摘 要：在簡單介紹兩種常用交織器的基礎上，給出了隨機分組交織器的設計，并進行了計算機仿真。結果表明，此交織器設計簡單，占用內存少，性能明顯優于分組交織器,而僅次于隨機交織器。
關鍵詞：交織器;Turbo碼;隨機分組交織器；設計
Design of a Novel Interleaver
ZHANG Yong1,WANG Hong-xing1,GUO Jian2
（1. Navel Aeronautical Engineering Institute, Yantai 264001,China；
2.Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876,China）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：On the basis of introduction to two interleavers, a new interleaver named random block interleaver is designed and simulated. Simulation results show that the proposed interleaver is easy to design and uses less memory than other interleavers. Its performance is superior to block interleavers, and just inferior to random interleavers.
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Interleaver;Turbo code;Radom block interleaver;Design
Turbo碼由于其接近Shannon限的良好性能成為目前信道編碼的研究熱點。這種良好性能的產生，原因之一就是它在設計上采用了隨機編碼的思想，而這種隨機的產生，正是由于交織器的引入。交織是一種以一一映射的方式隨機化原始信息序列的過程。由于它對Turbo 碼性能的重大影響，所以對于交織器的研究也成為了一個熱點［1］，在文獻［2］、［3］中討論了不同交織器設計對Turbo 碼性能的影響，文獻［4］、［5］對交織器進行了專門的研究，并討論了不同子碼選擇不同交織器的問題。在文獻［1］中，Hokfelt試圖得出交織器設計的系統方法，Daneshgaran 等也為此作出了努力，但都以失敗告終。到目前為止，還沒有交織器設計的統一方法，都是針對具體應用而設計，因而也涌現出了很多種交織器，如分組交織器、隨機交織器等。
本文基于Turbo碼的應用，在研究了分組交織器和隨機交織器的基礎上，給出了一種新型交織器——隨機分組交織器的設計，從理論分析和仿真結果來看，此交織器是一種好的交織器。
一、分組交織器
分組交織器是一種最簡單的交織器, 它把交織器看成一個矩陣,信息序列以行方向寫入,而以列方向讀出。例如待交織序列如表1所示，輸出序列見表2。
如果把分組交織器看作是m×n的矩陣，端對端的交織延時為2mn,需要mn個存儲單元。分組交織器方程可表示如下：
這里x」代表x的整數部分。
此種交織器易于實現，但是不能打亂一些低重量、輸入模式為方形或矩形的，如碼重為4、6、9等輸入序列的重量分布。
如圖1所示的碼重為4的輸入模式，分組交織器就不能改變它的輸入模式,所以其交織效果也最差。
二、隨機交織器
隨機交織器在寫入第一個分量編碼器時,以信息序列的本來次序寫進存儲器,然后交織器以隨機方式將其重新排列。需注意的是每一個碼元只能進行一次讀操作。此交織器產生的隨機數大，計算復雜，其交織方式如圖2所示。
三、隨機分組交織器的設計
本節給出一種新型交織器的設計原理，目的是為了減少隨機交織器的計算量， 但和隨機交織器相比，性能下降很小，或基本不下降。因為此交織器是在分組交織器和隨機交織器的機理上得到的，我們把它稱作“隨機分組交織器”。 此交織器的實現方法如下：
�。�1）給出一個mumrow×numcol的矩陣；
（2）把m、n隨機打亂，原則是產生的隨機數不能重復；
�。�3）按照行產生的隨機數順序分行輸入數據；
�。�4）按照列產生的隨機數順序輸出數據。
給出一個mumrow×numcol的寄存器reg，數據讀入寄存器時，數據存儲表達式為
其中i = m×numcol+n。
輸出寄存器時，讀取表達式為
這里，m、n是從零讀取的且分別小于行數和列數的整數； randomrow是大小為numrow的寄存器，用來存儲隨機產生的行數；randomcol是大小為numcol的寄存器，用來存儲隨機產生的列數；i為交織器寄存器的存儲位置；j為從交織器寄存器讀出數據的順序。
從上面的表述可以看出，此交織器的設計比隨機交織器大大減少了寄存器空間的使用，在隨機交織器的實現過程中，要占用2×mumrow×numcol的寄存器空間，而本文設計的交織器只需占用mumrow×numcol＋numrow+numcol的寄存器空間。如果數據量很大時，此交織器會大大減少寄存器的占用。下面給出一個簡單例子，說明此種交織器的實現過程。
例如一個4×3的隨機分組交織器，隨機產生的行數分別為2、1、4、3，而隨機產生的列數為2、1、3，那么交織情況如圖3所示。
四、仿真結果
我們以Turbo碼為應用背景，在交織長度分別為256、1024、4096的情況下，分別給出了隨機分組交織器本身以及隨機分組交織器和分組交織器、隨機交織器的信噪比-誤比特率仿真曲線。Turbo碼采用的是并行級聯卷積碼，碼率為1／2，譯碼算法采用的是標準MAP算法，迭代次數為3次，信噪比步長為0.5，仿真數據長度為2×105 bit，信道采用高斯信道。
圖4為隨機分組交織器在交織長度分別為256、1024、4096時性能曲線仿真圖。從圖中可以看出，隨著交織長度的增加，性能變得越來越好。圖5、圖6、圖7分別為交織長度為256、1024、4096時隨機分組交織器和隨機交織器、分組交織器的性能比較�？梢钥闯�，隨機分組交織器的性能明顯好于分組交織器，而僅次于隨機交織器，在交織長度為256時和隨機交織器性能幾乎沒有什么差別。
五、結論
本文所設計的交織器可以解決分組交織器無法改變一些特殊輸入模式的缺點，而且比隨機交織器算法簡單，占用內存少且用時少，性能也能達到一定要求，是一種好的交織器。
參考文獻
［1］Hokfelt J, Maseng T.Methodical Interleaver Design For Turbo Codes［Ａ］. Proc Int Symp On Turbo Codes And Related Topics［Ｃ］. 1997.
［2］Barbulescu S A, Pietrobon S S. Interleaver Design For Three Dimensional Turbo Codes［Ｊ］.IEEE Int Symp Inform Theory，1995.
［3］Andersen J D.Selection of code and interleaver for trubo coding［Ｚ］.The Netherlands: ESTEC, 1998.
［4］Yuan J H, Vucetic B, Feng W. Combined turbo codes and interleaver design［Ｊ］.IEEE Trans on Commun,1999.
［5］劉東華，唐朝京，張權.偽隨機交織器設計的改進［Ｊ］.無線電工程，1999，29（6）.
(源自:電訊技術)
閱 讀 排 行
