CN115941118B - 一种用于控制信道的rm码轻量化迭代译码系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种RM译码轻量化迭代软判决译码系统及方法，最低可靠度信息检测及置换模块对接收到的RM码字进行最低可靠度检测，选择最低可靠度检测的个数，找出最小的M个码字位置，并将最小码字位置上的数据剔除，分组替换为2M组组码字输出给FHT译码模块；FHT译码模块采用传统的软译码方式对输入的2M组码字进行译码并将2M组个译码结果送给RM编码模块，RM编码模块对输入的2M组译码数据再进行反编码产生2M组码字送给最小欧式距离判决模块；最小欧式距离判决模块对反编码后的2M组码字与原始输入信号进行欧式距离检测，从多组数据中选择最小欧式距离的码字最为第一次计算结果；根据迭代次数进行下一次迭代直至完成所有迭代，选择最后迭代产生的结果作为最终译码结果。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于控制信道的RM码轻量化迭代译码系统及方法，该方法主要用于以卫星5G系统为代表的卫星通信系统中控制信道的译码处理，属于卫星通信技术领域。
背景技术
5GNR(5GNewRadio)是基于OFDM全新空口设计的全球性5G标准，是下一代蜂窝移动通信技术，具有超低延时、超高速率、超大容量、超高可靠性等特点。5GNR无线通信系统包括下行信道(Downlink Channels)和上行信道(Uplink Channels)。上行信道中的上行物理信道PUCCH(Physical Uplink Control Channel)负责传输上行控制信息UCI(UpLinkControl Information)，UCI上行控制信息中包括了HARQ反馈(Hybrid Automatic RepeatRequest Feedback)、信道状态信息CSI(Channel State Information)和调度请求SR(Scheduling Request)。5G NR系统中UCI比特长度一般较短，当UCI比特长度超过11bits时，采用Polar编码；当UCI比特长度不超过11bits时，采用短码编码，具体包括3种编码方式：Repitition码、Simplex码、Reed—Muller码，根据标准，当信息长度为3～11bits时采用RM码。
随着5G系统与卫星通信的融合发展，在卫星系统上采用5G相关标准实现更加灵活的天地组网通信成为了卫星通信发展的重要方向。然而卫星通信系统由于其远距离通信特点，其特点是典型的功率受限系统，如何更好的提升系统的功率使用效率是系统设计以及载荷产品设计需要考虑的重要因素之一，而提高编译码的处理性能从而节省链路传输所需要的功率是功率效率提升的一个主要手段。
目前在上行链路的接收端，需要对控制信道接解调后的UCI信息进行译码操作，根据UCI信息的长度选择与发送端相对应的译码算法，目前典型的算法包括改进型全搜索算法、基于FHT的软判决算法、基于FHT的硬判决算法。
RM码一般用于通信系统的控制信道或传输格式中的控制字段的编译码处理，其特点是码长小，码率低。查阅相关国内外文献针对“RM码”、“迭代”等关键词在相关数据库中检索，得到和本专利相关的公开发表的文献和相关专利，除了改进型全搜索算法、基于FHT的软判决算法、基于FHT的硬判决算法外，采用迭代译码的算法主要为Forneyn在1996年提出一种通用最小距离译码算法(GMD)，这类算法后来被Chase和其他人进行了归纳，主要应用于二进制线性分组码。通用最小距离译码算法(GMD)和Chase-2译码算法都需要对个LRPs进行操作，当RM码的dmin较大时，译码复杂度很高。另外，文献“乔国垒，RM码的一种并行最大似然译码算法，计算机工程，第35卷第24期，2009.12)根据Chase译码算法和分阶统计译码(OSD)算法在纠错能力上的互补性，提出一种新的针对RM码的OSD-Chase并行译码算法，该方法需要计算Chase及OSD的译码，复杂度本质上和通用最小距离译码算法一致，对于汉明距较长的码字计算复杂度很高。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，本发明给出了一种用于控制信道的RM码轻量化迭代译码系统及方法，在传统FHT软译码的基础上，通过对接收信号进行最低可靠度检测及分组置最优数，再进行FHT译码并选择欧式距离最小的译码结果作为最终结果的方式提升译码性能。
本发明的技术方案是：一种用于控制信道的RM码轻量化迭代译码系统，包括最低可靠度信息检测及置换模块、FHT译码模块、RM再编码模块以及最小欧式距离判决模块；
