纠正同步与替代错误的级联码的迭代译码方法技术

本发明专利技术公开了一种纠正同步与替代错误的级联码的迭代译码方法，首先，生成可描述同步错误的扩展网格图，基于扩展网格图，利用双向维特比译码算法，对接收到的每帧数据译码，然后进行RS码译码；进一步使用译码正确的RS码符号重新初始化卷积码考虑同步错误以后的扩展网格图，进一步执行维特比译码与RS码的译码。本发明专利技术可以采用正确译码的RS码符号实现扩展的网格图的有效的剪辑，从而降低了网格图的复杂度，降低了整体的迭代译码的复杂度，且具有优越的纠错能力。

【技术实现步骤摘要】
纠正同步与替代错误的级联码的迭代译码方法
本专利技术涉及数字通信差错控制编码领域，尤其涉及一种纠正同步与替代错误的级联码的迭代译码方法。
技术介绍
在数字通信与存储系统中，噪声会造成比特的翻转或者符号的错误，一般称为替代错误。针对只存在替代错误的信道，如加性高斯白噪声(AdditiveWhiteGaussianNoise，AWGN)信道下的错误，现有的高效编码技术，如Turbo码、低密度奇偶校验(LowDensityParityCheck，LDPC)码等，能有效地纠正接收序列中由于加性噪声造成的替代错误，其性能已非常接近香农限。然而上述编码技术都假定发送端和接收端可做到理想的同步，但很多实际通信系统都存在定时偏差问题或者其他无法实现符号同步的问题，会造成接收序列中插入或者删掉了若干符号，一般称为插入错误或者删节错误，也可以统称为同步错误。同步错误在无线光通信的某些调制方式中存在，具有重要的应用价值。在存在同步错误的系统，针对替代错误的高效信道编码技术将不再适用。因此，有必要设计同时针对替代错误和同步错误的纠错编码方案，以纠正接收序列中的替代错误和同步错误。针对上述问题，研究者们提出了多种可纠正同步错误与替代错误的编译码方案。其中应用广泛的就是级联码的方案。主要思想是利用内码获取序列的同步信息，再用外码纠正内码的错误同步和噪声造成的替代错误。学者Davey和MacKay提出了一种适用于二进制插入/删节信道的概率域级联码构造方法(下文称DM构造)，内码采用水印码，外码为LDPC码。该方案可有效地纠正接收序列中随机的同步错误和替代错误，获得了优越的性能。该方案缺点是不能在获取同步信息的同时纠正序列中的替代错误，计算复杂度很高，并且改变了传统的编码方案，与仅针对替代错误的信道编码方案不一致。另一种解决方案是采用卷积码同时纠正同步错误与替代错误。Gallager首先提出在卷积码编码器的输出端添加伪随机序列，并利用序列译码算法纠正同步错误。Swart等人提出并行互联维特比译码器构造。该方案可纠正某些特定位置的插入或删节错误，但不能同时纠正两者。Cheng等人提出双向维特比算法，该算法能够降低一定时间间隔内卷积码编码序列之间的强依赖性，适用于仅存在删节错误的信道。在现有研究中，在不改变原有卷积码编码方案的前提下，有学者基于扩展网格图，设计了可纠正同步错误和替代错误的维特比译码算法和对数域最大后验概率译码算法。该方案的优点在于：1)不需要改变现有的针对替代错误的卷积码编码系统或者基于卷积码的级联编码系统；2)其译码复杂度可以根据信道的同步错误情况灵活改变，即对低插入/删节错误的信道，可采用低复杂度的译码算法，而对于高概率的插入/删节错误信道，可以通过增加网格图复杂度来提高性能。该方案的主要缺点是可以同时纠正同步错误和替代错误的前提是必须知道每个卷积码的块边界。专利技术人在实现本专利技术的过程中，发现现有技术中至少存在以下的缺点和不足：一方面，DM构造需要改变已有的编码方案，复杂度非常高；另一方面，可纠正同步错误与替代错误的卷积码译码算法的性能存在进一步提升空间。因此，本专利技术设计一种可纠正同步错误与替代错误的RS码与卷积码的级联码的迭代译码方案，一方面能够降低网格图的复杂度，同时具有较为优越的性能。
