CN110445582B - 一种编码交织方法、系统、装置及计算机可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种编码交织方法，首先获取待交织编码比特，待交织编码比特为利用预设编码器对初始信息比特序列进行编码得到的编码比特；确定待交织编码比特中每个变量点的收敛速度；按照收敛速度从低到高的顺序将待交织编码比特中的每个变量点置于保护度从高到低的位置，得到交织序列。本申请通过确定待交织编码比特的收敛速度，将收敛速度高的变量点置于保护度低的位置，将收敛速度低的变量点置于保护度高的位置，从而均衡整体的性能，使整体的误码率降低，由于本申请的交织方法不再是依据列重进行，因此对于规则码型编码的编码比特来说，也能够提高系统的性能。本申请还提供一种编码交织系统、装置及计算机可读存储介质，同样可以实现上述效果。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域，更具体地说，涉及一种编码交织方法、系统、装置及计算机可读存储介质。
背景技术
随着新一代通信技术的快速发展，人们对数据的传输效率和传输质量两个通信指标的要求不断提高，即在一定的传输效率条件下，尽可能地提高数据传输的可靠性。高可靠、高速率数据传输已成为未来无线通信需要解决的关键性问题。
BICM系统最早是由Giuseppe Caire等人提出的，通过一个比特级的交织器把调制模块和编码模块独立开来，使得系统的设计更加简单方便，可以分别对编码器、交织器和调制器进行单独优化，同时该系统拥有较强抗衰落能力。参见图1给出了BICM的系统模型。发送端的K个传输信息比特经过编码器生成N个编码比特，紧接着通过比特交织器变换N个编码比特在序列中的位置，然后对输出的交织序列进行2m阶调制映射，即根据调制星座图的映射关系，每m个比特映射成一个调制符号。于是，调制装置将编码比特转化成
个调制符号送入信道传输到接收端。在接收端，首先对接受的信号做软输出解调，简称软解调，计算出传输的比特序列中个比特的软信息，即对数似然信息，其次经过解交织器，把解调器输出的各比特软信息重新排序，得到了与发送端编码比特次序一致的各比特软信息，最后分别进行迭代软译码和硬判决来得到信息比特序列。
目前的编码器通常采用PLDPC编码器对初始信息比特进行编码，得到编码比特，这个编码比特为不规则码，即，每一个变量点的元素是不同的，即，对于不规则码的矩阵，每一列数据均是不同的。为了提升系统性能，降低误码率，会采用VDMM(Variable Degree MatchMapping)交织模型对编码比特进行交织，VDMM交织模型优选将列重(一列元素数据之和)高的变量点置于调制符号编码保护度最高的位置，从而实现提升系统性能的目的，换句话说，对于现有的VDMM交织模型，其提升系统的性能的基础是依靠列重不同来实现的。
但是目前出现了规则的编码器器，其对初始信息比特进行编码后得到的编码比特是规则矩阵，其列重相同，因此，对于规则的编码比特来说，VDMM交织模型将不能够提高系统性能。
因此，如何对规则的编码比特进行交织且提高系统性能，是本领域技术人员需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种编码交织方法、系统、装置及计算机可读存储介质，以对规则的编码比特进行交织且提高系统性能。
为实现上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案：
一种编码交织方法，包括：
获取待交织编码比特，所述待交织编码比特为利用预设编码器对初始信息比特序列进行编码得到的编码比特；
确定所述待交织编码比特中每个变量点的收敛速度；
按照收敛速度从低到高的顺序将所述待交织编码比特中的每个变量点置于保护度从高到低的位置，得到交织序列。
可选地，所述确定所述待交织编码比特中每个变量点的收敛速度，包括：
利用与所述预设编码器对应的预设规则确定所述待交织编码比特中每个变量点的收敛速度。
可选地，所述预设编码器为SC-PLDPC码型。
可选地，所述按照收敛速度从低到高的顺序将所述待交织编码比特中的每个变量点置于保护度从高到低的位置包括：
将所述待交织编码比特分为预设组数；
确定存在可靠变量点的可靠组；