最低可靠度信息检测及置换模块根据外部控制信号选择迭代步进参数M，对接收到的RM码字进行最低可靠度检测，得到码字中可靠度最低的M个码字位置，对M个码字位置进行最佳数据遍历替换，重新产生2M组新码字，记为A(2M)并输出给FHT译码模块；
FHT译码模块采用软译码方式对输入的2M组新码字A(2M)进行译码，产生2M组译码数据，记为B(2M)，送给RM编码模块；
RM编码模块对输入的2M组译码数据结果B(2M)再进行反编码，产生2M组重新编码后的码字C(2M)送给最小欧式距离判决模块；
最小欧式距离判决模块对反编码后的2M组码字C(2M)与原始输入码字进行欧式距离检测，将最小欧式距离对应的新码字A(2M)中的码字作为第一次计算结果；
采用迭代计算方法进行下一次迭代直至完成所有迭代，选择最后迭代产生的结果作为最终译码结果。
所述对接收到的RM码字进行最低可靠度检测，包括：
对接收到的码长为n的RM码字
r＝(r0，r1，r2......rn-1)里的每个码元ra(a＝0,1,2....n-1)进行求绝对值，选择绝对值最小的M个码元；对M个最小码元进行数据替换，每个码元替换的数据为最大的正软信息C和最大负软信息-C，由于每个码元可替换为2种数据，对M个最小码字进行遍历替换，共产生2M个新码字。
所述的迭代计算方法，采用分批迭代置换的方法，将W个最低可靠度数据置换分为N次执行，每次只置换M次，W＝N×M，W为RM码最小码距dmin的一半，记为
一种用于控制信道的RM码轻量化迭代译码方法，包括：
根据外部控制信号选择迭代步进参数M，对接收到的RM码字进行最低可靠度检测，得到码字中可靠度最低的M个码字位置，对M个码字位置进行最佳数据遍历替换，重新产生2M组新码字，记为A(2M)；
采用软译码方式对输入的2M组新码字A(2M)进行译码，产生2M组译码数据，记为B(2M)；
对2M组译码数据结果B(2M)再进行反编码，产生2M组重新编码后的码字C(2M)；
对反编码后的2M组码字C(2M)与原始输入码字进行欧式距离检测，将最小欧式距离对应的新码字A(2M)中的码字作为第一次计算结果；
采用迭代计算方法进行下一次迭代直至完成所有迭代，选择最后迭代产生的结果作为最终译码结果。
所述对接收到的RM码字进行最低可靠度检测，包括：
对接收到的码长为n的RM码字
r＝(r0，r1，r2......rn-1)里的每个码元ra(a＝0,1,2....n-1)进行求绝对值，选择绝对值最小的M个码元；对M个最小码元进行数据替换，每个码元替换的数据为最大的正软信息C和最大负软信息-C，由于每个码元可替换为2种数据，对M个最小码字进行遍历替换，共产生2M个新码字。
所述的迭代计算方法，采用分批迭代置换的方法，将W个最低可靠度数据置换分为N次执行，每次只置换M次，W＝N×M，W为RM码最小码距dmin的一半，记为
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)、本发明在FHT软译码的基础上，通过对接收信号进行最低可靠度检测及分组置最优数，再进行FHT译码并选择欧式距离最小的译码结果作为最终结果的方式相对传统的FHT软译码方法提升了RM码的译码性能；
(2)、本发明在具体迭代计算时，可将总长度为W的最低可靠度数据置换分解为N次迭代，每次只进行M长度最低可靠度数据置换,每次迭代时将前次迭代的最优序列作为当前序列进行下一次迭代计算，整个迭代计算复杂度低，适合星上轻量化实现。
附图说明
图1一种RM译码轻量化迭代软判决译码方法原理框图；
图2检测M个最小码元示意图；
图3将M个最小码元进行软信息置换示意图；
图4第一次迭代译码后产生的输入新码字；
图5基于迭代优化的RM码仿真性c能结果。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明提供了一种用于控制信道的RM码轻量化迭代译码系统，包括最低可靠度信息检测及置换模块，FHT译码模块、RM再编码模块以及最小欧式距离判决模块，模块间工作流程如图1所示；其中：
最低可靠度信息检测及置换模块根据外部控制信号选择迭代步进参数M，对接收到的RM码字进行最低可靠度检测，得到码字中可靠度最低的M个码字位置，对M个码字位置进行最佳数据遍历替换，重新产生2M组新码字，记为A(2M)并输出给FHT译码模块；
FHT译码模块采用软译码方式对输入的2M组新码字A(2M)进行译码，产生2M组译码数据，记为B(2M)，送给RM编码模块；
