CN102208963A - 一种系统二进制确定无速率码的译码方法 - Google Patents

Abstract

该发明属于通信传输技术领域中的系统二进制确定无速率码的译码方法。包括：信号接收及常规处理，帧的检测处理，译码处理及译码结果的处理。该发明首先对全部原始帧进行检测，若均为正确帧，则向发射机反馈确认信号；否则接收下一个编码帧，然后将所有原始帧相互异或处理、其结果再与所接收的编码帧进行异或处理，得到一个错误指示序列，然后根据该指示序列得到各原始帧的错误指示序列，再对有错误的帧进行比特翻转处理、以使其成为正确帧；因而与传统的系统二进制确定无速率码译码方法相比、该发明具有信道传输中对错误帧进行纠正的能力强，信道传输差错率低，系统传输的可靠性高，有效提高了系统传输的容量、传输的效率和通信质量等特点。

Description

一种系统二进制确定无速率码的译码方法

技术领域

本发明属于通信领域中的数据(信息)传输技术，特别是一种系统(先发原始帧、再发编码帧)二进制确定无速率码的信道译码方法，采用该译码方法可降低信道传输的差错率。

背景技术

在数据通信中，信号经常会由于受到噪声、衰落或其他原因的影响产生错误，为了确保通信质量和效率，必须对这些错误进行控制和纠正，常见的差错控制技术主要包括前向纠错(FEC)与反馈重传(ARQ)等技术。前向纠错是一种非常有效的方法，常见的前向纠错码、即信道编码，有里德-所罗门(Reed-Solomon)码、卷积码、turbo码以及低密度奇偶校验码(LDPC)等。前向纠错码、特别是近期快速发展的turbo码与LDPC码，其特点是单向传输、不需反馈，能根据码的规律性自动纠正错误，纠错迅速，纠错能力非常强；但前向纠错码的编、译码结构复杂，效率低，一般仅用在通信物理层作为帧内的比特级纠错。

由于仅采用前向纠错码难以保证经过译码的帧一定是正确的，因而一般在通信系统的上层还要采用帧级别的纠错技术以进一步提高传输的可靠性，而其中最常见的也是最简单的帧级别纠错技术就是ARQ技术。该技术的特点是结构简单，但需要反馈信道。而近期开发出的另外一类基于帧级别的被称为“无速率”码的通信技术；其中，常见的无速率码有LT码、Raptor码以及二进制确定无速率码等，此类无速率码的特点就是“无速率”性，当使用无速率码作为差错控制时，发射端不断地发送帧级别的经过编码后的帧，接收端则对收到的帧进行译码，当接收端收到足够多的帧后，就能完全恢复出原始帧，然后再反馈一个终止信号给发射端，发射端就停止继续发送；整个传输过程，接收端不像ARQ技术那样要经常性反馈信息给发射端，除了终止信号，不需要再向发射端反馈其他的信息。

LT码的编码是根据事先设定好的度分布随机地选择相应的帧数进行异或，而译码则采用迭代对消的方法。Raptor码是在先将原始帧进行合适的纠错码编码后再进行LT编码，具有比LT码更优的性能。但这两类码对度分布都有一定要求，否则在译码时容易出现停止集，从而使译码失败。

在“Ming Xiao，Tot Aulin，and Muriel Medard，“Systematic Binary Deterministic Rateless Codes--SBDRC”(系统二进制确定无速率码)，Proceeding of IEEE International Symposium on Information Theory(ISIT’08)，page 2066-2070”文献中公开了一种系统二进制确定无速率码(SBDRC)，其编码不是采用随机方法产生的，而是采用特定的编码方法。其编码帧的产生过程为：将所有原始帧附加1个尾比特O，循环移位特定次数(循环次数与原始帧号和编码帧号有关)后，将得到的帧去掉最后一个比特，最后再对所有帧进行异或处理；接收机将收到的信号进行常规处理后、对接收帧进行检测，保存正确帧及其帧号，丢弃错误帧，当接收到的正确帧数正好达到总的原始帧数时，根据正确帧的帧号建立接收端的生成矩阵，此生成矩阵的逆乘以全部正确帧就可以得到所有的原始帧。

