交织定义及原理简介交织器在 陆地移动通信这种变参信道上，比特差错经常是成串发生这是由于 持续较长深衰落谷点会影响到相继一串比特然而，信道编码仅在检测和 校正单个差错和 不太长差错串时才有效为了解决这一问题，希望能找 到把一条消息中相继比特分散开方法，即一条消息中相继比特以非相继方 式被发送这样，在传输过程中即使发生了成串差错，恢复成一条相继 比特串消息时，差错也就变成单个（或长度很短），这时再用信道编码纠错 功能纠正差错，恢复原消息这种方法就是 交织技术在通信中，传输信息比特差错经常是成串发生这是由于持续较长深 衰落谷点会影响到相继一串比特然而，信道编码仅在检测和校正单个 差错和不太长差错串时才有效为了解决这一问题，希望能找到把一条消 息中相继比特分散开方法，即一条消息中相继比特以非相继方式被发送 这样，在传输过程中即使发生了成串差错，恢复成一条相继比特串消息时, 差错也就变成单个（或长度很短），这时再用信道编码纠错功能纠正差错, 恢复原消息这种方法就是交织技术假定由一些4比特组成消息分组，把4个相继分组中第1个比特取出 来，并让这4个第1比特组 成一个新4比特分组，称作第一帧，4个消息 分组中比特2〜4,也作同样处理，如图3-30所示。
然后依次传送第1比特组成帧，第2比特组成帧，……在传输期间, 帧2丢失，如果没有交织，那就会丢失某一整个消息分组，但采用了交 织，仅每个消息分组第2比特丢失，再利用信道编码，全部分组中消息 仍能得以恢复，这就是交织技术基本原理概括地说，交织就是把码字b 个比特分散到n个帧中，以改变比特间邻近关系，因此n值越大，传输 特性越好，但传输时延也越大，所以在实际使用中必须作折衷考虑基本原理交织原理交织原理交织其实是通信系统中进行数据处理而采用一种技术，交织器 从其本质上来说就是一种实现最大限度改变信息结构而不改变信息内容 器件从传统上来讲就是使信道传输过程中所突发产生集中错误最大限 度分散化因此，具体来讲也许数据置乱落这个称呼更加符合交织器其本 质，会让人们对交织器基本工作机理有更多感性认识假定由一些4比特组成消息分组，把4个相继分组中第1个比特取出 来，并让这4个第1比特组 成一个新4比特分组，称作第一帧，4个消息 分组中比特2〜4,也作同样处理，如图所示然后依次传送第1比特组成帧，第2比特组成帧，……在传输期间, 帧2丢失，如果没有交织，那就会丢失某一整个消息分组，但采用了交 织，仅每个消息分组第2比特丢失，再利用信道编码，全部分组中消息 仍能得以恢复，这就是交织技术基本原理。
概括地说，交织就是把码字b 个比特分散到n个帧中，以改变比特间邻近关系，因此n值越大，传输 特性越好，但传输时延也越大，所以在实际使用中必须作折衷考虑规则交织器分组交织器生成示意图分组交织器生成示意图规则交织器是最早应用于信道编码中，其实它就 是通常我们所说分组交织器，也就是行读列出或列读行出交织器，从图3 这个简单3 x 3交织矩阵可以看出一共有32种交织方式存在，然而这32 种读法中虽然有许多在形式上不同，但就其本质来讲所表现特性却是完全 一致所以它们又可以归 纳为有限四种形式，我们用L代表左，R代表右, T代表上，B代表下，则这四种交织器依次可以表示成：LR/TB, LR/BT, RL/TB , RL/BT其中LR表示由左至右写人，TB表示由上至下读出，其 它表示形式也依此类推有文献对第二、三种交织器进行了详细比较称之 为典型分组交织器，最后推出第二种交织器比较好，但是此种交织方式 对于奇数行乘以奇数列方阵来说，会由于交织前后不动点太多而使交织前 后相关性很大，而如果采用第一、四种交织则效果会更好，这是由于用此 交织方式在交织前后不动点最多为1,从而大大减小了信息之间相关性不规则交织器交织方式示意图其 实不规则交织器形式大部分是由我们上面所提及4种分组交织器演变 而来，目前主要有对角交织器、螺旋交织器、奇偶交织器等形式，对角交 织器和螺旋交织器都是采用行写而对角读出方式，两者不同是在于对角 交织器是行写然后从第一行第一个元素开始以对角方式读出，而螺旋交织 器则是从最后一行第一个元素开始以对角方式读出，具体示意图如图所 示。