RM编码模块对输入的2M组译码数据结果B(2M)再进行反编码，产生2M组重新编码后的码字C(2M)送给最小欧式距离判决模块；
最小欧式距离判决模块对反编码后的2M组码字C(2M)与原始输入码字进行欧式距离检测，将最小欧式距离对应的新码字A(2M)中的码字作为第一次计算结果；
采用迭代计算方法进行下一次迭代直至完成所有迭代，选择最后迭代产生的结果作为最终译码结果。
所述M参数的选择需要考虑复杂度和性能的折中，M值最大值不超过RM码的其中dmin为RM码的最小码距。
由以上组成可知，一种RM译码轻量化迭代软判决译码系统在FHT软译码的基础上，通过对接收信号进行最低可靠度检测及分组置最优数，再进行FHT译码并选择欧式距离最小的译码结果作为最终结果的方式相对传统的FHT软译码方法提升了RM码的译码性能，仿真性能如图5所示；同时，在具体迭代计算时，可将总长度为W的最低可靠度数据置换分解为N次迭代，每次只进行M长度最低可靠度数据置换,每次迭代时将前次迭代的最优序列作为当前序列进行下一次迭代计算，整个迭代计算复杂度低，适合星上轻量化实现。下面具体介绍模块工作流程。
(1)最低可靠度数据检测及置换处理方法
对接收到的RM码字r＝(r0，r1，r2......rn-1)
进行最低可靠度检测，根据外部控制信号选择最低可靠度检测的个数M，找出最小的M个码字位置，如图2所示。
对M个最小的码字进行数据剔除，分组替换为最佳的多组码字输出，对每个最小码元置换的数据为最大的正软信息C和最大负软信息-C,对M个最小码字进行各种遍历置换，共产生2M组码字，置换组合示意图如图3所示。(2)置换后的多组码字进行FHT译码方法
FHT译码为RM译码的经典算法，下面以RM(7,64)编码为例介绍具体步骤如下：
1)将输入的每组码字进行变换处理，产生归一化软信息，具体处理方式为rx_temp＝tanh(rx)，使用双正切函数可以将软信息变为(-1,1)区间的数据，此处要根据软信息的大小来确定，若计算完成后的值大多绝对值都接近1，需要将rx的值缩小之后再计算；
2)根据码长哈达玛矩阵为一个64*64的矩阵，产生过程如下：
H1＝[1 1；1-1]，H2＝[H1 H1；H1-H1]，H3＝[H2 H2；H2-H2]，H4＝[H3 H3；H3-H3]，H5＝[H4 H4；H4-H4]，H6＝[H5 H5；H5-H5]；
3)将双正切值跟哈达玛矩阵相乘，得到64个数据；
4)在64个数据中找到绝对值最大的数，记录位置与符号位；
5)a2～a7为将最大位置转为二进制由高到低的数据，a1为符号位。
对输入的2M组码字全部进行FHT译码，产生2M组译码结果。
(3)译码后的数据再编码方法
对2M组译码后的数据重新进行RM编码，产生2M组重新编码后的数据，记为w＝(w0，w1，w2......wn-1)。
RM编码采用常规的与生成矩阵相乘的方式。以RM(7,64)编码为例，生成矩阵产生如下。
v0＝[1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1]；
v6＝[0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 01 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1]；
v5＝[0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1]；
v4＝[0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1]；
v3＝[0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 10 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1]；
v2＝[0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 10 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1]；
v1＝[0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 10 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1]；
生成矩阵：G＝[v0；v6；v5；v4；v3；v2；v1]。
(4)最佳译码结果选择
将重新编码输出的2M个新码字w＝(w0，w1，w2......wn-1)
