CN104079378A - 一种数字集群通信3/4编码率分组数据抗误码解码方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种数字集群通信3/4编码率分组数据抗误码解码方法，首先对接收到的信号进行解交织获得双比特对，然后初始化幸存路径数组和权重数组，对于每次输入的三比特，计算对于所有可能输入状态的状态转移，根据有限状态机FSM计算对应的双比特对，并和实际接收到的双比特对比较，该方法使用维特比解码方法，利用网格编码的有限状态机的特性，对每个输入状态，计算所有可能的状态转移的权重，以此挑选幸存路径，并回溯完成解码输出，相比传统方法，有较强的抗误码能力，解决的传统3/4编码率分组数据解码时的误差积累问题，适用范围广，具有推广价值。

Description

一种数字集群通信3/4编码率分组数据抗误码解码方法
技术领域
    本发明涉及通信的抗误码技术领域，特别涉及一种数字集群通信3/4编码率分组数据抗误码解码方法。
背景技术
     PDT（Police Digital Trunking）警用数字集群通信系统标准是我国公安行业使用的一种数字专业无线通信技术标准，该标准采用TDMA时分多址方式，4FSK调制方式，大区制覆盖，全数字语音编码和信道编码，具备灵活的组网能力和数字加密能力。
      PDT可实现语音调度，短消息，状态短消息和分组数据等业务，分组数据业务就是将任意长度的消息拆分成片，然后逐片发送的传输方法。分组数据的数据帧可以设置为1/2编码率、3/4编码率或者全编码率。对于3/4编码率的分组数据，每个数据帧可以承载有18个字节，每个数据帧由3/4编码率网格码编码保护。
根据PDT协议标准，3/4编码率网格码的编码方法是将的18字节拆分为48个三比特，并通过网格编码的有限状态机(FSM)生成96个双比特，然后经过交织即完成网格码编码。
      在解码过程中，若解交织后的双比特直接通过逆有限状态机解码，误码将导致逆有限状态机的输出状态错误，且由于逆有限状态机使用上一时刻的解码输出作为当前时刻的解码输入，所以会导致解码的误差积累现象。因此需要设计一种方法，在解码过程中利用网格码编码的有限状态机的特性，提高3/4编码率分组数据解码的抗误码性能。
发明内容
     本发明的目的是根据实际需要，提供一种数字集群通信3/4编码率分组数据抗误码解码方法，通过维特比解码方法，利用网格码编码的有限状态机的特性，对每次输入的三比特，查找所有可能的状态转移，并计算权重，以此挑选幸存路径，并回溯完成解码输出。
    本发明是通过这样的技术方案实现的：一种数字集群通信3/4编码率分组数据抗误码解码方法，其特征在于：
    首先对接收到的信号进行解交织获得双比特对，然后初始化幸存路径数组和权重数组，对于每次输入的三比特，计算对于所有输入状态的状态转移，根据有限状态机FSM计算对应的双比特对，并和实际接收到的双比特对比较，计算汉明距离；
    通过汉明距离计算当前状态转移对应的临时路径的权重，比较所有的临时路径的权重，挑选权重最小的作为幸存路径，更行权重数组，并舍弃其他状态转移对应的临时路径；
    当输入的三比特个数大于回溯深度后，每次三比特输入迭代计算完成，则从幸存路径数组中回溯解码输出，最终根据PDT协议规定的末尾三比特输入确定最终的幸存路径，并回溯完成全部解码输出。
      有益效果是：PDT警用数字集群通信系统3/4编码率分组数据抗误码解码方法，该方法使用维特比解码方法，利用网格编码的有限状态机的特性，对每个输入状态，计算所有可能的状态转移的权重，以此挑选幸存路径，并回溯完成解码输出。本发明相比传统方法，有较强的抗误码能力，解决的传统3/4编码率分组数据解码时的误差积累问题，适用范围广，具有推广价值。
附图说明
图1 为本发明解码流程图。
具体实施方式
    为了更清楚的理解本发明，结合附图和实施例详细描述本发明：
    如图1所示，数字集群通信3/4编码率分组数据抗误码解码方法的具体步骤包括：
步骤101，接收数据比特根据PDT协议中的3/4编码率网格码的编码方法，双比特对(dibit pair)在发送前为了抗突发错误，进行了交织，因此接收的信号按照交织表进行解交织，获得双比特对用于后续解码操作；