技术实现思路
本专利技术提供了一种纠正同步与替代错误的级联码的迭代译码方法，本专利技术提高了增益性能，详见下文描述：一种纠正同步与替代错误的级联码的迭代译码方法，所述方法包括以下步骤：(1)根据卷积码的生成多项式、译码时所考虑的最大符号漂移个数ρ、译码时所考虑的单位时刻最大的插入\删节错误比特数λ，生成可识别卷积码块边界和考虑同步错误的扩展网格图，并确定状态转移；(2)基于扩展网格图，利用双向维特比译码算法，对接收到的每帧数据进行译码；(3)将译码输出的比特序列转化为多进制符号序列，进行解交织，形成I个RS码字；(4)对解交织后的I个RS码字分别进行RS译码；(5)根据译码结果判断是否满足译码全部正确或者I个码字全部译码失败或者达到最大迭代次数，若满足上述终止条件，则终止并输出译码结果，否则执行步骤(6)；(6)使用译码正确的S个RS码符号初始化扩展网格图，对该数据帧进行维特比译码，返回步骤(3)。上述步骤(1)具体为：对于卷积码，对原始网格图中的每个状态，增加n-1个附加状态，用于描述同步错误造成的每个时刻译码起始位置的变化；根据译码时所考虑的最大符号漂移个数，将每个状态扩展为2ρ+1个状态，生成扩展网格图；根据译码时所考虑的单位时刻最大的插入\删节错误比特个数和卷积码的生成多项式，确定上述扩展网格图中的状态转移。所述确定上述扩展网格图中的状态转移具体为：若当前时刻发生一个插入错误，则对应状态转移的译码输入为n+1个比特，下一时刻译码输入的起始位置会向后漂移一比特；若当前时刻发生一个删节错误，则对应状态转移的译码输入为n-1个比特，下一时刻译码输入的起始位置会向前漂移一比特；并且，同一时刻的状态转移会导致译码输出多一个符号，跳跃时刻的状态转移会导致译码输出少一个符号。上述步骤(2)具体为：(2.1)采用前向维特比算法对个卷积码块进行译码，译码输出前个卷积码块对应的信息序列vfor,1，相应的累积度量Mfor,1，以及第个卷积码块对应译码输入序列的终止位置采用后向维特比算法对个卷积码块进行译码，译码输出第个卷积码块对应的信息序列vback,1，相应的累积度量Mback,1，以及第个卷积码块对应译码输入序列的起始位置其中K为接收序列包含的卷积码块数，表示向上取整函数；(2.2)判断是否等于接收序列长度L，若合并两次译码结果，最终译码输出v＝{vfor,1,vback,1}，否则执行步骤(2.3)；(2.3)采用前向维特比算法对个卷积码块进行译码，译码输出个卷积码块对应的信息序列vfor,2，以及相应的累积度量Mfor,2，采用后向维特比算法对个卷积码块进行译码，译码输出个卷积码块对应的信息序列vback,2，以及相应的累积度量Mback,2；(2.4)分别计算前向维特比累计度量和后向维特比累计度量，选取前向算法和后向算法中累积度量值较大的译码输出。上述步骤(6)中的使用译码正确的S个RS码符号初始化扩展网格图具体为：(6.1.1)根据交织方式确定上述S个RS码符号交织后位置；(6.1.2)根据第G个RS码符号交织后的位置及符号值，确定对应于第τ个译码输出比特的状态寄存器值为Q，所有状态的寄存器值相同，满足τ＝t+b，并且对应于译码输出的同一比特，这些状态均为“可能状态”，对应的累积度量保持不变；(6.1.3)将译码网格图中的状态设定为“不可能状态”，对应的累积度量置为-∞。