專利名稱：一種刪余Turbo碼編碼參數(shù)的盲識別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字通信系統(tǒng)中一種刪余Turbo碼編碼參數(shù)的盲識別方法，適用于智能通信、信息處理等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
刪余Turbo碼在現(xiàn)代通信中應(yīng)用非常廣泛，隨著數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，越來越多的領(lǐng)域都會產(chǎn)生對刪余Turbo碼盲識別技術(shù)的需求，刪余Turbo碼盲識別技術(shù)已成為當今通信研究的前沿領(lǐng)域。刪余Turbo碼的結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖1中(a)為其一般編碼結(jié)構(gòu)，常用的經(jīng)典結(jié)構(gòu)為圖1中的(b)所示，圖1中(b)的編碼器主要由兩個遞歸循環(huán)卷積編碼(RSC)并行級聯(lián)而成，卷積編碼器之間用交織器相連，一般情況下，各RSC的編碼結(jié)構(gòu)相同。對(n，k，m)卷積碼，在卷積碼輸出碼長η和輸出碼字起始點已知的情況下，曾靜在其2005年電子科技大學的碩士學位論文“VSAT網(wǎng)盲監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)”中給出了一個結(jié)論 對(n，k，m)卷積碼，若原碼的編碼約束度為N，令r = n-k。如矩陣每行起點為卷積碼輸出分組的起點，那么對該矩陣進行初等變換單位化后，在矩陣的左上角會出現(xiàn)一個NXN的非標準單位陣，共有r個全0行。針對基于1/2源卷積碼的(n-l)/n型刪余卷積碼的盲識別，陸佩忠、沈利等在其 2005年發(fā)表在中國科學E輯信息科學35 )中“刪除卷積碼的盲識別”一文中提出了一種盲識別方法，該方法在獲取了適當長度的卷積碼序列后，通過求解容錯線性方程組，求出刪余卷積碼的校驗多項式矩陣，由此進一步確定源卷積碼的最小基本編碼矩陣和刪余模式， 從而解決刪余卷積碼的盲識別問題。刪余Turbo碼中由于使用了交織器，故對編碼數(shù)據(jù)要按幀處理。針對“卷積碼+ 交織”模式中卷積碼和交織的識別分析，曾靜在其2005年電子科技大學的碩士學位論文 "VSAT網(wǎng)盲監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)”中介紹了一種方法，該方法通過線性變換在確定交織幀長度和交織起點后，經(jīng)數(shù)學分析得出卷積碼編碼參數(shù)，在確定卷積碼編碼參數(shù)的基礎(chǔ)上繼續(xù)對交織關(guān)系進行分析。因為交織只是改變碼元順序，交織后的卷積碼碼元之間仍然有一定的約束關(guān)系，通過矩陣的初等變換，仍然能得到碼元之間的關(guān)系方程。對于交織前后的約束方程而言，只是改變參數(shù)的位置，不會改變方程中參數(shù)的個數(shù)。通過前后方程的對比可找出交織的規(guī)律，從而確定交織關(guān)系。但對于并行級聯(lián)卷積碼結(jié)構(gòu)的刪余Turbo碼，由于不存在直接形式的刪余卷積碼輸出，并且刪余Turbo碼中的交織位置位于子編碼器RSC之前，而非一般的“卷積碼+交織” 模式中位于卷積碼之后，目前尚未見有關(guān)刪余Turbo碼盲識別方面的資料，本發(fā)明主要解決刪余Turbo碼的盲識別問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提出一種運算復(fù)雜度低，適用面廣的刪余Turbo碼編碼參數(shù)的盲識別方法。