CN116436474B - 一种信道编解码方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种信道编解码方法，该方法包括：确定待发送信息以及编码参数；基于所述编码参数，构造编码图及其对应的编码基矩阵；利用预设的编码策略，将所述编码基矩阵扩展为二进制奇偶校验矩阵，所述编码策略用以指示针对所述编码图的周长进行缩放；基于所述二进制奇偶校验矩阵对所述待发送信息进行编码，生成相应的码字信息。本发明解决了现有的信道编码技术的数据传输效率及译码效率较低的技术问题，降低了传输延迟，并具有较高的编解码效率。
Description
技术领域
本发明涉及数字通信技术领域，尤其是一种信道编解码方法。
背景技术
信号编码在数字通信领域中非常重要，它是一种用于提高数据传输效率的技术。数据在传输过程中会受到噪声、干扰、衰落等影响，可能导致误码甚至数据丢失。通过在信号中加入冗余信息，能够增强信号的纠错能力、降低误码率以及提高抗噪能力，从而提高数据传输的可靠性和效率。
目前，信道编码技术在应用过程中仍存在以下问题：第一，信道编码会增加信号的传输延迟，影响实时性的应用，如实时视频通话、在线游戏等。第二，在编码的过程中，为了增加纠错能力，需要引入更多的冗余信息和更复杂的编码算法，这样就会增加解码的复杂度，对于设备的要求也更高。因此，现有的信道编码技术的数据传输效率及译码效率较低。
发明内容
为解决上述现有技术问题，本发明提供一种信道编解码方法，用于解决现有的信道编码技术的数据传输效率及译码效率较低的技术问题，降低了传输延迟，并具有较高的编解码效率。
根据本申请实施例的一个方面，提供了一种信道编码方法，包括：
确定待发送信息以及编码参数；
基于所述编码参数，构造编码图及其对应的编码基矩阵；
利用预设的编码策略，将所述编码基矩阵扩展为二进制奇偶校验矩阵，所述编码策略用以指示针对所述编码图的周长进行缩放；
基于所述二进制奇偶校验矩阵对所述待发送信息进行编码，生成相应的码字信息。
在一个可能的实现方式中，所述编码参数包括基矩阵元素、子矩阵大小及列权重，所述基于所述编码参数，构造编码图及其对应的编码基矩阵，包括：
初始化编码图节点集合以及编码图边集合；
遍历循环各所述基矩阵元素及所述子矩阵大小，确定由遍历到的校验节点与变量节点组成的矩阵信息，以在所初始化的编码图边集合中插入所述矩阵信息；
遍历循环各基矩阵的列元素、所述子矩阵大小及所述列权重，确定由随机校验节点与最小变量节点所构成的第一边信息以及由基于指定的筛选规则所确定的校验节点与变量节点所构成的第二边信息，以将其插入到当前编码图边集合中；
基于经插入信息的编码图边集合与编码图节点集合形成编码图；
确定与所述编码图对应的编码基矩阵。
在一个可能的实现方式中，所述遍历循环各所述基矩阵元素及所述子矩阵大小，确定由遍历到的校验节点与变量节点组成的矩阵信息，以在所初始化的编码图边集合中插入所述矩阵信息，包括：
利用外层循环与内层循环进行循环嵌套，重复执行以下步骤，直至将外层循环的变量遍历至最终值：
针对外层循环，遍历各所述基矩阵元素；
针对内层循环，以所述子矩阵大小进行循环移位，执行生成由遍历到的校验节点与变量节点组成的矩阵信息，并将其插入到在所初始化的编码图边集合中。
在一个可能的实现方式中，所述方法包括确定所述第一边信息，具体如下：
利用第一层循环与第二层循环进行循环嵌套，重复执行以下步骤，直至将第一层循环的变量遍历至最终值：
在第一层循环中，遍历各基矩阵的列元素，执行选择权值最小的校验节点，并将其与变量节点构成边；
在第二层循环中，以所述子矩阵大小为循环条件，进行循环移位，执行确定由随机校验节点与最小变量节点所构成的第一边信息。
在一个可能的实现方式中，所述方法包括确定所述第二边信息，具体如下：
