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位交织

由 judy 提交于

文章来源：<a href="https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzA5Mzc4OTA4Mw==&amp;mid=2247483846&am…;

当调制方式为16-AQM,64-QAM和256-QAM时需要做位交织，交织的目的是将突发的错误分散开来，把一个较长的突发差错离散成随机差错，再用随机差错的编码(FEC)等信道编码技术消除随机差错，提高通信的可靠性。交织的越深，抗突发错误的能力也越强。位交织的本质是做矩阵的转置运算，需要转置的数据包括信息位和校验位，在交织的过程中分两步完成，第一步为检验位交织，第二步为列旋转交织。

<strong>1.QAM调制方式介绍</strong>

QAM正交振幅调制，其幅度和相位同时变化，属于非恒包络二维调制。它把2ASK和2PSK两种调制结合起来，使得带宽得到双倍扩展。ASK和PSK调制方式如下图所示：
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QAM调制技术用两路独立的基带信号对频率相同、相位正交的两个载波进行调幅，并将已调信号加在一起进行传输。nQAM代表n个状态的正交调幅，一般有二进制(4QAM)、四进制(16QAM)、八进制(64QAM)、十六进制(256QAM)。得到多进制的QAM信号，需要将二进制信号转换为m电平的多进制信号，然后进行正交调制，最后相加输出。

通信系统中通常把信号矢量端点的分布图成为星座图，同眼图相比，星座图可以看成数字信号的一个二维眼图阵列，屏幕上的图形对应着幅度和相位，通过星座图，可以发现诸如幅度噪声，相位噪声，相位误差等调制问题，采用格雷码编码技术，16QAM星座图编码映射关系如下图所示：
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横纵、坐标的取值均有4种，分别为±1、±3，每种坐标需要3bit二进制来表示，差分编码后输入的符号与QAM调制系统中的I、Q之路幅值映射关系如下表所示：
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<strong>2. 检验位交织</strong>

检验位进行交织的时候，信息为的数据需要保持不变，检验位交织需要满足以下方程：
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根据校验位交织地址生成公式可知，交织前的矩阵为Qldpc*360，即依次向数据每行写入360个数，第361个数为第二行第一列数，依次类推。存放Rom地址如图所示：
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交织的本质是行进列出，即取数据依次如下地址取数据，重新生成新的一组向量
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Matlab 中，重新产生读数据的地址索引，即可实现矩阵的转置，使用两个for循环
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在硬件平台上实现上述操作则需要两个计数器来实现地址的累加，实现的波形如图所示
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<strong>3. 列旋转交织</strong>

校验位交织输出u<sub>i</sub>按列顺序依次写入列旋转交织器，然后按行依次读出，完成列旋转交织，每列写入的起始位置由t<sub>c</sub>决定，整个旋转交织见下图
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列旋转交织用公式表示如下：
输入为u<sub>i</sub>，0≤i≤N<sub>ldpc</sub>，写入交织器的c<sub>i</sub>列，r<sub>i</sub>行，其中
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列旋转交织器的输出为u<sub>i</sub>，0≤i≤Nldpc，从交织器的ri行，ci列读出，其中
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列旋转交织测参数为Nldpc = 16200,Rows N<sub>r</sub> =2025,Columns N<sub>c</sub> = 8,列旋转参数t<sub>c</sub>见下表
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交织之前的数据地址为
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对于列旋转交织，每列T<sub>c</sub>的值都是确定的，因此可以按照一定规律求出每列的地址，如下图所示，以第四列T<sub>c</sub>为7为例，即数据整体往后移7行，最后7行的数据，移到最前面的几行。求出新的地址后，依次将行地址数据读出即完成位旋转交织。
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在计算列旋转交织的时候需要考虑固定延迟T<sub>c</sub>，在matlab中，可以这样得到交织的结果
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相比奇偶校验，列旋转交织多了T<sub>c</sub>的延迟，需要在正常产生地址的情况下再进行操作，正常地址产生的操作同奇偶校验。T<sub>c</sub>最大是21，因此可以定义一个状态机来完成此操作，如下：
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对照交织之后得到的地址矩阵，在状态Row_1读取第一行的地址，前三列T<sub>c </sub>=0，不做任何操作，正常读出转置后的地址即可；第四列需要加上2025-1，第五列加2025-7，后面的三列也按照T<sub>c</sub>的延迟进行操作。Row_2代表第二行，依次类推，读完21行之后，相同的列对应的操作都一样，都在Row_last中完成Gen_end表示交织完成，跳转到状态0，等待下一帧的操作。