本發(fā)明方法通過線性變換在確定刪余Turbo碼輸出碼長和輸出碼字起始點后，對刪余Turbo碼的碼率進行分析，通過構(gòu)造刪余卷積碼序列，為利用背景技術(shù)中的刪余卷積碼盲識別技術(shù)創(chuàng)造條件，在對Turbo碼刪余樣式進行分析的基礎(chǔ)上完成RSC 編碼多項式的識別和刪余矩陣的確認；進一步通過構(gòu)造將刪余Turbo碼中的交織分析轉(zhuǎn)化為背景技術(shù)中所述的“卷積碼+交織”模式，從而最終完成刪余Turbo碼的盲識別。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的刪余Turbo碼編碼參數(shù)的盲識別方法，包括如下步驟①根據(jù)接收的數(shù)據(jù)選取合適長度序列作為識別序列，確定將要排列的矩陣行數(shù)P， P大于刪余Turb0碼的編碼約束度N ；②取定列數(shù)最大值和最小值，按列數(shù)變化將數(shù)據(jù)序列排成矩陣形式，對矩陣進行初等變換，計算各矩陣的秩，并記下單位化后左上角單位陣的維數(shù)，確定刪余Turbo碼輸出碼長η;③設(shè)N'為②中的一個較小留存值，以N'為基取若干個列數(shù)，行數(shù)大于列數(shù)即可；將碼序列進行移位，對各矩陣分別求秩，記下η種移位情況(無移位和η-1種不同移位) 時不同維數(shù)下矩陣的秩，分析確定刪余Turbo碼的輸出起始點，同時確定刪余卷積碼的碼率；④從③中分析的刪余Turbo碼起始點開始，取刪余Turbo碼的信息序列和不含交織但存在刪余的RSCl路校驗序列，構(gòu)造成刪余卷積碼序列；在對Turbo碼及RSC 1刪余樣式分析的基礎(chǔ)上進行刪余卷積碼的識別，從而完成RSC編碼多項式的識別和刪余矩陣的確認；⑤從③中分析的刪余Turbo碼起始點開始，取刪余Turbo碼的信息序列和含交織且存在刪余的校驗序列，通過分析模型，構(gòu)造成“卷積碼+交織”模式；⑥利用“卷積碼+交織”模式的識別分析法分析構(gòu)造序列的交織長度，交織起點及交織關(guān)系。優(yōu)選地，本發(fā)明上述刪余Turbo碼編碼參數(shù)的盲識別方法中，刪余Turbo碼輸出碼長的確定對碼長為η的刪余Turbo碼所構(gòu)成的pXq矩陣(P > q，q > N)，若q為η的整數(shù)倍，則單位化后其左上角單位陣的維數(shù)相等，且此時矩陣的秩不等于列數(shù)q。優(yōu)選地，本發(fā)明上述刪余Turbo碼編碼參數(shù)的盲識別方法中，刪余Turbo碼輸出起始點的確定對碼長為η的刪余Turbo碼所構(gòu)成的pXq矩陣(P > q，q > N)，若q為η的整數(shù)倍，如刪余Turbo碼輸出分組起點與矩陣每行起點重合，則單位化后其左上角單位陣的維數(shù)最小。優(yōu)選地，本發(fā)明上述刪余Turbo碼編碼參數(shù)的盲識別方法中，刪余卷積碼序列的構(gòu)造取刪余Turbo碼的信息序列和不含交織但存在刪余的校驗序列，構(gòu)造成刪余卷積碼序列。優(yōu)選地，本發(fā)明上述刪余Turbo碼編碼參數(shù)的盲識別方法中，“卷積碼+交織”分析序列的確定取刪余Turbo碼的信息序列和含交織且存在刪余的校驗序列組合即可得“卷積碼+交織”模式的分析序列。本發(fā)明方法通過線性變換在確定刪余Turbo碼輸出碼長和輸出碼字起始點后，對刪余Turbo碼的碼率進行分析，通過構(gòu)造刪余卷積碼序列，為利用背景技術(shù)中的刪余卷積碼盲識別技術(shù)創(chuàng)造條件，在對Turbo碼刪余樣式進行分析的基礎(chǔ)上完成RSC編碼多項式的識別和刪余矩陣的確認；進一步通過構(gòu)造將刪余Turbo碼中的交織分析轉(zhuǎn)化為背景技術(shù)中所述的“卷積碼+交織”模式，從而最終完成刪余Turbo碼的盲識別。本發(fā)明較好地解決了刪余Turbo碼輸出碼長確定，輸出碼字起始點的確定，刪余卷積碼序列的構(gòu)造，“卷積碼+交織”模式構(gòu)造等問題。僅通過通信內(nèi)容即可實現(xiàn)刪余Turbo碼碼編碼參數(shù)的盲識別，具有算法簡捷，過程清晰，識別速度快等特點。


