一种基于反馈分组马尔科夫叠加编码的速率兼容编码方法技术

本发明专利技术属于数字通信和数字存储领域，涉及基于反馈分组马尔科夫叠加编码的速率兼容编码方法，首先将长度为kL的信息序列u划分为L个等长分组u＝(u

A Rate Compatible Coding Method Based on Feedback Grouping Markov Superposition Coding

The invention belongs to the field of digital communication and digital storage, and relates to a rate compatible coding method based on feedback grouping Markov superposition coding. Firstly, the information sequence U of length kL is divided into L equal-length groupings u= (u).

【技术实现步骤摘要】
一种基于反馈分组马尔科夫叠加编码的速率兼容编码方法
本专利技术属于数字通信和数字存储领域，特别涉及一种基于反馈分组马尔科夫叠加编码的速率兼容编码方法。
技术介绍
多网共存、高速移动等问题使得通信信道的质量具有时变性，即不同时刻信道的噪声大小不一。为保障时变通信系统中数据传输的可靠性，有必要设计可逼近信道容量且码率可变的信道编码，即逼近容量的速率兼容(Rate-compatible)码。1948年，Shannon提出了著名的信道编码定理。自此人们一直致力于设计与构造逼近或达到信道容量的信道编码。1993年，Berrou等人提出了Turbo码，开启了基于迭代信息处理的现代编码时代。Turbo码提出之后，人们又提出了更多种类的好码，包括低密度奇偶校验码、极化码、空间耦合低密度奇偶校验码和分组马尔可夫叠加传输码。1988年，Hagenauer基于打孔技术提出了速率兼容卷积码，该码被广泛应用于时变通信系统。分组马尔可夫叠加编码(参见中山大学的专利技术专利“一种分组马尔可夫叠加编码方法”，于2016年11月9日授权公告，授权公告号为CN103152060B)，为一类可逼近信道容量的好码。分组马尔可夫叠加编码是一种由短码构造长码的方法，其中的短码被称为基本码。分组马尔可夫叠加编码可视为一种级联码，其外码是基本码，内码是面向数据块的码率为1的非递归卷积码。在分组马尔可夫叠加编码中，基本码负责引入冗余，非递归卷积码负责在编码序列间引入关联。分组马尔可夫叠加编码具有编码简单、构造灵活等突出特点。分组马尔可夫叠加编码也可用于构造速率兼容码(参见中山大学的专利技术专利申请“一种基于分组马尔可夫叠加传输的系统化编码方法”，公开日为2016年8月24日，公开号为CN105897279A)。分组马尔可夫叠加编码的译码器一般基于迭代滑窗译码算法，选择一个合适的译码窗口d对分组马尔可夫叠加编码的纠错性能有重要影响。以上提及的分组马尔可夫叠加编码方法是非递归的，需要很大的记忆长度才可有效逼近信道容量。然而，随着记忆长度的增大，分组马尔可夫叠加编码的译码时延和译码复杂度均会大幅增加。因此，非递归分组马尔可夫叠加编码方法不适用于译码能耗受限的时变通信系统。另一方面，基于非递归分组马尔科夫叠加编码的速率兼容编码方法存在如下问题：当码率变化时，基于非递归分组马尔科夫叠加编码的速率兼容码所需的编码记忆长度也将变化。因此该类速率兼容码的编码器和译码器不具有统一的结构，这将大幅增加该类码的硬件实现复杂度，使其不能应用于硬件资源受限的时变通信系统。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述现有技术所存在的问题，提供了一种基于反馈分组马尔科夫叠加编码的速率兼容编码方法。一方面，本专利技术所提出的速率兼容编码方法拥有传统的基于非递归分组马尔可夫叠加编码的速率兼容编码方法的大多数优点，譬如编码简单和可逼近信道容量；另一方面，相对于传统的基于非递归分组马尔可夫叠加编码的速率兼容编码方法，本专利技术需要更少的寄存器且具有统一的编码和译码结构，并因此本专利技术提出的速率兼容编码方法拥有更低的实现复杂度。本专利技术采用的技术方案是：一种基于反馈分组马尔科夫叠加编码的速率兼容编码方法，以码长为ni,信息位长度为k的系统码Ci[ni,k]为第i个基本码，其中1≤i≤N，将长度为kL的信息序列u编码成长度为的码字c；其中L表示长度为k的等长分组的数量，T为编码结尾长度，b的范围为0≤b≤nN-k；所述速率兼容编码方法包括以下步骤：步骤一、将长度为kL的信息序列u划分为L个等长分组u＝(u(0),u(1),…,u(L-1))，每个分组长度为k；对于时刻t＝-1,-2,…,-m和i＝1,2,…,N，把长度为ni-k的序列w(i,t)初始化设置为全零序列，w(i,t)是第i个分支的寄存器的数据，即对于t＝-1,-2,…,-m和i＝1,2,…,N，有w(i,t)＝0，其中N,L,T,m取值为正整数；步骤二、在t＝0,1,…,L-1时刻，将长度为k的序列分别送入系统码Ci[ni,k]的校验生成器进行编码，得到长度为pi＝ni-k的校验序列并结合w(i,t-1)，w(i,t-2)，…，w(i,t-m)计算码字c的第t个子序列c(t)，其中i＝1,2,…,N；步骤三、在t＝L,L+1,…,L+T-1时刻，将长度为k的全零序列u(t)＝0分别送入系统码Ci[ni,k]的校验生成器进行编码，得到长度为pi＝ni-k的校验序列s(i,t)＝0，结合序列s(i,t)和w(i,t-1)，w(i,t-2)，…，w(i,t-m)计算子序列c(t)，其中i＝1,2,…,N；子序列c(t)的计算方法与步骤二的相同；将子序列c(t)的校验部分作为码字c的第t个子序列。优选的，步骤二中结合w(i,t-1)，w(i,t-2)，…，w(i,t-m)计算码字c的第t个子序列c(t)，按如下步骤进行：首先，对于1≤j≤m，将序列w(i,t-j)送入交织器Πi，j，得到交织后长度为pi的序列v(i,t-j)；然后，将校验序列s(i,t)和v(i,t-1)，v(i,t-2)，…，v(i,t-m)送入逐符号混叠器Si，得到长度为pi的序列c(i,t)，将c(i,t)赋值给w(i,t)，即w(i,t)＝c(i,t)；最后，构成码字c的第t个子序列，其中，长度为pN-b的序列是对长度为pN的c(N,t)序列的b个位置随机打孔获得。本专利技术所述的速率兼容编码方法中，信息序列u是二元序列或多元序列。系统码Ci[ni,k]是任意类型的系统码。交织器Πi，j是任意类型的交织器。本专利技术所述的速率兼容编码方法中，序列s(i,t)和v(i,t-1)，v(i,t-2)，…，v(i,t-m)是有限域上的长度为pi的序列，逐符号混叠器Si是逐符号有限域加权和运算器；所述的逐符号有限域加权和运算器Si功能为：输出长度为pi的序列c(i,t)，c(i,t)的第j个分量其中，和分别是v(i,t-l)和s(i,t)的第j个分量，是取自有限域的m+1个域元素，为二元或多元符号，加法运算和乘法运算按有限域运算法则运算。通过仿真实验，本专利技术对不同码率的速率兼容码都具有良好的误码性能，不同码率的速率兼容码达到误比特率10-5时所需的信噪比距离相应的容量均在1.0dB以内；与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1、本专利技术提出的基于反馈分组马尔科夫叠加编码的速率兼容编码方法，具有编码简单、译码复杂度低、可逼近信道容量等优点。2、本专利技术提出的基于反馈分组马尔科夫叠加编码的速率兼容编码方法可用于构造码率在(0,1)范围内的任意码，灵活性高。3、本专利技术提出的基于反馈分组马尔科夫叠加编码的速率兼容编码方法，与传统的基于分组马尔可夫叠加编码的速率兼容方法相比，所有码率需要的记忆长度相同，因此本专利技术具有统一的编译码架构，硬件实现复杂度低。综上所述，本专利技术提出了一种基于反馈分组马尔科夫叠加编码的速率兼容编码方法，具有编码简单、译码复杂度低、可逼近信道容量、灵活性高等优点。与传统的分组马尔可夫叠加编码方法相比，本专利技术具有更低的译码复杂度和更低的硬件实现复杂度。结合附图阅读本专利技术实施方式的详细描述后，本专利技术的其他特点和优点将变得更加清楚。附图说明图1是本专利技术一种基于反馈分组马尔科夫叠加编码的速率兼容编码方法的编本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于反馈分组马尔科夫叠加编码的速率兼容编码方法，其特征在于，以码长为ni,信息位长度为k的系统码Ci[ni,k]为第i个基本码，其中1≤i≤N，将长度为kL的信息序列

