CN110213015A - 一种针对短码的结合编译码方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种针对短码的结合编译码方法，包括以下步骤：S10，将信源进行汉明码编码；S20，进行重复码编码；S30，信道传输后存在误码，进行第一次译码；S40，进行第二次译码。本发明将汉明码与重复码结合进行编码，在译码的时候先进行重复码译码，使得数据更为可靠，在码长较短时纠错能力有较大提升。

Description

一种针对短码的结合编译码方法
技术领域
本发明属于通信领域，涉及一种针对短码的结合编译码方法。
背景技术
在信息时代，无处不在充斥着数据，越来越多的电子产品出现在生活中，通信的发展速度更是日新月异，从原来的电话和短信沟通到现在的语音、视频通话、以及云处理，大量数据实时处理等，不仅要速度快，也要准确无误，这不单单需要在硬件上升级，还需要在算法上不断更新。
目前，通信系统的发展的主要问题是在有干扰的情况下进行可靠地传输信息，基于香农提出来的信道编码理论：当信道的信息传输速率不超过信道容量时，采用合适的编码可以方法可以实现信息传输的可靠性。在传输的过程中，若是信息不加任何编码就进入信道中进行传输，信噪比越差，误码率越大，进行信道编码可以有效地改善信息的误码率。差错控制技术主要分为四种：检错重发，前向纠错，反馈校验，检错删除。在前向纠错技术中，在信息中增加冗余，进行信道编码，可以有效地提高信息的传输可靠性。在信噪比比较低的情况下，如果不加任何的信道编码，直接进行数据的传输，在传输过程中受到干扰，在接收端接收到数据时发现数据的误码率比较大。传输时，信噪比越好，接收端接收到的数据的错误率越小。
信道编码的方法是：增加附加码元，在系统码中，一般冗余位加在信息位之后。在收端接收到数据，如果出现错误，收端能够利用编码规律发现码内的相关性被破坏，从而按照一定的译码规则进行自动纠正或者发现错误，降低误码率。信道编码的实质是：在保持一定的传输信息的速率下，通过增加一定的冗余码元，使输出的码字具有特定的相关性，从而使收端易于发现或者纠正信道噪声而引起的传输错误。
编码的技术，目前有一些信道编码技术，如线性分组码、卷积码、Turbo码、低密度奇偶校验(Low-Density Parity-Check,LDPC)码，Polar码(极化码)均表现出优良的纠错性能。
现有的技术方案：汉明码，格雷码，BCH码等属于比较老的码，目前研究的热点比较多的是LDPC码，Polar码等。LDPC码的是由麻省理工学院Robert Gallager于1963年在博士论文中提出的一种码，它是具有稀疏校验矩阵的分组纠错码。几乎适用于所有的信道，因此成为编码界近年来的研究热点。它的性能逼近香农限，译码简单且可实行并行操作，适合硬件实现。LDPC码的码长越长其纠错性能越好，但是在短码的时候由于其校验矩阵的限制，码长越短纠错性能越差。Polar码(极化码)是2009年Arikan提出来的，Polar码在二进制输入离散无记忆信道下可以达到香农限，而且Polar码的编译码复杂度都为O(NlogN)。
发明内容
为了解决基于概率译码的方案下，码长越长，纠错性能好，码长比较短的时候纠错性能下降，并且在译码方面比较复杂的问题，本发明提供了一种针对短码的结合编译码方法，包括以下步骤：
S10，将信源进行汉明码编码；
S20，进行重复码编码；
S30，信道传输后存在误码，进行第一次译码；
S40，进行第二次译码。
优选地，所述S10中将信源的信息序列进行划分，每四个一组，然后进行汉明码编码，在信息位后面加上冗余位。
优选地，所述S30中第一次译码为重复码译码，取重复码的平均值，将其存入待译码单元中。
优选地，所述S40中第二次译码为最大似然译码，将收到的序列与存在寄存器内的允许序列进行每个对应比特进行相乘，然后将每个乘积进行相加，和最大的序列即译码中最有可能传输的信息序列，将最有可能的序列作为译码序列结果输出。
本发明的有益效果如下：
将信源的信息序列进行划分，每四个信息序列划分成一组，然后进行汉明码编码，在汉明码编码的基础上进行重复编码，然后再进行传输，在译码的时候先进行重复码的译码，取重复码的平均值，这样可以减少其中一个比特发生很大变化的影响。在汉明码译码的时候采用的是最大似然译码，如果采用常规的汉明码的译码方法，在信噪比比较低的时候，由于其只能纠错一位，很有可能不仅不能纠正错误的比特，反而将正确的比特纠错成错误的比特。采用最大似然译码选择最有可能的估值序列作为译码序列，纠错性能比汉明码根据错误图样进行纠错的方法的纠错性能有明显提升。
附图说明
图1为本发明方法实施例的针对短码的结合编译码方法的步骤流程图；
图2为本发明的实施例S10中的生成的矩阵；
图3为本发明的实施例的校验矩阵；
图4为本发明的实施例S10中汉明码编码示意图；
图5为本发明的实施例S20中重复码编码示意图；
图6为本发明的实施例S30中重复码译码后生成的允许序列；
图7为本发明的实施例S40中最大似然译码示意图；
图8为现有技术中汉明码译码图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