利用当前第一层循环、当前第二层循环与第三层循环进行循环嵌套，重复执行以下步骤，直至将当前第一层循环的变量遍历至最终值：
针对当前第一层循环，遍历各基矩阵的列元素，将随机校验节点的循环位置进行初始化，以依次遍历，执行选择权值最小的校验节点，并将其与变量节点构成边；
针对当前第二层循环，遍历各所述列权重，执行遍历从变量节点展开的子图所到达的所有校验节点，并将其存储于指定集合中；
从所述指定集合中筛选出权值最小的校验节点作为候选节点，并从其中筛选出符合最短后续循环与最大似然周期的校验节点组织成待定节点集合，使将从所述待定节点集合中随机选取的校验节点与变量节点生成第二边信息；
在第三层循环中，以所述子矩阵大小进行循环移位，执行将当前第二层循环所生成的第二边信息插入到当前编码图边集合中。
在一个可能的实现方式中，所述利用预设的编码策略，将所述编码基矩阵扩展为二进制奇偶校验矩阵，包括：
确定预设遍历深度以及预设访问步长；
利用第一层循环与第二层循环进行循环，重复执行以下步骤，直至将第一层循环的变量执行至最终值：
针对第一层循环，以遍历深度、访问步长为循环变量，直至当前遍历深度小于所述预设遍历深度，且当前访问步长小于所述预设访问步长；
针对第二层循环，遍历所述编码基矩阵的列元素，执行以当前遍历深度对所述编码图的图节点进行遍历，并针对于当前遍历深度处其相遇次数达到预设阈值的图节点，标记所述编码图中相应路径的长度达到与当前遍历深度相关的长度阈值的访问，将其存储于记忆列表中，直至将第二层循环的变量遍历至最终值；
针对继续第一层循环，执行更新所述遍历深度，并以所标记的访问的总数更新所述访问步长；
在当前第一层循环中，遍历各所述访问步长，确定花费和循环偏移矩阵，并利用由所述花费、所述循环偏移矩阵组成的循环位移集合以及所述编码基矩阵，构建二进制奇偶校验矩阵。
在一个可能的实现方式中，所述在当前第一层循环中，遍历各所述访问步长，确定花费和循环偏移矩阵，包括：
在当前第一层循环中，遍历各所述访问步长，执行将所述记忆列表中当前访问步长所对应的访问映射到访问集合中当前访问步长所对应的行数据，以建立所述访问集合；
基于所遍历的访问步长及对应的遍历深度，计算路径权重，并基于所述路径权重及所述访问集合，确定最小花费；
以及，在当前第一层循环中，再次遍历各所述访问步长，执行基于遍历到的随机偏移信息、所述路径权重及所述访问集合，计算花费；
在所述花费小于所述最小花费时，则确定所述花费为所述最小花费，并基于所述随机偏移信息确定循环偏移矩阵。
在一个可能的实现方式中，所述方法还包括：
针对非二进制编码，基于所述编码参数中的编码长度与子矩阵大小，确定对应的基矩阵；
构建编码图，并根据所述编码图和所述基矩阵，确定校验矩阵；
遍历所述基矩阵的行元素，循环执行在有限域上随机选择一系列顺序系数序列，并基于所述系列顺序系数序列与所遍历到的行元素，确定待编码信息，直至遍历至最终值；
基于所述校验矩阵及所述待编码信息，对所述待发送信息进行编码，生成相应的码字信息。
根据本申请实施例的另一个方面，提供了一种信道解码方法，包括：
获取由如上述实施例所述的信道编码方法生成的码字信息；
对所述码字信息进行解码，得到原发送信息。
在一个可能的实现方式中，所述对所述码字信息进行解码，得到目标发送信息，包括：
根据所述码字信息，确定编码势能函数；
利用预设的连续时间梯度流模型对所述编码势能函数进行求解，得到原发送信息。
本发明的有益效果体现在，通过的信道编解码方法，通过确定待发送信息以及编码参数，基于所述编码参数，构造编码图及其对应的编码基矩阵，继而利用预设的编码策略，将所述编码基矩阵扩展为二进制奇偶校验矩阵，所述编码策略用以指示针对所述编码图的周长进行缩放，从而基于所述二进制奇偶校验矩阵对所述待发送信息进行编码，生成相应的码字信息，这样通过对编码图周长进行缩放至较小的长度，使编码规则能够在更短的码长内传输更多的信息位，从而提高了编码效率，以及大大降低了传输延迟。同时，本申请实施例解决了现有的信道编码技术的数据传输效率及译码效率较低的技术问题。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种信道编码方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种信道解码方法的流程示意图。
