一种基于DVB-RCS标准的自适应双二元Turbo码编译码方法技术

本发明专利技术涉及一种基于DVB‑RCS标准的自适应双二元Turbo码编译码方法，涉及DVB‑RCS标准卫星通信系统返向链路RCST(Return Channel Satellite Terminal)小站中双二元Turbo码编码结构、交织算法、删余图样的选取、Max‑Log‑MAP软输入软输出译码算法、CRC校验等。本发明专利技术通过实时计算接收端译码后百帧数据CRC通过率的方法，生成码率调整因子，反馈给发送端进行编码码率调整，以实现Turbo码码率和信息传输效率的最优化。

An Adaptive Binary Turbo Coding and Decoding Method Based on DVB-RCS Standard

The present invention relates to an adaptive Dual-Binary Turbo decoding method based on DVB RCS standard. It relates to the Dual-Binary Turbo code coding structure, interleaving algorithm, selection of deleted patterns, Max Log MAP soft input and soft output decoding algorithm, CRC verification and so on in the RCST (Return Channel Satellite Terminal) small station of DVB RCS standard satellite communication system. The method of calculating the CRC pass rate of 100 frames of data decoded by the receiving end in real time generates a rate adjustment factor and feeds it back to the sending end to adjust the coding rate so as to realize the optimization of Turbo code rate and information transmission efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种基于DVB-RCS标准的自适应双二元Turbo码编译码方法
本专利技术涉及一种基于DVB-RCS标准的自适应双二元Turbo码编译码方法，属于信道编码