本发明主要有分为编码部分和译码部分，编码部分：将重复码与汉明码结合在一起抵抗噪声的干扰，将信息序列进行两次编码，首先进行汉明码编码，然后在汉明码之后进行重复码编码，重复码越长，码率就越小，有效位的传输也越小，但是误码率也会越小。
译码部分：经信道传输后，进行重复码译码，取重复码的平均值作为第二次译码的原序列值，在重复码译码中：如果有一个值发生了很大差异的变化，求平均值的计算使得另外的重复码的值可以将其与原来传输信息的差异缩小，尽量靠近原始的传输信息。在进行第一次译码后再进行第二次译码，译码的方法采用了最大似然译码，这比之前的汉明码译码要好，因为汉明码在根据错误图样译码的时候，只能纠错一位，如果发生多位错误，不仅有可能不能发现存在错误，还有可能会将正确的码纠正错误了。所以采用了最大似然译码，在最大似然译码中，计算接收到的序列与所存储的允许码字进行比较，得到最契合的码字，将这个码字作为译码的码字。由于汉明码只能纠错一位，在信噪比比较低的情况下，如果超过一位发生了错误，超出了汉明码的纠错能力，很有可能在纠错的时候将正确的码进行了纠错，再验证的时候，与校验矩阵相乘得到0，就认为得到的译码是正确的，其实是译码的错误更多了。但是似然译码是与其最大相关的码字作为译码码字，这样的话，可能会纠错不止一位。图1为本发明实施例的针对短码的结合编译码方法的步骤流程图，包括以下步骤：
S10，将信源进行汉明码编码；
S20，进行重复码编码；
S30，信道传输后存在误码，进行第一次译码；
S40，进行第二次译码。
具体实施例中，S10中将信源的信息序列进行划分，每四个一组，然后进行汉明码编码，在信息位后面加上冗余位，本实施例采用系统码，信息位在前，冗余位在后，增加信息的可靠性，采用(7,4,3)编码方式，其生成矩阵如图2所示，信息序列的可能值为(0000)至(1111)，汉明码编码后的编码序列如允许序列图6所示，前四位为信息位，后三位为校验位。汉明码编码过程如图4所示。将汉明码编码后的码字序列再次进行编码，此次编码采用(3,1)重复码编码，将一位信息扩展成3位信息，扩展后每一位的值都与被扩展的值相同，重复码编码过程如图4所示，将经过两次编码后的码字序列进行传输。由于空间中存在干扰，经信道传输的编码序列将会受到影响，有些会增大有些会减小，而且不可预计。在接收端接收到信息序列，将接收序列与原来的信息序列相比较，发现存在误码现象，且随着信噪比的变差，误码率随之增大。接收序列首先进行第一次译码，重复码译码，取重复码的平均值，每三个一位进行划分，求得三个值的平均值，将其存入待译码单元中，等待第二次译码。在接收端生成允许序列的表格，如图6所示，表格内存储的序列是所有可能的码字经过汉明码编码之后的序列。第二次译码时采用的是最大似然译码，过程如图7所示，译码的时候，将收到的序列与之前存在寄存器内的允许序列进行每个对应比特进行相乘然后将每个乘积进行相加，将和存储在寄存器内，比较每个允许序列的和，所求的和最大的序列即这次译码中最有可能传输的信息序列，将和最大的序列作为此次译码的译码序列。
如果只是汉明码编码，在信噪比比较低的条件下，发生错误的比特比较多，在译码时很难纠正错误，在加入重复码之后，根据前后编码的一致性，求得其平均值，可以减少突变位对其的影响，在译码的时候，重复码也有一定的纠错能力。
在译码部分如果采用的是汉明码错误图样的纠错方式，将接受序列与图3所示的校验矩阵相乘，得到错误图样，如图7所示。因为汉明码只能纠错一个错误，那么在校验的时候可以分为两种情况：1、只存在一个比特位的错误，接收序列在与校验矩阵相乘之后，纠正了那个比特位的错误，译码正确。2、存在不止一个比特的错误，接收序列与校验矩阵相乘之后得到的错误图样与校验矩阵的某一行相符合，则纠正对应位置的比特，此比特可能是发生错误的比特，也有可能是正确的比特。在超出汉明码纠错能力的情况，有可能会将正确的比特当成错误的比特进行纠正，造成越纠越错的现象。所以在考虑译码的时候采用最大似然的译码，这样的译码方式有可能会纠正两个以上的错误，译码后得到的误码率比汉明码译码的误码率明显降低。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种针对短码的结合编译码方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10，将信源进行汉明码编码；
S20，进行重复码编码；
S30，信道传输后存在误码，进行第一次译码；
S40，进行第二次译码。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S10中将信源的信息序列进行划分，每四个一组，然后进行汉明码编码，在信息位后面加上冗余位。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S30中第一次译码为重复码译码，取重复码的平均值，将其存入待译码单元中。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S40中第二次译码为最大似然译码，将收到的序列与存在寄存器内的允许序列进行每个对应比特进行相乘，然后将每个乘积进行相加，和最大的序列即译码中最有可能传输的信息序列，将最有可能的序列作为译码序列结果输出。
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