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。
实施例一
图1为本申请实施例提供的一种信道编码方法的流程示意图，所述信道编码方法，包括以下步骤S101至S104。
S101、确定待发送信息以及编码参数。
其中，编码参数包括基矩阵尺寸、基矩阵元素、子矩阵大小及列权重，但不限于此。
S102、基于所述编码参数，构造编码图及其对应的编码基矩阵。
S103、利用预设的编码策略，将所述编码基矩阵扩展为二进制奇偶校验矩阵，所述编码策略用以指示针对所述编码图的周长进行缩放。
S104、基于所述二进制奇偶校验矩阵对所述待发送信息进行编码，生成相应的码字信息。
需要说明的是，将待发送信息进行扰动和映射处理，将处理后的消息与二进制奇偶校验矩阵相乘，得到码字信息。
在本申请中，通过基于图构造的LDPC编码方式进行编码，考虑了奇偶校验的关键特征，作为改进，本申请的编码方式能够根据信道需求对编码图周长进行缩放至较小的长度，使编码规则能够在更短的码长内传输更多的信息位，因此具有更高的编码效率，且大大降低了传输延迟。其中，编码图指的是一种有向图，它由一组节点和一组有向边组成，每个节点表示一个码字，每个有向边表示码字之间的关系。通过编码图的节点和边之间的组合，映射出一组编码规则，用于对发送的数据进行编码。编码图的周长是指信道编码图中所有路径的权重之和，其中路径由编码图上的节点和边组成，权重是指在编码图中连接两个节点的边上的代价值。
需要说明的是，目前的信道编码技术在应用过程中还存在资源浪费和环境稳定性差的问题。其中，针对资源浪费，信道编码需要额外的码率，占用了有限的频谱和带宽资源，在需要高速传输的场景下信道编码可能会影响传输速度。针对环境稳定性差，信道编码的性能会受到信道环境的影响，当信道环境发生变化时，编码算法的性能会有所下降，需要重新优化算法。因此，本申请通过提出上述信道编码方法，其底层为LDPC(Low-DensityParity-Check)编码，该编码是一种低密度奇偶校验码编码，能够在保证很好纠错性能的同时占用较少的频率和带宽资源。LDPC编码具有非常高的频谱效率，即在给定的频带宽度下，可以传输更多的信息量。其中，该编码方式采用了一种分布式校验矩阵结构，使得编码比例可以接近极限，从而提高了频谱效率。LDPC编码器和解码器的运算量比较小，所需要的资源占用也较少，相对于其他纠错编码方案，它能够更加有效地利用带宽资源。其次，针对环境变化对信道编码的影响，通过基于图构造的LDPC码编码方式，以及实现对编码图周长进行缩放，具有较高的编码效率，适用于低延迟和功耗限制的通信系统，保证了一定的编码性能，使信道编码的性能不易受到信道环境的影响，从而提高了信道编码的稳定性和适应性。
本实施例通过的信道编码方法，通过确定待发送信息以及编码参数，基于所述编码参数，构造编码图及其对应的编码基矩阵，继而利用预设的编码策略，将所述编码基矩阵扩展为二进制奇偶校验矩阵，所述编码策略用以指示针对所述编码图的周长进行缩放，从而基于所述二进制奇偶校验矩阵对所述待发送信息进行编码，生成相应的码字信息，这样通过对编码图周长进行缩放至较小的长度，使编码规则能够在更短的码长内传输更多的信息位，从而提高了编码效率，以及大大降低了传输延迟，解决了现有的信道编码技术的数据传输效率的技术问题。
