CN105897279A - 一种基于分组马尔可夫叠加传输的系统化编码方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于数字通信和数字存储领域，公开了一种基于分组马尔可夫叠加传输的系统编码方法，包括以下步骤：一、将长度为kL的信息序列u划分为L个等长分组u＝(u ⁽⁰⁾,u ⁽¹⁾,…,u ^(L‑1))；对于t＝‑1,‑2,…,‑(m‑1),‑m时刻，把长度为k的序列初始化。二、在t＝0,1,…,L‑1时刻，首先重复u ^(t)N次，设置时，设置然后结合计算子序列最后构成了码字c的第t个子序列。本发明方法步骤简单，实现方便，复杂度低，适用于(0,1)之间任何码率，同时，系统的编码也使得信息序列可以从码字中直接获得，最后，可以实现效率、性能之间和复杂度之间的折衷。

Description

一种基于分组马尔可夫叠加传输的系统化编码方法

技术领域

本发明属于数字通信和数字存储领域，特别涉及一种基于分组马尔可夫叠加传输的系统编码方法。

背景技术

自从Turbo码的发明和低密度奇偶校验码(LDPC)码的重新发现之后，构造一个好的编码方法成为了本领域的一个热门研究话题。最近的研究成果包括极化码的发明和空间耦合低密度奇偶校验码(SC-LDPC)码的蓬勃发展，均表明对于无记忆的输入输出对称信道，香农限是可达到的。尽管如此，我们仍希望得到更加灵活的构造方法。尤其是在实际中，我们想设计一种既能够适用于很宽的码率范围，同时又可以保持相同的编译码硬件模块的编码方法。码率兼容码(Rate-Compatible Codes，RC码)，是一种常见的多码率码。这一类码通常由一个母码进行信息位缩短和对校验位进行扩展或打孔而得到。对于码率兼容码，不同码率的码长是不一样的。举例来说，我们对一个码率很低的母码进行打孔，从而实现更高的码率。然而，有限码长、高码率的打孔码可能比独立编码性能差。为了克服这一点，可以通过扩展的码率适应码来实现，举例来说就是扩展一个高码率码的校验矩阵来得到低码率码。无论是打孔还是扩展都是复杂的，因此我们都还是需要优化的。

分组马尔可夫叠加编码(中山大学，一种分组马尔可夫叠加编码方法[P]:CN103152060A)是一种由短码构造的大卷积码的编码方法，其中，短码称为基本码。分组马尔可夫叠加编码的性能下界可以由基本码的性能及其编码记忆长度m来界定，对于编码记忆长度为m的分组马尔可夫叠加编码其误比特率性能相对于基本码的误比特率性能最多可以有10log₁₀(m+1)dB的增益。分组马尔可夫叠加编码可以通过一种两阶段的译码算法(中山大学，一种关于分组马尔可夫叠加编码的两阶段译码算法[P]:CN103944590A)来译码。分组马尔可夫叠加编码是灵活的，可以适用于(0,1)之间任何码率(中山大学，一种基于分组马尔可夫叠加编码的多码率码编码方法[P]:CN103888151A)。

但是，传统的分组马尔可夫叠加编码既不是系统的，也不是码率兼容的。而且，由于错误传播，传统的分组马尔可夫叠加编码在块衰落信道性能偏差。值得注意的是，系统码在实际中是更加具有吸引力的，因为信息可以直接从码字中得到。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于分组马尔可夫叠加传输的系统编码方法，其方法步骤简单，实现方便，复杂度低，适用于(0，1)之间任何码率，同时，系统的编码也使得信息序列可以从码字中直接获得，最后，可以实现效率、性能和复杂度之间的折衷。

解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于分组马尔可夫叠加传输的系统编码方法，其特征在于该方案包括以下步骤：

(1)将长度为kL的信息序列u划分为L个等长分组u＝(u ⁽⁰⁾,u ⁽¹⁾,…,u ^(L-1))，设置记忆长度m为大于或等于1的正整数，对于t＝-1,-2,…,-(m-1),-m时刻，把长度为k的序列初始化。

(2)在t＝0,1，…，L-1时刻，首先重复u ^(t)N次，其中N为大于1的正整数；设置对于1≤i≤N-1，设置然后结合计算子序列最后构成了码字c的第t个子序列。其中，长度为k-k_p的序列是对长度为k的序列的k_p个位置随机打孔获得。计算按如下步骤进行：

(2a)对于1≤j≤m，将序列送入第(i,j)个交织器∏_i,j，得到交织后的长度为k的序列

(2b)计算连加运算“Σ”按逐比特模2运算法则运算。

上述的编码方法，步骤(2)中，设置参数k_p，当k_p＝0时获得的系统码的码率为当0＜k_p＜k时获得的系统码的码率为打孔比例

上述的编码方法，步骤(2a)中，交织器∏_i,j(0≤i≤N-1,0≤j≤m)是任意类型的交织器。

上述的编码方法，在步骤(2)之后，为了获得更好的性能，可增加以下步骤：在t＝L,L+1,…,L+m-1时刻，设置u ^(t)＝0，循环步骤(2)，计算出c ^(t)，并把c ^(t)的校验部分作为t时刻的发送序列。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明方法步骤简单，复杂度低，实现方便，可使用与原有系统相同的编译码硬件模块，便于推广使用。

