CN106992841A

CN106992841A - 一种分组马尔可夫叠加编码的硬判决迭代译码方法

Info

Publication number: CN106992841A
Application number: CN201710168035.XA
Authority: CN
Inventors: 马啸; 林妮娜; 蔡穗华
Original assignee: National Sun Yat Sen University
Current assignee: National Sun Yat Sen University
Priority date: 2017-03-21
Filing date: 2017-03-21
Publication date: 2017-07-28
Anticipated expiration: 2037-03-21
Also published as: CN106992841B

Abstract

本发明属于数字通信和数字存储领域，公开了一种分组马尔可夫叠加编码的硬判决迭代译码方法，其对应由输入k长输出n长的二元成分码编码器构造的记忆为m的分组马尔可夫叠加编码，用于从L+m个均为nB长的硬判决向量中恢复经过叠加编码的L组均为kB长的二元信息序列对于译码延迟为d的硬判决迭代译码方法，仅使用{0,1,e}为迭代信息，其中e表示状态“删除”，接收端接收到组硬判决向量后开始译码，获取发送信息的估计本发明还提出了硬判决迭代译码方法中各个节点处理器的处理方法等。本发明提出的分组马尔可夫叠加编码的硬判决迭代译码方法，性能良好，复杂度低，实现简单，可以应用于光纤通信等具有低误比特率和低译码时延要求的通信系统中。

Description

一种分组马尔可夫叠加编码的硬判决迭代译码方法

技术领域

本发明属于数字通信和数字存储领域，特别涉及一种分组马尔可夫叠加编码的硬判决迭代译码方法。

背景技术

在光通信系统中，一般将硬判决迭代译码方法应用于高码率(一般高于0.8)的级联/乘积纠错编码，以获得高信息传输率，低时延和极低的误比特率(bit error rate,BER)(一般为10^-10至10^-15数量级)。例如，在International Telegraph UnionTelecommunication Standardization Sector(ITU-T)的标准G.975.1中，开销为6.7％的BCH-BCH乘积码可以在输出误比特率为10^-15处提供9.24dB的净编码增益(net codinggain,NCG)。在使用同样开销的条件下，阶梯码(staircase code)可以在相同的误比特率下获得9.41dB的净编码增益。然而，它们在不同帧长和冗余度的设计要求下缺乏灵活性。在设计过程中，阶梯码往往需要采用暴力搜索的方式获取符合性能要求的设计参数，大大增加了设计过程的复杂度和工作量。

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]:CN105152060A)是一种由短码构造大卷积码的编码方法，其中的短码称为基本码。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记忆长度m来界定，由此可以得到一套简单规范化的设计流程。分组马尔可夫叠加编码方法一般通过基于软信息的滑窗迭代算法或者两阶段译码算法(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]:CN 103944590A)来译码。软信息迭代译码方法对于现阶段光通信系统而言，复杂度高，不符合光通信系统低时延的性能要求。

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，提供了一种分组马尔可夫叠加编码的硬判决迭代译码方法，其方法步骤简单，实现方便，复杂度低。

本发明应用于分组马尔可夫叠加编码方法，其以码长为n，信息位长度为k的二元信道编码为成份码，用于将长度K＝kBL的二元信息序列u编码为长度N＝nB(L+m)的码字c，B,L为正整数，其编码方法包括以下步骤：

(1)将长度K＝kBL的信息序列u划分为L个等长分组u＝(u ⁽⁰⁾,u ⁽¹⁾,…u ^(L-1))，每个分组长度为kB；对于时刻t＝-1,-2,…,-(m-1),-m，把长度为nB的序列v ^(t)初始化；t为取值范围为-m≤t≤L-1的整数；m为编码记忆长度，为大于等于1的正整数；

(2)在t＝0,1,…,L-1时刻，将长度为kB的序列分成B组进行[n,k]二元成分码编码，得到长度为nB的编码序列并结合v ^(t-1),v ^(t ^-2),…v ^(t-m)计算码字c的第t个子序列c ^(t)。所述的v ^(t)结合v ^(t-1),v ^(t-2),…,v ^(t-m)计算码字c的第t(t≥0)个子序列c ^(t)按如下步骤进行：

首先，对于1≤i≤m，将序列v ^(t-i)送入交织器Π_i，得到交织后长度为nB的序列w ⁽ⁱ⁾；

然后，将v ^(t)和w ⁽¹⁾,w ⁽²⁾,…,w ^(m)送入逐符号混叠器S，得到长度为nB的序列c ^(t)。

本发明所述的编码方法中，信息序列u是二元序列，逐符号混叠器S是逐比特模2和运算器。编码器C可以是任意类型的编码器。交织器Π_i可以是任意类型的交织器，1≤i≤m。