在一些实施例中，所述编码参数包括基矩阵元素、子矩阵大小及列权重，所述基于所述编码参数，构造编码图及其对应的编码基矩阵，包括：
初始化编码图节点集合以及编码图边集合；
遍历循环各所述基矩阵元素及所述子矩阵大小，确定由遍历到的校验节点与变量节点组成的矩阵信息，以在所初始化的编码图边集合中插入所述矩阵信息；
遍历循环各基矩阵的列元素、所述子矩阵大小及所述列权重，确定由随机校验节点与最小变量节点所构成的第一边信息以及由基于指定的筛选规则所确定的校验节点与变量节点所构成的第二边信息，以将其插入到当前编码图边集合中；
基于经插入信息的编码图边集合与编码图节点集合形成编码图；
确定与所述编码图对应的编码基矩阵。
基于上述实施例，在一些实施例中，所述遍历循环各所述基矩阵元素及所述子矩阵大小，确定由遍历到的校验节点与变量节点组成的矩阵信息，以在所初始化的编码图边集合中插入所述矩阵信息，包括：
利用外层循环与内层循环进行循环嵌套，重复执行以下步骤，直至将外层循环的变量遍历至最终值：
针对外层循环，遍历各所述基矩阵元素；
针对内层循环，以所述子矩阵大小进行循环移位，执行生成由遍历到的校验节点与变量节点组成的矩阵信息，并将其插入到在所初始化的编码图边集合中。
在本实施例中，先输入基矩阵的尺寸，子矩阵大小P，列权重/>。其中，I、J为变量，其用于确定基矩阵的尺寸；P为子矩阵的大小或尺寸，即子矩阵的行数和列数；/>为列权重，/>为基矩阵中每列的列权重。继而初始化编码图节点集合，以及初始化编码图边集合/>，其中/>为空集，并定义矩阵/>，/>。进一步，外层循环的循环条件为/>。其中，i、j为中间变量，其在循环时i、j的值为/>。内层循环的循环条件为/>，/>为中间变量，其用于表征循环条件的变量内容，使内层循环中执行/>（即在编码图边集合中插入现阶段未生成的二进制奇偶校验矩阵H的主对角线所对应的边），/>（即在编码图边集合中插入现阶段未生成的二进制奇偶校验矩阵H的次对角线所对应的边），其中为校验节点，/>为变量节点。示例性的，二进制奇偶校验矩阵H形如下所示：
其中，为循环位移矩阵，/>为零和非零子矩阵的位置。
需要说明的是，利用外层循环与内层循环进行循环嵌套，即第一次进入外层循环，第一次内层循环开始，直到内层循环结束，继而执行第二次外层循环；第二次进入外层循环，第二次内层循环开始，直到内层循环结束，执行第三次外层循环；以此类推，直至外循环结束。因此，本实施例在编码过程中无需引入更多的冗余信息，提高了编码效率，以及提升了编码效果。
在一些实施例中，所述方法包括确定所述第一边信息，具体如下：
利用第一层循环与第二层循环进行循环嵌套，重复执行以下步骤，直至将第一层循环的变量遍历至最终值：
在第一层循环中，遍历各基矩阵的列元素，执行选择权值最小的校验节点，并将其与变量节点构成边；
在第二层循环中，以所述子矩阵大小为循环条件，进行循环移位，执行确定由随机校验节点与最小变量节点所构成的第一边信息。
在本实施例中，第一层循环的条件为，其中，j作为中间变量，其在循环时j的值为/>。第一层循环中执行选择权值最小的校验节点与变量节点构成边。此时，第二层循环的条件为/>，进行循环移位，第二层循环中执行/>，即在编码图边集合中插入随机校验节点/>与最小变量节点构成的边，直至第二层循环遍历到最终值，即第二层循环结束。其中，/>为随机值。
在一些实施例中，所述方法包括确定所述第二边信息，具体如下：
利用当前第一层循环、当前第二层循环与第三层循环进行循环嵌套，重复执行以下步骤，直至将当前第一层循环的变量遍历至最终值：
针对当前第一层循环，遍历各基矩阵的列元素，将随机校验节点的循环位置进行初始化，以依次遍历，执行选择权值最小的校验节点，并将其与变量节点构成边；
针对当前第二层循环，遍历各所述列权重，执行遍历从变量节点展开的子图所到达的所有校验节点，并将其存储于指定集合中；