圖1為本發(fā)明刪余Turbo碼的一般結(jié)構(gòu)圖。圖2為本發(fā)明刪余Turbo碼編碼參數(shù)盲識別的基本流程圖。圖3為本發(fā)明刪余Turbo碼中RSC編碼器結(jié)構(gòu)圖。圖4為本發(fā)明刪余Turbo碼輸出碼長確定流程圖。圖5為本發(fā)明刪余Turbo碼輸出碼字起點確定流程圖。圖6為本發(fā)明刪余Turbo碼中的“卷積碼+交織”分析模型示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。這些實施例應(yīng)理解為僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的保護范圍。在閱讀了本發(fā)明記載的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等效變化和修飾同樣落入本發(fā)明權(quán)利要求所限定的范圍。本發(fā)明以下優(yōu)選實施例旨在提出一種便于實現(xiàn)的刪余Turbo碼盲識別方法，在確定刪余Turbo碼輸出碼長和輸出碼字起點后，對刪余Turbo碼的碼率進行分析，通過構(gòu)造刪余卷積碼序列，為利用背景技術(shù)中的刪余卷積碼盲識別技術(shù)創(chuàng)造條件，在對刪余Turbo碼刪余樣式進行分析的基礎(chǔ)上完成RSC編碼多項式的識別；進一步通過構(gòu)造將刪余Turbo碼中的交織分析轉(zhuǎn)化為背景技術(shù)中所述的“卷積碼+交織”模式，從而最終完成刪余Turbo碼的盲識別。如圖2所示，本發(fā)明優(yōu)選實施例提供的刪余Turbo碼編碼參數(shù)的盲識別方法，包括如下步驟①根據(jù)接收的數(shù)據(jù)選取合適長度序列作為識別序列，確定將要排列的矩陣行數(shù)p， P大于刪余Turbo碼的編碼約束度N ；本實施例中為了保證②中刪余Turbo碼輸出碼長確定的有效性，矩陣行數(shù)ρ應(yīng)大于刪余Turbo碼的編碼約束度N ；②取定列數(shù)最大值和最小值，按列數(shù)變化將數(shù)據(jù)序列排成矩陣形式，對矩陣進行初等變換，計算各矩陣的秩，并記下單位化后左上角單位陣的維數(shù)，確定刪余Turbo碼輸出碼長η;本實施例中將數(shù)據(jù)序列排成ρ行q列的矩陣形式，其中q > N，p > q，對每個矩陣進行初等變換，計算并記下其秩和單位化后左上角單位陣的維。確定本實施例中刪余Turbo 碼輸出碼長的定理1為對碼長為η的刪余Turbo碼所構(gòu)成的pXq矩陣(p > q，q > N)， 若q為η的整數(shù)倍，則單位化后其左上角單位陣的維數(shù)相等，且此時矩陣的秩不等于列數(shù)q。
對定理1的證明如下考慮刪余Turbo碼中RSC的一般編碼結(jié)構(gòu)，如圖3所示，該碼為一個系統(tǒng)碼，包含反饋結(jié)構(gòu)，該反饋結(jié)構(gòu)保證了 RSC較之于一般的卷積碼記憶性更長。從圖中可以看出編碼器的生成多項式gl = {g10, gn, L, gi( ,_!), glm} ⑴g2 = {g20, g2i' L' g2(m-i)' g2m} (2)其中g(shù)1(l指加法器前的支路，總為1 指加法器和第一個寄存器之間的節(jié)點。對于該系統(tǒng)碼，RSC中寄存器的內(nèi)容受&的影響，設(shè)RSC的輸入數(shù)據(jù)為dk，加法器后的節(jié)點數(shù)據(jù)為uk，當對信息數(shù)據(jù)進行編碼時^ = dk(3)
