一種基于分時(shí)的分組馬爾可夫疊加編碼的多碼率碼編碼方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于數(shù)字通信和數(shù)字存儲(chǔ)領(lǐng)域，特別涉及一種基于分時(shí)的分組馬爾可夫疊加編碼的多碼率碼編碼方法，用于將長(zhǎng)度K＝(n-2)kBL的二元信息序列u編碼為長(zhǎng)度N＝(n-2)nB(L+mk)的碼字c其中，n>2，k取值{1,2,…,n-1}，即碼率集合為{1/n,2/n,…,(n-1)/n}，L為等長(zhǎng)(n-2)kB序列分組的數(shù)量，mk是碼率為k/n的子碼的記憶長(zhǎng)度，編碼器記憶長(zhǎng)度為包含以下步驟：首先，信息序列u劃分為L(zhǎng)個(gè)等長(zhǎng)分組u=(u(0)，u(1)，…，u(L-1))，對(duì)于t＝-1,-2,…,-(mk-1),-mk，把長(zhǎng)度為(n-2)nB的序列v(t)初始化；然后，在t＝0,1,…,L-1時(shí)刻，將長(zhǎng)度為(n-2)kB的序列分成B組進(jìn)行[n,1]重復(fù)碼和[n,n-1]單奇偶校驗(yàn)碼分時(shí)編碼，得到長(zhǎng)度為(n-2)nB的編碼序列并結(jié)合計(jì)算碼字c的第t個(gè)子序列c(t)。本發(fā)明提出的基于分時(shí)的多碼率碼設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、碼率范圍廣、譯碼復(fù)雜度低且性能優(yōu)越。
【專(zhuān)利說(shuō)明】-種基于分時(shí)的分組馬爾可夫疊加編碼的多碼率碼編碼方 法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于數(shù)字通信和數(shù)字存儲(chǔ)領(lǐng)域，特別涉及一種基于分時(shí)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)】
[0002] 在實(shí)際的通信系統(tǒng)中，通常需要在一個(gè)編譯碼硬件框架下實(shí)現(xiàn)不同碼率的幾個(gè)糾 錯(cuò)碼，一般把這樣的一組糾錯(cuò)碼稱作多碼率碼。設(shè)計(jì)一對(duì)能夠?qū)崿F(xiàn)多種碼率的編譯碼器至 少有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一、減少硬件實(shí)現(xiàn)的開(kāi)銷(xiāo)；二、對(duì)于具有變化信道質(zhì)量的系統(tǒng)（如無(wú)線通信 系統(tǒng)），可以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)編碼解調(diào)，從而避免單碼系統(tǒng)帶來(lái)的高中斷概率的問(wèn)題，并且使得 稀缺的帶寬資源得到有效的利用。
[0003] 碼率兼容碼（Rate-CompatibleCodes,RC碼），是一種較常見(jiàn)的多碼率碼。這一類(lèi) 碼通常由一個(gè)母碼進(jìn)行信息位縮短和對(duì)校驗(yàn)位進(jìn)行擴(kuò)展或打孔而得到。對(duì)于碼率兼容碼， 不同的碼率的碼長(zhǎng)是不一樣的。但是，某些應(yīng)用場(chǎng)景也需要固定碼長(zhǎng)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)（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing, OFDM)的系統(tǒng)和隨著時(shí)間增加而信道容量減少的閃存系統(tǒng)。2009年，Casado等人通過(guò)對(duì)一 個(gè)母碼的校驗(yàn)矩陣的行進(jìn)行組合提出了固定碼長(zhǎng)的多碼率碼。2012年，Liu等人通過(guò)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)。
[0004] 重復(fù)碼和單奇偶校驗(yàn)碼是最簡(jiǎn)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(lái)增益；單奇偶校驗(yàn)碼能夠帶來(lái)增益，但由于最小碼 字距離只有2,這一類(lèi)碼的最大漸近增益不會(huì)超過(guò)101og1(l(2)?3.0dB。重復(fù)碼和單奇偶 校驗(yàn)碼的性能雖然比較差，但是由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，編譯碼復(fù)雜度只與碼長(zhǎng)成線性增長(zhǎng)。通過(guò) 重復(fù)碼和單奇偶校驗(yàn)碼的分時(shí)編碼，我們可以構(gòu)造一類(lèi)任意碼率的低譯碼復(fù)雜度的多碼率 碼。
[0005] 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(zhǎng)度m來(lái)界定，對(duì)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(duì)于基本碼的誤比特率性能最多可以有 101og1(l (m+1)dB的增益。分組馬爾可夫疊加編碼可以通過(guò)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(lái)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(gè)合適的滑窗大小d(-般為記憶長(zhǎng)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(guò)選擇合適 的編碼記憶m和滑窗大小d，可以設(shè)計(jì)出達(dá)到給定性能要求的分組馬爾可夫疊加編碼系統(tǒng)。