从所述指定集合中筛选出权值最小的校验节点作为候选节点，并从其中筛选出符合最短后续循环与最大似然周期的校验节点组织成待定节点集合，使将从所述待定节点集合中随机选取的校验节点与变量节点生成第二边信息；
在第三层循环中，以所述子矩阵大小进行循环移位，执行将当前第二层循环所生成的第二边信息插入到当前编码图边集合中。
在本实施例中，上述第二层循环结束，继续进入第一层循环，基于此前第一层循环的条件为，执行选择权值最小的校验节点与变量节点构成边，继续在第一层循环中执行将随机校验节点的循环位移置为0。此时，更新第二层循环，使第二层循环的循环条件为/>，/>为中间变量，其用于表征循环条件的变量内容，第二层循环中执行遍历从变量节点/>展开的子图所到达的所有校验节点，约束深度为/>，并将其存储于指定集合/>中。继而，从指定集合/>中选择权值最小的校验节点作为候选节点，再从候选节点中筛选出符合最短后续循环与最大似然周期ACE的校验节点，以此组织成待定节点集合，使将从所述待定节点集合中随机选取的校验节点/>与变量节点/>生成边，由此获得第二边信息。更具体的，第三层循环的循环条件为/>，进行循环移位，第三层循环中执行/>，即在编码图边集合中插入上述第二层循环中所生成的边信息，并将随机校验节点的循环位移置为/>。
进一步，经插入矩阵信息、第一边信息及第二边信息后的编码图边集合，输出编码图，/>为编码图节点集合，并根据该编码图确定编码基矩阵/>。
在一些实施例中，所述利用预设的编码策略，将所述编码基矩阵扩展为二进制奇偶校验矩阵，包括：
确定预设遍历深度以及预设访问步长；
利用第一层循环与第二层循环进行循环，重复执行以下步骤，直至将第一层循环的变量执行至最终值：
针对第一层循环，以遍历深度、访问步长为循环变量，直至当前遍历深度小于所述预设遍历深度，且当前访问步长小于所述预设访问步长；
针对第二层循环，遍历所述编码基矩阵的列元素，执行以当前遍历深度对所述编码图的图节点进行遍历，并针对于当前遍历深度处其相遇次数达到预设阈值的图节点，标记所述编码图中相应路径的长度达到与当前遍历深度相关的长度阈值的访问，将其存储于记忆列表中，直至将第二层循环的变量遍历至最终值；
针对继续第一层循环，执行更新所述遍历深度，并以所标记的访问的总数更新所述访问步长；
在当前第一层循环中，遍历各所述访问步长，确定花费和循环偏移矩阵，并利用由所述花费、所述循环偏移矩阵组成的循环位移集合以及所述编码基矩阵，构建二进制奇偶校验矩阵。
在本实施例中，先输入编码基矩阵，子矩阵大小P，循环位移集合CSV，预设遍历深度/>（即最大遍历深度），预设访问步长/>（即最大访问步长）。继而，将循环位移集合CSV中非零/>排列为一维向量/>，/>表示一维向量的长度为T。进一步，第一层循环的循环条件为/>，第一层循环中执行更新所述遍历深度，如/>，并以所标记的访问的总数更新所述访问步长。此时，第二层循环的循环条件为/>，第二层循环中执行从编码图的图节点/>以遍历深度/>进行遍历，对于在遍历深度/>处多次相遇的节点，标记编码图中相应路径的长度为/>的访问，并存储该访问于记忆列表中，直至第二层循环结束。
在一些实施例中，所述在当前第一层循环中，遍历各所述访问步长，确定花费和循环偏移矩阵，包括：
在当前第一层循环中，遍历各所述访问步长，执行将所述记忆列表中当前访问步长所对应的访问映射到访问集合中当前访问步长所对应的行数据，以建立所述访问集合；
基于所遍历的访问步长及对应的遍历深度，计算路径权重，并基于所述路径权重及所述访问集合，确定最小花费；
以及，在当前第一层循环中，再次遍历各所述访问步长，执行基于遍历到的随机偏移信息、所述路径权重及所述访问集合，计算花费；
在所述花费小于所述最小花费时，则确定所述花费为所述最小花费，并基于所述随机偏移信息确定循环偏移矩阵。
