CN112332867B - 基于校验序列重编码的空间耦合串行级联码的编码方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于校验序列重编码的空间耦合串行级联码的编码方法，以码长为n，信息位长度为k的码C[n，k]作为级联码外码，以码长为z，信息位长度为q的系统码C[z，q]作为级联码内码，将长度为kL的信息序列u编码成长度为(L+T)(k+z‑q‑h₁‑h₂...‑h_m)‑Tk的码字

其中，内码的编码输入包括当前时刻的外码编码输出和前m个时刻的部分内码校验输出。本发明提出的基于校验序列重编码的空间耦合串行级联码的编码方法，可从最终所得的码字序列中删除部分校验比特以提高码率。与现有的空间耦合串行级联码构造方法相比，可以得到更好的瀑布区性能。该码具有编码简单、构造灵活、可逼近信道容量等优点。

Description

基于校验序列重编码的空间耦合串行级联码的编码方法

技术领域

本发明涉及数字通信和数字存储技术领域，具体涉及一种基于校验序列重编码的空间耦合串行级联码的编码方法。

背景技术

随着5G与大数据时代的到来，万物互联使得数据传输和数据存储的需求快速上升。然而，传输链路和存储介质的不确定性也大幅上升，使得数据传输的出错率也随之上升。现有的技术手段中，信道编码是数据稳定可靠传输的重要保障。自Shannon在1948年提出著名的信道容量并证明信道编码定理以来，编码理论家一直致力于构造可逼近信道容量的好码。1966年，Forney等人提出了级联码，用短码构造性能更好的长码。后来，Berrou等人于1993年提出了基于迭代译码的Turbo码，掀起迭代译码的研究热潮。

Turbo码可分为并行级联码(Parallel Concatenated Code，简称PCC)、串行级联码(Serially Concatenated Code，简称SCC)等。低信噪比下Turbo码的误比特率偏高，当信噪比增加到某一数值后，误比特率会大幅下降，此误比特率大幅下降的区间称为瀑布区；高信噪比下，误比特率维持在低水平且不再明显变化，继续增大信噪比将不会带来增益，此区间称为错误平层区。PCC在瀑布区表现优异，在错误平层区却很差，而SCC的瀑布区较差，但在错误平层区表现优异。

空间耦合Turbo类码(Spatially Coupled Turbo-like Code，SC-TC码)继承了Turbo码的优点，且在瀑布区与错误平层区都优于Turbo码。SC-TC码最早由S.Moloudi等在“Spatially Coupled Turbo-Like Codes”中提出。串行级联码编码器主要由内码编码器与外码编码器构成。信息序列首先输入外码编码器，所得的外码码字经交织后再输入内码编码器，得到串行级联码的码字。空间耦合串行级联码是一类SC-TC码。在空间耦合串行级联码中，当前时刻的外码码字的一部分将被拆分为m个子序列分别作为后续m个时刻内码的编码输入，进而构造了耦合长度为m的空间耦合串行级联码。SC-TC码字的最小重量不会比Turbo码的小，使得SC-TC具有更低的错误平层区域；在瀑布区域，相比串行级联码，空间耦合串行级联码的瀑布区得到大幅度的改善，但相对PCC，空间耦合并行级联码的瀑布区域改善甚微。因此，现有空间耦合串行级联码虽有较低的错误平层区，但其瀑布区域的性能仍需改善。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的空间耦合串行级联码性能不足的缺陷，提供一种基于校验序列重编码的空间耦合串行级联码的编码方法。一方面，本发明所提出的编码方法具有编码简单等优点。另一方面，本发明提出的编码方法具有更好的误比特率。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种基于校验序列重编码的空间耦合串行级联码的编码方法，该空间耦合串行级联码以码长为n、信息位长度为k的码C[n,k]作为级联码外码，以码长为z、信息位长度为q的系统码C[z,q]作为级联码内码，其中q＝n+h₁+h₂+…h_j…+h_m，j＝1,2,…m，h_j为当前时刻的前第j时刻内码校验序列交织后分离到当前时刻作为内码部分输入的序列长度，m为耦合长度；将长度为kL的信息序列u编码成长度为(L+T)(k+z-q-h₁-h₂…-h_m)-Tk的码字c＝(c ⁽⁰⁾,c ⁽¹⁾,…,c ^(L+T-1))，其中T为结尾长度，T取大于零的整数；所述编码方法包括以下步骤：

T1、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))，每个分组长度为k；对于时刻t＝-1,-2,…,-m，把m个长度分别为h₁,h₂,…,h_m的序列