将所述可靠组内的变量点映射至第一位置，将非可靠组内的变量点映射至第二位置，其中所述第一位置的编码保护度低于所述第二位置。
可选地，所述获取待交织编码比特之前，还包括：
判断预设编码器的耦合长度是否小于预设阈值；
若是，则对所述预设编码器进行打孔操作，得到目标编码器；
相应的所述获取待交织编码比特，包括：
获取利用所述目标编码器编码得到的待交织编码比特。
为实现上述目的，一种编码交织系统，包括：
待交织编码比特获取模块，用于获取待交织编码比特，所述待交织编码比特为利用预设编码器对初始信息比特序列进行编码得到的编码比特；
收敛速度确定模块，用于确定所述待交织编码比特中每个变量点的收敛速度；
交织模块，用于按照收敛速度从低到高的顺序将所述待交织编码比特中的每个变量点置于保护度从高到低的位置，得到交织序列。
可选地，所述收敛速度确定模块，具体用于利用与所述预设编码器对应的预设规则确定所述待交织编码比特中每个变量点的收敛速度。
可选地，所述预设编码器为SC-PLDPC。
为实现上述目的，本申请还提供一种编码交织装置，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如任一项所述编码交织方法的步骤。
为实现上述目的，本申请还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如任一项所述编码交织方法的步骤。
通过以上方案可知，本发明提供的一种编码交织方法，其特征在于，包括：获取待交织编码比特，所述待交织编码比特为利用预设编码器对初始信息比特序列进行编码得到的编码比特；确定所述待交织编码比特中每个变量点的收敛速度；按照收敛速度从低到高的顺序将所述待交织编码比特中的每个变量点置于保护度从高到低的位置，得到交织序列。
由此可见，本申请通过确定待交织编码比特的收敛速度，并将收敛速度高的变量点置于保护度低的位置，将收敛速度低的变量点置于保护度高的位置，从而均衡整体的性能，使整体的误码率有所降低，由于本申请的交织方法不再是依据列重进行，因此对于规则码型编码的编码比特来说，也能够提高系统的性能。本申请还提供一种编码交织系统、装置及计算机可读存储介质，同样可以实现上述效果。
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为现有技术中BICM的系统模型图；
图2为本发明实施例公开的一种编码交织方法流程图；
图3为本发明实施例公开的两种传统PLDPC码与三种TE-SC-PLDPC码分组交织前后的BER性能曲线比较示意图；
图4为本发明实施例公开的(3,6)TE-SC-PLDPC码分别在8PSK,16QAM,64QAM调制下分组交织前后的BER性能曲线比较示意图；
图5为本发明实施例公开的一种编码交织系统结构示意图；
图6为本发明实施例公开的一种编码交织装置结构示意图。
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。
本发明实施例公开了一种编码交织方法、系统、装置及计算机可读存储介质，以对规则的编码比特进行交织且提高系统性能。
参见图2，本发明实施例提供的一种编码交织方法，具体包括：
S101，获取待交织编码比特，所述待交织编码比特为利用预设编码器对初始信息比特序列进行编码得到的编码比特。
首先获取待交织编码比特，需要说明的是，此处的待交织编码比特是规则的编码比特，即其对应的数据矩阵的每列列重相同。待交织编码比特是预设编码器对初始信息比特序列进行编码的到的编码比特，可选地，所述预设编码器为SC-PLDPC(SpatiallyCoupled Protograph LDPC，空间耦合原模图)。
空间耦合原模图(Spatially Coupled Protograph LDPC，SC-PLDPC)码是具有卷积结构的多边类型LDPC码子类，由于其迭代译码门限值可以达到与其相对应的LDPC分组码的最大后验(Maximum A Posteriori，MAP)门限值(称之为阈值饱和现象)引起信道编码领域的密切关注。基于原模图结构，具备比传统原模图码更逼近香农限的性能。以SC-PLDPC码作为纠错码在BICM系统的应用近年来不断涌现，例如光通信信道下的BICM系统采用了SC-PLDPC码能表现优异的误码性能。
在一个优选的实施方式中，所述获取待交织编码比特之前，还包括：