步骤102，初始化幸存路径数组，用于存储解码过程中选择出的幸存路径，由于在维特比解码过程中，幸存路径随着迭代的进行，路径会逐渐聚合为同一路径，由聚合路径导出解码结果，所以幸存路径数组仅用于存储迭代过程中路径尚未聚合的部分，因此数组不需要存储完整的49个输入三比特对应的幸存路径，本方案中数组大小选择为8行5列，数组的每行第0个元素分别存储0～7，分别代表当前路径的终点状态                                                ；
初始化幸存路径的权重数组，幸存路径的权重就是当前幸存路径对应的双比特和实际接收的双比特的汉明距离累加和，初始化权重数组时所有元素为0；
步骤103，计算到当前状态的所有状态转移路径的FSM状态机输出，维特比解码过程就是重新模拟编码的过程，并找到一种最为相似的编码路径，根据PDT协议，3/4编码率分组数据的输入三比特通过有限状态机FSM生成双比特对，3/4编码率网格码共输入49个三比特，，那么对于第n个输入的三比特，其有8种输入状态，；以当前输入的三比特的状态为例，则上次输入的状态到有8种状态转移，则对于每种状态转移，分别根据有限状态机FSM的状态转移表，计算输出的星座值转化的双比特对；
步骤104，计算双比特对的目的是为了和实际接收的双比特对作对比，并以此计算幸存路径的权重，此处选择用汉明距离作为误差的衡量，汉明距离在此为两组双比特对中不同的比特的个数，如状态转移，根据FSM状态转移表，计算双比特对输出为：DP*，将此计算的双比特对DP*和实际解交织后得到的双比特对DP比较，计算此状态转移的汉明距离DP 0～0；
同理计算其他的到的状态转移，并根据FSM状态转移表计算双比特对，并和实际双比特对比较其汉明距离，得到各个状态转移的汉明距离：D 0～0  ～ D 7～0 ；
步骤105，在计算所有到的状态转移的汉明距离后，根据前一状态所在路径的权重，计算状态转移到之后的整个路径的权重；
如状态转移，路径到状态的权重为W 0 n-1，则状态转移之后的路径权重计算为：
同理计算其他到的所有8种状态转移的路径权重W n 0～0～ W n 7～0；
步骤106，从8条到的路径中查找一个权重最小的路径作为到的幸存路径，更新幸存路径数组和权重数组，如状态转移对应的路径被选择为幸存路径，则从幸存路径数组中复制路径并覆盖路径，并在当前路径的最后一个元素赋值0表示当前路径终点状态，由于幸存路径数组作为环形缓存使用，每次输入的元素覆盖当前行所在的最早的元素，然后保存临时路径权重为幸存路径的权重，其他的临时路径舍弃，同理计算到其他状态的路径，以及路径的权重；
步骤107，由于维特比解码迭代过程中，随着迭代次数的增加，幸存路径会逐渐聚合为同一路径，因此在输入三比特达到一定个数后，即可从幸存路径数组中提取解码输出，所以幸存路径数组并没有设计为存储整个维特比解码迭代过程，此输入个数称为回溯深度，因此在输入三比特个数大于回溯深度时，每次维特比解码迭代都有一个三比特解码输出；
步骤108，当前输入的三比特对应的最佳路径计算完成，则计算下个输入的三比特对应的所有状态的最佳路径，直至49个三比特计算完成，此时解码算法已经通过回溯译码获取45组解码输出，而幸存路径数组中保留着最后4个三比特对应的幸存路径，由于路径没有达到聚合的迭代次数，所以不能确定解码输出；
由于根据PDT协议规定，最后一个输入的三比特用于FSM状态机复位，输入的三比特值固定为，以此为根据选择路径最终状态为的路径作为最佳路径，回溯完成最后4个三比特解码，至此，基于维特比解码的3/4编码率分组数据解码操作完成。
以上流程仅用于说明本发明的技术方案而非限制，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
根据上述说明，结合本领域技术可实现本发明的方案。

Claims (2)

1.一种数字集群通信3/4编码率分组数据抗误码解码方法，其特征在于：
首先对接收到的信号进行解交织获得双比特对，然后初始化幸存路径数组和权重数组，对于每次输入的三比特，计算对于所有输入状态的状态转移，根据有限状态机FSM计算对应的双比特对，并和实际接收到的双比特对比较，计算汉明距离；
通过汉明距离计算当前状态转移对应的临时路径的权重，比较所有的临时路径的权重，挑选权重最小的作为幸存路径，更行权重数组，并舍弃其他状态转移对应的临时路径；
