CN101459432A - 一种rs码交织编码方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种RS码交织编码方法，设所使用的RS码为RS(N，K，S)，所述方法包括以下步骤：首先，将要进行RS编码交织的数据包中的数据逐列依次写入RS码字节交织器的信息区；然后，根据信息区已写入的数据构造校验区每行的数据；最后，对校验区的数据进行循环移位处理，并将RS码字节交织器将中的所有校验区的数据逐列依次读出。采用本发明，在列的方向上进行循环移位，保证在行的方向也有很好的分集，起着行列交织器的行置换的作用，从而使得编码具有最好的性能；本发明还提出了在有填充字节和信息数据包字节的列中，均匀地放置填充零字节，可以使得时间上具有更加均匀的保护。这样做使得交织的时间分集效果更好。

Description

一种RS码交织编码方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域，特别涉及无线通信系统中一种RS码交织编码方法。

背景技术

线性分组码(Linear Grouping Code)是一组固定长度的码组，可以表示为(n，k)，通常用于前向纠错。在编码时k个信息位被编成n位码组长度。由于[n，k，d]分组码的2^k个码字组成了一个k维的子空间，则该2^k个码字一定可以由k个线性无关的基底张成，若把该k个基底写成矩阵的形式，则有

$G=\left[\begin{array}{cccc}{g}_{1,n-1}& g_{1,n-2}& \mathrm{\Λ}& g_{\mathrm{1,0}}\\ g_{2,n-1}& g_{2,n-2}& \mathrm{\Λ}& g_{\mathrm{2,0}}\\ M& M& & M\\ g_{k,n-1}& g_{k,n-2}& \mathrm{\Λ}& g_{k,0}\end{array}\right]$

[n，k，d]码中的任何码字，都可以由这组基底的线性组合生成，即

$C=m.G=\left[\begin{array}{cccc}{m}_1& m_2& L& m_{n-k}\end{array}\right]g\left[\begin{array}{cccc}{g}_{1,n-1}& g_{1,n-2}& L& g_{\mathrm{1,0}}\\ g_{2,n-1}& g_{2,n-2}& L& g_{\mathrm{2,0}}\\ M& M& & M\\ g_{k,n-1}& g_{k,n-2}& L& g_{k,0}\end{array}\right]$

称G为码的生成矩阵。显然，对于生成矩阵的各行来说，只要满足线性无关即可(没有考虑最小距离)，而一个k维空间的基底可以任意选择k个线性无关的矢量，所以作为码的生成矩阵G也不是唯一的，但不论采用哪一种形式，它们都生成相同的子空间，即同一个[n，k，d]码。

RS码(Reed-Solomon Code里德-索罗蒙码)是一种线性分组循环码，它以长度为n的一组符号(symbols)为单位处理(通常n＝8bit，称为编码字)，组中的n个符号是由k个欲传输的信息符号按一定关联关系生成的。由于n个符号中还应包含误码保护信息，所以要求k<n编码形式用(n，k)表示，因此，当n＝8时，共有2⁸＝256种符号，用十进制表示的符号范围是0-255。这256种符号组成一个有限域(称伽罗华域)GF(2⁸)。一般地，当有限域是二元域GF(2)的扩域时用GF(2^m)表示。在GF(2^m)域中，能纠正t个错误的(n，k)RS码，校验符号数为2×t，最小码距离d_min＝2×t+1＝n-k+1(校验矩阵是个满秩的矩阵)。所谓1个符号的错误可以是指符号中的1bit发生错误，也可以指符号中的若干bit甚至所有m bit都发生错误。可见，RS码具有极强的随机错误和突发错误纠正能力，故在数字差错控制领域受到非常广泛的应用。

链路层是为网络层提供数据传送服务的，这种服务要依靠本层具备的功能来实现。链路层具备功能有：数据链路的建立和拆除、帧传输和帧同步、差错与流量控制、数据链路管理。链路层前向纠错(Forward Error Correction，FEC)作为物理链路层前向纠错技术的补充，用于实现链路层差错控制的功能，确保上一层协议能够接收无差错的数据报。RS码由于其优异的性能，非常适合作为链路层前向纠错码(Link Layer Forward Error Correction)。

数字通信中常用的交织器按交织对象分可分为字节交织和位交织。字节交织器(Byte Interleaver)的主要作用就是将原始字节序列打乱，使得错误的位置看上去是随机的，交织前后字节序列的相关性减弱，并分布于许多码子间而不仅仅是几个码字之间，这样做很突出的一个优点便是大大降低了数据突发错误的影响。

