本發(fā)明屬于數(shù)字通信差錯(cuò)控制編碼領(lǐng)域，尤其涉及一種采用迭代譯碼的糾正同步錯(cuò)誤的級(jí)聯(lián)碼方法。

背景技術(shù)：

在數(shù)字通信系統(tǒng)中，同步是信息可靠傳輸?shù)闹匾獥l件。但是由于同步系統(tǒng)的缺陷，在信息傳輸?shù)倪^(guò)程中會(huì)發(fā)生傳輸符號(hào)的插入(Insertion)與刪節(jié)(Deletion)錯(cuò)誤，這兩類錯(cuò)誤統(tǒng)稱為同步錯(cuò)誤。同步錯(cuò)誤會(huì)造成嚴(yán)重的突發(fā)錯(cuò)誤，例如單個(gè)的突發(fā)錯(cuò)誤也會(huì)造成整個(gè)傳輸數(shù)據(jù)幀的出錯(cuò)；同步錯(cuò)誤還會(huì)造成分組傳輸?shù)倪吔鐏G失，無(wú)法采用傳統(tǒng)的基于數(shù)據(jù)分組的傳輸方法。因此設(shè)計(jì)能夠糾正插入/刪節(jié)錯(cuò)誤也即同步錯(cuò)誤的編碼方案具有重要的應(yīng)用價(jià)值。插入與刪節(jié)錯(cuò)誤可能由于采樣時(shí)鐘的抖動(dòng)造成；在一些可變符號(hào)長(zhǎng)度的傳輸系統(tǒng)中，符號(hào)檢測(cè)錯(cuò)誤也會(huì)造成符號(hào)的插入或者刪節(jié)；在一些特殊類型的磁存儲(chǔ)系統(tǒng)中也存在類似的問(wèn)題。

目前，針對(duì)同步錯(cuò)誤信道提出的基于級(jí)聯(lián)碼的編譯碼方案被認(rèn)為是最有潛力的處理方法。其主要思想是將一個(gè)可幫助接收端識(shí)別同步錯(cuò)誤的內(nèi)碼與一個(gè)具有較好糾正替代錯(cuò)誤能力的外碼級(jí)聯(lián)，達(dá)到有效識(shí)別同步錯(cuò)誤并糾正替代錯(cuò)誤的目的。在Davey和Mackay提出的級(jí)聯(lián)方案中，采用的內(nèi)碼為水印碼，外碼為非二進(jìn)制低密度奇偶校驗(yàn)碼(Non-Binary Low-Density Parity-Check，NB-LDPC)。在接收端，內(nèi)譯碼算法的輸入為接收序列，采用基于隱式馬爾可夫模型的前向-后向算法，識(shí)別同步錯(cuò)誤發(fā)生的位置，并輸出外碼的每一個(gè)符號(hào)取q個(gè)值對(duì)應(yīng)的似然信息。外譯碼算法的輸入為內(nèi)譯碼器輸出的似然信息，采用NB-LDPC碼的基于對(duì)數(shù)域的和積譯碼算法，糾正接收序列中的同步錯(cuò)誤及替代錯(cuò)誤，輸出發(fā)送信息向量的估計(jì)值。

為提高Davey和Mackay提出的級(jí)聯(lián)方案的比特級(jí)前后向譯碼算法的性能，本發(fā)明提出了一種迭代譯碼方案。在該譯碼方案中，內(nèi)譯碼器利用外譯碼器的輸出譯碼結(jié)果與比特錯(cuò)誤概率，更新前、后向度量值。由于內(nèi)譯碼器獲得的已知信息更完善，概率再同步過(guò)程更加有效，輸出信息更精確，進(jìn)而提升了譯碼算法的整體糾錯(cuò)能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種采用迭代譯碼的糾正同步錯(cuò)誤的級(jí)聯(lián)碼方法，本發(fā)明利用外譯碼器的輸出軟信息，進(jìn)一步提高了譯碼器的整體糾錯(cuò)能力。