在本实施例中，上述第二层循环结束，继续第一层循环，第一层循环的循环条件为，第一层循环中执行更新遍历深度，如/>，并将访问步长设置为标记的访问的总数。此时，在当前第一层循环中，其循环条件为/>，第一层循环中执行创建访问集合/>，访问集合/>中的第/>行行数据对应于上述记忆列表中第/>个已识别的访问。
进一步，根据公式计算路径权重，其中，/>为遍历到d的最大似然周期ACE。继而，根据公式/>计算最小花费，/>为上述的路径权重，/>表示一维向量/>的转置。
更进一步，更新第一层循环，其循环条件为，执行计算花费，其中，d为用于表征循环内容的变量，/>为随机偏移信息，即随机偏移向量，表示针对变量d的增量的转置。继而，判断所计算的花费是否小于最小花费，若小于则将最小花费作为该花费，即/>，/>为最小花费，且计算循环偏移矩阵/>，/>为变量d的增量，/>为异或运算。根据上述花费、循环偏移矩阵组成循环位移集合，并结合编码基矩阵构建二进制奇偶校验矩阵/>。
因此，在本实施例中通过控制最大遍历深度以及最大访问步长实现编码图的周长缩放，使编码规则能够在更短的码长内传输更多的信息位，从而提高了编码效率，以及大大降低了传输延迟，同时提高了信道编码的稳定性和适应性。
在一些实施例中，所述方法还包括：
针对非二进制编码，基于所述编码参数中的编码长度与子矩阵大小，确定对应的基矩阵；
构建编码图，并根据所述编码图和所述基矩阵，确定校验矩阵；
遍历所述基矩阵的行元素，循环执行在有限域上随机选择一系列顺序系数序列，并基于所述系列顺序系数序列与所遍历到的行元素，确定待编码信息，直至遍历至最终值；
基于所述校验矩阵及所述待编码信息，对所述待发送信息进行编码，生成相应的码字信息。
在本实施例中，在非二进制编码的情况下，输入编码长度，子矩阵大小P，最大列权重/>，有限域/>元素数量q。其中，编码长度为将传输的信号转化为数字信号时，数字信号每个符号所需的位数，N表示最大编码长度，K表示最小编码长度。继而，将基矩阵/>大小设置为/>，当中/>，/>。进一步，基于编码参数，构造编码图，以及将基矩阵扩展为校验矩阵。更进一步，第一层循环的循环条件为/>，第一层循环中执行针对基矩阵/>的第/>行行数据/>，在有限域/>上随机选择一系列顺序系数序列，并基于该序列与/>中的非零子矩阵相乘，以获得待编码信息，用以进行非二进制编码。因此，本实施例通过实现上述变换，能够应用于非二进制编码的场景，使本申请的信道编码方法能够同时适用于非二进制编码以及二进制编码的场景，具有较高的适用性。
实施例二
图2为本申请实施例提供的一种信道解码方法的流程示意图，所述信道解码方法，包括以下步骤S201至S202。
S201、获取由如上述实施例所述的信道编码方法生成的码字信息。
S202、对所述码字信息进行解码，得到原发送信息。
本实施例通过的信道解码方法，通过获取由上述实施例所述的信道编码方法生成的码字信息，对所述码字信息进行解码，得到原发送信息，这样通过对编码图周长进行缩放至较小的长度，使编码规则能够在更短的码长内传输更多的信息位，从而提高了编码效率，以及大大降低了传输延迟。同时，在保证编码高效率的同时无需引入更多的冗余信息和更复杂的编码算法，能够有效降低了解码的复杂度，从而提高了解码效率，解决了现有的信道编码技术的数据传输效率及译码效率较低的技术问题。
在一些实施例中，所述对所述码字信息进行解码，得到目标发送信息，包括：
根据所述码字信息，确定编码势能函数；
利用预设的连续时间梯度流模型对所述编码势能函数进行求解，得到原发送信息。
在本实施例中，发射机发射的码字信息为，接收机接收到的码字信息为y，且，其中n为噪声，n满足/>，N表示正态分布，/>表示标准差。
此时，连续时间梯度流模型为以下执行步骤：
定义势能函数为：
其中，为待发送信息（即原发送信息），/>为编码势能函数，，/>和/>为系数，属于自然数，j属于正整数，/>表示正整数集合，/>为发送的信息中第j个码字。