上述步骤(6)中的对数据帧进行维特比译码具体为：(6.2.1)对第i个卷积码，设定0时刻状态的累积度量M[r|v]0＝0，0时刻其他状态的累积度量为-∞；(6.2.2)对每个时刻t，计算每个状态转移的分支度量，保留累积度量值最大的作为目标状态的累积度量；(6.2.3)比较N-ρ到N+ρ时刻所有可能终止状态的累积度量，累积度量最大的作为终止状态，从该状态开始路由回溯，译码输出第i个卷积码块对应的信息序列，该卷积码对应的累积度量Mi，同时根据该状态确定对应译码输入序列的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纠正同步与替代错误的级联码的迭代译码方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)根据卷积码的生成多项式、译码时所考虑的最大符号漂移个数ρ、译码时所考虑的单位时刻最大的插入\删节错误比特数λ，生成可识别卷积码块边界和考虑同步错误的扩展网格图，并确定状态转移；(2)基于扩展网格图，利用双向维特比译码算法，对接收到的每帧数据进行译码；(3)将译码输出的比特序列转化为多进制符号序列，进行解交织，形成I个RS码字；(4)对解交织后的I个RS码字分别进行RS译码；(5)根据译码结果判断是否满足译码全部正确或者I个码字全部译码失败或者达到最大迭代次数，若满足上述终止条件，则终止并输出译码结果，否则执行步骤(6)；(6)使用译码正确的S个RS码符号初始化扩展网格图，对该数据帧进行维特比译码，返回步骤(3)。

【技术特征摘要】
1.一种纠正同步与替代错误的级联码的迭代译码方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)根据卷积码的生成多项式、译码时所考虑的最大符号漂移个数ρ、译码时所考虑的单位时刻最大的插入\删节错误比特数λ，生成可识别卷积码块边界和考虑同步错误的扩展网格图，并确定状态转移；(2)基于扩展网格图，利用双向维特比译码算法，对接收到的每帧数据进行译码；(3)将译码输出的比特序列转化为多进制符号序列，进行解交织，形成I个RS码字；(4)对解交织后的I个RS码字分别进行RS译码；(5)根据译码结果判断是否满足译码全部正确或者I个码字全部译码失败或者达到最大迭代次数，若满足上述终止条件，则终止并输出译码结果，否则执行步骤(6)；(6)使用译码正确的S个RS码符号初始化扩展网格图，对该数据帧进行维特比译码，返回步骤(3)。2.根据权利要求1所述的一种纠正同步与替代错误的级联码的迭代译码方法，其特征在于，上述步骤(1)具体为：对于卷积码，对原始网格图中的每个状态，增加n-1个附加状态，用于描述同步错误造成的每个时刻译码起始位置的变化；根据译码时所考虑的最大符号漂移个数，将每个状态扩展为2ρ+1个状态，生成扩展网格图；根据译码时所考虑的单位时刻最大的插入\删节错误比特个数和卷积码的生成多项式，确定上述扩展网格图中的状态转移。3.根据权利要求2所述的一种纠正同步与替代错误的级联码的迭代译码方法，其特征在于，所述确定上述扩展网格图中的状态转移具体为：若当前时刻发生一个插入错误，则对应状态转移的译码输入为n+1个比特，下一时刻译码输入的起始位置会向后漂移一比特；若当前时刻发生一个删节错误，则对应状态转移的译码输入为n-1个比特，下一时刻译码输入的起始位置会向前漂移一比特；并且，同一时刻的状态转移会导致译码输出多一个符号，跳跃时刻的状态转移会导致译码输出少一个符号。4.根据权利要求1所述的一种纠正同步与替代错误的级联码的迭代译码方法，其特征在于，上述步骤(2)具体为：(2.1)采用前向维特比算法对个卷积码块进行译码，译码输出前个卷积码块对应的信息序列vfor,1，相应的累积度量Mfor,1，以及第个卷积码块对应译码输入序列的终止位置采用后向维特比算法对个卷积...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈为刚，刘元松，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12