判断预设编码器的耦合长度是否小于预设阈值；
若是，则对所述预设编码器进行打孔操作，得到目标编码器；
相应的所述获取待交织编码比特，包括：
获取利用所述目标编码器编码得到的待交织编码比特。
需要说明的是，为了避免码率损失的问题，本申请中通过打孔的方式对预设编码器进行打孔，从而增加预设编码器的变量点。
如下式，最右侧两列变量点即为打孔增加的变量点。
S102，确定所述待交织编码比特中每个变量点的收敛速度。
具体的，由于规则编码校验矩阵的列重均是相同的，因此在本方案中，不再是利用列重的高低来确定每个变量点的位置，而是通过收敛速度确定。
首先确定待交织编码比特中每个变量点的收敛速度。
在一个具体的实施方式中，所述确定所述待交织编码比特中每个变量点的收敛速度，包括：
利用与所述预设编码器对应的预设规则确定所述待交织编码比特中每个变量点的收敛速度。
具体地，预先确定与预设编码器对应的预设规则，该预设规则可以反映每个变量点的收敛速度，具体的确定方式可以预先根据预设编码器进行仿真试验来确定。
S103，按照收敛速度从低到高的顺序将所述待交织编码比特中的每个变量点置于保护度从高到低的位置，得到交织序列。
在本方案中，将收敛速度高的变量点置于保护度低的位置，将收敛速度低的变量点置于保护度高的位置，从而均衡整体的性能，使整体的误码率有所降低，提高系统的性能。
在一个具体的实施方式中，所述按照收敛速度从低到高的顺序将所述待交织编码比特中的每个变量点置于保护度从高到低的位置包括：
将所述待交织编码比特分为预设组数；
确定存在可靠变量点的可靠组；
将所述可靠组内的变量点映射至第一位置，将非可靠组内的变量点映射至第二位置，其中所述第一位置的编码保护度低于所述第二位置。
在本方案中，可靠变量点即收敛速度高的变量点。
由此可见，本申请实施例通过确定待交织编码比特的收敛速度，并将收敛速度高的变量点置于保护度低的位置，将收敛速度低的变量点置于保护度高的位置，从而均衡整体的性能，使整体的误码率有所降低，由于本申请的交织方法不再是依据列重进行，因此对于规则码型编码的编码比特来说，也能够提高系统的性能。
下面对本申请实施例提供的一种具体的编码交织方法进行介绍，下文描述的一种具体的编码交织方法，具体包括：
给定一个码率为R的PLDPC码，其基础矩阵B大小为nc×nv，通过边扩展形成大小为Nc×Nv的TE-SC-PLDPC码，耦合长度为L，耦合宽度为w。TE-SC-PLDPC码的变量点分布为{Vα，α＝1，2，...，Nv}，其中Nv＝nvL。
如上式，在2m阶调制中，我们首先将Vα均匀分成m组，即Gβ＝{Vβ，1，Vβ，2，...，Vβ，q}，β＝1，2，...，m，q＝Nv/m，其中L为正整数，需满足nvL/m∈N+。其次，我们进行组与组之间的交织，同时组内的变量点保持不变。假设分组交织器为Ω，即Gβ经过交织后有GΩ(β)＝{VΩ(β)，1，VΩ(β)，2，...，VΩ(β)，q}，经过PEG算法k倍复制后得到
其中r＝kq。最后，m组中第i个比特映射成一个符号，即
通过组合交织，我们把存在可靠变量点的组合称为可靠组
基于高阶调制标签位置的不平等保护，将
组中的比特映射到编码保护度低的位置，其余组的比特映射到编码保护度高的位置，以此来达到一个比特收敛性能的平衡，进而改善在耦合长度L处于适中或较小的条件下的TE-SC-PLDPC码性能。同时，码率损失问题可以通过打孔进行修复，在修复码率后的TE-SC-PLDPC码同样适用这样的分组交织方案。
例1：基于16QAM高阶调制的BICM系统，在Rayleigh衰落信道中，首先通过对(3，6)规则PLDPC码，进行边扩展成一个TE-SC-PLDPC码，耦合长度L＝12，耦合宽度w＝2，码率为5/12，即B＝[3 3]与B0＝B1＝B2＝[1 1]。按照TE-SC-PLDPC码分组交织方案的步骤，我们将24个变量点分成4组，每一组包含6个变量点。分组交织器Ω{1，2，3，4}＝{2，3，1，4}，分别对应平均互信息不相同的四个16QAM标签位置，即
中的比特映射到
和
上，其余两组中比特映射到
和
上。此外，码率损失的问题可以通过对TE-SC-PLDPC码加变量点后打孔来修复，分组交织可同样应用在打孔TE-SC-PLDPC码上，如下式给出打孔(3，6)TE-SC-PLDPC码校验矩阵(最后两个变量点为打孔变量点)。
