[發(fā)明專利]一種基于分時的分組馬爾可夫疊加編碼的多碼率碼編碼方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410818403.7
• 申請日: 2014-12-24
• 公開（公告）號: CN104410428A
• 公開（公告）日: 2015-03-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬嘯;胡競男;梁楚龍
• 申請（專利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類號: H03M13/23
• 分類號: H03M13/23;H03M13/09
• 代理公司: 廣州市深研專利事務(wù)所 44229
• 代理人: 陳雅平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于數(shù)字通信和數(shù)字存儲領(lǐng)域，特別涉及一種基于分時的分組馬爾可夫疊加編碼的多碼率碼編碼方法。

背景技術(shù)

在實際的通信系統(tǒng)中，通常需要在一個編譯碼硬件框架下實現(xiàn)不同碼率的幾個糾錯碼，一般把這樣的一組糾錯碼稱作多碼率碼。設(shè)計一對能夠?qū)崿F(xiàn)多種碼率的編譯碼器至少有兩個優(yōu)點：一、減少硬件實現(xiàn)的開銷；二、對于具有變化信道質(zhì)量的系統(tǒng)(如無線通信系統(tǒng))，可以實現(xiàn)自適應(yīng)編碼解調(diào)，從而避免單碼系統(tǒng)帶來的高中斷概率的問題，并且使得稀缺的帶寬資源得到有效的利用。

碼率兼容碼(Rate-Compatible?Codes，RC碼)，是一種較常見的多碼率碼。這一類碼通常由一個母碼進(jìn)行信息位縮短和對校驗位進(jìn)行擴展或打孔而得到。對于碼率兼容碼，不同的碼率的碼長是不一樣的。但是，某些應(yīng)用場景也需要固定碼長的多碼率碼，例如，使用固定子載波數(shù)的正交頻分復(fù)用技術(shù)(Orthogonal?Frequency?Division?Multiplexing，OFDM)的系統(tǒng)和隨著時間增加而信道容量減少的閃存系統(tǒng)。2009年，Casado等人通過對一個母碼的校驗矩陣的行進(jìn)行組合提出了固定碼長的多碼率碼。2012年，Liu等人通過低碼率碼使用高階伽羅華域的方法構(gòu)造了多碼率的多元LDPC碼。2014年,馬嘯等人把n維方陣H定義的多碼率碼作為基本碼構(gòu)造了一種基于分組馬爾可夫疊加編碼的多碼率碼(中山大學(xué)，一種基于分組馬爾可夫疊加編碼的多碼率碼編碼方法[P]：CN103888151A)。

重復(fù)碼和單奇偶校驗碼是最簡單的兩種信道編碼。這兩種碼的性能都較差：重復(fù)編碼在加性高斯白噪聲信道中不能帶來增益；單奇偶校驗碼能夠帶來增益，但由于最小碼字距離只有2，這一類碼的最大漸近增益不會超過10log₁₀(2)≈3.0dB。重復(fù)碼和單奇偶校驗碼的性能雖然比較差，但是由于其結(jié)構(gòu)簡單，編譯碼復(fù)雜度只與碼長成線性增長。通過重復(fù)碼和單奇偶校驗碼的分時編碼，我們可以構(gòu)造一類任意碼率的低譯碼復(fù)雜度的多碼率碼。

分組馬爾可夫疊加編碼(中山大學(xué)，一種分組馬爾可夫疊加編碼方法[P]：CN103152060A)是一種由短碼構(gòu)造大卷積碼的編碼方法，其中，短碼稱為基本碼。分組馬爾可夫疊加編碼的性能下界可以由基本碼的性能及其記憶長度m來界定，對于編碼記憶為m的分組馬爾可夫疊加編碼其誤比特率性能相對于基本碼的誤比特率性能最多可以有10log₁₀(m+1)dB的增益。分組馬爾可夫疊加編碼可以通過一種兩階段譯碼算法(中山大學(xué)，一種關(guān)于分組馬爾可夫疊加編碼的兩階段譯碼算法[P]：CN103944590A)來譯碼。第一階段譯碼如果選擇滑窗迭代譯碼算法并選擇一個合適的滑窗大小d(一般為記憶長度的2到3倍)，這種兩階段譯碼算法可以在高信噪比區(qū)域達(dá)到誤比特率的下界。因而，通過選擇合適的編碼記憶m和滑窗大小d，可以設(shè)計出達(dá)到給定性能要求的分組馬爾可夫疊加編碼系統(tǒng)。

現(xiàn)有的多碼率碼技術(shù)需要復(fù)雜的設(shè)計過程，如設(shè)計多碼率的低密度奇偶校驗碼，需要對其度分布進(jìn)行優(yōu)化。由于設(shè)計過程復(fù)雜，現(xiàn)有設(shè)計的多碼率碼一般只限制在少數(shù)幾個碼率，并且性能較差。

發(fā)明內(nèi)容

針對馬嘯等人提出的由n維方陣H定義、基于分組馬爾可夫疊加編碼的多碼率碼的基本碼的編譯碼復(fù)雜度相對較高(O(nlogn))，本發(fā)明把由重復(fù)碼和單奇偶校驗碼分時編碼定義的多碼率碼作為分組馬爾可夫疊加編碼的基本碼，提供了一種更低編譯碼復(fù)雜度(O(n))的基于分組馬爾可夫疊加編碼的多碼率碼編碼方法。本發(fā)明所提出的多碼率碼，既結(jié)合了重復(fù)碼和單奇偶校驗碼分時編碼的多碼率碼編譯碼復(fù)雜度低、碼率范圍廣的特點，也結(jié)合了馬爾可夫疊加編碼性能優(yōu)越且在高信噪比的誤碼率可以通過下界估計的優(yōu)點，使得提出的多碼率碼設(shè)計簡單、碼率范圍廣、性能優(yōu)越且編譯碼復(fù)雜度低。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種基于分時的分組馬爾可夫疊加編碼的多碼率碼編碼方法，用于將長度K＝(n-2)kBL的二元信息序列u編碼為長度N＝(n-2)nB(L+m_k)的碼字c，其中,n>2，k在集合{1,2,…,n-1}中取值，即碼率集合為{1/n,2/n,…,(n-1)/n}，L為等長(n-2)kB序列分組的數(shù)量，m_k是碼率為k/n的子碼的記憶長度，如圖1所示，其特征在于包括以下步驟：