用生成矩阵的三角分解进行纠错编码的方法和装置制造方法及图纸

一种在通信系统100中使用的用于可靠传送源数据块d的编码器装置110、210，包括：外变换212，其被配置成接收数据容器块v并计算外变换块u，由此，对于外变换矩阵G

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用生成矩阵的三角分解进行纠错编码的方法和装置


[0001]本专利技术总体上涉及用于通信系统中的纠错编码的方法和装置，更具体地，本专利技术涉及使用码生成矩阵的三角分解进行纠错编码的编码和解码方法和装置。

技术介绍

[0002]在现代数字数据传输(无线电话、无线数据传输、到播放器的光盘传输、接收音乐数据的音乐播放器等)中，信道编码器可以接收源数据并向其添加冗余，以保护源数据免受传输信道中的噪声的影响。在传输信道另一端的接收器接收被信道噪声和/或失真破坏的编码数据，并使用信道解码器来恢复源数据。然后，解码数据转发到目的地(例如，将解码数据作为音频播放的音乐播放器，或者将解码数据存储为文件的存储设备)。
[0003]信道编码通常通过借助变换发送寻求传送的一段数据(称为“源数据块”(Source Data Block，SDB))来工作，该变换产生“发送码块”(Transmitted Code Block，TCB)，TCB比导出它的SDB更好地防止错误，因此比SDB更适合于传输。对于当前目的，只需指出使用矩阵乘以SDB的线性块编码器已经用于该目的，因为线性块编码器能够实现提供针对噪声的显著(虽然不是绝对的)保护的可接受的折衷，同时在它们需要的计算量方面具有足够“低的复杂度”，该折衷通常以由噪声导致的错误率(例如误帧率(Frame Error Rate，FER))来表示。降低所接收信号的FER但对于期望的数据传输速率需要太多计算的较高复杂度的编码方案几乎没有实际用途。
[0004]极化码。现有技术中的一种线性块码是极化码【ARI2009】，该极化码由于能够使用低复杂度编码和解码算法实现信道容量而引起了人们的兴趣。极化码基于被称为信道极化的现象。所公开的旨在提出一种新型的码，其比极化码更有效地利用信道极化，并提供更好的FER性能。我们将从回顾极化编码的现有技术开始。
[0005]为了保持简化对极化码的回顾，我们将仅考虑二进制情况，其中，编码器对二进制域域上的向量进行运算。如【ARI2009】所示，对于每个整数n≥1，存在用于任何整数1≤K≤N的具有码块长度N＝2
n
和速率R＝K/N的极化码。具有码块长度N和速率R＝K/N的极化码由极化变换矩阵数据索引集和冻结数据块(Frozen Data Block，FDB)a定义，其中，极化变换矩阵G是核矩阵的克罗内克(Kronecker)幂数据索引集是具有基数的{1,2,
…
,N}的子集，并且FDB a是来自的任意但固定的行向量。用于具有参数的极化码的编码器接收SDB作为输入，并通过执行矩阵乘法x＝uG来产生TCB其中，是包括数据部分和冻结部分的变换输入块。(符号表示在丢弃索引不在中的u的所有坐标之后剩余的u的部分。)极化码的性能关键取决于数据索引集的选择。在极化编码中，基于被称为信道极化的现象来选择数据索引集FDB a通常被设置为全零向量。
[0006]为了更详细地讨论信道极化，考虑具有参数的极化码的设计，该
极化码用于通过具有输入字母表输出字母表Y以及针对x∈X和y∈Y的转移概率W(y|x)的给定二进制输入无记忆信道(Binary
‑
Input Memoryless Channel，BMC)W来传输数据。由于无记忆信道假设，所以在假定信道输入块通过BMC W发送时接收信道输出块y＝(y1,y2,
…
,y
N
)∈Y
N
的条件概率由乘积形式转移概率给出。在极化编码中，从BMC W的N个独立副本合成N个位信道。位信道由从1到N的整数索引，并且第i个位信道具有转移概率
[0007][0008]其中，y∈Y
N
，并且第i个位信道可以被解释为具有输入字母表输出字母表以及针对对和的转移概率的BMC。在操作上，第i个位信道将第i个变换输入u
i
连接到输出符号(y,u
i
‑1)，其中充当干扰。在接收器侧，在被称为连续消除(Successive Cancellation，SC)解码的某种解码下，位信道变得可访问【ARI2009】。一种推荐的选择数据索引集的方法需要计算位信道的对称容量其中，任意BMC W的对称容量由以下公式定义：
[0009][0010]已知用于将计算到任何程度的数值精度【PED2011】的高效方法【TAL2013】。在计算后，位信道以其对称容量的降序列出，并选择排序列表中前K个位信道的索引作为数据索引集这种用于选择数据索引集的方法确保了SDB位由具有最大对称容量的位信道携带。
[0011]在【ARI2009】中的主要极化定理表明，随着N变大，除了渐近消失的部分之外，位信道的对称容量收敛到0或1。这种现象被称为信道极化。随着N变大，对称容量极化为1的位信道的部分接近I(W)，而对称容量极化为0的位信道的部分接近1
‑
I(W)。基于此渐近结果及其改进，在【ARI2009】、【ARI2009b】中示出，极化码可以在接近I(W)的数据传输速率下运算，同时具有在中且以编码和解码复杂度O(N log N)大致指数地变为零的错误概率。
