多進(jìn)制線性分組碼的線性規(guī)劃譯碼方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于信道譯碼技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種多進(jìn)制線性分組碼的線性規(guī)劃譯碼 方法，可用于深空通信和衛(wèi)星通信等通信系統(tǒng)中。
【背景技術(shù)】
[0002] 多年來，糾錯(cuò)碼理論經(jīng)過的國內(nèi)外眾多學(xué)者的努力，已取得了飛速的發(fā)展，工程應(yīng) 用也得到了廣泛的推廣。比如，Turbo碼已成為第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中作為其傳輸高速數(shù) 據(jù)的信道編碼標(biāo)準(zhǔn)，低密度奇偶校驗(yàn)LDPC碼已在深空通信和電磁記錄系統(tǒng)得到了廣泛的 應(yīng)用。隨著信息時(shí)代的到來，人們對(duì)可靠性更強(qiáng)、速率更快的通信需求越來越迫切，然而現(xiàn) 有的技術(shù)仍然無法滿足人們的需求，還需要進(jìn)一步改善。多進(jìn)制線性分組碼與帶寬效率更 高的高階調(diào)制方式相結(jié)合就能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速率傳輸，此外通過進(jìn)一步改進(jìn)譯碼方法來提 高通信系統(tǒng)的可靠性也同樣意義重大。事實(shí)上，在工程中多進(jìn)制分組碼的譯碼實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度 較高，因此研究利用復(fù)雜度低的譯碼器實(shí)現(xiàn)性能優(yōu)異的譯碼算法尤為關(guān)鍵。
[0003] 采用線性規(guī)劃譯碼的方法是近年來較為熱門的方法之一，與傳統(tǒng)的譯碼算法如置 信傳播BP譯碼算法相比，線性規(guī)劃LP譯碼有著它自己獨(dú)特的優(yōu)勢，因?yàn)長P譯碼是基于數(shù) 學(xué)規(guī)劃進(jìn)行的，所以LP譯碼能提供算法收斂性、復(fù)雜度以及算法合理性的理論分析依據(jù)。 早在2004年左右就有國外的學(xué)者Feldman等提出了LP譯碼算法，并將其譯碼性能與傳統(tǒng) 的BP算法做了比較，也就是從那時(shí)開始，越來越多的人開始了LP譯碼的研究。直到2009 年，F(xiàn)lanagan才提出多進(jìn)制線性分組碼的LP譯碼算法。但是由于Flanagan的LP譯碼算 法的復(fù)雜度隨著問題規(guī)模呈指數(shù)增長，在工程中難于實(shí)現(xiàn)，因此他的方法并沒有被廣泛推 廣。于是對(duì)于多進(jìn)制線性分組碼的LP譯碼算法，研究復(fù)雜度更低的算法成為了現(xiàn)階段的一 個(gè)主要的課題。
[0004] LP譯碼算法提出了近10年的時(shí)間，盡管取得了很多成果，但是這些進(jìn)步并不能掩 蓋其發(fā)展中的不足：現(xiàn)有的多進(jìn)制線性分組碼LP譯碼算法的譯碼復(fù)雜度還是較高，導(dǎo)致其 在工程中存在較大的譯碼計(jì)算時(shí)延。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)背景中的不足之處，提出一種多進(jìn)制線性分組碼的線性規(guī) 劃譯碼方法及其裝置，在不影響系統(tǒng)誤比特率性能的情況下，簡化多進(jìn)制線性分組碼的譯 碼復(fù)雜度，提高譯碼速度。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案包括如下步驟：
[0007] 1. -種多進(jìn)制線性分組碼的線性規(guī)劃譯碼方法，包括如下步驟：
[0008] (1)生成碼字：
[0009] (la)設(shè)定多進(jìn)制校驗(yàn)矩陣H，并對(duì)該校驗(yàn)矩陣進(jìn)行變換得到生成矩陣；