一種采用決迭代譯碼的糾正同步錯(cuò)誤的級(jí)聯(lián)碼方法，所述方法包括以下步驟：

(1)采用非二進(jìn)制低密度奇偶校驗(yàn)碼對(duì)信息序列m進(jìn)行外編碼，生成碼字d；將碼字d映射為稀疏向量s；將稀疏序列s與水印序列w進(jìn)行模2相加，得到發(fā)送序列t；

(2)發(fā)送序列t經(jīng)過(guò)插入/刪節(jié)替代信道，得到接收序列r；

(3)接收序列r經(jīng)過(guò)比特級(jí)軟判決迭代譯碼，得到信息序列估計(jì)值

所述接收序列r經(jīng)過(guò)比特級(jí)迭代譯碼，得到信息序列的估計(jì)值的步驟具體為：

(3.1)初始化整體迭代次數(shù)δ，第0位的前向度量第N+5y_max位的后向度量稀疏比特稀疏序列估計(jì)與真實(shí)序列s相比較的平均比特錯(cuò)誤概率f⁽⁰⁾，其中，y為同步漂移，y_max為最大漂移量，N為碼字d的長(zhǎng)度，j為稀疏序列中的位置，且0≤j＜N，變量上標(biāo)括號(hào)中標(biāo)注的是當(dāng)前整體迭代次數(shù)；

(3.2)計(jì)算中間度量值

其中，d_i為碼字d中第i個(gè)符號(hào)，n為d_i對(duì)應(yīng)稀疏串的長(zhǎng)度，i_-＝ni，y_{i_}為d_i對(duì)應(yīng)稀疏串起始位置的同步漂移狀態(tài)，y_{i_+k}為d_i對(duì)應(yīng)稀疏串第k個(gè)位置的同步漂移狀態(tài)，且0≤k＜n，r⁰表示接收比特矢量y,a,z均為漂移狀態(tài)，且y,a,z∈Y，每個(gè)時(shí)刻的狀態(tài)集合Y：＝{-y_max,...,-2,-1,0,1,2,...,y_max}，I為最大插入長(zhǎng)度，P_a,y為狀態(tài)a到狀態(tài)y的轉(zhuǎn)移概率，為在狀態(tài)a轉(zhuǎn)移到狀態(tài)y的條件下產(chǎn)生當(dāng)前接收子序列的條件概率；

(3.3)計(jì)算后向度量值

其中，0≤j＜N，y，b為漂移狀態(tài)，且y,b∈Y，r_j+y為第j+y個(gè)接收比特，為第δ次迭代過(guò)程中第j個(gè)接收比特的估計(jì)值，w_j第j個(gè)水印比特，第δ次迭代過(guò)程中第j個(gè)稀疏比特的估計(jì)值，為第δ次迭代過(guò)程中狀態(tài)y到狀態(tài)b的轉(zhuǎn)移概率，為第δ次迭代過(guò)程中第j時(shí)刻在狀態(tài)y轉(zhuǎn)移到狀態(tài)b的條件下產(chǎn)生當(dāng)前接收子序列的條件概率；

(3.4)計(jì)算前向度量值

(3.5)計(jì)算水印譯碼器傳遞給非二進(jìn)制低密度奇偶校驗(yàn)碼譯碼器的外信息

其中，λ∈GF(q)/0；

(3.6)采用非二進(jìn)制低密度奇偶校驗(yàn)碼的對(duì)數(shù)域置信度傳播譯碼算法進(jìn)行譯碼，若硬判決后的稀疏序列估計(jì)滿足校驗(yàn)方程，輸出否則執(zhí)行步驟(3.7)；

(3.7)δ增加1，當(dāng)δ＜δ_max時(shí)，更新硬判決后的稀疏序列估計(jì)及平均比特錯(cuò)誤概率估計(jì)，重復(fù)步驟(3.2)～(3.7)，否則輸出信息序列的估計(jì)值其中，δ_max為整體最大迭代次數(shù)。

所述步驟(3.1)初始化具體為：

(3.1.1)令整體迭代次數(shù)δ＝0；

(3.1.2)計(jì)算前向度量值和后向度量值(y)＝1/Y，y∈Y，其中漂移狀態(tài)數(shù)Y＝2y_max+1；令稀疏比特0≤j＜N；令f⁽⁰⁾＝0.3125。