m、=dk+IguUf^i mod 2(4)
=1
mA=YuSi^k-I mod 2(5)
(=0對圖3中的虛線框內(nèi)部分，如將Uk看作輸入，則虛線框內(nèi)的部分就是普通卷積碼的某支路。對式(4)和式(5)，重新列如下
mJk=Uf^IguUk] mod 2(6)
i=l
mX2k = g20uk + Σ g2iuk_i mod 2(7)
=1從上兩式可以看出，如以Uk為輸入，以4和< 為輸出，則上兩式所表示的關(guān)系就是碼率為1/2的普通卷積碼的輸出。由上面分析可知，對碼長為η的刪余Turbo碼，其信息序列和不含交織的校驗序列就是普通基于1/2卷積碼的刪余卷積碼的輸出。對含交織的校驗序列，則和此刪余卷積碼無關(guān)，對整個刪余Turbo碼輸出序列，如以η的倍數(shù)為矩陣列數(shù)排列矩陣，單位化后其矩陣之秩必不為矩陣列數(shù)。當刪余Turbo碼排成ρ X q矩陣(p > q，q > N)，若q為η的整數(shù)倍， 對P X q矩陣而言，每行至少存在1個位置完全對齊的完整刪余Turbo碼組，此時矩陣的秩必定小于q，單位化后左上角單位陣的維數(shù)相等。同理，當q與η沒有倍數(shù)關(guān)系時，每行要么不存在完整的編碼約束長度內(nèi)碼組，要么雖然存在完整的刪余Turbo碼組，但其位置卻是沒對齊的，對矩陣而言，就是各列線性無關(guān)，其秩必然為列數(shù)q。故只需對留存的列值取最大公約數(shù)即可得到刪余Turbo碼的碼長η。如圖4所示即為刪余Turbo碼輸出碼長確定流程圖。③設(shè)N'為②中的一個較小留存值，以N'為基取若干個列數(shù)，行數(shù)大于列數(shù)即可。將碼序列進行移位，對各矩陣分別求秩，記下η種移位情況(無移位和η-1種不同移位)時不同維數(shù)下矩陣的秩，分析確定刪余Turbo碼的輸出起始點，同時確定刪余卷積碼的碼率；本實施例中確定刪余Turbo碼輸出起始點的定理2為對碼長為η的刪余Turbo 碼所構(gòu)成的PXq矩陣(？>9，9>吣，若(1為11的整數(shù)倍。如刪余Turbo碼輸出分組起點與矩陣每行起點重合，則單位化后其左上角單位陣的維數(shù)最小。對定理2的證明如下對ρ X q矩陣(P > q，q > N)而言，當q為η倍數(shù)時，每行碼組內(nèi)位置必定是一一對齊的，若矩陣的每行起點恰好為的刪余Turbo碼的起點，則每行從起點開始必存在最多個完整的刪余Turbo碼組，這樣單位化后其左上角單位陣的維數(shù)必定最小。故當記下矩陣移位的η種情況(無移位和η-1種不同移位)時，則當各矩陣中左上角單位陣維數(shù)最小時的移位即為的刪余Turbo碼的起點。如圖5所示即為的刪余Turbo碼輸出起始點確定流程圖。本實施例中當刪余卷積碼輸出碼長和輸出碼字起始點確定以后，依背景技術(shù)中卷積碼性質(zhì)，從起始點開始，建立分析矩陣，對該矩陣進行初等變換，單位化后在矩陣的左上角會出現(xiàn)一個NXN的非標準單位陣，共有r = n-k個全0行。從校驗矩陣中r的值結(jié)合分析得到的η值，即可得到k = r-n，進而得到刪余卷積碼的碼率R = k/n。④從③中分析的刪余Turbo碼起始點開始，取刪余Turbo碼的信息序列和不含交織但存在刪余的RSCl路校驗序列，構(gòu)造成刪余卷積碼序列。在對Turbo碼及RSCl刪余樣式分析的基礎(chǔ)上進行刪余卷積碼的識別，從而完成RSC編碼多項式的識別和刪余矩陣的確認。