[0010] (lb)輸入待編碼的信息序列，用該待編碼的信息序列乘以生成矩陣，得到一個(gè)29 進(jìn)制線性分組碼碼字u，其中為多進(jìn)制線性分組碼u的進(jìn)制數(shù)；
[0011] (2)對(duì)分組碼碼字U進(jìn)行調(diào)制：將多進(jìn)制線性分組碼碼字U中的碼元符號(hào)進(jìn)行映 射，得到調(diào)制后的符號(hào)矢量序列s，并將其通過傳輸信道發(fā)送出去；
[0012] (3)接收信道發(fā)送的符號(hào)矢量序列，得到矢量序列r，計(jì)算矢量序列r中的軟信息 值：
[0013] (3a)將多進(jìn)制校驗(yàn)矩陣H的列編號(hào)和行編號(hào)分別作為變量消息處理的編號(hào)i和校 驗(yàn)消息處理的編號(hào)j;
[0014] (3b)分別計(jì)算矢量序列r實(shí)部和虛部的初始概率：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種多進(jìn)制線性分組碼的線性規(guī)劃譯碼方法，包括如下步驟： (1) 生成碼字： (la) 設(shè)定多進(jìn)制校驗(yàn)矩陣H，并對(duì)該校驗(yàn)矩陣進(jìn)行變換得到生成矩陣； (lb) 輸入待編碼的信息序列，用該待編碼的信息序列乘以生成矩陣，得到一個(gè)2^進(jìn)制 線性分組碼碼字u，其中2q為多進(jìn)制線性分組碼u的進(jìn)制數(shù)； (2) 對(duì)分組碼碼字u進(jìn)行調(diào)制：將多進(jìn)制線性分組碼碼字u中的碼元符號(hào)進(jìn)行映射，得 到調(diào)制后的符號(hào)矢量序列s，并將其通過傳輸信道發(fā)送出去； (3) 接收信道發(fā)送的符號(hào)矢量序列，得到接收矢量序列r，計(jì)算接收矢量序列r中的軟 信息值： (3a)將多進(jìn)制校驗(yàn)矩陣H的列編號(hào)和行編號(hào)分別作為變量消息處理的編號(hào)i和校驗(yàn)消 息處理的編號(hào)j ; (3b)分別計(jì)算接收矢量序列r實(shí)部和虛部的初始概率： 具中，巧為接収天重序列
r中弟i個(gè)兀素 ，s i為調(diào)制后的符號(hào)矢量序列s中第i 個(gè)元素，Re(A)和Im(ri)分別代表接收矢量序列r中第i個(gè)元素的實(shí)部值和虛部值， Re(Si)和Im(Si)分別代表調(diào)制后的符號(hào)矢量序列s中第i個(gè)元素的實(shí)部值和虛部值， p(Re(ri) IRe(Si))為接收矢量序列r中第i個(gè)元素實(shí)部的初始概率，p(Im(ri) Ilm(Si))為 接收矢量序列r中第i個(gè)元素虛部的初始概率，Iitl為傳輸信道的噪聲功率譜密度，i表示變 量消息處理的編號(hào)，i = 1，2, ...，η，η表示多進(jìn)制線性分組碼碼字與變量消息處理的編號(hào) 對(duì)應(yīng)的長度； (3c)根據(jù)上述實(shí)部和虛部的初始概率ρ (Re Cri) IRe(Si))和P(ImCri) I Im(Si))，分別計(jì) 算多進(jìn)制線性分組碼碼字u中第i個(gè)元素 Ui對(duì)應(yīng)的比特X i;t的條件概率p (r i I xi;t= 0)和 p (ri I Xi，t= 1)，其中X為與多進(jìn)制線性分組碼碼字u等價(jià)的二進(jìn)制碼字，X u為二進(jìn)制碼字 X中的第i*t個(gè)元素 ，t = 1，2,. . .，q，i = 1，2,. . .，η, η表示多進(jìn)制線性分組碼碼字與變 量消息處理的編號(hào)對(duì)應(yīng)的長度； (3d)按照上述比特Xi,t的條件概率ρ (r i |xi;t= 0)和ρ (r i |xi;t= 1),計(jì)算接收矢量序 列r中的軟信息值：