当输入的三比特个数大于回溯深度后，每次三比特输入迭代计算完成，则从幸存路径数组中回溯解码输出，最终根据PDT协议规定的末尾三比特输入确定最终的幸存路径，并回溯完成全部解码输出。
2.如权利要求1所述一种数字集群通信3/4编码率分组数据抗误码解码方法，其特征在于：所述方法的具体步骤包括：
步骤101，接收数据比特根据PDT协议中的3/4编码率网格码的编码方法，双比特对dibit pair在发送前为了抗突发错误，进行了交织，因此接收的信号按照交织表进行解交织，获得双比特对用于后续解码操作；
步骤102，初始化幸存路径数组，用于存储解码过程中选择出的幸存路径，由于在维特比解码过程中，幸存路径随着迭代的进行，路径会逐渐聚合为同一路径，由聚合路径导出解码结果，所以幸存路径数组仅用于存储迭代过程中路径尚未聚合的部分，因此数组不需要存储完整的49个输入三比特对应的幸存路径，本方案中数组大小选择为8行5列，数组的每行第0个元素分别存储0～7，分别代表当前路径的终点状态                                                ；
初始化幸存路径的权重数组，幸存路径的权重就是当前幸存路径对应的双比特和实际接收的双比特的汉明距离累加和，初始化权重数组时所有元素为0；
步骤103，计算到当前状态的所有状态转移路径的FSM状态机输出，维特比解码过程就是重新模拟编码的过程，并找到一种最为相似的编码路径，根据PDT协议，3/4编码率分组数据的输入三比特通过有限状态机FSM生成双比特对，3/4编码率网格码共输入49个三比特，，那么对于第n个输入的三比特，其有8种输入状态，；以当前输入的三比特的状态为例，则上次输入的状态到有8种状态转移，则对于每种状态转移，分别根据有限状态机FSM的状态转移表，计算输出的星座值转化的双比特对；
步骤104，计算双比特对的目的是为了和实际接收的双比特对作对比，并以此计算幸存路径的权重，此处选择用汉明距离作为误差的衡量，汉明距离在此为两组双比特对中不同的比特的个数，如状态转移，根据FSM状态转移表，计算双比特对输出为：DP*，将此计算的双比特对DP*和实际解交织后得到的双比特对DP比较，计算此状态转移的汉明距离DP 0～0；
同理计算其他的到的状态转移，并根据FSM状态转移表计算双比特对，并和实际双比特对比较其汉明距离，得到各个状态转移的汉明距离：D 0～0  ～ D 7～0 ；
步骤105，在计算所有到的状态转移的汉明距离后，根据前一状态所在路径的权重，计算状态转移到之后的整个路径的权重；
如状态转移，路径到状态的权重为W 0 n-1，则状态转移之后的路径权重计算为：
同理计算其他到的所有8种状态转移的路径权重W n 0～0～ W n 7～0；
步骤106，从8条到的路径中查找一个权重最小的路径作为到的幸存路径，更新幸存路径数组和权重数组，如状态转移对应的路径被选择为幸存路径，则从幸存路径数组中复制路径并覆盖路径，并在当前路径的最后一个元素赋值0表示当前路径终点状态，由于幸存路径数组作为环形缓存使用，每次输入的元素覆盖当前行所在的最早的元素，然后保存临时路径权重为幸存路径的权重，其他的临时路径舍弃，同理计算到其他状态的路径，以及路径的权重；
步骤107，由于维特比解码迭代过程中，随着迭代次数的增加，幸存路径会逐渐聚合为同一路径，因此在输入三比特达到一定个数后，即可从幸存路径数组中提取解码输出，所以幸存路径数组并没有设计为存储整个维特比解码迭代过程，此输入个数称为回溯深度，因此在输入三比特个数大于回溯深度时，每次维特比解码迭代都有一个三比特解码输出；
步骤108，当前输入的三比特对应的最佳路径计算完成，则计算下个输入的三比特对应的所有状态的最佳路径，直至49个三比特计算完成，此时解码算法已经通过回溯译码获取45组解码输出，而幸存路径数组中保留着最后4个三比特对应的幸存路径，由于路径没有达到聚合的迭代次数，所以不能确定解码输出；
由于根据PDT协议规定，最后一个输入的三比特用于FSM状态机复位，输入的三比特值固定为，以此为根据选择路径最终状态为的路径作为最佳路径，回溯完成最后4个三比特解码，至此，基于维特比解码的3/4编码率分组数据解码操作完成。
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