SBDRC(系统二进制确定无速率码)往往具有比LT码或Raptor码更好的性能。但SBDRC的译码都是在经过帧检测后的正确帧中进行，而将错误帧直接丢弃掉。而实际上，被丢弃的大部分错误帧帧中的错误比特数非常少，如果能在接收端通过有针对性的技术处理、即将错误的具体位置找出并纠正，使其成为正确帧，从而就可有效地提高信道的传输能力，包括传输的可靠性以及传输的效率。因而，常规LT码译码方法存在对接收到的帧信息利用不足，对错误帧进行纠正的能力差，信道传输的差错率较高、传输效率低等缺陷。

发明内容

本发明的目的是在背景技术上，改进设计一种系统二进制确定无速率码的译码方法，以提高信道传输中对错误帧进行纠正的能力，降低信道传输差错率，确保系统传输的可靠性，有效提升系统传输的容量、传输的效率和通信质量等目的。

本发明的解决方案是从帧级别的译码角度出发，其基本译码过程如下：接收机先收到全部的原始帧，若全部原始帧经检测为正确帧，则向发射机反馈传输成功的确认信号；否则接收下一个编码帧，由于编码帧可表示为经帧内移位后的各原始帧相互异或处理结果，接着利用该结果找出他们对应的帧并进行异或处理，得到一个错误指示序列，然后根据所得错误指示序列依次得到各原始帧的错误指示序列，再利用这些错误指示序列进行比特翻转处理，若所有正确的帧总数达到原始帧总数，则对所有正确帧按照常规确定二进制无速率译码方法进行译码，译出所有原始帧、并向发射机反馈确认信号；否则接收下一编码帧，直到译出所有原始帧、向发射机反馈确认信号止；从而实现其发明目的。因而本发明方法包括：

步骤1.信号接收及常规处理：接收机收到发射机发出的采用常规SBDRC编码的信号，进行解调、解交织处理后，去掉各信号帧的帧号、并按照帧号的顺序保存在帧存储器中；

步骤2.帧的检测处理：首先采用帧校验序列对按设定量送入帧存储器中所有的原始帧进行检测、并按照原帧号顺序将检测结果保存在帧质量缓存器中，若所有的原始帧都正确，则直接转步骤4处理、并向发射机反馈传输成功的确认信号；若经检测原始帧有错、则接收编码帧，然后将所有原始帧和接收的编码帧一并送入步骤3进行译码处理；

步骤3.译码处理：首先将经帧内移位后的各原始帧相互异或处理、所得异或处理的结果再与一并送入的编码帧进行异或处理，得到一个错误指示序列，然后根据所得错误指示序列得到各原始帧的错误指示序列，再利用这些错误指示序列依次对有错误的帧进行比特翻转处理、经检测后将结果保存在帧质量缓存器中，当所有正确的原始帧与编码帧的和达到原始帧总数后，则对所有正确帧(包括原始帧和编码帧)根据常规确定二进制无速率译码方法进行译码，译出所有原始帧后、转步骤4，并向发射机反馈确认信号；若未能译出所有原始帧，则接收下一编码帧并按照本步骤上述方法、直至译出所有原始帧并向发射机反馈确认信号后、再转步骤4处理；

步骤4、译码结果的处理：将以上步骤译码所得的全部原始帧送入接收机信宿。

在步骤3中，所述然后根据所得错误指示序列得到各原始帧的错误指示序列的具体方法为：在所得错误指示序列的末尾添加一个比特0、然后将添加0后的错误指示序列进行循环移位，移位次数为帧长加1减去原始帧帧号减1与编码帧帧号减1的乘积除以帧长加1的模，即移位次数：

k＝(p+1)-(i-1)(j-1)mod(p+1)

其中，p为帧长，i为原始帧帧号，j为编码帧帧号；接着再去掉循环移位后所得序列的最后一个比特，即得到一个原始帧的错误指示序列，重复该过程，即可得到各原始帧的错误指示序列。

