一種基于分組馬爾可夫疊加傳輸的系統化編碼方法
【專利摘要】本發明屬于數字通信和數字存儲領域，公開了一種基于分組馬爾可夫疊加傳輸的系統編碼方法，包括以下步驟：一、將長度為kL的信息序列u劃分為L個等長分組u＝(u(0),u(1),…,u(L?1))；對于t＝?1,?2,…,?(m?1),?m時刻，把長度為k的序列初始化。二、在t＝0,1,…,L?1時刻，首先重復u(t)N次，設置時，設置然后結合計算子序列最后構成了碼字c的第t個子序列。本發明方法步驟簡單，實現方便，復雜度低，適用于(0,1)之間任何碼率，同時，系統的編碼也使得信息序列可以從碼字中直接獲得，最后，可以實現效率、性能之間和復雜度之間的折衷。
【專利說明】
一種基于分組馬爾可夫疊加傳輸的系統化編碼方法
技術領域
[0001] 本發明屬于數字通信和數字存儲領域，特別涉及一種基于分組馬爾可夫疊加傳輸 的系統編碼方法。
【背景技術】
[0002] 自從Turbo碼的發明和低密度奇偶校驗碼(LDPC)碼的重新發現之后，構造一個好 的編碼方法成為了本領域的一個熱門研究話題。最近的研究成果包括極化碼的發明和空間 耦合低密度奇偶校驗碼(SC-LDPC)碼的蓬勃發展，均表明對于無記憶的輸入輸出對稱信道， 香農限是可達到的。盡管如此，我們仍希望得到更加靈活的構造方法。尤其是在實際中，我 們想設計一種既能夠適用于很寬的碼率范圍，同時又可以保持相同的編譯碼硬件模塊的編 碼方法。碼率兼容碼(Rate-Compatible Codes，RC碼），是一種常見的多碼率碼。這一類碼通 常由一個母碼進行信息位縮短和對校驗位進行擴展或打孔而得到。對于碼率兼容碼，不同 碼率的碼長是不一樣的。舉例來說，我們對一個碼率很低的母碼進行打孔，從而實現更高的 碼率。然而，有限碼長、高碼率的打孔碼可能比獨立編碼性能差。為了克服這一點，可以通過 擴展的碼率適應碼來實現，舉例來說就是擴展一個高碼率碼的校驗矩陣來得到低碼率碼。 無論是打孔還是擴展都是復雜的，因此我們都還是需要優化的。
[0003] 分組馬爾可夫疊加編碼（中山大學，一種分組馬爾可夫疊加編碼方法[P]: CN103152060A)是一種由短碼構造的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編碼記憶長度m來界定，對于編碼記 憶長度為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101〇g 1Q(m+l)dB的增益。分組馬爾可夫疊加編碼可以通過一種兩階段的譯碼算法（中山 大學，一種關于分組馬爾可夫疊加編碼的兩階段譯碼算法[P]:CN103944590A)來譯碼。分組 馬爾可夫疊加編碼是靈活的，可以適用于(〇，1)之間任何碼率（中山大學，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)。
[0004] 但是，傳統的分組馬爾可夫疊加編碼既不是系統的，也不是碼率兼容的。而且，由 于錯誤傳播，傳統的分組馬爾可夫疊加編碼在塊衰落信道性能偏差。值得注意的是，系統碼 在實際中是更加具有吸引力的，因為信息可以直接從碼字中得到。

【發明內容】

[0005] 本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種基于分組 馬爾可夫疊加傳輸的系統編碼方法，其方法步驟簡單，實現方便，復雜度低，適用于(〇，1)之 間任何碼率，同時，系統的編碼也使得信息序列可以從碼字中直接獲得，最后，可以實現效 率、性能和復雜度之間的折衷。
[0006] 解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是:一種基于分組馬爾可夫疊加傳輸 的系統編碼方法，其特征在于該方案包括以下步驟：
[0007] (1)將長度為kL的信息序列^劃分為L個等長分組^^(^^'…，^^。，設置記 憶長度m為大于或等于1的正整數，對于〖=-1，-2，~，-〇11-1)，-111時刻，把長度為1^的序列 :^ 初始化。
[0008] (2)在t = 0，l，…，L-1時刻，首先重復H(t)N次，其中N為大于1的正整數；設置 4)4/)，對于1幻^^-1，設置：^)=：，，然后結合;^ 1),;^2)，~,#-")計算子序列￡；'最后
構成了碼字g的第t個子序列。其中，長度為k-kP的序列&\是 對長度為序列的kP個位置隨機打孔獲得。計算按如下步驟進行：
[0009] (2a)對于將序列η"送入第（i，j)個交織器Π^，得到交織后的長度為k 的序列
[0010] (2b)計j
連加運算"Σ"按逐比特模2運算法則運算。
[0011]上述的編碼方法，步驟(2)中，設置參數kP，當kP = 0時獲得的系統碼的碼率為
當o<kP<k時獲得的系統碼的碼率） |，打孔比例沒=t。 K
[0012] 上述的編碼方法，步驟(2a)中，交織器n^(0<i<N-l，0<j<m)是任意類型的交 織器。
[0013] 上述的編碼方法，在步驟(2)之后，為了獲得更好的性能，可增加以下步驟:在t = L，L+l，~，L+m-l時刻，設置H(t)=^，循環步驟(2)，計算出并把^ (t)的校驗部分作為t時 刻的發送序列。
[0014] 本發明與現有技術相比具有以下優點：
[0015] 1、本發明方法步驟簡單，復雜度低，實現方便，可使用與原有系統相同的編譯碼硬 件模塊，便于推廣使用。
[0016] 2、本發明在一個碼率很廣的范圍內表現很好，并適用于(0，1)之間任何碼率。
[0017] 3、本發明采用系統化的編碼，信息序列可從碼字中直接獲得。