2、本发明在一个码率很广的范围内表现很好，并适用于(0,1)之间任何码率。

3、本发明采用系统化的编码，信息序列可从码字中直接获得。

4、本发明提供了一种效率、性能和复杂度的折中，可为运营商和用户提供多样的可选择的服务。

综上所述，本发明方法步骤简单，实现方便，复杂度低，适用于(0,1)之间任何码率，同时，系统的编码也使得信息序列可以从码字中直接获得，最后，可以实现效率、性能之间和复杂度之间的折衷。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细叙述。

附图说明

图1为本发明的编码框图。

图2为本发明使用k＝500的码率兼容码在BPSK-AWGN信道上的BER性能曲线。

图3为本发明使用k＝500的码率兼容码在BPSK-AWGN信道上与香农限的关系曲线。

具体实施方式

实施例1

参照图1，长度为kL＝500×500的二元信息序列u划分为L＝500个等长分组u＝(u ⁽⁰⁾,u ⁽¹⁾,…,u ⁽⁴⁹⁹⁾)，每个分组长度为k＝500。编码后的码字c＝{c ⁽⁰⁾,c ⁽¹⁾,…,c ^(499+m)}的长度为kL+k(N-1)(L+m)-k_p(L+m)＝500×500+500(N-1)(500+m)-k_p(500+m)，其中N,m,k_p采用如下10种组合：{N＝2,m＝40,k_p＝375}，{N＝2,m＝24,k_p＝250}，{N＝2,m＝19,k_p＝125}，{N＝2,m＝16,k_p＝0}，{N＝3,m＝15,k_p＝250}，{N＝3,m＝14,k_p＝0}，{N＝4,m＝14,k_p＝250}，{N＝4,m＝14,k_p＝0}，{N＝5,m＝13,k_p＝0}，{N＝6,m＝13,k_p＝0}。获得的码对应的码率分别为0.7874，0.6562，0.5623，0.4921，0.3929，0.3272，0.2801，0.2449，0.1959，0.1631。如图1所示，具体的编码步骤如下：

(1)将长度为kL＝500×500的二元信息序列u划分为500个等长分组u＝(u ⁽⁰⁾,u ⁽¹⁾,…,u ⁽⁴⁹⁹⁾)，同时在t＜0时刻，把长度为500的序列初始化为全零序列，即设置

(2)在t＝0,1,…,499时刻，首先重复u ^(t)N次，设置对于1≤i≤N-1，设置并结合计算子序列最后在长度为k的序列的k_p个位置随机打孔，得到长度为k-k_p的序列把作为t时刻发送的序列。其中，计算按如下步骤进行：

(2a)对于1≤j≤m，将序列送入第(i,j)个交织器∏_i,j，得到交织后的长度为k的序列

(2b)计算连加运算“Σ”按逐比特模2运算法则运算。

(3)在t＝500,501,…,499+m时刻，设置u ^(t)＝0，循环步骤(2)，计算出c ^(t)，并把c ^(t)的校验部分作为t时刻的发送序列。

仿真结果见图2和图3。从图2可见，不同码率的码率兼容码在低SNR区域，BER性能曲线与不编码基本一样。从图3可见，不同码率的码率兼容码都在距离香农限1.0dB以内达到10^-5的误比特率。随着码率的减少，码的性能与香农限的距离减少。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于分组马尔可夫叠加传输的系统编码方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)将长度为kL的信息序列u划分为L个等长分组u＝(u ⁽⁰⁾,u ⁽¹⁾,…,u ^(L-1))，设置编码记忆长度m为大于或等于1的正整数，对于t＝-1,-2,…,-(m-1),-m时刻，把长度为k的序列初始化；

(2)在t＝0,1，…，L-1时刻，首先重复u ^(t)N次，其中N为大于1的正整数；设置对于1≤i≤N-1，设置然后结合计算子序列最后构成了码字c的第t个子序列，其中，长度为k-k_p的序列是对长度为k的序列的k_p个位置随机打孔获得；

其中，所述步骤(2)中计算按如下步骤进行：

(2a)对于1≤j≤m，将序列送入第(i,j)个交织器∏_i,j，得到交织后的长度为k的序列

(2b)计算连加运算“Σ”按逐比特模2运算法则运算。

2.根据权利要求1所述的一种基于分组马尔可夫叠加传输的系统编码方法，其特征在于：所述步骤(2)中，设置参数k_p，当k_p＝0时获得的系统码的码率为当0＜k_p＜k时获得的系统码的码率为打孔比例

3.根据权利要求1所述的一种基于分组马尔可夫叠加传输的系统编码方法，其特征在于：步骤(2a)中的交织器∏_i,j(0≤i≤N-1,0≤j≤m)是任意类型的交织器。

4.根据权利要求1所述的一种基于分组马尔可夫叠加传输的系统编码方法，其特征在于：该编码方法还包括以下步骤，所述的步骤(2)之后，在t＝L,L+1,…,L+m-1时刻，设置u ^(t)＝0，循环步骤(2)，计算出c ^(t)，并把c ^(t)的校验部分作为t时刻的发送序列。