本實施例中取刪余Turbo碼的信息序列和不含交織但存在刪余的RSCl路校驗序列，構(gòu)造成刪余卷積碼序列，在已知刪余Turbo碼碼率的基礎(chǔ)上，通過估計源Turbo碼的碼率來分析刪余Turbo碼的可能刪余樣式，進而完成RSC編碼多項式的識別和刪余矩陣的確認。以對1/3碼率的Turbo碼進行刪余得到2/4碼率的刪余Turbo碼為例，設(shè)輸入 Turbo碼編碼器的信息序列為U1, u2, L uN，兩個分量編碼器RSCl和RSC2分別輸出xn，x12, L，x1N和A1^22, L，x2NO對刪余Turbo碼而言，由于信息位不能刪除，也就是信息輸出序列必須全部保留，被刪除的數(shù)據(jù)只能周期性地從Xll，x12，L，x1N和X22, L，x2N這些位置中選擇。 對2/4碼率的刪余Turbo碼，每個輸出分組中輸入信息位為2，其不刪余的完整序列為U1, X11, X21, U2, X12, A2，其中U1, U2保留，xn，X12, X21, X22這4個比特位中必須刪去2個，又iTurbo 碼的刪余樣式中不能刪除同一時刻所有的比特位，也就是X11, X12和Ap^2這兩個時刻的數(shù)據(jù)中，每時刻必須刪去1個保留1個。這樣RSCl和RSC2所決定的刪余矩陣P只能為P = [10 ；0 1]或卩=
。無論采取何種方式，對信息序列和RSCl所組成的刪余卷積碼而言，其碼率均為2/3，為(n-1)/n型刪余卷積碼。本實施例中對構(gòu)造的刪余卷積碼序列利用背景技術(shù)中所述的刪余卷積碼盲識別技術(shù)進行識別，在得到RSC編碼多項式和刪余模式后，即可利用上面分析的刪余矩陣進行驗證，從而完成RSC編碼多項式的識別和刪余矩陣的確認。⑤從③中分析的刪余Turbo碼起始點開始，取刪余Turbo碼的信息序列和含交織且存在刪余的校驗序列，通過分析模型，構(gòu)造成“卷積碼+交織”模式。本實施例中考慮圖1中(b)的刪余Turbo碼結(jié)構(gòu)，將輸出信息序列u和RSC2的校驗序列經(jīng)刪余得到的)(2'組合得到新的輸出序列ν。如將RSC2和其刪余看成一個普通的刪余卷積碼編碼器，將RSC2加法器后的節(jié)點數(shù)據(jù)uk'作為RSC2刪余卷積編碼器的輸入，那么該刪余卷積編碼器的輸出應(yīng)為交織序列u'和)(2'。如對u'和)(2'復(fù)用后的序列進行交織長度擴大一倍，且偶數(shù)位為，對奇數(shù)位u'的交織采用刪余Turbo碼交織器中的逆置換關(guān)系(即解交織)。那么經(jīng)逆交織置換后的輸出序列就是刪余Turbo碼輸出中對信息序列U和校驗序列)(2'進行組合得到的序列V。如圖6所示即為的刪余Turbo碼的“卷積碼+交織”分析模型示意圖。由圖6可知，新建立的分析模型就是背景技術(shù)中所述的“卷積碼+交織”模式，而非“交織+卷積碼”模式。⑥利用“卷積碼+交織”模式的識別分析法分析構(gòu)造序列的交織長度，交織起點及交織關(guān)系。本實施例中在取信息序列U和&‘進行組合得到“卷積碼+交織”模式序列ν后， 即可利用背景技術(shù)中所述的“卷積碼+交織”模式識別分析法對RSC和交織進行識別分析。 其中此處識別的RSC編碼器參數(shù)可和前面識別出的RSC編碼器參數(shù)互相對證。要指出的是對于此處的交織關(guān)系，其偶數(shù)位不置換，如將奇數(shù)位抽出組成一個子交織序列，則其置換關(guān)系為刪余Turbo碼中交織器的逆置換(即解交織)。本發(fā)明所涉及的數(shù)學符號均為本技術(shù)領(lǐng)域常用符號。
權(quán)利要求