为了进一步改善链路层FEC的性能，RS编码器通常和字节交织器一起使用，即为RS码交织编码方法(Reed-Solomon Code with ByteInterleaver<<<<<<<<)。一般情况下，字节交织器可以用行列交织器，其列数等于RS码码长，行数随码块数目而改变。例如针对RS(255，191)码的字节交织器固定为255列，其中左边191列为信息区，右边64列为校验区。现有技术中RS码交织编码方法中，当有业务数据包输入该字节交织器时，先从上到下填充第0列，当第0列填充完之后再从上往下填充第1列，如此类推，直到该业务数据包所有数据均被填充在该交织器中，前191列中未被填充的部分用0填充。每一行的校验值由64位组成，且该校验值是根据前191位的数据信息形成的。交织编码后的形式如图1所示。当输出交织器中的数据时，是从第0列开始由上到下依次输出，第0列输完之后再从上到下依次输出第1列的数据，直到该255列的数据全部输出完毕。交织器的行数及列数可以但不限于从0开始编号，本发明中为描述的一致性均采用从0开始编号。

现有技术中的RS码交织编码方法存在以下缺陷：信息区中填充值为0的部分集中在一起，这样会导致下面填充值为0行对应连续时间区域相对得到了过保护，而上面行对应的连续时间区域相对缺少保护。校验区的数据虽然按行生成，按列读出，但输出时数据间交织过于规则，达不到最佳的交织效果，所以整个输出数据包的性能达不到最佳。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种RS码交织编码方法，以解决现有技术中经交织编码后的数据包输出时校验区数据间关联性大而导致的整个输出数据包的性能及数据链路层的可靠性不高的缺陷。

为了解决上述问题，本发明提供了一种RS码交织编码方法，设所使用的RS码为RS(N，K，S)，所述方法包括以下步骤：

a，将要进行RS编码交织的数据包中的数据逐列依次写入RS码字节交织器的信息区；

b，根据信息区已写入的数据构造校验区每行的数据；

c，对校验区的数据进行循环移位处理，然后将RS码字节交织器将中的所有校验区的数据逐列依次读出。

进一步地，所述要进行RS编码交织的数据包是将IP数据按多协议封装成时间分片码流，得到的业务数据包。

进一步地，所述步骤a进一步包括：

a1，根据所述数据包中的字节数及信息区的列数计算出所述字节交织器的行数M，并计算出所述信息区中能够用有效数据填满的列数kc；

a2，将所述数据包的前kc*M个字节逐列依次写入所述信息区的前kc列，每列从上到下顺序写入；

a3，用数据包中剩余的d个字节数据和M-d个字节0填充第kc列，记g＝floor(M/d)，h＝floor(M/(M-d))，其中M为交织器的行数，floor为向下取整运算；

若d≤M/2，将该列中第0，g，2*g，…，(d-1)*g行从上到下依次写入所述业务数据包剩余的d个字节，剩余行位置填充M-d个字节0；否则，将该列中第0，h，2*h，…，(M-d-1)*h行位置填充M-d个字节0，剩余行从上到下依次写入所述业务数据包剩余的d个字节；

a4，对所述信息区剩余的列填充为0。

进一步地，步骤c对校验区的数据是按列或按行进行循环移位处理，各列或各行的移动位数不完全相同，每列或每行的移动位数按预设的约定得到。

进一步地，步骤c对校验区的数据是按列进行循环移位，第i列的移动位数为floor(i*M/S)，i＝1，…，S-1，其中M为交织器的行数，S为校验区的列数，floor为向下取整运算。

综上所述，本发明提供了一种RS码交织编码方法，在列的方向上进行循环移位，保证在行的方向也有很好的分集，起着行列交织器的行置换的作用，从而使得编码具有最好的性能；本发明还提出了在有填充字节和信息数据包字节的列中，均匀地放置填充零字节，可以使得时间上具有更加均匀的保护。这样做的好处，使得交织的时间分集效果更好。