本发明的技术方案如下：

本发明提出一种分组马尔可夫叠加编码的硬判决迭代译码方法。码字c经调制后送入信道，接收端根据硬判决向量z＝(z ⁽⁰⁾,z ⁽¹⁾,…z ^(L+m-1))，使用本发明提出的一种分组马尔可夫叠加编码的硬判决迭代译码方法得到发送序列u的估计译码器框图如图1所示，方框表示编码约束，称之为节点。在下文的译码流程描述中，我们用方框内的符号指代各节点，具体包括“C”、“＝”、“Π_i”和“S”节点。节点是处理器，节点之间通过连线传递信息。节点之间的连线表示变量，取值范围为{0,1,e}，其中e表示状态“删除”。设定译码滑窗窗口d和最大迭代次数I_max。当接收端接收到硬判决向量z ^(t),z ^(t+1),…,z ^(t+d)(t＝0,1,2,…,L-1)，开始译码，获取发送信息u ^(t)的估计具体包括以下步骤：

(S1)初始化迭代次数计数器I＝0；

(S2)对于τ＝t,t+1,…,t+d，如果τ≤L+m-1，处理第τ层信息，并把第τ层信息传递到第τ+1,τ+2,…,min{τ+m,t+d}层；对于τ＝t+d,t+d-1,…,t，如果τ≤L+m-1，处理第τ层信息，并把第τ层信息传递到第τ-1,τ-2,…,max{τ-m,t}层；

(S3)设置I＝I+1。如果译码达到最大迭代次数I＝I_max，停止迭代，获取发送信息u ^(t)的估计否则，回到步骤(S2)。

本发明所述的译码方法中，所述步骤(S2)中的处理第τ层信息，按如下步骤进行：

(S2.1)在“C”节点处，使用二元成分码的纠错纠删译码方法，根据结果输出迭代信息和译码信息。输出迭代信息时，如果该译码方法成功得到码字，则输出该二元成分码码字；若该译码方法失败，则输出只含“e”的序列(e,e,…,e)。更新译码器的译码输出信息时，对可能存在的符号e，可以任意取0或1。

(S2.2)在“＝”节点处，处理并传递到“Π_i”(1≤i≤m)节点、“C”节点和“S”节点的信息。如图2所示，设与“＝”节点相连的第i条边上的输入和输出信息分别为x_i和y_i，0≤i≤m+1。特别的，与“C”节点相连的边使用下标0来表示。则在“＝”节点，按如下方法根据输入信息计算输出信息：

以及，当i>0时，

(S2.3)在“Π_i”(1≤i≤m)节点处，处理并传递从节点“＝”到节点“S”或从“S”到节点“＝”的信息。

(S2.4)在“S”节点处，处理并传递到“Π_i”(1≤i≤m)节点和“＝”节点的信息。如图3所示，设与“S”节点相连的第i条边上的输入和输出信息分别为a_i和b_i，0≤i≤m+1。则在“S”节点，按如下方法由输入信息计算输出信息，

其中运算符号表示模2加。

本发明的仿真结果和理论分析表明，本发明具有良好的纠错性能。其方法步骤简单，实现方便，复杂度更低，减少工作量。

附图说明

图1为本发明的译码框图。

图2为“＝”节点迭代信息示意图。

图3为“S”节点迭代信息示意图。

图4为本发明应用于码长为n＝660，信息位长度为k＝550的缩短二元BCH码为成分码的分组马尔可夫叠加编码，编码记忆长度m＝2，译码滑窗窗口为d＝4时，在BPSK-AWGN信道下的BER性能曲线。

具体实施方式

实施例

本实施例针对使用码长为n＝660，信息位长度为k＝550的缩短二元BCH码为成分码的分组马尔可夫编码，编码记忆长度m＝2，译码滑窗窗口为d＝4，相关参数选取为L＝1000和B＝100,150,200，分别将长度K＝5.5e7,8.25e7,1.1e8的二元信息序列u编码为长度N＝6.6132e7,9.9198e7,1.32264e8的码字c＝(c⁽⁰⁾,c⁽¹⁾,…,c⁽⁹⁹⁹⁾)。

码字c经调制后送入信道，接收端接收到码字c的噪声版本后进行硬判决得到二元序列z＝(z ⁽⁰⁾,z ⁽¹⁾,…z ⁽⁹⁹⁹⁾)。设定译码滑窗窗口d＝4和最大迭代次数I_max＝15。当接收端接收到硬判决向量z ^(t),z ^(t+1),…,z ^(t+4)(t＝0,1,2,…,L-1)，开始译码，获取发送信息u ^(t)的估计具体包括以下步骤：

(1)初始化迭代次数计数器I＝0；

(2)对于τ＝t,t+1,…,t+d，如果τ≤L+m-1，处理第τ层信息，并把第τ层信息传递到第τ+1,τ+2,…,min{τ+m,t+d}层；对于τ＝t+d,t+d-1,…,t，如果τ≤L+m-1，处理第τ层信息，并把第τ层信息传递到第τ-1,τ-2,…,max{τ-m,t}层；