所述步驟(3.2)中計(jì)算分支度量的計(jì)算步驟具體為：

其中，u為輸出序列，u^*是輸出序列u中與水印比特相關(guān)聯(lián)的接收比特，P_d為刪節(jié)概率，P_s為信道替代概率，P_i為插入概率，α_I是最大插入長(zhǎng)度為I時(shí)的歸一化因子，等于1/(1-(P_i)^I)，傳輸概率P_t＝1-P_i-P_d，a,b為同步漂移狀態(tài)，且a,b∈Y，t_{i_+k-1}為第i_-+k-1個(gè)發(fā)送序列比特，w_{i_+k-1}為第i_-+k-1個(gè)水印序列比特，s_{i_+k-1}為第i_-+k-1個(gè)稀疏序列比特。

所述步驟(3.3)和步驟(3.4)中分支度量的計(jì)算步驟具體為：

其中，有效替代概率

所述步驟(3.7)中更新硬判決后的稀疏序列估計(jì)及平均比特錯(cuò)誤概率估計(jì)的具體步驟為，

(3.7.1)根據(jù)完成硬判決后的稀疏序列估計(jì)更新；

(3.7.2)計(jì)算平均比特錯(cuò)誤概率估計(jì)其中，衰減因子α＝1/δ_max。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是：本發(fā)明利用外譯碼器的軟判決估計(jì)來(lái)提供比特的先驗(yàn)信息，通過(guò)外譯碼器與內(nèi)譯碼器之間的迭代，進(jìn)一步提高了比特級(jí)譯碼算法的性能，同時(shí)只帶來(lái)很小的額外復(fù)雜度。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明提出的采用迭代譯碼的糾正同步錯(cuò)誤的級(jí)聯(lián)碼方案的系統(tǒng)框圖；

圖2為本發(fā)明提供的比特級(jí)迭代譯碼的流程圖；

圖3為本發(fā)明提供的比特級(jí)前向后向算法的中間度量值的計(jì)算流程圖；

圖4為本發(fā)明提供的比特級(jí)前向后向算法的前、后向度量值的計(jì)算流程圖；

圖5為本發(fā)明提供的比特級(jí)迭代譯碼與非迭代譯碼算法的誤幀率曲線。

為進(jìn)一步提高譯碼算法的性能，本發(fā)明提供了一種采用迭代譯碼的糾正同步錯(cuò)誤的級(jí)聯(lián)碼方法。下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

參見圖1，一種采用迭代譯碼的糾正同步錯(cuò)誤的級(jí)聯(lián)碼方案的具體步驟為，

(1)采用非二進(jìn)制低密度奇偶校驗(yàn)碼對(duì)信息序列m進(jìn)行外編碼，生成碼字d；將碼字d映射為稀疏向量s；將稀疏序列s與水印序列w進(jìn)行模2相加，得到發(fā)送序列t；

(2)發(fā)送序列t經(jīng)插入/刪節(jié)替代信道傳輸后，得到接收序列r；

(3)接收序列r經(jīng)過(guò)符號(hào)級(jí)硬判決迭代譯碼，得到信息序列的估計(jì)值

參見圖2，步驟(3)通過(guò)比特級(jí)軟判決迭代譯碼，得到輸出信息序列的估計(jì)值具體為：

(3.1)初始化整體迭代次數(shù)δ，第0位的前向度量第N+5y_max位的后向度量稀疏比特稀疏序列估計(jì)與真實(shí)序列s相比較的平均比特錯(cuò)誤概率f⁽⁰⁾，其中，y為同步漂移，y_max為最大漂移量，N為碼字d的長(zhǎng)度，j為稀疏序列中的位置，且0≤j＜N，變量上標(biāo)括號(hào)中標(biāo)注的是當(dāng)前整體迭代次數(shù)；

(3.1.1)令整體迭代次數(shù)δ＝0；

(3.1.2)計(jì)算前向度量值和后向度量值(y)＝1/Y，y∈Y，其中漂移狀態(tài)數(shù)Y＝2y_max+1，Y：＝{-y_max,...,-2,-1,0,1,2,...,y_max}；令稀疏比特0≤j＜N；令f⁽⁰⁾＝0.3125；

