CN102325007B - 基于脏纸编码dpc的译码方法和译码装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种基于脏纸编码DPC的译码方法和译码装置，所述方法包括：译码端将待译码信号输入到其中的BCJR译码器和BP译码器中进行迭代译码，其中，在将所述BCJR译码器的译码结果发送给所述BP译码器时，对所述BCJR译码器的译码结果进行解相关操作，并将解相关操作后的所述BCJR译码器的译码结果发送给所述BP译码器；在译码成功时，输出译码结果。采用本发明，可防止冗余信息迭代可能造成的正向反馈，提高译码性能。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于脏纸编码DPC的译码方法和译码装置。
背景技术
脏纸编码（英文全称：Dirty-paper coding，以下简称为：DPC）问题的模型如图1所示，发射方希望以接近无损的方式，传输信号X经过干扰S和加性高斯白噪声Z（英文全称：Additive White Gaussion Noise，以下简称为：AWGN）的加和信道到达接收方，发射方的发射功率不能超过一定值P，接收方收到的信号为Y=X+S+Z，其中X为发射信号，S为放射方已知但接收方未知的干扰信号，Z为AWGN噪声。DPC正是通过适当的编码以及对应的译码，可以达到的信道容量等于干扰S完全不存在时的信道容量，能够完全消除干扰的影响。
现有的脏纸编码DPC中，将编码信号发射给译码端后，译码端在通过BCJR（Bahl-Cocke-Jelinek-Raviv）译码器和置信度传递（英文全称为：BeliefPropagation，以下简称为：BP）译码器对编码信号进行译码时，采用的译码过程为：BCJR译码后将其译码结果输出进行解交织作为BP译码器的先验信息输入BP译码器，BP译码器译码后将其译码结果输出并进行交织，得到的交织结果作为BCJR译码器的先验信息输入BCJR译码器，二者经过多层次迭代直到BP译码器的结果满足所有校检方程式，此时译码结束，并报告译码成功；或者达到设定的最大迭代译码次数，此时译码结束，并报告译码失败。
发明人在实施现有的DPC的译码端在通过BCJR译码器和BP译码器对编码信号进行译码时发现其具有以下缺陷：
BCJR译码器传递给BP译码器的译码结果和上一轮迭代时BP译码器传递给BCJR译码器的译码结果由于存在关联，使得冗余信息形成迭代，可能造成正向反馈，导致译码性能较低。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种基于脏纸编码DPC的译码方法和译码装置，可防止冗余信息迭代可能造成的正向反馈，提高译码性能。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于脏纸编码DPC的译码方法，包括：
根据预置的信号处理公式对输入编码信号进行计算，得到所述待译码信号；
其中，输入的编码信号为：YN=XN+SN+ZN，所述预置的信号处理公式为：Y'N=αYN=(UN+Z'N)modΛ，Z'N=[αZN-(1-αZN)XN]modΛ，公式中的所述Y'N为待译码信号，所述XN为发送端编码的初始编码信号，所述SN为边信息SideInformation信号，所述ZN为实际训练得到的等效噪声信号，UN为原始信息序列，α为通信的信噪比参数，所述Λ为一个Lattice，Lattice在数学上是空间一系列有规则的点组成的集合；
将待译码信号输入到BCJR译码器中，所述BCJR译码器的译码结果被输入BP译码器中，所述BCJR译码器通过接收所述BP译码器的译码结果进行迭代译码，其中，在将所述BCJR译码器的译码结果发送给所述BP译码器时，对所述BCJR译码器的译码结果进行解相关操作，并将解相关操作后的所述BCJR译码器的译码结果发送给所述BP译码器；
在译码成功时，输出译码结果。
相应地，本发明实施例还提供了一种基于脏纸编码DPC的译码装置，包括BCJR译码器和BP译码器，还包括：解相关器、预置模块以及计算模块；
所述BCJR译码器用于接收待译码信号，并通过接收所述BP译码器的译码结果进行迭代译码；
所述BP译码器用于接收所述BCJR译码器的译码结果，并在译码成功时，输出译码结果；
所述BCJR译码器是通过所述解相关器和所述BP译码器连接；其中，
