專利名稱：具有檢錯糾錯功能的lt碼編譯碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字信息傳輸技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有檢錯糾錯功能的LT碼編譯碼方法。
背景技術(shù)：
噴泉碼是一種基于稀疏矩陣的糾刪碼，通過對數(shù)據(jù)進行隨機編碼，可以產(chǎn)生半無限長的編碼序列。假設(shè)文件等分成K個數(shù)據(jù)包，當接收端接收到任意N(N比K稍大)個數(shù)據(jù)包，就能恢復源文件。采用設(shè)計完善的度函數(shù)，可以使噴泉碼具有線性編譯碼復雜度，在基于包通信的系統(tǒng)中有接近理想的糾刪性能。噴泉碼的主要碼字有隨機線性碼、LT碼和 Raptor碼等。目前，一種Raptor碼已經(jīng)被3GPP標準采用，應(yīng)用于3G網(wǎng)絡(luò)的多媒體廣播多播服務(wù)(MBMS)中。
由Luby M發(fā)明的LT (Luby Transform)碼是第一種實用的噴泉碼，具有簡單的編譯碼方法、較小的譯碼開銷以及編譯碼復雜度，為噴泉碼的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
現(xiàn)有技術(shù)中，LT碼的編碼過程可以生成任意長度的編碼數(shù)據(jù)流，每個編碼包都按下列算法產(chǎn)生
1.將原始數(shù)據(jù)等分為K個數(shù)據(jù)包，在1 k范圍內(nèi)按某一分布Ω (稱為編碼度分布)隨機選取一個整數(shù)d，其中k為該碼的碼長，d稱為編碼包的度；
2.在數(shù)據(jù)包中均勻地隨機選取d個不同的包；
3.對這d個包求異或，得到一個編碼包。
4.重復步驟2、步驟3，直至編碼完成。
而現(xiàn)有技術(shù)中，LT碼的譯碼采用一種迭代算法，在譯碼的每一步，譯碼器都在編碼包集合中找出度為1的編碼包，將該值賦給與之相連的源包，并刪除連接，此源包即可被譯出。譯碼器將譯出的源包與跟它相連的所有編碼包進行異或，并刪除它們之間的連接關(guān)系。 重復上述過程，直到不存在度為1的編碼包為止。如果所有源包都被成功譯出則譯碼成功， 否則譯碼失敗。該過程稱為噴泉碼的BP(置信傳播或置信度傳播)譯碼過程。圖1給出了一個譯碼實例，其中“〇”代表源包，“ ”代表編碼包。源包和編碼包的長度均為1比特。 實際應(yīng)用中包長可以根據(jù)需要設(shè)成任意的比特長度。
在通信中采用噴泉碼作為應(yīng)用層編碼，可以解決信道環(huán)境惡劣時，采用ARQ(自動重傳請求)方式出現(xiàn)“反饋風暴”而顯著降低信道傳輸效率的問題。但作為一種糾刪碼，噴泉碼嚴重依賴底層信道編碼的糾錯性能和檢錯能力。傳遞到應(yīng)用層的數(shù)據(jù)在某些情況下會存在不可避免的錯誤，主要包括以下兩種情況
一是在空天通信等應(yīng)用環(huán)境下，由于存在輻射影響帶來的單粒子翻轉(zhuǎn)等問題，即使采用如LDPC(低密度奇偶校驗碼)碼等高性能信道糾錯編碼和校驗，也不能完全保證信道譯碼后的正確數(shù)據(jù)可靠地傳遞到應(yīng)用層；
二是對于一般信道環(huán)境下采用的信道編碼，由于校驗本身的缺陷可能存在不可檢錯誤，導致錯誤數(shù)據(jù)傳遞到應(yīng)用層。