【技术特征摘要】
1.一种基于反馈分组马尔科夫叠加编码的速率兼容编码方法，其特征在于，以码长为ni,信息位长度为k的系统码Ci[ni,k]为第i个基本码，其中1≤i≤N，将长度为kL的信息序列u编码成长度为的码字c；其中L表示长度为k的等长分组的数量，T为编码结尾长度，b的范围为0≤b≤nN-k；所述速率兼容编码方法包括以下步骤：步骤一、将长度为kL的信息序列u划分为L个等长分组u＝(u(0),u(1),…,u(L-1))，每个分组长度为k；对于时刻t＝-1,-2,…,-m和i＝1,2,…,N，把长度为ni-k的序列w(i,t)初始化设置为全零序列，w(i,t)是第i个分支的寄存器的数据，即对于t＝-1,-2,…,-m和i＝1,2,…,N，有w(i,t)＝0，其中N,L,T,m取值为正整数；步骤二、在t＝0,1,…,L-1时刻，将长度为k的序列分别送入系统码Ci[ni,k]的校验生成器进行编码，得到长度为pi＝ni-k的校验序列并结合w(i,t-1)，w(i,t-2)，…，w(i,t-m)计算码字c的第t个子序列c(t)，其中i＝1,2,…,N；步骤三、在t＝L,L+1,…,L+T-1时刻，将长度为k的全零序列u(t)＝0分别送入系统码Ci[ni,k]的校验生成器进行编码，得到长度为pi＝ni-k的校验序列s(i,t)＝0，结合序列s(i,t)和w(i,t-1)，w(i,t-2)，…，w(i,t-m)计算子序列c(t)，其中i＝1,2,…,N；子序列c(t)的计算方法与步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵山程，马啸，白宝明，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：广东,44