(3)设置I＝I+1。如果译码达到最大迭代次数I＝I_max，停止迭代，获取发送消息发送信息u ^(t)的估计否则，回到步骤(2)。

本实例所述的译码方法中，步骤(2)中的处理第τ层信息，按如下步骤进行：

(2.1)在“C”节点处，使用二元成分码的纠错纠删译码方法，根据结果输出迭代信息和译码信息。输出迭代信息时，如果该译码方法成功得到码字，则输出该二元成分码码字；若该译码方法失败，则输出只含“e”的序列(e,e,…,e)。更新译码器的译码输出信息时，对可能存在的符号e，可以任意取0或1。

(2.2)在“＝”节点处，处理并传递到“Π_i”(1≤i≤2)节点、“C”节点和“S”节点的信息。如图2所示，设与“＝”节点相连的第i条边上的输入和输出信息分别为x_i和y_i，0≤i≤3。特别的，与“C”节点相连的边使用下标0来表示。则在“＝”节点，按如下方法根据输入信息计算输出信息：

以及，当i>0时，

(2.3)在“Π_i”(1≤i≤2)节点处，处理并传递从节点“＝”到节点“S”或从“S”到节点“＝”的信息。

(2.4)在“S”节点处，处理并传递到“Π_i”(1≤i≤2)节点和“＝”节点的信息。如图3所示，设与“S”节点相连的第i条边上的输入和输出信息分别为a_i和b_i，0≤i≤3。则在“S”节点，按如下方法由输入信息计算输出信息，

其中运算符号表示模2加。

在BPSK-AWGN信道下的BER性能曲线如图4所示。

Claims

1.一种分组马尔可夫叠加编码的硬判决迭代译码方法，应用于以码长为n，信息位长度为k的二元信道编码为成份码的分组马尔可夫叠加编码，当编码记忆长度为m时，其将长度K＝kBL的二元信息序列u，划分为L个长度为kB的等长分组进行编码，从而得到编码后长度N＝nB(L+m)的码字c，B,L为正整数，其特征是：译码过程中迭代信息的取值范围为{0,1,e}，其中e表示状态“删除”，设定译码滑窗窗口d和最大迭代次数I_max，当接收端接收到z ^(t),z ^(t ⁺¹⁾,…,z ^(t+d)(t＝0,1,2,…,L-1)开始译码，获取发送信息u ^(t)的估计具体包括以下步骤：

(1).初始化迭代次数计数器I＝0；

(2).对于τ＝t,t+1,…,t+d，如果τ≤L+m-1，处理第τ层信息，并把第τ层信息传递到第τ+1,τ+2,…,min{τ+m,t+d}层；对于τ＝t+d,t+d-1,…,t，如果τ≤L+m-1，处理第τ层信息，并把第τ层信息传递到第τ-1,τ-2,…,max{τ-m,t}层；

(3).设置I＝I+1，如果译码达到最大迭代次数I＝I_max，停止迭代，获取发送信息u ^(t)的估计否则，回到步骤(2)。

2.根据权利要求1所述的一种分组马尔可夫叠加编码的硬判决迭代译码方法，其特征是：本发明所述的译码方法中，步骤(2)中所述的处理第τ层信息，按如下步骤进行：

(2.1)在“C”节点处，使用二元成分码的纠错纠删译码方法，根据结果输出迭代信息和译码信息；

(2.2)在“＝”节点处，处理并传递到“Π_i”(1≤i≤m)节点、“C”节点和“S”节点的信息；

(2.3)在“Π_i”(1≤i≤m)节点处，处理并传递从节点“＝”到节点“S”或从“S”到节点“＝”的信息；

(2.4)在“S”节点处，处理并传递到“Π_i”(1≤i≤m)节点和“＝”节点的信息。

3.根据权利要求2所述的一种分组马尔可夫叠加编码的硬判决迭代译码方法，其特征是：所述步骤(2.1)中在“C”节点处，当输出迭代信息时，如果该译码方法成功得到码字，则输出该二元成分码码字；若该译码方法失败，则输出只含“e”的序列(e,e,…,e)；更新译码器的译码输出信息，其中对符号e，可以任意取0或1。

4.根据权利要求2所述的一种分组马尔可夫叠加编码的硬判决迭代译码方法，其特征是：所述步骤(2.2)中在“＝”节点处，处理并传递到“Π_i”(1≤i≤m)节点、“C”节点和“S”节点的信息，设与“＝”节点相连的第i条边上的输入和输出信息分别为x_i和y_i，0≤i≤m+1，其中与“C”节点相连的边使用下标0来表示，则在“＝”节点，按如下方法根据输入信息计算输出信息：

以及，当i>0时，

5.根据权利要求2所述的一种分组马尔可夫叠加编码的硬判决迭代译码方法，其特征是：所述步骤(2.4)中在“S”节点处，处理并传递到“Π_i”(1≤i≤m)节点和“＝”节点的信息，设与“S”节点相连的第i条边上的输入和输出信息分别为a_i和b_i，0≤i≤m+1，则在“S”节点，按如下方法有输入信息计算输出信息，

其中运算符号表示模2加。