[0006] 現(xiàn)有的多碼率碼技術(shù)需要復(fù)雜的設(shè)計(jì)過(guò)程，如設(shè)計(jì)多碼率的低密度奇偶校驗(yàn)碼， 需要對(duì)其度分布進(jìn)行優(yōu)化。由于設(shè)計(jì)過(guò)程復(fù)雜，現(xiàn)有設(shè)計(jì)的多碼率碼一般只限制在少數(shù)幾 個(gè)碼率，并且性能較差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對(duì)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(duì)較高（O(nlogn))，本發(fā)明把由重復(fù)碼和單奇偶校驗(yàn)碼分時(shí) 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 (〇(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(yàn)碼分時(shí)編碼的多碼率碼編譯碼復(fù)雜度低、碼率范圍廣的特點(diǎn)， 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(guò)下界估計(jì)的優(yōu)點(diǎn)，使 得提出的多碼率碼設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、碼率范圍廣、性能優(yōu)越且編譯碼復(fù)雜度低。
[0008] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種基于分時(shí)的分組馬爾可夫疊加編碼 的多碼率碼編碼方法，用于將長(zhǎng)度K= (n-2)kBL的二元信息序列u編碼為長(zhǎng)度N= (n-2) nB(L+mk)的碼字￡，其中，n>2,k在集合{1，2,…，n-1}中取值，即碼率集合為{l/n，2/ n，…，（n-1) /n}，L為等長(zhǎng)（n-2)kB序列分組的數(shù)量，mk是碼率為k/n的子碼的記憶長(zhǎng)度，如 圖1所示，其特征在于包括以下步驟：
[0009] ⑴信息序列u劃分為L(zhǎng)個(gè)等長(zhǎng)分組uii(1)，…，,4)，對(duì)于t =-1，-2,…，-(mk-l)，-mk，把長(zhǎng)度為（n-2)nB的序列i(t)初始化為全零序列，即設(shè)置z(t)= 〇 ； _〇] (2)在t= 0, 1，…，L-1時(shí)亥|J，將長(zhǎng)度為（n-2)kB的序列

【權(quán)利要求】
1. 一種基于分時(shí)的分組馬爾可夫疊加編碼的多碼率碼編碼方法，用于將長(zhǎng)度K= (n-2)kBL的二元信息序列u編碼為長(zhǎng)度N= (n-2)nB(L+mk)的碼字￡，其中n>2,k在集合 {1，2,…，n-1}中取值，即碼率集合為{l/n，2/n，…，（n-l)/n}，L為等長(zhǎng)（n-2)kB序列分組 的數(shù)量，mk是碼率為k/n的子碼的記憶長(zhǎng)度，編碼器記憶長(zhǎng)度為《 = '其特征在于 包含以下步驟： ⑴信息序列M劃分為L(zhǎng)個(gè)等長(zhǎng)分組M …，gw)，對(duì)于t =-1，-2,…，-(mk-l)，-mk,把長(zhǎng)度為（n-2)nB的序列z(t)初始化； (2)在t= 0, 1，…，L-1時(shí)亥IJ，將長(zhǎng)度為（n-2)kB的序列
分成B組進(jìn)行[n，l]重復(fù)碼和[n，n-1]單奇偶校驗(yàn) 碼分時(shí)編碼，得到長(zhǎng)度為（n_2)nB的編碼序列
《并結(jié)合
計(jì)算碼字￡的第t個(gè)子序列￡(t)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分時(shí)的分組馬爾可夫疊加編碼的多碼率碼編碼方法，其 特征在于：所述的記憶長(zhǎng)度％是任意給定的。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分時(shí)的分組馬爾可夫疊加編碼的多碼率碼編碼方法， 其特征在于：所述的將長(zhǎng)度為（n-2)kB的序列
分成B組 進(jìn)行[n，1]重復(fù)碼和[n，n-1]單奇偶校驗(yàn)碼分時(shí)編碼，得到長(zhǎng)度為（n-2)nB的編碼序列
，由以下子步驟組成： (1)對(duì)序列
中每（n-2)k個(gè)比特分 成R，S兩份，R的長(zhǎng)度為a=n-k-1，S的長(zhǎng)度為@ (n_l) = (k_l) (n_l)，即
的每個(gè)比特進(jìn)行[n，1]重復(fù)碼編碼，得到長(zhǎng)度為an= (n-k-l)n的編碼序列
⑶對(duì)于i= 〇, 1，…，B-1，
的每n-1個(gè)比特進(jìn)行 [n，n-l]單奇偶校驗(yàn)碼編碼，得到長(zhǎng)度為Pn= (k-l)n的編碼序列
其中，
」_ = 〇，1，"％3-1，連加運(yùn)算"乙"按模2運(yùn) 算法則運(yùn)算； (4)編碼序列為
【文檔編號(hào)】H03M13/23GK104410428SQ201410818403
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月24日
【發(fā)明者】馬嘯, 胡競(jìng)男, 梁楚龍 申請(qǐng)人:中山大學(xué)