[0012]虽然极化码随着码块长度N的增加而渐近地达到香农极限，但是它们在实际块长度N下的性能令人失望。极化码在实际块长度下的相对较差的性能部分是由于极化码通常采用的低复杂度解码方法(例如连续消除【ARI2009】和置信传播【ARI2008】解码算法)的弱点。然而，即使在最佳最大似然(Maximum Likelihood，ML)解码下，极化码在纠错编码中与
现有技术相比也不具有竞争力【ARI2009c】。为了补救这种情况，已经提出了几种方法，这些方法以复杂度为代价来提高极化码的性能。在我们研究这样的方法之前，我们将讨论极化的前驱编码方案，以便正确了解极化编码的现有技术以及当前原理背后的主要思想。
[0013]我们将从顺序解码的描述开始，因为它在极化编码的开发中扮演重要的角色，并且将对当前原理扮演类似的角色。顺序解码是一种用于卷积码(更一般地，任何种类的树码)的解码算法，其最初由沃曾克拉夫特(Wozencraft)引入【WOZ1961】。顺序解码的一些公知版本是费诺(Fano)算法【FAN1963】和堆栈算法【ZIG1966】、【JEL1969】。本质上，顺序解码是深度优先的树搜索启发法，用于在给定信道输出的情况下在树码中寻找发送码字。已知在顺序解码中的搜索复杂度随着信道中噪声的严重程度而变化【JAC1967】。顺序解码中的计算的可变性质将其实际应用限制在低于截止速率的编码速率，截止速率是可以显著小于相同信道的对称容量的信道参数。任意BMC W的截止速率由下式定义：
[0014][0015]结果是，只有当使用单个顺序解码器来解码代码时，R0(W)才是对顺序解码的截止速率的限制。如果解码问题被分成几个较小的解码问题，并且单独的顺序解码器被分配给各个较小的解码问题，则新方案的截止速率不再受R0(W)限制，如【ARI2006】所示。如【ARI201本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种在通信系统中使用的用于可靠传送源数据块d的编码器装置，所述编码器装置是根据变换矩阵G和数据索引集配置的，所述变换矩阵G具有到严格的上三角矩阵和严格的下三角矩阵的乘积的三角分解，所述编码器包括：数据插入器和变换编码器；其中，所述数据插入器被配置成接收所述源数据块d，生成数据容器块v，并且将所述数据容器块v传递到所述变换编码器，所述数据容器块包括数据部分所述数据部分包括由所述数据索引集指示的所述数据容器块的元素，所述数据部分是由所述源数据块d确定的，其中，所述变换编码器被配置成接收所述数据容器块v并且计算发送码块x，由此，x＝vG。2.根据权利要求1所述的编码器装置，其中，所述变换编码器包括：外变换编码器，其被配置成接收所述数据容器块v并计算外变换块u，由此，对于外变换矩阵G
out
，u＝vG
out
；和内变换编码器，其被配置成接收所述外变换块u并计算所述发送码块x，由此，对于内变换矩阵G
in
，x＝uG
in
，其中，所述外变换矩阵G
out
和所述内变换矩阵G
in
形成所述变换矩阵的三角分解，由此，G＝G
out
G
in
。3.根据权利要求2所述的编码器装置，其中，所述外变换矩阵G
out
是由因果脉冲响应c＝(c0,c1,
…
,c
m
)定义的托普利兹矩阵，其中，m>0，c0≠0，并且c
m
≠0。4.根据权利要求2所述的编码器装置，其中，所述内变换矩阵G
in
具有克罗内克乘积形式其中，L
i
是针对各个i＝1,
…
,n的下三角矩阵。5.根据权利要求4所述的编码器装置，其中，对于各个i＝1,
…
,n，6.根据权利要求1所述的编码器装置，其中，所述数据索引集是通过窗口大小大于一的窗口得分函数方法来选择的。7.根据权利要求3所述的编码器装置，其中，所述数据索引集是通过逐点得分函数方法来选择的。8.一种用于对接收码块y进行解码的解码器装置，所述接收码块y呈现发送码块x的噪声版本，所述发送码块x是通过由用于预定码的编码器对源数据块d进行编码所获得的，所述用于预定码的编码器接收所述源数据块d并计算所述发送码块x，由此，对于预定的生成矩阵G
′
和预定的偏移块b，x＝dG
′
+b，所述解码器装置配置有外变换矩阵G
out
、内变换矩阵G
in
、数据索引集和冻结数据块a，所述外变换矩阵G
out
、所述内变换矩阵G
in
、所述数据索引集和所述冻结数据块a定义了所述预定码的等效码，由此，对于具有和的数据容器块v，x＝vG，所述解码器装置包括：内解码器和外解码器；其中，所述内解码器被配置成接收所述接收码块y、从所述外解码器接收节点度量请求、根据所述内变换矩阵G
in
计算节点度量、以及将所计算的节点度量发送到所述外解码器；其中，所述外解码器被配置成将节点度量请求发送到所述内解码器、从所述内解码器接收计算的节点度量、以及根据所述外变换矩阵G
out
、所述数据索引集和所述冻结数据块
a计算解码的数据容器块其中，所述解码器装置还被配置成根据所述数据索引集从所述解码的数据容器块提取解码的源数据块9.根据权利要求8所述的解码器装置，其中，所述内解码器根据用于极化码的连续消除解码器生成节点度量值。10.根据权利要求8所述的解码器装置，其中，所述外解码器通过使用树搜索算法计算所述解码的数据容器块。11.根据权利要求10所述的解码器装置，其中，所述树搜索算法是深度优先树搜索算法。12.根据权利要求11所述的解码器装置，其中，所述节点度量是费诺度量。13.一种利用编码器装置在通信系统中使用的用于可靠传送源数据块d的编...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃达尔，
申请(专利权)人：波拉兰哈伯雷斯姆技术公司，
类型：发明
国别省市：