所述解相关器用于对所述BCJR译码器的译码结果进行解相关操作，并将解相关操作后的所述BCJR译码器的译码结果发送给所述BP译码器；
预置模块，用于预置对输入编码信号进行计算的信号处理公式；
计算模块，用于根据所述预置模块预置的信号处理公式，对输入编码信号进行计算，得到所述待译码信号；
其中，输入的编码信号为：YN=XN+SN+ZN，所述预置模块预置的信号处理公式为：Y'N=αYN=(UN+Z'N)modΛ，Z'N=[αZN-(1-αZN)XN]modΛ，公式中的所述Y'N为待译码信号，所述XN为发送端编码的初始编码信号，所述SN为边信息Side Information信号，所述ZN为实际训练得到的等效噪声信号，UN为原始信息序列，α为通信的信噪比参数，所述Λ为一个Lattice，Lattice在数学上是空间一系列有规则的点组成的集合。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
在BCJR译码器将其译码结果传递给BP译码器之前，进行一个解相关操作，使得BCJR译码器传递给BP译码器的BCJR译码器译码结果和上一轮迭代时BP译码器传递给BCJR译码器的BP译码器译码结果相互独立，防止了冗余信息迭代可能造成的正向反馈，提高了译码性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是脏纸编码DPC问题的模型示意图；
图2是本发明实施例的基于脏纸编码DPC的编译码系统的结构组成示意图；
图3是图2中的译码端的其中一种结构组成示意图；
图4是本发明的基于脏纸编码DPC的译码方法的第一实施例流程示意图；
图5是本发明的基于脏纸编码DPC的译码方法的第二实施例流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参见图2，是本发明实施例的基于脏纸编码DPC的编译码系统的结构组成示意图，本实施例的所述基于脏纸编码DPC的编译码系统具体包括：编码端1和译码端2。
所述编码端1可采用网格编码量化（英文全称为：Trellis-coded quantization，以下简称为：TCQ）+低密度奇偶校验（英文全称为：Low-density parity-check，以下简称为：LDPC）架构实现，数据经过所述编码端1的所述TCQ和LDPC编码后，得到原始编码信号传输给所述译码端2。
所述原始编码信号经信道传输到所述译码端2，所述译码端2对包括原始编码信号、干扰信号以及噪声信号的输入编码信号进行计算，得到所述待译码信号，然后对待译码信号的进行译码，以得到原始的数据展示给用户。
所述译码端2包括BCJR译码器21、BP译码器23以及解相关器22，本实施例中，所述译码端2的所述BCJR译码器21对应编码端1的TCQ编码器，所述BP译码器23对应编码端1的LDPC编码器。
具体如图2所述，所述译码端2包括BCJR译码器21、BP译码器23以及解相关器22，所述BCJR译码器21和BP译码器23用于对待译码信号进行迭代译码；并在在译码成功时，由所述BP译码器23输出译码结果；所述BCJR译码器21是通过所述解相关器22和所述BP译码器23连接；所述解相关器22用于对所述BCJR译码器21的译码结果进行解相关操作，并将解相关操作后的所述BCJR译码器21的译码结果发送给所述BP译码器23。
具体的，本实施例中的所述译码端2对待译码信号进行译码的过程如下：
所述BCJR译码器21将其译码后得到的译码结果输入到所述解相关器22中；
所述解相关器22对所述BCJR译码器21的译码结果进行解相关，并将执行了解相关操作后的所述BCJR译码器21的译码结果输出进行解交织；
将解交织后的所述BCJR译码器21的译码结果作为所述BP译码器23的先验信息输入所述BP译码器23；
将BP译码器23的译码结果进行交织后作为BCJR译码器21的先验信息输入所述BCJR译码器21中；
经过多层次迭代直到BP译码器23的译码结果满足预置的所有校检方程式，此时译码结束，并报告译码成功；或者达到预设的最大迭代译码次数，此时译码结束，并报告译码失败。
由于所述编码端1在向所述译码端2传输编码信号的过程中存在的干扰以及噪声信号，所述译码端2可对输入的编码信号进行计算，得到待译码信号。对于噪声信号，本实施例中的所述编译码系统中还包括：等效噪声信号获取模块3，所述等效噪声信号获取模块3中包括：