(3.2)計(jì)算中間度量值

其中，d_i為碼字d中第i個(gè)符號(hào)，n為d_i對(duì)應(yīng)稀疏串的長(zhǎng)度，i_-＝ni，y_{i_}為d_i對(duì)應(yīng)稀疏串起始位置的同步漂移狀態(tài)，y_{i_+k}為d_i對(duì)應(yīng)稀疏串第k個(gè)位置的同步漂移狀態(tài)，且0≤k＜n，r⁰表示接收比特矢量y,a,z均為漂移狀態(tài)，且y,a,z∈Y，每個(gè)時(shí)刻的狀態(tài)集合Y：＝{-y_max,...,-2,-1,0,1,2,...,y_max}，I為最大插入長(zhǎng)度，P_a,y為狀態(tài)a到狀態(tài)y的轉(zhuǎn)移概率，為在狀態(tài)a轉(zhuǎn)移到狀態(tài)y的條件下產(chǎn)生當(dāng)前接收子序列的條件概率；

分支度量的計(jì)算步驟具體為：

其中，u為輸出序列，u^*是輸出序列u中與水印比特相關(guān)聯(lián)的接收比特，P_d為刪節(jié)概率，P_s為信道替代概率，P_i為插入概率，α_I是最大插入長(zhǎng)度為I時(shí)的歸一化因子，等于1/(1-(P_i)^I)，傳輸概率P_t＝1-P_i-P_d，a,b為同步漂移狀態(tài)，且a,b∈Y，t_{i_+k-1}為第i_{_}+k-1個(gè)發(fā)送序列比特，w_{i_+k-1}為第i_{_}+k-1個(gè)水印序列比特，s_{i_+k-1}為第i_-+k-1個(gè)稀疏序列比特。

(3.3)計(jì)算后向度量值

其中，0≤j＜N，y，b為漂移狀態(tài)，且y,b∈Y，r_j+y為第j+y個(gè)接收比特，為第δ次迭代過(guò)程中第j個(gè)接收比特的估計(jì)值，w_j第j個(gè)水印比特，第δ次迭代過(guò)程中第j個(gè)稀疏比特的估計(jì)值，為第δ次迭代過(guò)程中狀態(tài)y到狀態(tài)b的轉(zhuǎn)移概率，為第δ次迭代過(guò)程中第j時(shí)刻在狀態(tài)y轉(zhuǎn)移到狀態(tài)b的條件下產(chǎn)生當(dāng)前接收子序列的條件概率；

(3.4)計(jì)算前向度量值

分支度量的計(jì)算步驟具體為：

其中，有效替代概率

(3.5)計(jì)算水印譯碼器傳遞給非二進(jìn)制低密度奇偶校驗(yàn)碼譯碼器的外信息

其中，λ∈GF(q)/0；

(3.6)采用非二進(jìn)制低密度奇偶校驗(yàn)碼的對(duì)數(shù)域置信度傳播譯碼算法進(jìn)行譯碼，若硬判決后的稀疏序列估計(jì)滿足校驗(yàn)方程，輸出否則執(zhí)行步驟(3.7)；

(3.7)δ增加1，當(dāng)δ＜δ_max時(shí)，更新硬判決后的稀疏序列估計(jì)及平均比特錯(cuò)誤概率估計(jì)，重復(fù)步驟(3.2)～(3.7)，否則輸出信息序列的估計(jì)值其中，δ_max為整體最大迭代次數(shù)。更新硬判決后的稀疏序列估計(jì)及平均比特錯(cuò)誤概率估計(jì)的具體步驟為，

(3.7.1)根據(jù)完成硬判決后的稀疏序列估計(jì)更新；

(3.7.2)計(jì)算平均比特錯(cuò)誤概率估計(jì)其中，衰減因子α＝1/δ_max。

參見圖3，在步驟(3.2)中，計(jì)算中間度量值的公式中的計(jì)算步驟具體為，

1)對(duì)于0≤i＜n，當(dāng)前時(shí)刻i的偏移狀態(tài)為a，下一時(shí)刻i+1的漂移狀態(tài)為b，判斷a與b之間的關(guān)系，計(jì)算P_a,b＝P(y_i+1|y_i)，具體為，