初始化设置为全零序列，其中m为耦合长度，m取大于零的整数；在t＝0,1,…,L-1时刻，将长度为k的序列

送入外码C[n,k]编码器ENC0进行编码，得到长度为n的编码序列

T2、在t＝0,1,…,L-1时刻，将长度为n的编码序列

与m个长度分别为h₁,h₂,…,h_m的序列

送入复用器M₀，得到序列

其中，序列b ^(t)的长度为q＝n+h₁+h₂+…+h_m，

为t-m时刻传到t时刻进行再编码的部分校验序列；再将序列b ^(t)送入交织器Π₀，得到序列v ^(t)；将序列v ^(t)送入内码C[z,q]编码器ENC1进行编码，得到长度为z-q的内码校验序列

T3、在t＝0,1,…,L-1时刻，将长度为z-q的内码校验序列

送入交织器Π₁，得到序列

再将序列d ^(t)送入解复用器M₁，得到m+1个序列

其中，

的长度为h_j，p ^(t)的长度为z-q-(h₁+h₂+…+h_m)；时刻t的编码输出子序列为c ^(t)＝(u ^(t),p ^(t))；

T4、在t＝L,L+1,…,L+T-1时刻，将长度为k的全零序列u ^(t)＝0送入外码C[n,k]编码器ENC0进行编码，得到长度为n全零序列

执行步骤T2和T3得到p ^(L),p ^(L+1),…,p ^(L+T-1)；时刻L+i的编码输出子序列为c ^(L+i)＝p ^(L+i)，其中i＝0,1,…,T-1。

进一步地，所述信息序列u是二元序列。

进一步地，所述编码器ENC0是任意类型的编码器，所述编码器ENC1是任意类型的系统编码器。

进一步地，所述交织器Π₀和交织器Π₁是任意类型的交织器。

进一步地，所述复用器M₀将输入的多个短序列拼接组合成一个新的长序列输出，所述复用器M₀是任意类型的复用器。

进一步地，所述解复用器M₁将一个长序列拆分为多个短序列输出。

本发明公开的编码方法中，可从最终所得的码字序列中删除部分校验比特以提高码率。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1、本发明提出的基于校验序列重编码的空间耦合串行级联码编码方法，具有编码简单、构造灵活、可逼近信道容量等优点。

2、本发明提出的基于校验序列重编码的空间耦合串行级联码编码方法，与现有的空间耦合串行级联码构造方法相比，可以得到更好的瀑布区。

附图说明

图1是本发明实施例提出的一种基于校验序列重编码的空间耦合串行级联码的编码方法的编码框图；

图2是本发明实施例的外码编码框图；

图3是本发明实施例的内码编码框图；

图4是本发明实施例提出的基于校验序列重编码的空间耦合串行级联码与现有技术中空间耦合串行级联码的仿真性能对比图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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做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。

实施例

本实施例提出一种基于校验序列重编码的空间耦合串行级联码的编码方法，该实施例中，设置耦合长度m＝1，h₁＝496；将长度为kL＝1024×392的二元信息序列u划分为L＝392个等长分组u＝(u ⁽⁰⁾,u ⁽¹⁾,…,u ⁽³⁹¹⁾)，每个分组长度为k＝1024。级联码的外码为1-输入、2-输出的约束长度为1的递归系统卷积码C₁，内码为1-输入、2输出的约束长度为2的递归系统卷积码C₂。图2和图3分别给出了外码和内码的编码结构图。本实施例中，交织器均为随机交织器。结尾长度T＝3。参照图1，其编码方法包括以下步骤：

步骤T1、将信息序列u划分为392个等长分组u＝(u ⁽⁰⁾,u ⁽¹⁾,…,u ⁽³⁹¹⁾)，每个分组长度为1024比特；对于时刻t＝-1，把长度为496的序列

设置为全零序列；在t＝0,1,…,391时刻，将长度为1024的信息序列

按比特依次送入外码C₁的编码器ENC0，得到长度为2050的编码序列

步骤T2、在t＝0,1,…,391时刻，将长度为2050的编码序列

与长度为496的序列

送入复用器M₀，得到长度为2546的序列

其中

为t-1时刻传到t时刻进行再编码的部分校验序列；将b ^(t)送入交织器Π₀，得到序列v ^(t)；将序列v ^(t)按比特依次送入内码C₂编码器ENC1进行编码，得到长度为2550的内码校验序列