其中巧為接收矢量序列r中第i個(gè)元素 ，u i為發(fā)送的多進(jìn)制線性分組碼碼字u中的第 i個(gè)元素； (4) 利用接收矢量序列r中的軟信息值λ i t，通過線性規(guī)劃譯碼方法得到二進(jìn)制估計(jì) 碼字X; (5) 判斷上述二進(jìn)制估計(jì)碼字&中的元素是否都為整數(shù)，若是，則將二進(jìn)制估計(jì)碼字X 轉(zhuǎn)換成多進(jìn)制估計(jì)碼字否則，將二進(jìn)制估計(jì)碼字i中的非整數(shù)元素按照四舍五入進(jìn)行 取整，得到取整后的二進(jìn)制估計(jì)碼字i，再將二進(jìn)制估計(jì)碼字無轉(zhuǎn)換成多進(jìn)制估計(jì)碼字? ; (6) 將多進(jìn)制估計(jì)碼字?作為輸出的譯碼碼字。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多進(jìn)制線性分組碼的線性規(guī)劃譯碼方法，其特征在于所述步 驟（4)按如下步驟進(jìn)行： (4a)將多進(jìn)制校驗(yàn)矩陣H中第j行非零元素組成行向量Iv再將行向量h轉(zhuǎn)化成二進(jìn) 制等價(jià)行向量Λ_/: Tl, 其中，2^為多進(jìn)制線性分組碼的進(jìn)制數(shù)，十為取模運(yùn)算，j = 1，2，...，m，m為校驗(yàn)消息 處理的編號(hào)對(duì)應(yīng)的長度； (4b)利用二進(jìn)制等價(jià)行向量ξ.，通過如下公式構(gòu)造第j個(gè)校驗(yàn)消息處理所對(duì)應(yīng)的碼字 集合多面體尺 IZ = IxjIhjX1j ?2CJ -0}, 其中 < 為\的轉(zhuǎn)置； (4c)將上述碼字集合多面體兄進(jìn)一步細(xì)化為碼重為k的子多面體集合·，該集合 中的每一個(gè)多面體7?滿足下式： TZt=IxjIhjX7i =k*2q}, 其中，為第j個(gè)校驗(yàn)信息處理所包含的局部二進(jìn)制碼字，k為碼重； (4d)對(duì)于每一個(gè)校驗(yàn)消息處理編號(hào)j，將其對(duì)應(yīng)的子多面體集合·[7?}松弛，取松弛后 的多面體交集，得到奇偶校驗(yàn)多面體P ; (4e)將奇偶校驗(yàn)多面體p中的頂點(diǎn)依次代入目標(biāo)函數(shù)。尋找使得目標(biāo)函數(shù) i-1 /-1 V取值最小的頂點(diǎn)，將該頂點(diǎn)作為二進(jìn)制估計(jì)碼字4的輸出。 /=1 ?=\
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多進(jìn)制線性分組碼的線性規(guī)劃譯碼方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)譯碼復(fù)雜度高、譯碼速度慢、運(yùn)算量大的問題。其實(shí)現(xiàn)步驟是：(1)生成多進(jìn)制碼字；(2)對(duì)多進(jìn)制碼字進(jìn)行調(diào)制后發(fā)送到信道；(3)接收發(fā)送碼字并從中獲得軟信息值；(4)利用軟信息值，通過線性規(guī)劃譯碼方法獲得對(duì)發(fā)送碼字的估計(jì)；(5)對(duì)估計(jì)結(jié)果取整并轉(zhuǎn)換為多進(jìn)制碼字；(6)將多進(jìn)制碼字作為譯碼結(jié)果輸出。本發(fā)明具有復(fù)雜度低、譯碼速度快、誤碼性能好、輸出整數(shù)碼字均為最大似然碼字的優(yōu)點(diǎn)，可用于深空通信、衛(wèi)星通信、光纖通信以及大規(guī)模磁盤存儲(chǔ)等高速率通信系統(tǒng)中。
【IPC分類】H03M13-11
【公開號(hào)】CN104660270
【申請?zhí)枴緾N201410819786
【發(fā)明人】王勇超, 吳文章, 陳光明
【申請人】西安電子科技大學(xué)
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2014年12月25日