在步骤3中，所述的所得错误指示序列中指示为错误的位置为：经帧内移位后的各原始帧相互异或、所得结果与当前编码帧再进行异或处理后不为零的位置。

在步骤3中，所述的比特翻转处理是指：对每一个错误帧中错误指示序列值为“1”的位置进行比特翻转，翻转后再检测该帧的对与错；翻转过程一直重复到该帧恢复正确或者翻转次数达到上限止；每次翻转比特的数目按照从小到大递增的方式进行，最小为1个，最大数目则为5-8个。

所述翻转次数达到设定的上限，即：如果错误指示序列中“1”的个数为d，而当前翻转的比特数为v，则翻转v个比特需要的翻转次数为

则处理每一个编码帧翻转的上限次数为：

其中，

表示从d中任取v的组合数，W为最大比特翻转数目，而且W≤d。

本发明采用首先对收到的全部原始帧进行检测，若全部原始帧均为正确帧，则向发射机反馈传输成功的确认信号；否则接收下一个编码帧，然后将所有原始帧相互异或处理、所得异或处理的结果再与所接收的编码帧进行异或处理，得到一个错误指示序列，然后根据所得错误指示序列得到各原始帧的错误指示序列，再利用这些错误指示序列依次对有错误的帧进行比特翻转处理、以纠正其错误使其成为正确帧；本发明无需对系统发射机作任何改动，因而与传统的系统二进制确定无速率码的译码方法相比、具有信道传输中对错误帧进行纠正的能力强，信道传输差错率低，系统传输的可靠性高，有效提高了系统传输的容量、传输的效率和通信质量等特点。

具体实施方式

发射机处理步骤为：

步骤A.组帧：由信源发出的长度为960比特的原始数据送入组帧处理模块，进行组帧，组成10个每个长度为96的原始帧，然后转步骤B；

步骤B.常规的SBDRC编码处理：先将上一步骤送来的10个原始帧S_i，帧号i＝1，...，10，直接送至步骤C；接下来开始产生编码帧，每产生一个帧号为j的编码帧R_j、则需进行如下编码处理：先在每一个原始帧S_i尾部附加一个比特0得到S′_i，然后将S′_i在帧内进行循环移位得到S″_i，移位次数为原始帧帧号i减1与当前编码帧帧号j减1的乘积与帧长加1的模，可以用下式表示：

S″_i＝Φ(S′_i，(i-1)(j-1)mod 97)    公式(1)

其中，Φ(S，k)表示对S进行k次的循环移位，i为原始帧帧号，j为编码帧帧号，帧长为96；将经过循环移位后得到的帧S″_i去掉尾比特得到帧S″′_i，并将全部10个S″′_i进行异或得到编码帧R_j，可以用下式表示

$R_j={\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{10}{S}_i^{\′\′\′}\mathrm{mod}2$ 公式(2)

并将该编码帧送至步骤C；

步骤C.加入帧校验序列：将上一步骤传送过来的原始帧和编码帧加入16比特的循环冗余编码(CRC)序列，并将加了帧校验序列的原始帧和编码帧送至步骤D；

步骤D.加入帧识别号：将上一步骤传送过来的原始帧和编码帧增加一个唯一识别该帧的帧号，之后被送至下一步骤；

步骤E.信号处理及发送：对经加帧识别号处理后的原始帧和编码帧进行交织、调制处理后、送至信道发送；步骤B到步骤E过程一直重复，直至接收到从接收反馈回来的确认信号为止。

本实施方式接收机处理步骤为：

步骤1.信号接收及常规处理：接收机收到发射机发出的采用常规SBDRC编码的信号，进行解调、解交织处理后，去掉各信号帧的帧号、并按照帧号的顺序保存在帧存储器中；

步骤2.帧的检测处理：首先采用帧校验序列对送入帧存储器中10个原始帧进行检测、并按照原帧号顺序将检测结果保存在帧质量缓存器中；当10个原始帧都正确，则直接转步骤4处理、并向发射机反馈传输成功的确认信号；当经检测原始帧有错、则接收编码帧，然后将所有原始帧和接收的编码帧一并送入步骤3进行译码处理；

步骤3.译码处理：首先将接收到的10个原始帧按照发射机的编码关系即公式(1)和公式(2)进行帧内移位和异或处理，将异或处理的结果再与接收到的编码帧

进行异或处理，得到一个错误指示序列E_j，接着在E_j后面附加尾比特0得到E′_j，进一步将E′_j进行如下循环移位得到E″_i，即：

E″_i＝Φ(E′_j，(i-1)(j-1)mod 97)    公式(3)