步骤T3、在t＝0,1,…,391时刻，将长度为2550的内码校验序列

送入交织器Π₁，得到序列

再将序列d ^(t)送入解复用器M₁，得到两个序列

其中，

的长度为496，p ^(t)的长度为2054；时刻t的编码输出子序列为c ^(t)＝(u ^(t),p ^(t))；

步骤T4、在t＝392,393,394时刻，将长度为1024的全零序列u ^(t)＝0送入外码C₁编码器ENC0进行编码，得到长度为2050的全零序列

执行步骤T2、步骤T3得到p ⁽³⁹²⁾,p ⁽³⁹³⁾,p ⁽³⁹⁴⁾；时刻L+i的编码输出子序列为c ^(L+i)＝p ^(L+i)，其中i＝0,1,2。

传输序列经BPSK调制后送入AWGN信道，接收端接收到对应码字的接收序列r＝(r ⁽⁰⁾,r ⁽¹⁾,…,r ⁽³⁹⁴⁾)。设定译码窗口大小为4，也即延迟为3。当接收端接收到r ^(t),r ^(t+1),…,r ^{(t +3)}，进行迭代译码并得到发送消息序列u的估计

仿真结果见图4，本实例给出的本发明提出的空间耦合串行级联码在m＝1，h₁＝496与m＝1，h₁＝600下的性能。参数h₁越大，传到下一时刻进行重编码的校验序列的长度越大。从图4可见，相比现有的空间耦合串行级联码，本实施例给出的码在瀑布区域具有更好的性能；当传到下一时刻重编码的部分增加时，本实例给出的码在瀑布区域的改善效果变差。

综上所述，本实施例提出了一种基于校验序列重编码的空间耦合串行级联码的编码方法，具有编码简单、误比特率低、可逼近信道容量等优点。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于校验序列重编码的空间耦合串行级联码的编码方法，其特征在于，该空间耦合串行级联码以码长为n、信息位长度为k的码C[n,k]作为级联码外码，以码长为z、信息位长度为q的系统码C[z,q]作为级联码内码，其中q＝n+h₁+h₂+…h_j+…+h_m，j＝1,2,…m，h_j为当前时刻的前第j时刻内码校验序列交织后分离到当前时刻作为内码部分输入的序列长度，m为耦合长度；将长度为kL的信息序列u编码成长度为(L+T)(k+z-q-h₁-h₂…-h_m)-Tk的码字c＝(c ⁽⁰⁾,c ⁽¹⁾,…,c ^(L+T-1))，其中T表示结尾长度，T为大于零的整数；所述编码方法包括以下步骤：

T1、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))，每个分组长度为k；对于时刻t＝-1,-2,…,-m，把m个长度分别为h₁,h₂,…,h_m的序列

初始化设置为全零序列，其中m为耦合长度，m为大于零的整数；在t＝0,1,…,L-1时刻，将长度为k的序列

送入外码C[n,k]编码器ENC0进行编码，得到长度为n的编码序列

T2、在t＝0,1,…,L-1时刻，将长度为n的编码序列

与m个长度分别为h₁,h₂,…,h_m的序列

送入复用器M₀，得到序列

其中，序列b ^(t)的长度为q＝n+h₁+h₂+…+h_m，

为t-m时刻传到t时刻进行重编码的部分校验序列；将序列b ^(t)送入交织器Π₀，得到序列v ^(t)；将序列v ^(t)送入内码C[z,q]编码器ENC1进行编码，得到长度为z-q的内码校验序列

T3、在t＝0,1,…,L-1时刻，将长度为z-q的内码校验序列

送入交织器Π₁，得到序列

再将序列d ^(t)送入解复用器M₁，得到m+1个序列

p ^(t)，其中，

的长度为h_j，p ^(t)的长度为z-q-(h₁+h₂+…+h_m)；时刻t的编码输出子序列为c ^(t)＝(u ^(t),p ^(t))；

T4、在t＝L,L+1,…,L+T-1时刻，将长度为k的全零序列u ^(t)＝0送入外码C[n,k]编码器ENC0进行编码，得到长度为n全零序列

执行步骤T2和T3得到p ^(L),p ^(L+1),…,p ^(L+T-1)；时刻L+i的编码输出子序列为c ^(L+i)＝p ^(L+i)，其中i＝0,1,…,T-1。

2.根据权利要求1所述的基于校验序列重编码的空间耦合串行级联码的编码方法，其特征在于，所述信息序列u是二元序列。

3.根据权利要求1所述的基于校验序列重编码的空间耦合串行级联码的编码方法，其特征在于，所述编码器ENC0为任意类型的编码器，所述的编码器ENC1为任意类型的系统编码器。

4.根据权利要求1所述的基于校验序列重编码的空间耦合串行级联码的编码方法，其特征在于，所述交织器Π₀和交织器Π₁是任意类型的交织器。

5.根据权利要求1所述的基于校验序列重编码的空间耦合串行级联码的编码方法，其特征在于，所述复用器M₀将输入的多个短序列拼接组合成一个新的长序列。

6.根据权利要求1所述的基于校验序列重编码的空间耦合串行级联码的编码方法，其特征在于，所述解复用器M₁将一个长序列拆分为多个短序列。

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