技术介绍
VSAT(VerySmallApertureTerminal甚小口径终端)，指的是天线口径小于2.4米，由大量地球站构成的卫星传输系统。它可以直接安装到用户处，使卫星通信实现直接面向用户或者个人。可以提供高质量的话音、数据、图像以及其他综合业务。是现代卫星通信的重要构成部分，是现代卫星通信的重要发展方向之一。DVB-RCS是ETSI(EuropeanTelecommunicationsStandardsInstitute，欧洲电信标准协会)，针对卫星通信特点，推出的一套结合DVB广播业务和VSAT双向交互业务的行业标准，其中主站采用DVB通信标准，标准协议包括：DVB-S、DVB-S2和DVB-S2X；RCST小站采用多频时分多址(MF-TDMA)的通信体制，信道编码采用双二元Turbo码编码，包含了循环递归系统卷积码、交织、删余等技术。1、循环状态实现Turbo码的分量编码器采用CSRC(CircularRecursiveSystematic,循环递归系统卷积码)，它不需要“收尾比特”就可使每个分组具有相同的起始状态和中止状态，这个相同的状态称为循环状态SC，提高了编码效率。取UK为第k个编码时刻输入到寄存器D1,D2,D3的输入向量，按照编码框图，则有：取G为生成矩阵，S＝[D1,D2,D3]T为寄存器状态，SK为寄存器在第k时刻的状态，则有：SK＝G×SK-1+UK取SN为编码结束时译码器的状态：根据双二元Turbo码自收尾特性：取S0＝0，为S0＝0时编码结束时的状态，则有说明若使编码器初始状态和结束状态同为循环状态SC，和G满足相应条件：由于G7＝E,编码序列的比特对长度N不能使7的倍数，同时按照编码框图可预先计算出遍历出SC的对照表，该表行值为列值为Nmod7。2、交织器Turbo码中交织器的作用减少校验比特之间的相关性，进而在迭代译码过程中降低误比特率。通过增加交织器的长度，可以使译码性能得到提高，好的交织器可使总的码字的自由距离随交织器长度的增加而增加，即提供一定的交织器距离。交织器应该使输入序列尽可能地随机化，从而避免编码生成低重码字的信息序列在交织后编码仍旧生成低重码字，导致Turbo码的自由距离减小。交织深度与码重参数是交织器设计时两个重要的参数指标，但它们之间还没有找到定量的关系式。目前，对交织器的设计一般都是采用计算机仿真的方法来搜索出较满意的交织器。因此，根据不同的设计思想，交织器大致可以分成两类：规则交织器和随机交织器。规则交织器通常按照一定的规则映射来实现交织，通常比较容易实现；基于随机性准则设计的交织器通常称为伪随机交织器。对于长度有限的输入信息序列而言，交织长度有限，实现完全随机是不可能的。当然也可以将规则交织和伪随机交织相结合作为交织器设计的方法。交织前后比特之间的距离。如果交织器能够通过交织在原始序列中距离较近的信息比特经过交织后有一定的距离，则可以在一定程度上提高Turbo码的性能。在删余Turbo码中，如果设计的交织器能够实现对系统比特的均匀保护，则有助于提高Turbo码的性能。例如，在采用伪随机交织器时，原始序列中某个位于奇数位置的比特经过交织后可能在交织序列的偶数位置出现，这样经过编码后它对应的两个校验比特也分别位于两个校验序列的奇数位置和偶数位置。根据前述删余方法，这两个校验比特要么都被删除，要么都被保留。在译码时，那些两个校验比特均被删除的信息比特出现错译的概率大大增加，降低了Turbo码的性能。因此所设计的交织器如果能够保证交织后信息比特位置的奇偶性不变，则有助于提高性能。如果在Turbo码的编码器中引入交织器，那么在译码中就必须有与其相对应的解交织器，即需要两个设备来分别实现交织和解交织过程。如果所设计的交织器满足对称特性，则交织器和解交织器就是完全相同的，从而可以用同一个设备实现。3、码率和删余Turbo码编码的自然输出序为：2N比特系统位(A、B)和4N比特校验位(Y1、Y2、W1、W2)，全部输出的情况下的编码码率为1/3,可通过删除固定位置的校验比特位来得到不同的码率，从而在牺牲一定译码性能的基础上提升信息传输速率，Yi,Wi为比特0或者比特1。码率为：weight()表示比特1的总个数；4、CRC校验循环冗余校验(CyclicRedundancyCheck,CRC)是利用除法及余数来进行错误检测的一种方法，现在通用的是X.25标准中的CRC-16CCITT，生成多项式为X16+X15+X2+1。5、Turbo码软输入软输出译码Turbo码获得优异性能的根本原因之一是采用了迭代译码，通过分量译码器之间软信息的交换来提高译码性能。对于并行级联码，如果分量译码器的输出为硬判决，则不可能实现分量译码器之间软信息的交换；同样，对于串行级联码，如果内码译码器的输出为硬判决结果，则外码译码器也无法采用软判决译码技术，从而限制了系统性能的进一步提高。从信息论的角度来看，任何硬判决都会损失部分信息，因此，如果分量译码器(内码译码器)能够提供一个反映其输出可靠性的软输出，则其他分量译码器(外码译码器)也可以来用软判决译码，从而系统的性能可以得到进一步提高。为此，人们又提出了软输出译码的概念和方法，即译码器的输入输出均为软信息。最大后验概率算法(MAP，Maximumaposterioriprobabilityalgorithm)是最优的Turbo码译码算法，算法中存在着大量指数和对数计算，工程实现时在对数域上进行，这就是著名的Log-MAP算法，在牺牲有限译码性能的基础上，进一步可精简为Max-Log-MAP算法。综上，现有DVB-RCS标准双二元Turbo码编码技术中，没有提供自适应码率调整相关技术，导致在实际通信中可能出现通信条件优良却采用低码率Turbo码浪费空间资源和通信条件恶劣却采用高码率Turbo码影响通信质量的问题。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于DVB-RCS标准的自适应双二元Turbo码编译码方法，通过实时计算接收端译码后百帧数据CRC通过率的方法，生成码率调整因子，反馈给发送端进行编码码率调整，以实现Turbo码码率和信息传输效率的最优化。本专利技术具体涉及DVB-RCS标准卫星通信系统返向链路RCST(ReturnChannelSatelliteTerminal)小站中双二元Turbo码编码结构、交织算法、删余图样的选取、Max-Log-MAP软输入软输出译码算法、CRC校验等。术语解释：1、FDMA：频分多址，不同用户采用不同频点进行通信。2、TDMA：时分多址，多用户共用一个频点，在该频点内以时隙来区分不同用户。3、RCST：ReturnChannelSatelliteTerminal，返向链路，VSAT小站发往主站的通信链路。4、CRSC分量编码器：CircularRecursiCyveSystematic，循环递归系统卷积码，是一种初始状态与结束状态相同的系统卷积码编码器。5、模二加：二元域上的加法运算，相同比特模二加值为0，不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于DVB‑RCS标准的自适应双二元Turbo码编译码方法，其特征在于，应用于VSAT卫星通信系统的返向链路中，包括步骤如下：A、Turbo码编码：(1)初始化；初始化CSRC分量编码器的反馈部分为：1+D+D