样本获取单元31，用于实际检测获得所述编码端1到译码端2之间的多个噪声信号样本。
参数计算单元32，用于根据所述样本获取单元31获取的噪声信号样本，计算平均值和方差参数。
等效噪声信号获取单元33，用于将所述参数计算单元32计算得到的所述平均值和方差参数代入Gaussian高斯分布，得到等效噪声信号ZN的概率密度分布函数。
所述等效噪声信号获取模块3是通过上述的样本获取单元31、参数计算单元32以及等效噪声信号获取单元33实际计算获取的从所述编码端1到译码端2的等效噪声信号。也就是说，所述等效噪声信号获取模块3获取的等效噪声信号ZN是实际训练得到的等效噪声信号，等效噪声信号获取模块3将该等效噪声信号ZN发送给所述译码端2，使得所述译码端2在对输入编码信号进行计算时，引入该实际训练得到的等效噪声信号对输入信号进行计算，而非简单的根据高斯噪声信号进行计算。
因此，进一步的，如图2所示，所述译码端2还可包括：
预置模块24，用于预置对输入的编码信号进行计算的信号处理公式；
计算模块25，用于根据所述预置模块24预置的信号处理公式，对输入编码信号进行计算，得到所述待译码信号；
其中，输入的编码信号为：YN=XN+SN+ZN，所述预置模块24预置的信号处理公式为：Y'N=αYN=(UN+Z'N)modΛ，Z'N=[αZN-(1-αZN)XN]modΛ，公式中的所述Y'N为待译码信号，所述XN为发送端编码的初始编码信号，所述SN为边信息（Side Information）信号，所述ZN为实际训练得到的等效噪声信号，UN为原始信息序列，α为通信的信噪比参数，所述Λ为一个Lattice，Lattice在数学上是空间一系列有规则的点组成的集合。所述SN为Side Information信号，其是一种特殊的干扰信号，一般的干扰信号是发射端和接收端都不知道，而本实施例中的所述SN是发射端知道，但接收端不知道的一种干扰信号。
具体的，如图3所示，是图2中的译码端的其中一种结构组成示意图，所述BP译码器23由多个（1～T个）变量节点译码器（英文全称为：Variable NodesDecoder,以下简称为：VND）和校验节点译码器（英文全称为：Check NodeDecoder，以下简称为：CND）构成，所述BCJR译码器21通过多个解相关器Decorrelate22以及解交织器
连接至所述BP译码器23，所述BP译码器23通过交织器ΠT连接至所述BCJR译码器21。在BCJR译码器21的译码结果传递给BP译码器23之前，通过解相关器（Decorrelate）22进行一个解相关操作，使得BCJR译码器21传递给BP译码器23的信息
和上一轮迭代时BP译码器23传递给BCJR译码器21的信息
相互独立，所述为所述BCJR译码器21的译码结果，表示矩阵第i行，第j列元素对应的反馈值，所述
为所述BP译码器23的译码结果，表示矩阵第i行，第j列元素对应的反馈值。
通过上述实施例的描述可知，本发明具有以下优点：
在BCJR译码器将其译码结果传递给BP译码器之前，进行一个解相关操作，使得BCJR译码器传递给BP译码器的BCJR译码器译码结果和上一轮迭代时BP译码器传递给BCJR译码器的BP译码器译码结果相互独立，防止了冗余信息迭代可能造成的正向反馈，提高了译码性能；并且，在BCJR译码器中利用实际训练得到的等效噪声的概率分布来进行译码，进一步提高了译码性能。
下面对本发明的基于脏纸编码DPC的译码方法进行详细说明。
请参见图4，是本发明的基于脏纸编码DPC的译码方法的第一实施例流程示意图，本实施例的所述基于脏纸编码DPC的译码方法包括：
S101：译码端将待译码信号输入到其中的BCJR译码器和BP译码器中进行迭代译码，其中，在将所述BCJR译码器的译码结果发送给所述BP译码器时，对所述BCJR译码器的译码结果进行解相关操作，并将解相关操作后的所述BCJR译码器的译码结果发送给所述BP译码器。
编码端可采用TCQ+LDPC架构对数据进行编码，编码端对数据进行编码得到原始编码信号后，经信道传输到所述译码端。所述S101中所述译码端采用BCJP+BP架构，所述BCJR译码器对应于所述TCQ编码器，所述BP译码器对应于所述LDPC编码器。
所述S101中所述译码端对接收到的信道上的包括原始编码信号、干扰信号以及噪声信号的输入编码信号进行计算，得到所述待译码信号。