梯度流表示为，对于信息/>，根据梯度流构造微分方程组：
使用欧拉数值计算即可求得，注意/>和/>为已知量。其中，以发送的信息中的两个码字/>，以及接收机接收到的码字信息y中的两个码字/>，/>为例进行说明，参数t表示时间。
因此，本实施例通过在解码过程中结合基于连续时间梯度流的LDPC码解码方式，使用了与梯度下降比特翻转算法中使用的目标函数类似的势能函数，具有较高的解码效率，能以较快速度处理高吞吐量的大规模信号解码。
在本发明的实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“坚直”、“水平”、“中心”、“顶”、“底”、“顶部”、“底部”、“内”、“外”、“内侧”、“外侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。其中，“里侧”是指内部或围起来的区域或空间。“外围”是指某特定部件或特定区域的周围的区域。
在本发明的实施例的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用以描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“组装”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的实施例的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
在本发明的实施例的描述中，需要理解的是，“-”和“~”表示的是两个数值之同的范围，并且该范围包括端点。例如:“A-B”表示大于或等于A，且小于或等于B的范围。“A~B”表示大于或等于A，且小于或等于B的范围。
在本发明的实施例的描述中，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种信道编码方法，其特征在于，包括：
确定待发送信息以及编码参数；
基于所述编码参数，构造编码图及其对应的编码基矩阵；
利用预设的编码策略，将所述编码基矩阵扩展为二进制奇偶校验矩阵，包括：确定预设遍历深度以及预设访问步长；利用第一层循环与第二层循环进行循环，重复执行以下步骤，直至将第一层循环的变量执行至最终值：针对第一层循环，以遍历深度、访问步长为循环变量，直至当前遍历深度小于所述预设遍历深度，且当前访问步长小于所述预设访问步长；针对第二层循环，遍历所述编码基矩阵的列元素，执行以当前遍历深度对所述编码图的图节点进行遍历，并针对于当前遍历深度处其相遇次数达到预设阈值的图节点，标记所述编码图中相应路径的长度达到与当前遍历深度相关的长度阈值的访问，将其存储于记忆列表中，直至将第二层循环的变量遍历至最终值；针对继续第一层循环，执行更新所述遍历深度，并以所标记的访问的总数更新所述访问步长；在当前第一层循环中，遍历各所述访问步长，确定花费和循环偏移矩阵，并利用由所述花费、所述循环偏移矩阵组成的循环位移集合以及所述编码基矩阵，构建二进制奇偶校验矩阵；其中，所述编码策略用以指示针对所述编码图的周长进行缩放；
基于所述二进制奇偶校验矩阵对所述待发送信息进行编码，生成相应的码字信息。
2.根据权利要求1所述的信道编码方法，其特征在于，所述编码参数包括基矩阵元素、子矩阵大小及列权重，所述基于所述编码参数，构造编码图及其对应的编码基矩阵，包括：
初始化编码图节点集合以及编码图边集合；
遍历循环各所述基矩阵元素及所述子矩阵大小，确定由遍历到的校验节点与变量节点组成的矩阵信息，以在所初始化的编码图边集合中插入所述矩阵信息；
遍历循环各基矩阵的列元素、所述子矩阵大小及所述列权重，确定由随机校验节点与最小变量节点所构成的第一边信息以及由基于指定的筛选规则所确定的校验节点与变量节点所构成的第二边信息，以将其插入到当前编码图边集合中；