1.一種刪余TurbO碼編碼參數(shù)的盲識別方法，其特征在于，該方法包括如下步驟①根據(jù)接收的數(shù)據(jù)選取合適長度序列作為識別序列，確定將要排列的矩陣行數(shù)P，P大于刪余Turbo碼的編碼約束度N ；②取定列數(shù)最大值和最小值，按列數(shù)變化將數(shù)據(jù)序列排成矩陣形式，對矩陣進行初等變換，計算各矩陣的秩，并記下單位化后左上角單位陣的維數(shù)，確定刪余Turbo碼輸出碼長 η ；③設(shè)N'為②中的一個較小留存值，以N'為基取若干個列數(shù)，行數(shù)大于列數(shù)即可；將碼序列進行移位，對各矩陣分別求秩，記下η種移位情況時不同維數(shù)下矩陣的秩，分析確定刪余Turbo碼的輸出起始點，同時確定刪余卷積碼的碼率；④從③中分析的刪余Turbo碼起始點開始，取刪余Turbo碼的信息序列和不含交織但存在刪余的RSCl路校驗序列，構(gòu)造成刪余卷積碼序列。在對Turbo碼及RSCl刪余樣式分析的基礎(chǔ)上進行刪余卷積碼的識別，從而完成RSC編碼多項式的識別和刪余矩陣的確認；⑤從③中分析的刪余Turbo碼起始點開始，取刪余Turbo碼的信息序列和含交織且存在刪余的校驗序列，通過分析模型，構(gòu)造成“卷積碼+交織”模式；⑥利用“卷積碼+交織”模式的識別分析法分析構(gòu)造序列的交織長度，交織起點及交織關(guān)系。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，刪余Turbo碼輸出碼長的確定對碼長為η 的刪余Turbo碼所構(gòu)成的pXq矩陣，ρ > q，q > N，若q為η的整數(shù)倍，則單位化后其左上角單位陣的維數(shù)相等，且此時矩陣的秩不等于列數(shù)q。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，刪余Turbo碼輸出起點的確定對碼長為η 的刪余Turbo碼所構(gòu)成的ρ X q矩陣，ρ > q，q > N，若q為η的整數(shù)倍，如刪余Turbo碼輸出分組起點與矩陣每行起點重合，則單位化后其左上角單位陣的維數(shù)最小。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，刪余卷積碼序列的構(gòu)造取刪余Turbo碼的信息序列和不含交織但存在刪余的校驗序列，組合構(gòu)造成刪余卷積碼序列。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，“卷積碼+交織”分析序列的確定取刪余 Turbo碼的信息序列和含交織且存在刪余的校驗序列組合即可得“卷積碼+交織”模式的分析序列。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種刪余Turbo碼編碼參數(shù)的盲識別方法。該方法通過線性變換在確定刪余Turbo碼輸出碼長和輸出碼字起始點后，對刪余Turbo碼的碼率進行分析，通過構(gòu)造刪余卷積碼序列，為利用背景技術(shù)中的刪余卷積碼盲識別技術(shù)創(chuàng)造條件，在對Turbo碼刪余樣式進行分析的基礎(chǔ)上完成RSC編碼多項式的識別和刪余矩陣的確認；進一步通過構(gòu)造將刪余Turbo碼中的交織分析轉(zhuǎn)化為背景技術(shù)中所述的“卷積碼+交織”模式，從而最終完成刪余Turbo碼的盲識別。本發(fā)明適用于智能通信、信息處理等領(lǐng)域。
文檔編號H04L1/00GK102244554SQ201010171919
公開日2011年11月16日 申請日期2010年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月11日
發(fā)明者張永光, 樓財義 申請人:中國電子科技集團公司第三十六研究所