将待译码信号输入到其中的BCJR译码器和BP译码器中进行迭代译码，在将所述BCJR译码器的译码结果发送给所述BP译码器时，对所述BCJR译码器的译码结果进行解相关操作，并将解相关操作后的所述BCJR译码器的译码结果发送给所述BP译码器。
所述S101具体包括以下步骤：
将所述BCJR译码器的译码结果输入到解相关器中执行解相关操作；
将执行了解相关操作后的所述BCJR译码器的译码结果进行解交织后作为BP译码器的先验信息输入BP译码器；
将BP译码器的译码结果进行交织后作为BCJR译码器的先验信息输入所述BCJR译码器中；
经过多层次迭代直到BP译码器的译码结果满足预置的所有校检方程式，此时译码结束，并报告译码成功；或者达到预设的最大迭代译码次数，此时译码结束，并报告译码失败。
S102：在译码成功时，输出译码结果。
所述S102在译码成功，由所述BP译码器输出译码结果展示给用户。
实施本发明实施例，具有以下有益效果：
在BCJR译码器将其译码结果传递给BP译码器之前，进行一个解相关操作，使得BCJR译码器传递给BP译码器的BCJR译码器译码结果和上一轮迭代时BP译码器传递给BCJR译码器的BP译码器译码结果相互独立，防止了冗余信息迭代可能造成的正向反馈，提高了译码性能。
再请参见图5，是本发明的基于脏纸编码DPC的译码方法的第二实施例流程示意图，本实施例的所述基于脏纸编码DPC的译码方法包括：
S201：译码端根据预置的信号处理公式对输入编码信号进行计算，得到所述待译码信号。
其中，输入的编码信号为：YN=XN+SN+ZN，所述预置的信号处理公式为：Y'N=αYN=(UN+Z'N)modΛ，Z'N=[αZN-(1-αZN)XN]modΛ，公式中的所述Y'N为待译码信号，所述XN为发送端编码的初始编码信号，所述SN为Side Information信号，所述ZN为实际训练得到的等效噪声信号，UN为原始信息序列，α为通信的信噪比参数，所述Λ为一个Lattice，Lattice在数学上是空间一系列有规则的点组成的集合。所述SN为Side Information信号，其是一种特殊的干扰信号，一般的干扰信号是发射端和接收端都不知道，而本实施例中的所述SN是发射端知道，但接收端不知道的一种干扰信号。
其中，对于所述实际训练得到的等效噪声信号ZN，本实施例实际训练得到所述噪声信号ZN的步骤包括：
实际测得编码器到译码器之间的多个噪声信号样本；
根据实际测得的噪声信号样本，计算平均值和方差参数；
将计算得到的所述平均值和方差参数代入Gaussian高斯分布来作为等效噪声信号ZN的概率密度分布函数。
S202：译码端将待译码信号输入到其中的BCJR译码器和BP译码器中进行迭代译码，其中，在将所述BCJR译码器的译码结果发送给所述BP译码器时，对所述BCJR译码器的译码结果进行解相关操作，并将解相关操作后的所述BCJR译码器的译码结果发送给所述BP译码器；
S203：在译码成功时，输出译码结果。
所述S203在译码成功，由所述BP译码器输出译码结果展示给用户。
实施本发明实施例，具有以下有益效果：
在BCJR译码器将其译码结果传递给BP译码器之前，进行一个解相关操作，使得BCJR译码器传递给BP译码器的BCJR译码器译码结果和上一轮迭代时BP译码器传递给BCJR译码器的BP译码器译码结果相互独立，防止了冗余信息迭代可能造成的正向反馈，提高了译码性能；并且，在BCJR译码器中利用实际训练得到的等效噪声的概率分布来进行译码，进一步提高了译码性能。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-Only Memory，ROM）或随机存储记忆体（Random Access Memory，RAM）等。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (8)
1.一种基于脏纸编码DPC的译码方法，其特征在于，包括：
根据预置的信号处理公式对输入编码信号进行计算，得到所述待译码信号；
其中，输入的编码信号为：YN=XN+SN+ZN，所述预置的信号处理公式为：Y'N=αYN=(UN+Z'N)modΛ，
公式中的所述Y'N为待译码信号，所述XN为发送端编码的初始编码信号，所述SN为边信息SideInformation信号，所述ZN为实际训练得到的等效噪声信号，UN为原始信息序列，α为通信的信噪比参数，所述Λ为一个Lattice，Lattice在数学上是空间一系列有规则的点组成的集合；
