输出通信符号的第二顺序序列，其中，第二顺序至少部分基于大小大于第二顺序的第三顺序，第三顺序是通过下述输 入输出关系定义的伪随机排序 其中，P是不小于第一顺序序列中的元素的数量的2的最小幂，S是由按升序从0到P-1的连续整数的序列表示的输入顺序，Y是表示为整数序列的输出顺序，并且m是整数。
14.如权利要求13所述的交织器，其中，由从0到N-1的连续整数的序列表示第二顺 序，其中，N是第二顺序的大小。
15.如权利要求14所述的交织器，其中，从按升序从0到P-1的连续整数的序列的伪随 机排序的节本以及之后的变换得到从0到N-1的连续整数的序列，所述节本包括去除K和 K+P-N-1之间的整数，其中，K是整数，并且所述变换包括将大于K+P-N-1的元素减去P-N。
16.一种对通信符号的序列解交织的方法，该方法包括接收具有第二顺序的通信符号的第二顺序序列；对通信符号的第二顺序序列排序以产生具有第一顺序的通信符号的第一顺序序列；输出通信符号的第一顺序序列，其中，第二顺序至少部分基于大小大于第二顺序的第三顺序，第三顺序是通过下述输 入输出关系定义的伪随机排序其中，P是不小于第一顺序序列中的元素的数量的2的最小幂，S是由按升序从0到P-1 的连续整数的序列表示的输入顺序，Y是表示为整数序列的输出顺序，并且m是整数。
17.如权利要求16所述的方法，其中，由从0到N-1的连续整数的序列表示第二顺序， 其中，N是第二顺序的大小。
18.如权利要求17所述的方法，其中，从按升序从0到P-1以增加顺序的连续整数的序 列的伪随机排序的缩短以及之后的变换得到从0到N-1的连续整数的序列，所述缩短包括 去除K和K+P-N-1之间的整数，其中，K是整数，并且所述变换包括将大于K+P-N-1的元素 减去P-N。
19.一种解交织器，包括输入，配置为接收具有第二顺序的通信符号的第二顺序序列；排序器，配置为对通信符号的第二顺序序列排序以产生具有第一顺序的通信符号的第 一顺序序列；输出，配置为输出通信符号的第一顺序序列，其中，第二顺序至少部分基于大小大于或等于第二顺序的第三顺序，第三顺序是通过 下述输入输出关系定义的伪随机排序Y = mod(-^--,P) ’其中，P是不小于第一顺序序列中的元素的数量的2的最小幂，S是由按升序从0到P-1 的连续整数的序列表示的输入顺序，Y是表示为整数序列的输出顺序，并且m是整数。
20.如权利要求19所述的解交织器，其中，由从0到N-1的连续整数的序列表示第二顺 序，其中，N是第二顺序的大小。
21.如权利要求20所述的解交织器，其中，从按升序从0到P-1的连续整数的序列的 伪随机排序的节本以及之后的变换得到从0到N-1的连续整数的序列，所述节本包括去除 K和K+P-N-1之间的整数，其中，K是整数，并且所述变换包括将大于K+P-N-1的元素减去 P-N。
全文摘要
公开了一种用于在无线通信中交织的伪随机排序的系统和方法。在一个实施例中，该方法包括接收具有第一顺序的通信符号的第一顺序序列；对通信符号的第一顺序序列排序以产生具有第二顺序的通信符号的第二顺序序列；输出通信符号的第二顺序序列，其中，第二顺序至少部分基于大小大于第二顺序的第三顺序，第三顺序是通过下述输入输出关系定义的伪随机排序其中，P是不小于第一顺序序列中的元素的数量的2的最小幂，S是由按升序从0到P-1的连续整数的序列表示的输入顺序，Y是表示为整数序列的输出顺序，并且m是整数。
文档编号H04W84/18GK101926095SQ200980103127
公开日2010年12月22日 申请日期2009年1月23日 优先权日2008年1月25日
发明者夏鹏飞, 敖超 申请人:三星电子株式会社