例2：基于相同的条件可以对RJA不规则PLDPC码进行边扩展成RJA TE-SC-PLDPC码，耦合长度L＝6，耦合宽度w＝1，码率为5/12，即
同样可对RJA TE-SC-PLDPC码进行分组交织。
通过PEXIT算法，我们分别对耦合长度L＝12的(3，6)TE-SC-PLDPC码、RJA TE-SC-PLDPC码、打孔TE-SC-PLDPC码在使用提出的分组交织器前后的理论译码门限值进行估计。如表1所示，三类TE-SC-PLDPC码通过分组交织后译码门限值明显降低，说明分组交织后码字在瀑布区(即低信噪比区域)的误码性能得到较大改善。
表1 BICM系统中的原模图码与分组交织前后各类TE-SC-PLDPC码
基于BICM系统，分别对三种耦合长度L＝12的TE-SC-PLDPC码在Rayleigh衰落信道上进行分组交织，对比码字在交织前后的性能变化，并与传统的PLDPC码进行误码率(BitError Rate，BER)曲线对比。其中，传输的码字长度N＝4800，采用的迭代译码算法是BP译码，迭代次数设置为100次。
三种交织前后的TE-SC-PLDPC码与两种传统PLDPC码的BER性能曲线如图3所示。由图3可知，TE-SC-PLDPC码性能优于传统PLDPC码((3，6)规则PLDCP码与RJA不规则PLDPC码)，同时，经过分组交织的TE-SC-PLDPC码具有比无交织状态更加优异的性能表现。当BER＝1×10-6时，TE-SC-PLDPC码分组交织前后编码增益在0.15～0.45dB，且远优于传统PLDPC码。此外，如图4所示，(3，6)TE-SC-PLDPC码在不同的高阶调制下进行分组交织BER仿真，耦合长度在8PSK，16QAM，64QAM下分别为9，10，9(由于16QAM下L＝9不能被平均进行分组，故采用L＝10进行比较)，同样，当BER＝1×10-6时，(3,6)TE-SC-PLDPC码分组交织前后编码增益至少有约0.4dB的编码增益。
综上所述，译码门限值与BER仿真完全贴合，即理论值与实际仿真都验证了，在Rayleigh衰落信道中，针对BICM系统下的TE-SC-PLDPC码进行提出的分组交织方案，能有效地提高系统的误码性能，显著地改善低信噪比区域性能的同时，在高信噪比区域也没有出现错误平层现象，同时该分组方法适用于多种结构的TE-SC-PLDPC码与多种高阶调制方式。
下面对本申请实施例提供的一种编码交织系统进行介绍，下文描述的一种编码交织系统与上述任一实施例可以相互参照。
参见图5，本申请实施例提供的一种编码交织系统，具体包括：
待交织编码比特获取模块201，用于获取待交织编码比特，所述待交织编码比特为利用预设编码器对初始信息比特序列进行编码得到的编码比特；
收敛速度确定模块202，用于确定所述待交织编码比特中每个变量点的收敛速度；
交织模块203，用于按照收敛速度从低到高的顺序将所述待交织编码比特中的每个变量点置于保护度从高到低的位置，得到交织序列。
可选地，所述收敛速度确定模块，具体用于利用与所述预设编码器对应的预设规则确定所述待交织编码比特中每个变量点的收敛速度。
可选地，所述预设编码器为SC-PLDPC。
本实施例的编码交织系统用于实现前述的编码交织方法，因此编码交织系统中的具体实施方式可见前文中的编码交织方法的实施例部分，例如，编码交织系统201，收敛速度确定模块202，收敛速度确定模块203，分别用于实现上述编码交织方法中步骤S101，S102，S103，所以，其具体实施方式可以参照相应的各个部分实施例的描述，在此不再赘述。
下面对本发明实施例提供的一种编码交织装置进行介绍，下文描述的一种编码交织装置与上述任一实施例可以相互参照。
参见图6，本发明实施例提供的一种编码交织装置，具体包括：
存储器100，用于存储计算机程序；
处理器200，用于执行所述计算机程序时实现上述任一编码交织方法的步骤。
具体的，存储器100包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机可读指令，该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机可读指令的运行提供环境。处理器200为编码交织装置提供计算和控制能力，可以实现上述任一实施例所述的编码交织方法。
