[發(fā)明專利]一種二進(jìn)制無速率碼的編碼和譯碼方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210398085.4
• 申請(qǐng)日: 2012-10-18
• 公開（公告）號(hào): CN102891737A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林燈生;章新城;肖鳴;李少謙
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L1/00
• 分類號(hào): H04L1/00
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專利中心 51203
• 代理人: 張楊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，特別涉及一種降低復(fù)雜度的信道編碼和譯碼方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

近年來，隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)于傳輸容量和傳輸距離的需求也不斷的增長(zhǎng)。數(shù)據(jù)在傳輸過程中，會(huì)由于受到各種噪聲和衰落的影響而產(chǎn)生錯(cuò)誤，為保證通信的質(zhì)量和效率，必須對(duì)這些錯(cuò)誤進(jìn)行有效控制和糾正。其中較常見的方法是前向糾錯(cuò)（FEC）和反饋重傳（ARQ）等方法。

在前向糾錯(cuò)的編碼方式中，譯碼器不僅可以自動(dòng)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，而且還能對(duì)碼字中存在的錯(cuò)誤在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行糾錯(cuò)。常見的前向糾錯(cuò)碼有里德-所羅門（Reed-Solomon）碼、卷積碼、Turbo碼以及低密度奇偶校驗(yàn)碼（LDPC）等。對(duì)于近期發(fā)展速度較快的Turbo碼和LDPC具有單向傳輸、不需反饋，能根據(jù)碼的規(guī)律性自動(dòng)糾正錯(cuò)誤，糾錯(cuò)迅速，糾錯(cuò)能力非常強(qiáng)的特點(diǎn)。但是由于前向糾錯(cuò)碼的編、譯碼結(jié)構(gòu)復(fù)雜，效率低，一般僅用在通信物理層作為幀內(nèi)的比特級(jí)糾錯(cuò)。

為了保證通信系統(tǒng)傳輸?shù)目煽啃裕瑑H采用前向糾錯(cuò)碼無法保證譯碼后的數(shù)據(jù)是否完全正確，為此，需要采用幀級(jí)別的糾錯(cuò)技術(shù)，最常見最容易的方法是ARQ技術(shù)。ARQ技術(shù)實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單，但缺點(diǎn)是需要反饋信道，而且每收到一個(gè)錯(cuò)誤幀就需反饋一次。而近期開發(fā)出的另外一類被稱為“無速率”碼的幀級(jí)別碼，則不需要大量的反饋，而只需要接收完一系列數(shù)據(jù)幀后反饋一次，因而相對(duì)于ARQ技術(shù)，能大量降低反饋需求量。

目前常見的無速率碼包括：LT(Luby?Transform)碼、Raptor碼以及二進(jìn)制確定無速率碼(Binary?Deterministic?Rateless?codes,BDRC)等。LT、Raptor碼由于采用隨機(jī)編碼方法，理論上已證明，這兩種碼的性能只有當(dāng)參與編碼的幀數(shù)非常多時(shí)，才能達(dá)到理論的最優(yōu)性能，而對(duì)于一般數(shù)量的參與編碼幀數(shù)時(shí)，則性能較差。而BDRC碼則已在理論上證明其性能不論參與編碼幀數(shù)為多少都能達(dá)到理論上最優(yōu)性能。但BDRC碼由于譯碼方法中要對(duì)一個(gè)大的稀疏矩陣求逆，盡管求逆過程可以利用稀疏矩陣特性進(jìn)行一定程度地簡(jiǎn)化，但其實(shí)現(xiàn)過程的復(fù)雜度仍然過高，不利于在實(shí)際系統(tǒng)中應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的發(fā)明目的在于：針對(duì)上述現(xiàn)有BDRC碼的編碼方式存在的問題，提出一種改進(jìn)的BDRC編碼方法，在未對(duì)BDRC碼本身的性能產(chǎn)生影響的前提下，能大大地減少譯碼過程的復(fù)雜度。