附图说明

图1是现有技术中进行RS码交织编码后的示意图；

图2是本发明实施例的方法流程图；

图3是本发明实施例RS码交织编码方法对填充部分进行交织的示意图；

图4是本发明实施例RS码交织编码方法对校验数据循环移位前的示意图；

图5是本发明应用实例中RS码交织编码方法对校验数据循环移位后的示意图。

具体实施方式

本发明提供一种RS码交织编码方法，通过对信息区中填充有效信息的最后一列的填充值为0的区域分散开，和/或对校验区的校验数据进行移位来改进现有技术中RS码交织编码方法，并能达到提高数据链路层的可靠性的技术效果。

本实施例提供了一种RS码交织编码方法，设给定的RS码为(N，K，S)，则对应的字节交织器的列数为N，左边K列为信息区，右边S(S等于N-K)列为校验区。本实施例中交织器的行数及列数采用从0开始编号，具体实现时也可采用其他编码方式。如图2所示，本发明方法具体操作如下所述：

步骤201：将IP数据按多协议封装成的TS(Time-slicing，时间分片)码流，得到业务数据包的字节大小，设该数据包的字节大小为F个字节，该步骤具体操作方法同现有技术；

步骤202：根据业务数据包中的字节数F及信息区的列数K计算出交织器的行数M及信息区中能够用有效数据填满的列数kc，用有效数据填满的列是指直接用原数据包中的数据即可填满的列；

交织器的行数M＝ceil(F/K)，ceil表示向上取整；

kc＝floor(F/M)，floor表示向下取整；再计算如下参数：

d＝F mod M，mod表示取模运算；d表示填满前kc列后剩余的字节数；

g＝floor(M/d)，floor表示向下取整；

h＝floor(M/(M-d))，floor表示向下取整；

步骤203：先根据上述计算的参数用业务数据的数据填充RS(N，K，S)码字节交织器的前K列，即信息区：

该步可分为以下子步骤：

步骤2031：将业务数据包的前kc*M字节按逐列依次写入所述信息区的前kc列(即第0到第kc-1列)，每列从上到下顺序写入；即从RS(N，K，S)码字节交织器的第0列按从上到下的顺序开始填充，填完第0列再按从上到下的顺序填充第1列，如此类推，直到填充完RS(N，K，S)码字节交织器的前kc列，且每列填充M个字节。若d不等于0则执行步骤2032，否则执行步骤204；

步骤2032：用数据包中剩余的d个字节数据和M-d个字节0填充第kc列，填充方法可以但不限于是：若d≤M/2，将该列中第0，g，2*g，…，(d-1)*g行从上到下依次写入业务数据包剩余的d个字节，剩余行位置填充M-d个字节0；否则，将该列中第0，h，2*h，…，(M-d-1)*h行填充M-d个字节0，剩余行位置从上到下依次写入业务数据包剩余的d个字节，填充后的形式如图3所示，这时在混合了信息数据和填充数据的列上填充比特几乎均匀地分布在最后一列上面。执行步骤2033；

步骤2033：信息区的剩余部分，即第kc+1列至第K-1列全部填充为0字节。

步骤204：根据信息区的数据构造每行校验区的数据，即按照行的方式进行RS编码，每一行后面添加S个字节的校验数据，每行的校验数据是根据所在行前K列的数据信息生成的，具体方法同现有技术，填充后的形式如图4所示，该图只示出了填充第0行校验数据的情形；

步骤205：对校验数据进行循环移位处理，可以是按行循环移位，也可以是按列循环移位，各行或各列的移动位数不完全相同，每行或每列的移位位数可按某个预设的约定得到，如由某个预设的公式计算得到。具体移位方式可以但不限于用如下方式：

对于第0列所有行的数据不进行列循环移位操作；

对于第i列的所有行的数据，按照从上到下方向进行循环移位，同一列的所有数据移动位数相同。计算移动位数的公式可以但不限于为：floor(i*M/S)位，i＝1，…，S-1。

步骤206：将RS(N，K，S)码字节交织器中校验区数据均逐列依次读出，每列按从上到下的方式读出，进行XPE-FEC复用适配封装。

下面用一应用实例进一步说明本发明方法：

以RS(255，191，64)码的交织编码方法为例子，具体说明本发明的提出的RS码交织编码方法。

对于RS(255，191，64)码，其信息符号序列是191个字节，编码后产生64个校验字节，所以码字长度总共255个字节。因而，该RS码字节交织器固定为255列，如图3所示，其中左边191列为信息区，右边64列为校验区，

首先，将IP数据按多协议封装成的TS(Time-slicing，时间分片)码流，设封装后的业务数据包的大小为9600个字节，对该数据包进行RS(255，191，64)码交织编码方法如下：