交织方式示意图图中所示是3 x 3交织矩阵，箭头所示方向便为读写 方向，从总体上来说这两种交织器是由分组交织器演变而来，其性能要比 典型分组交织涔好一些而下面提到奇偶交织器并不是一种独立交织器 生成方法，而是配合删余技术在交织器生成时加上限制条件一种方法删 余技术其实就是在编译码过程中将信息以删余截短码形式送入信道，收 端通过加入模拟零方式加以恢复，这本身对码元纠错能力将打折扣，但是 却能提高编码效率因此，删余技术在编码中通常被广泛使用，但研究者 发现，在Turbo码中因为应用此技术而带来影响比在其应用于其它传统编 码中影响会更大，这是因为在Turbo码中冗余位作用很大，正是乱序编码产生冗余位才引入了交织器随机性，一般编码在采取了删余技术以后，冗 余位对信息位保护是平衡，而在Turbo码中由于交织器使用，如果采取不 恰当交织方式就会有较坏情况发生，即有可能是有信息位有重复对应冗余 位送入信道而有信息位却无对应冗余位送入信道，这就造成了冗余位对信 息位保护不均现象，也势必会影响码元纠错能力为此采用奇偶交织方 式就可以很好解决这个问题，它会在生成截短Turbo码同时，每次分别将 经由编码器对应于输入奇数和偶数信息位所产生冗余位交替送往信道， 这样就可以保证信息序列中每一位均有对应元余位通过信道传输送抵至 译码器，从而使编译码器工作在正常状态下。
随机交织器Turbo码编译码其结构框图随机交织器是最近刚刚兴起一种交织器，其实我们也可以说它是随着 Turbo码产生而被日益广泛应用起来顾名思义，随机交织器应该实现思 想便是随机交织过程，但是我们现在所说随机交织器大部分恰当来讲应 该称之为伪随机交织器这是因为从Turbo码编译码器结构可以看出Turbo码编译码其结构框图译码器中交织器是要及编码器中交织器相 对应而分组交织器是以规则顺序进行交织，所以在收发两端可以通过 一定协议来确定交织器工作方式但是在采用了随机交织器Turbo码系统 中，由于对于每一组信息序列所产生交织后结果是随机性，而译码器则要求对每帧数据都要有相应交织顺序，所以在传输编码序列同时，在信道 上还要传输交织器信息，这不仅加大译码器复杂度，而且也加大了信道 负载，而且如果在中途交织器信息出现错误，则会使译码i吴码增多，所 以现在所采用随机交织器都是伪随机，是事先经过随机选择而生成一种 性能较好交织方式，然后将其做成表形式存储起来而进行读取随机交织港随机性能主要取决于随机数产生方式、交织港主要参数S、 取值选取等方面现在 主要有利用基于线性取余贝斯-拉姆洗牌技术以及 对系统时钟进行随机抽样产生随机数方法。
除了随机数产生方法不同之外，现在人们将目光都投向了如何利用交 织器主要参数而设计出较好 随机交织器这一方向上来，由此我们介绍儿 种基本随机交织器I. s-随机交织器这种交织器其实随机数产生是及其它交织器一样， 只不过它有一个附加条件，要求在交织前信息序列长为S各信息位在交织 后必须相邻大于S+1个单位，其实也就是让交织器拥有最大分散因子参数 特性目前在Turbo码中采用大部分都是这种交织器或是由此而情变出S- 随机交织器2. T-随机交织器这种交织器其实是一种特殊随机交织器， 它要求码字中任何一对相邻信息位在交织后距离要大于整个码约束长度， 它只适合于那些由重量 为2且两个〃 1〃信元相邻K个单位码而产生最小 汉明重量信息序列一般来讲，只有采用K3卷积码才能产生出符合此种 要求随机交织器3. S-T-随机交织器此交织器其实是对S-随机交织器和 T-随机交织器两种产生条件综合，实现起来就更加困难了，属于较为特殊 随机交织器综上所述，从总体上来讲S随机交织器比较容易生成，而且生成速度 较快，是较为理想随机交织器，而其它两种只是在特殊场合下才得以应 用所以现在应用大部分随机交织器应该都是属于s-随机交织器。