根據(jù)噴泉碼的迭代譯碼原理，如果接收到來自底層的錯誤編碼包，將會引起嚴重的誤碼擴散，從而導致不可預(yù)知的源包錯誤。噴泉碼的誤碼擴散可以從其生成矩陣的特性看出，如圖2所示為碼長k為20時的生成矩陣(a)和其逆矩陣(b)。該生成矩陣為稀疏矩陣，隨著碼長的增長，生成矩陣相應(yīng)就越稀疏，通常碼長的典型值為200 500之間，稀疏性非常明顯。而解碼矩陣由生成矩陣的求逆獲得，為稠密矩陣，矩陣中的元素1占了矩陣元素中的大多數(shù)。而且，由于典型值碼長下的生成矩陣越稀疏，對應(yīng)的解碼矩陣就越稠密，一旦稠密矩陣中某一行對應(yīng)的編碼包出現(xiàn)了錯誤，那么將會造成大部分解碼包失效，在矩陣中就體現(xiàn)為某一列矩陣元素中為1的對應(yīng)的解碼包都會出錯，從而導致解碼失效，嚴重時還會使設(shè)備無法正常工作。發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是如何降低LT碼譯碼過程中誤碼擴散的影響。
(二)技術(shù)方案
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種具有檢錯糾錯功能的LT碼編譯碼方法， 包括以下步驟
Si、將原始數(shù)據(jù)等分為K個源包，并對每個源包添加校驗值；
S2、選取特定的度函數(shù)對所述K個源包進行LT編碼；
S3、設(shè)由編碼包組成的編碼包序列為T、由源包組成的源包序列為S、源包出錯指示序列為ES、源包成功譯碼時源包的源頭指示序列為ST、從編碼包譯碼時編碼包的源頭指示序列組合為TS、出錯編碼包序列為TE ；然后根據(jù)接收到的編碼包為序列T賦值，并將序列 ES中的元素均賦值為0，且將序列ST、序列組合TS以及序列TE均置為空；
S4、根據(jù)序列T和LT碼的生成矩陣G進行BP譯碼，譯碼過程中，對所述生成矩陣 G進行降度處理，同時對序列T中的元素進行迭代更新，為序列ST和序列組合TS中的元素賦值，并在譯碼完成后根據(jù)步驟Sl的校驗值對源包進行校驗，根據(jù)結(jié)果為序列ES中的元素賦值；
S5、根據(jù)序列ES、序列ST和序列組合TS查找出錯誤的編碼包，并將錯誤的編碼包丟棄；
S6、根據(jù)序列ES和序列組合TS恢復被錯誤的源包異或的編碼包；
S7、根據(jù)已譯出的正確的源包、正確且度不為0的編碼包和新接收的編碼包進行 BP譯碼，得到最終的譯碼結(jié)果。
優(yōu)選地，步驟Sl中，對每個源包添加校驗值具體為將CRC校驗值放在每個源包的末尾。
優(yōu)選地，步驟S3中，序列ES中的元素取值為0、1或2，值0表示對應(yīng)的源包未譯出，值1表示對應(yīng)的源包已譯出但出錯，值2表示對應(yīng)的源包已譯出且正確；序列ST中的元素STi表示最終譯出源包的編碼包的編號；序列組合TS中的元素TSi表示譯碼時參與異或的第i個編碼包的源包編號序列；序列TE中的元素表示出錯的編碼包編號。
優(yōu)選地，步驟S4與步驟S5之間包括步驟根據(jù)源包中的校驗碼對源包進行校驗， 以查找出錯誤的源包。
優(yōu)選地，步驟S4的譯碼過程中，對于度為1的編碼包，將其賦值為唯一與其相連的源包，此源包即為新譯出的源包，將該編碼包的度置為0，并將該編碼包的編號賦值給所述新譯出的源包的源頭；對于度大于1且與新譯出的源包相連的編碼包，將其與新譯出的源包進行異或，同時將其度減1，并將新譯出的源包的編號記錄進該編碼包的源頭序列；循環(huán)進行此BP譯碼過程，直至所有源包均被譯出。