其中，Φ(S，k)表示对S进行k次的循环移位，i为原始帧帧号，j为收到的编码帧帧号，帧长为96；将E″_i的最后一个比特舍弃，得到原始帧S_i对应的错误指示序列E″′_i；然后再利用这些错误指示序列依次对有错误的帧进行比特翻转处理，并将结果保存在帧质量缓存器中，若所有正确的原始帧和编码帧的和达到原始帧总数后，则对所有正确帧根据常规确定二进制无速率译码方法进行译码，译出所有原始帧，然后转步骤4，若未译出所有原始帧、则接收下一编码帧并按照本步骤以上方法，直至译出所有原始帧并向发射机反馈确认信号后、再转步骤4处理；

步骤4.译码结果处理：将译码得到的10个原始帧送至信宿。

Claims (5)

1.一种系统二进制确定无速率码的译码方法，包括：

步骤1.信号接收及常规处理：接收机收到发射机发出的采用常规SBDRC编码的信号，进行解调、解交织处理后，去掉各信号帧的帧号、并按照帧号的顺序保存在帧存储器中；

步骤2.帧的检测处理：首先采用帧校验序列对按设定量送入帧存储器中所有的原始帧进行检测、并按照原帧号顺序将检测结果保存在帧质量缓存器中，若所有的原始帧都正确，则直接转步骤4处理、并向发射机反馈传输成功的确认信号；若经检测原始帧有错、则接收编码帧，然后将所有原始帧和接收的编码帧一并送入步骤3进行译码处理；

步骤3.译码处理：首先将经帧内移位后的各原始帧相互异或处理、所得异或处理的结果再与一并送入的编码帧进行异或处理，得到一个错误指示序列，然后根据所得错误指示序列得到各原始帧的错误指示序列，再利用这些错误指示序列依次对有错误的帧进行比特翻转处理、经检测后将结果保存在帧质量缓存器中，当所有正确的原始帧与编码帧的和达到原始帧总数后，则对所有正确帧根据常规确定二进制无速率译码方法进行译码，译出所有原始帧后、转步骤4，并向发射机反馈确认信号；若未能译出所有原始帧，则接收下一编码帧并按照本步骤上述方法、直至译出所有原始帧并向发射机反馈确认信号后、再转步骤4处理；

步骤4.译码结果的处理：将以上步骤译码所得的全部原始帧送入接收机信宿。

2.按权利要求1所述系统二进制确定无速率码的译码方法，其特征在于在步骤3中所述根据所得错误指示序列得到各原始帧的错误指示序列的具体方法为：在所得错误指示序列的末尾添加一个比特0、然后将添加0后的错误指示序列进行循环移位，移位次数为帧长加1减去原始帧帧号减1与编码帧帧号减1的乘积除以帧长加1的模；接着再去掉循环移位后所得序列的最后一个比特、即得到一个原始帧的错误指示序列，重复该过程、即可得到各原始帧的错误指示序列。

3.按权利要求1所述系统二进制确定无速率码的译码方法，其特征在于在步骤3中所述错误指示序列中指示为错误的位置为：经帧内移位后的各原始帧相互异或、所得结果与当前编码帧再进行异或处理后不为零的位置。

4.按权利要求1所述系统二进制确定无速率码的译码方法，其特征在于在步骤3中所述的比特翻转处理是指：对每一个错误帧中错误指示序列值为“1”的位置进行比特翻转，翻转后再检测该帧的对与错；翻转过程一直重复到该帧恢复正确或者翻转次数达到上限止；每次翻转比特的数目按照从小到大递增的方式进行，最小为1个，最大数目则5-8个。

5.按权利要求4所述系统二进制确定无速率码的译码方法，其特征在于所述翻转次数达到设定的上限，即：如果错误指示序列中“1”的个数为d，而当前翻转的比特数为v，则翻转v个比特需要的翻转次数为 

则处理每一个编码帧翻转的上限次数为： 

其中， 

表示从d中任取v的组合数，W为最大比特翻转数目，而且W≤d。