[0018] 4、本發明提供了一種效率、性能和復雜度的折中，可為運營商和用戶提供多樣的 可選擇的服務。
[0019] 綜上所述，本發明方法步驟簡單，實現方便，復雜度低，適用于（0，1)之間任何碼 率，同時，系統的編碼也使得信息序列可以從碼字中直接獲得，最后，可以實現效率、性能之 間和復雜度之間的折衷。
[0020] 下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細敘述。
【附圖說明】
[0021] 圖1為本發明的編碼框圖。
[0022] 圖2為本發明使用k = 500的碼率兼容碼在BPSK-AWGN信道上的BER性能曲線。
[0023]圖3為本發明使用k = 500的碼率兼容碼在BPSK-AWGN信道上與香農限的關系曲線。
【具體實施方式】
[0024] 實施例1
[0025] 參照圖1，長度為kL = 500X500的二元信息序列^劃分為L = 500個等長分組 ⑶，Ηω，…，H(49，，每個分組長度為k = 500。編碼后的碼，…4(499, €長? 為虬+讓0-1)(1^111)-1^(1^111)=5〇〇\5〇〇+5〇〇0-1)(5〇〇+111)-1^(5〇〇+111)，其中叱111，1^采用如 下 10種組合：{N=2，m=40，kP = 375}，{N=2，m=24，kP = 250}，{N = 2，m=19，kP=125}，{N = 2，m=16，kP = 0}，{N=3，m=15，kP = 250}，{N=3，m=14，kP = 0}，{N = 4，m=14，kP = 250}，{N = 4，m=14，kP = 0}，{N = 5，m=13，kP = 0}，{N = 6，m=13，kP = 0}。獲得的碼對應的碼率分別 為0·7874,0·6562，0· 5623，0·4921，0·3929,0· 3272，0· 2801，0· 2449，0· 1959，0· 1631。如圖 1 所示，具體的編碼步驟如下：
[0026] (1)將長度為kL = 500 X 500的二元信息序列η劃分為500個等長分組(H(Q)，Η (1)，…，?(499))，同時在t<〇時刻，把長度為500的序列f初始化為全零序列，即設置if =Q。
[0027] (2)在t = 0，1，…，499時刻，首先重復#)Ν次，設置#二，對于1彡i彡N-1，設置 # ，并結合…，f 4十算子序列f，最后在長度為k的#,序列的kP個位置 隨機打孔，得到長度為k-kP的序列，托
?乍為t時刻發送的序列。 其中，計算按如下步驟進行：
[0028] (2a)對于將序列f >送入第（i，j)個交織器Π^，得到交織后的長度為k 的序列;
[0029] (213)計#，連加運算"Σ"按逐比特模2運算法則運算。
[0030] (3)在t = 500，501
，…，499+m時刻，設置H(t) =1循環步驟(2)，計算出2(t)，并把2(t) 的校驗部分作為t時刻的發送序列。
[0031] 仿真結果見圖2和圖3。從圖2可見，不同碼率的碼率兼容碼在低SNR區域，BER性能 曲線與不編碼基本一樣。從圖3可見，不同碼率的碼率兼容碼都在距離香農限l.OdB以內達 至lJl(T 5的誤比特率。隨著碼率的減少，碼的性能與香農限的距離減少。
[0032] 以上所述，僅是本發明的較佳實施例，并非對本發明作任何限制，凡是根據本發明 技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬于本發明技 術方案的保護范圍內。
【主權項】
1. 一種基于分組馬爾可夫疊加傳輸的系統編碼方法，其特征在于該方法包括以下步 驟： (1) 將長度為kL的信息序列H劃分為L個等長分組設置編碼記 憶長度m為大于或等于1的正整數，對于〖=-1，-2，一，-(111-1)，-111時刻，把長度為1^的序列# ) 初始化； (2) 在t = 0，l，"_，L-l時刻，首先重復H(t)N次，其中N為大于1的正整數;設置gf =，，對 于1<1^^-1，設置#) = !^，然后結合;^'1，廣2),~,}^? )計算子序列€、最后勾成了碼字^的第t個子序列，其中，長度為k-kP的序列2^是 對長度為k的序列的kPf位置隨機打孔獲得； 其中，所述步驟⑵中計算# "心名漢按如下步驟進行： (2a)對于K j<m，將序列送入第(i，j)個交織器II1,」，得到交織后的長度為k的序 列 Iif.7' (2b)計〗連加運算" Σ "按逐比特模2運算法則運算。2. 根據權利要求1所述的一種基于分組馬爾可夫疊加傳輸的系統編碼方法，其特征在 于:所述步驟⑵中，設置參數kP，當kP = 0時獲得的系統碼的碼率為當0<kp<k時獲得的 M 系統碼的碼23. 根據權利要求1所述的一種基于分組馬爾可夫疊加傳輸的系統編碼方法，其特征在 于:步驟(2a)中的交織器Π ^(0彡i彡N-I，0彡j彡m)是任意類型的交織器。4. 根據權利要求1所述的一種基于分組馬爾可夫疊加傳輸的系統編碼方法，其特征在 于:該編碼方法還包括以下步驟，所述的步驟(2)之后，在t = L，L+l，…，L+m-1時刻，設置H(t) =g，循環步驟(2)，計算出￡(t)，并把￡(t)的校驗部分作為t時刻的發送序列。
【文檔編號】H03M13/29GK105897279SQ201610190446
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年3月29日
【發明人】馬嘯, 黃科超, 王千帆
【申請人】中山大學