进一步的，本实施例中的编码交织装置，还可以包括：
输入接口300，用于获取外界导入的计算机程序，并将获取到的计算机程序保存至所述存储器100中，还可以用于获取外界终端设备传输的各种指令和参数，并传输至处理器200中，以便处理器200利用上述各种指令和参数展开相应的处理。本实施例中，所述输入接口300具体可以包括但不限于USB接口、串行接口、语音输入接口、指纹输入接口、硬盘读取接口等。
输出接口400，用于将处理器200产生的各种数据输出至与其相连的终端设备，以便于与输出接口400相连的其他终端设备能够获取到处理器200产生的各种数据。本实施例中，所述输出接口400具体可以包括但不限于USB接口、串行接口等。
通讯单元500，用于完成当前设备与其他设备的通讯。
键盘600，用于获取用户通过实时敲击键帽而输入的各种参数数据或指令。
显示器700，用于对编码交织过程的相关信息进行实时显示，以便于用户及时地了解当前编码交织情况。
鼠标800，可以用于协助用户输入数据并简化用户的操作。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时可以实现上述实施例所提供的步骤。该存储介质可以包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种编码交织方法，其特征在于，包括：
获取待交织编码比特，所述待交织编码比特为利用预设编码器对初始信息比特序列进行编码得到的编码比特；
确定所述待交织编码比特中每个变量点的收敛速度；
按照收敛速度从低到高的顺序将所述待交织编码比特中的每个变量点置于保护度从高到低的位置，得到交织序列。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述待交织编码比特中每个变量点的收敛速度，包括：
利用与所述预设编码器对应的预设规则确定所述待交织编码比特中每个变量点的收敛速度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设编码器为SC-PLDPC码型。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述按照收敛速度从低到高的顺序将所述待交织编码比特中的每个变量点置于保护度从高到低的位置包括：
将所述待交织编码比特分为预设组数；
确定存在可靠变量点的可靠组；
将所述可靠组内的变量点映射至第一位置，将非可靠组内的变量点映射至第二位置，其中所述第一位置的编码保护度低于所述第二位置；所述可靠变量点的收敛速度高于所述非可靠组内变量点的收敛速度。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取待交织编码比特之前，还包括：
判断预设编码器的耦合长度是否小于预设阈值；
若是，则对所述预设编码器进行打孔操作，得到目标编码器；
相应的所述获取待交织编码比特，包括：
获取利用所述目标编码器编码得到的待交织编码比特。
6.一种编码交织系统，其特征在于，包括：
待交织编码比特获取模块，用于获取待交织编码比特，所述待交织编码比特为利用预设编码器对初始信息比特序列进行编码得到的编码比特；
收敛速度确定模块，用于确定所述待交织编码比特中每个变量点的收敛速度；
交织模块，用于按照收敛速度从低到高的顺序将所述待交织编码比特中的每个变量点置于保护度从高到低的位置，得到交织序列。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述收敛速度确定模块，具体用于利用与所述预设编码器对应的预设规则确定所述待交织编码比特中每个变量点的收敛速度。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述预设编码器为SC-PLDPC码型。
9.一种编码交织装置，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5任一项所述编码交织方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述编码交织方法的步骤。
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