【技术特征摘要】
1.一种基于DVB-RCS标准的自适应双二元Turbo码编译码方法，其特征在于，应用于VSAT卫星通信系统的返向链路中，包括步骤如下：A、Turbo码编码：(1)初始化；初始化CSRC分量编码器的反馈部分为：1+D+D3，Y校验比特为：1+D+D3，W校验比特为：1+D3；初始化循环状态表；初始化信息码长为2N比特,N∈{48,64,212,220,228,424,432,440,752,848,856,864}，根据N参照标准确立交织参数；初始化编码码率，编码码率∈{1/3,2/5,1/2,2/3,3/4,4/5,6/7}；(2)建表；创建二维编码输出表，双二元输入共有{00,01,10,11}4种情况，CSRC分量编码器包含3个移位寄存器，共有8种状态，据此创建4*8项的二维编码输出表，二维编码输出表的值为Y和W；；创建交织表，结合初始化信息码长，选择参照标准确立交织参数，创建2N比特长度的交织表；创建删余表，根据初始化编码码率对应的删余图案创建删余表，0表示删除对应校验位，1表示保留对应校验位；(3)实施Turbo码编码；运行于Turbo码编码系统，所述Turbo码编码系统包括第一CSRC分量编码器、第二CSRC分量编码器、交织器、删余器；a、初始化第一CSRC分量编码器为0，依次输入2N比特编码信息,得到第一CSRC分量编码器的最终状态b、根据Nmod7的值和参照初始化阶段建立的循环状态表，查找循环状态值SC；c、初始化第一CSRC分量编码器为SC，输入2N比特信息进行编码，得到第一对校验位：Y1和W1；d、将2N比特信息代入交织表进行交织处理；e、将步骤d交织处理后的信息输入第二分量编码器，重复步骤a-c，得到第二对校验位：Y2和W2；f、根据编码码率对应的删余图案对第一对校验位和第二对校验位进行删余；g、将步骤删余后的校验位复合，添加16比特CRC校验，按照自然顺序依次输出；B、Turbo码译码；C、CRC校验(4)CRC校验位的应用过程；RCST小站用户在发送数据时，在每帧信息后添加2个字节的CRC校验，生成多项式为X16+X15+X2+1；主站在接收到信息后，逐帧数据进行CRC校验，以100帧数据为单位计算CRC校验通过率，如果CRC校验通过率超过预设的值，则通知RCST小站保持现有Turbo码码率不变，否则，通知RCST小站降低码率；(5)按字节查表法计算CRC校验是否通过；生成多项式用二进制表示为：11000000000001001，共计17位；比特流数据依次除以生成多项式，如果最后得到的16位余数为0，则表示CRC校验通过，反之，表示不通过；如果直接运算，采用按字节查表法计算CRC校验的值。2.根据权利要求1所述的一种基于DVB-RCS标准的自适应双二元Turbo码编译码方法，其特征在于，所述步骤(5)，采用按字节查表法计算CRC校验的值，CRC校验的值即CRC值，包括步骤如下：m、生成8位二进制数的CRC值表，8位二进制数的取值范围为0—255，在该数后再添加16比特0共形成24比特数据，该24比特数据除以生成多项式，得到的16比特余数值，即为CRC值，n、按字节查表的方式计算C...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜威，李兴，包丞啸，王玉潇，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37