本發(fā)明的BDRC編碼方法包括下列步驟：

將長(zhǎng)為P的K個(gè)待編原始碼數(shù)據(jù)包的等分成T個(gè)原始數(shù)據(jù)塊，每個(gè)原始數(shù)據(jù)塊的長(zhǎng)度為p=P/T，所述原始數(shù)據(jù)塊按T行K列放置；

依次將每行原始數(shù)據(jù)塊送入二進(jìn)制無速率碼編碼器進(jìn)行編碼，每行產(chǎn)生M個(gè)冗余塊，則每行共有N個(gè)編碼塊，N=K+M，且p≥N-1；

所述編碼塊按T行N列放置，每列編碼塊組成一個(gè)編碼包；依次對(duì)N個(gè)編碼包進(jìn)行組幀構(gòu)成編碼幀，并為每個(gè)編碼幀加入幀識(shí)別號(hào)和幀校驗(yàn)序列。

上述步驟中，將每行原始數(shù)據(jù)塊進(jìn)行BDRC編碼的過程為現(xiàn)有常規(guī)BDRC編碼過程，產(chǎn)生M個(gè)冗余塊的過程，具體過程可描述為：在每一個(gè)原始數(shù)據(jù)塊的尾部附加一個(gè)比特“0”得到一組臨時(shí)塊，然后對(duì)每一個(gè)臨時(shí)塊在塊內(nèi)進(jìn)行循環(huán)移位得到另外一組臨時(shí)塊，移位次數(shù)為原始數(shù)據(jù)塊幀號(hào)減1與當(dāng)前編碼塊幀號(hào)減1的乘積與塊長(zhǎng)p加1的取模后得到的數(shù)值，之后將該臨時(shí)塊去掉最后一個(gè)比特得到新一組臨時(shí)塊，最后將全部的最新臨時(shí)塊進(jìn)行異或處理，得到一個(gè)當(dāng)前幀號(hào)的冗余塊,重復(fù)該過程，可以得到所有M個(gè)冗余塊；常規(guī)的BDRC編碼過程也可以用矩陣方式來表示：K個(gè)原始數(shù)據(jù)塊組成一個(gè)長(zhǎng)為K×p行向量乘以一個(gè)由編碼規(guī)則確定的行為K×p、列為M×p的二元域的生成矩陣，得到一個(gè)長(zhǎng)為M×p的列向量，該列向量包含了M個(gè)長(zhǎng)為p的冗余塊，而且該生成矩陣還是一個(gè)由K×M個(gè)分塊且每個(gè)分塊矩陣為p×p方陣組成的分塊矩陣。

本發(fā)明的BDRC編碼方法從降低BDRC碼的譯碼器求逆復(fù)雜度的角度出發(fā)，通過將編碼前的原始數(shù)據(jù)包細(xì)分成多個(gè)等長(zhǎng)的原始數(shù)據(jù)塊，然后再進(jìn)行BDRC編碼，進(jìn)而降低了編碼生成矩陣的階數(shù)，從而有效降低了譯碼時(shí)對(duì)矩陣求逆的復(fù)雜度，加上降低了BDRC編碼過程本身的復(fù)雜度，即在未對(duì)BDRC碼本身的性能產(chǎn)生影響的情況下，能大大地減少編碼和譯碼過程的復(fù)雜度。

優(yōu)選的，在每個(gè)的編碼幀的頭部插入幀識(shí)別號(hào)和/或每個(gè)的編碼幀的尾部插入幀校驗(yàn)序列。

對(duì)應(yīng)本發(fā)明改進(jìn)的BDRC編碼方法，本發(fā)明還公開了一種二進(jìn)制無速率碼的譯碼方法，其特征在于，包括下列步驟：

將收到的K個(gè)編碼包等分成T組編碼塊，每組包含K個(gè)編碼塊；