若b＝a-1，則P_a,b＝P_d；

若b＝a，則P_a,b＝α_IP_iP_d+P_t；

若a＜b＜a+I，則P_a,b＝α_I((P_i)^b-a+1P_d+(P_i)^b-aP_t)；

若b＝a+I，則P_a,b＝α_I(P_i)^IP_t；

若不滿足上述四種情況，則P_a,b＝0；

2)對(duì)于0≤i＜n，計(jì)算

3)對(duì)于0≤i＜n，0≤k＜n，判斷比特串u中的比特u^*與發(fā)送比特t_ni+k之間的關(guān)系，計(jì)算具體為，若u^*＝t_ni+k，則

若u^*≠t_ni+k，則

參見圖4，在步驟(3.3)、(3.4)中，計(jì)算前、后向度量值公式中分支度量的具體計(jì)算步驟為，

1)對(duì)于0≤i＜n，當(dāng)前時(shí)刻i的偏移狀態(tài)為a，下一時(shí)刻i+1的漂移狀態(tài)為b，判斷a與b之間的關(guān)系，計(jì)算P_a,b＝P(y_i+1|y_i)，具體為，

若b＝a-1，則P_a,b＝P_d；

若b＝a，則P_a,b＝α_IP_iP_d+P_t；

若a＜b＜a+I，則P_a,b＝α_I((P_i)^b-a+1P_d+(P_i)^b-aP_t)；

若b＝a+I，則P_a,b＝α_I(P_i)^IP_t；

若不滿足上述四種情況，則P_a,b＝0；

2)對(duì)于0≤i＜n，計(jì)算

3)對(duì)于0≤i＜n，計(jì)算

4)對(duì)于0≤i＜n，0≤k＜n，0≤j＜n，判斷比特串u中的比特u^*與之間的關(guān)系，計(jì)算具體為，若則

若則

具體實(shí)施方式

下面給出一個(gè)具體實(shí)施例，說(shuō)明本發(fā)明給出的迭代譯碼方案的可行性。

在該發(fā)明實(shí)施例中，選擇偽隨機(jī)序列作為水印碼，碼率為r_w＝k/n＝4/5＝0.8；外碼為GF(16)上的非二進(jìn)制低密度奇偶校驗(yàn)碼，碼長(zhǎng)n＝999，碼率為8/9；級(jí)聯(lián)碼的整體碼率R＝3552/4995＝0.71。非二進(jìn)制低密度奇偶校驗(yàn)碼的每個(gè)符號(hào)d_i(0≤i＜N_L)映射為5比特最低密度的二進(jìn)制序列(s₀,s₁,s₂,s₃,s₄)。二進(jìn)制輸入、二進(jìn)制輸出插入/刪節(jié)替代信道中替代錯(cuò)誤概率P_s＝0，P_d＝P_i，最大連續(xù)插入值I＝2，最大漂移量外譯碼器采用置信度傳播譯碼算法，迭代次數(shù)為20次。整體迭代譯碼器的最大迭代次數(shù)為30次。

圖5給出了不同插入/刪節(jié)概率下比特級(jí)迭代譯碼與比特級(jí)非迭代譯碼算法的誤幀率性能。仿真結(jié)果表明，在相同的插入/刪節(jié)概率下，本發(fā)明提出的比特級(jí)迭代譯碼方案的性能要優(yōu)于非迭代情況。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例具體說(shuō)明了Davey-Mackay框架下的比特級(jí)迭代譯碼方案。本發(fā)明實(shí)施例基于外譯碼器的軟判決估計(jì)來(lái)提供稀疏序列的先驗(yàn)信息，設(shè)計(jì)了一種采用比特級(jí)迭代譯碼的Davey-Mackay方案。本發(fā)明提出的方法以較小的復(fù)雜度，進(jìn)一步提高了內(nèi)譯碼算法的性能。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解附圖只是一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的示意圖，上述本發(fā)明實(shí)施例序號(hào)僅僅為了描述，不代表實(shí)施例的優(yōu)劣。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。