基于经插入信息的编码图边集合与编码图节点集合形成编码图；
确定与所述编码图对应的编码基矩阵。
3.根据权利要求2所述的信道编码方法，其特征在于，所述遍历循环各所述基矩阵元素及所述子矩阵大小，确定由遍历到的校验节点与变量节点组成的矩阵信息，以在所初始化的编码图边集合中插入所述矩阵信息，包括：
利用外层循环与内层循环进行循环嵌套，重复执行以下步骤，直至将外层循环的变量遍历至最终值：
针对外层循环，遍历各所述基矩阵元素；
针对内层循环，以所述子矩阵大小进行循环移位，执行生成由遍历到的校验节点与变量节点组成的矩阵信息，并将其插入到在所初始化的编码图边集合中。
4.根据权利要求2所述的信道编码方法，其特征在于，所述方法包括确定所述第一边信息，具体如下：
利用第一层循环与第二层循环进行循环嵌套，重复执行以下步骤，直至将第一层循环的变量遍历至最终值：
在第一层循环中，遍历各基矩阵的列元素，执行选择权值最小的校验节点，并将其与变量节点构成边；
在第二层循环中，以所述子矩阵大小为循环条件，进行循环移位，执行确定由随机校验节点与最小变量节点所构成的第一边信息。
5.根据权利要求4所述的信道编码方法，其特征在于，所述方法包括确定所述第二边信息，具体如下：
利用当前第一层循环、当前第二层循环与第三层循环进行循环嵌套，重复执行以下步骤，直至将当前第一层循环的变量遍历至最终值：
针对当前第一层循环，遍历各基矩阵的列元素，将随机校验节点的循环位置进行初始化，以依次遍历，执行选择权值最小的校验节点，并将其与变量节点构成边；
针对当前第二层循环，遍历各所述列权重，执行遍历从变量节点展开的子图所到达的所有校验节点，并将其存储于指定集合中；
从所述指定集合中筛选出权值最小的校验节点作为候选节点，并从其中筛选出符合最短后续循环与最大似然周期的校验节点组织成待定节点集合，使将从所述待定节点集合中随机选取的校验节点与变量节点生成第二边信息；
在第三层循环中，以所述子矩阵大小进行循环移位，执行将当前第二层循环所生成的第二边信息插入到当前编码图边集合中。
6.根据权利要求1所述的信道编码方法，其特征在于，所述在当前第一层循环中，遍历各所述访问步长，确定花费和循环偏移矩阵，包括：
在当前第一层循环中，遍历各所述访问步长，执行将所述记忆列表中当前访问步长所对应的访问映射到访问集合中当前访问步长所对应的行数据，以建立所述访问集合；
基于所遍历的访问步长及对应的遍历深度，计算路径权重，并基于所述路径权重及所述访问集合，确定最小花费；
以及，在当前第一层循环中，再次遍历各所述访问步长，执行基于遍历到的随机偏移信息、所述路径权重及所述访问集合，计算花费；
在所述花费小于所述最小花费时，则确定所述花费为所述最小花费，并基于所述随机偏移信息确定循环偏移矩阵。
7.根据权利要求1所述的信道编码方法，其特征在于，所述方法还包括：
针对非二进制编码，基于所述编码参数中的编码长度与子矩阵大小，确定对应的基矩阵；
构建编码图，并根据所述编码图和所述基矩阵，确定校验矩阵；
遍历所述基矩阵的行元素，循环执行在有限域上随机选择一系列顺序系数序列，并基于所述系列顺序系数序列与所遍历到的行元素，确定待编码信息，直至遍历至最终值；
基于所述校验矩阵及所述待编码信息，对所述待发送信息进行编码，生成相应的码字信息。
8.一种信道解码方法，其特征在于，包括：
获取由如权利要求1至7任一项所述的信道编码方法生成的码字信息；
对所述码字信息进行解码，得到原发送信息。
9.根据权利要求8所述的信道解码方法，其特征在于，所述对所述码字信息进行解码，得到目标发送信息，包括：
根据所述码字信息，确定编码势能函数；
利用预设的连续时间梯度流模型对所述编码势能函数进行求解，得到原发送信息。
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