步骤301：计算相关参数：

交织器的行数M＝ceil(9600/191)＝51，ceil表示向上取整。

d＝F mod M＝9600mod51＝12，mod表示取模运算；

kc＝floor(F/M)＝floor(9600/51)＝188，floor表示向下取整；

g＝floor(M/d)＝floor(51/12)＝4，floor表示向下取整；

步骤302：根据上述计算的参数用业务数据的数据填充RS(255，191，64)码字节交织器的前191列，即信息区：

步骤3021：将业务数据包的前kc*M，即188*51等于9588个字节按逐列依次写入所述信息区的前188列(即第0到第187列)，每列从上到下顺序写入，每列填充51个字节；

步骤3022：用数据包中剩余的12个字节填充第188列，d＝12，M/2＝51/2，所以d≤M/2，因此将该列中第0，g，2*g，…，(d-1)*g行，即第0，4，2*4，…，11*4行填充为d＝12个字节的数据，该列中剩余行位置从上到下依次写入该剩余的M-d＝39个字节0，信息区的最后2列，即第189，190列的所有行全部填充为0，如图3所示。

步骤303：按照行的方式进行RS编码，每一行后面添加64个字节的校验数据，具体填充方法同现有技术。

步骤304：对校验区数据进行循环移位处理，定义如下：

对于第0列，不进列循环移位操作；

对于第i列，按照从上到下方向，循环移位floor(i*M/S)位，i＝1，…，S-1。

具体地，

对第1列，循环移位floor(1*51/64)＝0，即该列所有数据均不移位；

对第2列，循环移位floor(2*51/64)＝1，即该列所有数据向下移动1位，原先处于第50行的数据移位后位于该列的第0行；

对第3列，循环移位floor(3*51/64)＝2，即该列所有数据向下移动2位，原先处于第49行及第50行的数据移位后分别位于该列的第0行及第1行；

如此类推，

对第63列，循环移位floor(63*51/64)＝50，即该列所有数据向下移动50位；循环移位后的交织器示意图如图5所示，该图只示出了第0行的校验数据循环移位后的情况。

步骤305：将校验区数据均逐列依次读出，每列按从上到下的方式读出，进行XPE-FEC复用适配封装。

综上所述，本发明对校验区的数据作循环移位处理后，该区数据输出时时间跨度大，分集效果好，从而提高了输出的整个数据包的性能，进而提高了数据链路层的可靠性。

Claims (5)

1、一种RS码交织编码方法，设所使用的RS码为RS(N，K，S)，所述方法包括以下步骤：

a，将要进行RS编码交织的数据包中的数据逐列依次写入RS码字节交织器的信息区；

b，根据信息区已写入的数据构造校验区每行的数据；

c，对校验区的数据进行循环移位处理，然后将RS码字节交织器将中的所有校验区的数据逐列依次读出。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述要进行RS编码交织的数据包是将IP数据按多协议封装成时间分片码流，得到的业务数据包。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述步骤a进一步包括：

a1，根据所述数据包中的字节数及信息区的列数计算出所述字节交织器的行数M，并计算出所述信息区中能够用有效数据填满的列数kc；

a2，将所述数据包的前kc*M个字节逐列依次写入所述信息区的前kc列，每列从上到下顺序写入；

a3，用数据包中剩余的d个字节数据和M-d个字节0填充第kc列，记g＝floor(M/d)，h＝floor(M/(M-d))，其中M为交织器的行数，floor为向下取整运算；

若d≤M/2，将该列中第0，g，2*g，...，(d-1)*g行从上到下依次写入所述业务数据包剩余的d个字节，剩余行位置填充M-d个字节0；否则，将该列中第0，h，2*h，...，(M-d-1)*h行位置填充M-d个字节0，剩余行从上到下依次写入所述业务数据包剩余的d个字节；

a4，对所述信息区剩余的列填充为0。

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于：

步骤c对校验区的数据是按列或按行进行循环移位处理，各列或各行的移动位数不完全相同，每列或每行的移动位数按预设的约定得到。

5、如权利要求4所述的方法，其特征在于：

步骤c对校验区的数据是按列进行循环移位，第i列的移动位数为floor(i*M/S)，i＝1，...，S-1，其中M为交织器的行数，S为校验区的列数，floor为向下取整运算。

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