我们在 下面提到随机交织器都是指S-随机交织器Turbo码中应用Turbo码译码结构图在前文中我们已经提到自从交织器应用到信道编码中尤其是在近几年刚 刚兴起Turbo码中，它对编码整体性能影响已经越来越受到人们重视每 种事物产生必定有它原因，也肯定有优劣不同成分，对于交织器当然也不 能违反这一客观规律在Turbo码中其实是可以利用任何一种交织器， 只是由于针对误码率，通信延时或帧长等一系列性能要求，人们就必须选 择一个能使编码整体性能有所保障最佳交织器，下面我们就结合各种交 织器优缺点将其在Turbo码不同场合下应用中情况简要分析一下：Turbo码译码结构图在传输信息帧较短通信系统中应用Turbo码，采 用分组交织更有利一些这是由于随机交织器在数据帧较短时计算产生随 机数之间存在着较大相关性从现有分析及计算机仿真结果可以得知对 于帧长较短信息序列，当信噪比（SNR）较低肘，分组交织器性能要优于随 机交织器性能就是在信噪比较大时，前者还是稍优于后者例如：在个 人通信中最常用话音标准率为9. 6kbit/s,相应每帧数据长度为192bit, 在信噪比小于2. 5dB时，采用分组交织潜效果明显比随机交织器好，就是 在信噪比较大时，前者 也是略优于后者。
所以，对于短帧通信，相比来 说还是采用分组交织器比较好而当传输信息帧较大时，采用分组交织器Turbo码要比采用随机交织 器在译码性能体现上逊 色不少这是由于随着交织长度增大，分组交织 前后信息序列比特位不动点增多，相关性加大，而随机交织器随机数产生 却越来越均匀，交织前后序列相关性 将逐渐减小但是相对于分组交织 器它生成时间却会变得越来越长，从而导致整个系统时延增大所以，在 信息帧长较长且对译码精确度要求较高但却不要求太高实时性通信系统 中，最好是采用随机交织器这样就可以使得Turbo码整体性能达到最佳 状态，例如，宇航器及地面之间通信，要求宇航器信息可以在全部接收 后慢慢译，可以不考虑延时影响，因此使用带有随机交织器Turbo码不失 为一种好选择不规则交织器虽然从形式土不同于两种交织器，但是大 部分是对交织港一种改进或限制在本质上是没有什么变化，其性能从总 体上来说是介于两种交织器之间，所以就不再详细说明而在具体工程应 用中，有时针对分组交织器和随机交织器各自特点，将二者有机结合起 来组成新交织潜以满足一定通信系统要求，这就是混合型交织器其生成 基本原理就是在分组交织思想下进行随机读写。
从广义上说其实亦是属 于随机交织器一种GSM系统中应用GSM 20ms话音编码交织在GSM系统中，信道编码后进行交织，交织分为两次，第一次交织为内部 交织，第二次交织为块间交织GSM 20ms话音编码交织话音编码器和信道编码器将每一 20ms话音数 字化并编码，提供456个比特首先对它进行内部交织，即将456个比特 分成8帧，每帧57比特，见图所示如果将同一 20ms话音2组57比特插入到同一普通突发脉冲序列中（见 图），那么该突发脉冲串丢失则会导致该20nls话音损失25%比特，显然 信道编码难以恢复这么多丢失比特因此必须在两个话音帧间再进行一次 交织，即块间交织普通突发脉冲串普通突发脉冲串把每20ms话音456比特分成8帧为一个块,假设有A、 B、C、D四块，见图所示，在第一个普通突发脉冲串中，两个57比特组 分别插入A块和D块各1帧（插入方式如图、所示，这就是二次交织），这 样一个20ms话音8帧分别插入8个不同普通突发脉冲序列中，然后一个 一个突发脉冲序列发送，发送突发脉冲序列首尾相接处不是同一话音块， 这样即使在传输中。