与接收到的原始码字r＝(r0，r1，r2......rn-1)进行最小欧式距离检测，将最小欧式距离的码字对应的译码结果记为当前最佳码字，将其对应的置换后的码字记为当前最佳码字，取代接收到的原始码字，如图4所示。
(5)迭代计算方法
对于本文所提出的算法需要解决的一个主要问题是如何选择置换最低可靠度数据的总长度W。本文所选取的W长度以Forneyn在1996年提出一种通用最小距离译码算法(GMD)所提供的纠错/删除长度为准，最大长度为个数。以RM(7,64)码为例，其码长n＝64，m＝6，r＝1，因此最小码距dmin＝26-1＝32，则选择的置换最低可靠度数据的总长度W为16。如果按照上节提到的置换方法一次置换完成，此时M＝16，则产生组合码字总数为65536个，需要65536次FHT译码，计算复杂度极高，处理时延大。
本发明还提出了一种用于控制信道的RM码轻量化迭代译码方法，在传统FHT软译码的基础上，通过对接收信号进行最低可靠度检测及分组置最优数，再进行FHT译码并选择欧式距离最小的译码结果作为最终结果的方式相对传统的FHT软译码提升了RM码的译码性能；同时在具体迭代计算时，可将总长度为W的最低可靠度数据置换分解为N次迭代，每次只进行M长度最低可靠度数据置换,每次迭代时将前次迭代的最优序列作为当前序列进行下一次迭代计算，整个迭代计算复杂度低，适合星上轻量化实现。
本发明未进行详细描述部分属于本领域技术人员的公知常识。
Claims (2)
1.一种用于控制信道的RM码轻量化迭代译码系统，其特征在于：包括最低可靠度信息检测及置换模块、FHT译码模块、RM再编码模块以及最小欧式距离判决模块；
最低可靠度信息检测及置换模块根据外部控制信号选择迭代步进参数M，对接收到的RM码字进行最低可靠度检测，得到码字中可靠度最低的M个码字位置，对M个码字位置进行最佳数据遍历替换，重新产生2M组新码字，记为A(2M)并输出给FHT译码模块；
FHT译码模块采用软译码方式对输入的2M组新码字A(2M)进行译码，产生2M组译码数据，记为B(2M)，送给RM编码模块；
RM编码模块对输入的2M组译码数据结果B(2M)再进行反编码，产生2M组重新编码后的码字C(2M)送给最小欧式距离判决模块；
最小欧式距离判决模块对反编码后的2M组码字C(2M)与原始输入码字进行欧式距离检测，将最小欧式距离对应的新码字A(2M)中的码字作为第一次计算结果；
采用迭代计算方法进行下一次迭代直至完成所有迭代，选择最后迭代产生的结果作为最终译码结果；
所述对接收到的RM码字进行最低可靠度检测，包括：
对接收到的码长为n的RM码字r＝(r0，r1，r2......rn-1)里的每个码元ra(a＝0,1,2....n-1)进行求绝对值，选择绝对值最小的M个码元；对M个最小码元进行数据替换，每个码元替换的数据为最大的正软信息C和最大负软信息-C，由于每个码元可替换为2种数据，对M个最小码字进行遍历替换，共产生2M个新码字；
所述的迭代计算方法，采用分批迭代置换的方法，将W个最低可靠度数据置换分为N次执行，每次只置换M个，W＝N×M，W为RM码最小码距dmin的一半，记为
2.一种用于控制信道的RM码轻量化迭代译码方法，其特征在于，包括：
根据外部控制信号选择迭代步进参数M，对接收到的RM码字进行最低可靠度检测，得到码字中可靠度最低的M个码字位置，对M个码字位置进行最佳数据遍历替换，重新产生2M组新码字，记为A(2M)；
采用软译码方式对输入的2M组新码字A(2M)进行译码，产生2M组译码数据，记为B(2M)；
对2M组译码数据结果B(2M)再进行反编码，产生2M组重新编码后的码字C(2M)；
对反编码后的2M组码字C(2M)与原始输入码字进行欧式距离检测，将最小欧式距离对应的新码字A(2M)中的码字作为第一次计算结果；
采用迭代计算方法进行下一次迭代直至完成所有迭代，选择最后迭代产生的结果作为最终译码结果；
所述对接收到的RM码字进行最低可靠度检测，包括：
对接收到的码长为n的RM码字
r＝(r0，r1，r2......rn-1)里的每个码元ra(a＝0,1,2....n-1)进行求绝对值，选择绝对值最小的M个码元；对M个最小码元进行数据替换，每个码元替换的数据为最大的正软信息C和最大负软信息-C，由于每个码元可替换为2种数据，对M个最小码字进行遍历替换，共产生2M个新码字；
所述的迭代计算方法，采用分批迭代置换的方法，将W个最低可靠度数据置换分为N次执行，每次只置换M个，W＝N×M，W为RM码最小码距dmin的一半，记为
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