将待译码信号输入到BCJR译码器中，所述BCJR译码器的译码结果被输入BP译码器中，所述BCJR译码器通过接收所述BP译码器的译码结果进行迭代译码，其中，在将所述BCJR译码器的译码结果发送给所述BP译码器时，对所述BCJR译码器的译码结果进行解相关操作，并将解相关操作后的所述BCJR译码器的译码结果发送给所述BP译码器；
在译码成功时，输出译码结果。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在将所述BCJR译码器的译码结果发送给所述BP译码器时，对所述BCJR译码器的译码结果进行解相关操作，并将解相关操作后的所述BCJR译码器的译码结果发送给所述BP译码器，包括：
将所述BCJR译码器的译码结果输入到解相关器中执行解相关操作；
将执行了解相关操作后的所述BCJR译码器的译码结果进行解交织后作为BP译码器的先验信息输入BP译码器。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述BCJR译码器通过接收所述BP译码器的译码结果进行迭代译码包括：
将BP译码器的译码结果进行交织后作为BCJR译码器的先验信息输入所述BCJR译码器中；
经过多层次迭代直到BP译码器的译码结果满足预置的所有校检方程式，此时译码结束，并报告译码成功；或者迭代译码次数达到预设的最大迭代译码次数，此时译码结束，并报告译码失败。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述实际训练得到所述噪声信号ZN通过如下操作获得包括：
实际测得发送端到译码端之间的多个噪声信号样本；
根据实际测得的噪声信号样本，计算平均值和方差参数；
将计算得到的所述平均值和方差参数代入高斯分布，计算得到等效噪声信号ZN的概率密度分布函数，并基于所述概率密度分布函数得到所述ZN。
5.一种基于脏纸编码DPC的译码装置，包括BCJR译码器和BP译码器，其特征在于，还包括：解相关器、预置模块以及计算模块；
所述BCJR译码器用于接收待译码信号，并通过接收所述BP译码器的译码结果进行迭代译码；
所述BP译码器用于接收所述BCJR译码器的译码结果，并在译码成功时，输出译码结果；
所述BCJR译码器是通过所述解相关器和所述BP译码器连接；其中，
所述解相关器用于对所述BCJR译码器的译码结果进行解相关操作，并将解相关操作后的所述BCJR译码器的译码结果发送给所述BP译码器；
预置模块，用于预置对输入编码信号进行计算的信号处理公式；
计算模块，用于根据所述预置模块预置的信号处理公式，对输入编码信号进行计算，得到所述待译码信号；
其中，输入的编码信号为：YN=XN+SN+ZN，所述预置模块预置的信号处理公式为：Y'N=αYN=(UN+Z'N)modΛ，Z'N=[αZN-(1-αZN)XN]modΛ，公式中的所述Y'N为待译码信号，所述XN为发送端编码的初始编码信号，所述SN为边信息Side Information信号，所述ZN为实际训练得到的等效噪声信号，UN为原始信息序列，α为通信的信噪比参数，所述Λ为一个Lattice，Lattice在数学上是空间一系列有规则的点组成的集合。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括：解交织器，与所述解相关器和BP译码器相连，用于将执行了解相关操作后的所述BCJR译码器的译码结果进行解交织得到解交织结果，并将解交织结果作为BP译码器的先验信息输入BP译码器。
7.如权利要求5或6所述的装置，其特征在于，还包括：交织器，与所述BP译码器和BCJR译码器相连，用于将BP译码器的译码结果进行交织后作为BCJR译码器的先验信息输入所述BCJR译码器中。
8.如权利要求5或6中任一项所述的装置，其特征在于，还包括等效噪声信号获取模块，所述等效噪声信号获取模块包括：
样本获取单元，用于实际检测获得发送端至端译码端之间的多个噪声信号样本；
参数计算单元，用于根据所述样本获取单元获取的噪声信号样本，计算平均值和方差参数；
等效噪声信号获取单元，用于将所述参数计算单元计算得到的所述平均值和方差参数代入高斯分布，得到等效噪声信号ZN的概率密度分布函数，并基于所述概率密度分布函数得到所述ZN。
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