[發明專利]一種在AWGN信道上的Spinal信源信道聯合譯碼方法

在審

• 申請號: 201710606141.1
• 申請日: 2017-07-24
• 公開（公告）號: CN107566084A
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發明（設計）人: 吳俊;李瑩;任浩琪;崔浩;王睿
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: H04L1/00
• 分類號: H04L1/00
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司31225
• 代理人: 趙繼明

技術領域

本發明涉及一種譯碼方法，尤其涉及一種在AWGN信道上的Spinal信源信道聯合譯碼方法。

背景技術

傳統的數字通信以香農的信源信道分離編碼作為理論基礎。為提高傳輸效率，采用信源編碼將大量數據進行壓縮，信源編碼通常在應用層完成；為提高傳輸質量，采用信道編碼糾正數據在傳輸過程中出現的錯誤，信道編碼通常在物理層完成。因此，物理層有一個約定成俗假設，即所要傳輸的數據已經被壓縮，沒有任何冗余。與這個假設矛盾的是，大量的應用向網絡注入了沒有壓縮的數據，例如電子郵件、網頁以及沒有壓縮的文件等，實際網絡流量中存在著大量的可壓縮數據。在物理層，不同類型的數據混合在一起不易區分，處理單元非常小且無法獲得足夠的統計信息。因此，當前物理層技術不能充分利用數據的冗余信息來提高系統性能。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種在AWGN信道上的Spinal信源信道聯合譯碼方法，Spinal碼是一種接近香農極限的糾錯編碼，采用信源信道聯合編碼的譯碼方式，可同時實現信源壓縮，信道糾錯保護以及無縫碼率自適應。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種在AWGN信道上的Spinal信源信道聯合譯碼方法，包括以下步驟：

S1，采用Spinal編碼方法將信源發出的數據編碼，通過信道發送給譯碼端；

S2，對于二進制等概信源(即二進制信源中比特0和比特1出現的概率相同)，譯碼端采用最大似然法譯碼，對于稀疏信源發出的數據，譯碼端采用代替最大似然法中的歐式距離進行譯碼，其中，σ為信道噪聲功率，pⁱ為信源先驗概率，a為未加噪聲的調制信號點，y為譯碼端接收到的符號，k為子信息塊的長度。

所述的步驟S1具體包括以下步驟：

S11，將編碼塊長度為n bits的信息比特序列M＝b₁b₂...b_n劃分為以k比特為單位的n/k個子信息塊，即

S12，對每個子信息塊應用Hash函數生成長度為v bits的狀態值S_i；

S13，以S_i為隨機數發生器RNG的種子，多批次輸出生成偽隨機序列，運用線性映射函數把該序列映射成c bit的編碼輸出，其中，RNG函數由下式表示：

S14，將同一批次的所有狀態值S_i的輸出符號{x_1,j,x_2,j,…x_i,j…x_n/k,j}組成一個編碼通道，其中下標i表示對應狀態值S_i的序號，下標j表示批次的序號；

S15，將編碼通道上的符號發送到信道中，當第一個通道的符號全部發送后，繼續編碼發送下一個通道的符號，直到發送端接收到譯碼端正確譯碼的反饋信息，或者發送端放棄本信息，發送端才停止發送符號。

所述的步驟S12中，Hash函數的輸入為子信息塊及前一個狀態值S_i-1，初始狀態S₀置0，如下式所示：

h:{0,1}^v×{0,1}^k→{0,1}^v

S₀＝0^v。

所述的步驟S15中，對x_i，j進行以下操作：

其中，P表示發送信號的平均功率，把每條編碼通道上的相鄰兩個u_i,j組成一個復信號發送到信道中。

所述的步驟S15中，每條編碼通道上的數據分為多個子通道發送，每個子通道分配的數據節點互不重復。

所述的步驟S2中，最大似然法譯碼的過程包括：使用與編碼端相同的Hash函數、狀態初始值和隨機數發生器，在譯碼端完整的復現譯碼樹，以狀態初始值為根節點，順序考慮每個子信息塊的所有可能值，依次窮舉，最后從根節點遍歷至葉節點，計算接收到的符號與所有可能的信源比特產生的編碼后符號的歐式距離，歐式距離最小的路徑即為譯碼結果。

所述的步驟S2中，在稀疏信源的譯碼過程中，在譯碼端復現譯碼樹的某一級開始，只保留該級節點中譯碼開銷和最大的B條路徑，后續的每一級擴展，只計算B·2^k個子節點的譯碼開銷，并繼續保留最大的B條路徑，以此類推，最后只保留B條路徑，譯碼開銷最大的一條路徑即為譯碼結果。