優(yōu)選地，步驟S5中，若序列ES中所有元素的取值均為2，表示已正確譯碼；若序列 ES中有取值為1的元素，則在序列ST中查找對應(yīng)的編碼包的源頭序列，若所述源頭序列中源包所對應(yīng)的序列ES中的元素都為2，則所述對應(yīng)的編碼包為出錯的編碼包。
優(yōu)選地，步驟S6中，對于任一個編碼包，記編號為i，查找其源頭序列TSi中包含源包所對應(yīng)序列ES中的元素，若元素中有值為1，則將此編碼包和對應(yīng)的源包進行異或，并增加相應(yīng)的度連接。
優(yōu)選地，步驟S7中，利用已譯出的正確的源包對新接收的編碼包進行異或，同時進行降度處理，利用新接收的編碼包和經(jīng)步驟S6后度不為0的編碼包進行BP譯碼。
優(yōu)選地，所述編碼包比源包長校驗碼所占的比特長度。
優(yōu)選地，所述特定的度函數(shù)為魯棒孤立波分布。
(三)有益效果
本發(fā)明通過在編碼時引入一定的校驗冗余，在譯碼時通過采用兩次BP譯碼和校驗機制，丟掉出錯的編碼包，正確譯出所有源包，實現(xiàn)了 LT碼對單個錯誤編碼包的檢錯糾錯功能，從而降低了誤碼擴散的影響。在采用合適的度函數(shù)和校驗機制的情況下，可以以 99%以上的概率成功譯碼。本發(fā)明的方法復雜度低、收斂快，僅通過增加少量的噴泉碼編碼包的接收數(shù)量，無需反饋即可對單個編碼包錯誤的情況進行糾錯譯碼。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中LT碼的譯碼過程示意圖2是現(xiàn)有技術(shù)中噴泉碼的碼長k為20時的生成矩陣與逆矩陣；
圖3是依據(jù)本發(fā)明實施例的LT碼編譯碼方法的流程圖4是BP譯碼過程圖示；
圖5是查找錯誤編碼包過程圖示；
圖6是恢復被出錯源包異或的編碼包以及增量BP譯碼圖示。
具體實施方式
下面對于本發(fā)明所提出的一種具有檢錯糾錯功能的LT碼編譯碼方法，結(jié)合附圖和實施例詳細說明。
如圖3所示，本發(fā)明實施例提供了一種具有檢錯糾錯功能的LT碼編譯碼方法，包括以下步驟
Si、將原始數(shù)據(jù)等分為K個源包，并對每個源包添加校驗值；
S2、選取特定的度函數(shù)對所述K個源包進行LT編碼；
S3、設(shè)由編碼包組成的編碼包序列為T、由源包組成的源包序列為S、源包出錯指示序列為ES、源包成功譯碼時源包的源頭指示序列為ST、從編碼包譯碼時編碼包的源頭指示序列組合為TS、出錯編碼包序列為TE ；然后根據(jù)接收到的編碼包為序列T賦值，并將序列 ES中的元素均賦值為0，且將序列ST、序列組合TS以及序列TE均置為空；
S4、根據(jù)序列T和LT碼的生成矩陣G進行BP譯碼，譯碼過程中，對所述生成矩陣 G進行降度處理，同時對序列T中的元素進行迭代更新，為序列ST和序列組合TS中的元素賦值，并在譯碼完成后根據(jù)步驟Sl的校驗值對源包進行校驗，根據(jù)結(jié)果為序列ES中的元素賦值；
S5、根據(jù)序列ES、序列ST和序列組合TS查找出錯誤的編碼包，并將錯誤的編碼包丟棄；
S6、根據(jù)序列ES和序列組合TS恢復被錯誤的源包異或的編碼包；
S7、根據(jù)已譯出的正確的源包、正確且度不為0的編碼包和新接收的編碼包進行 BP譯碼，得到最終的譯碼結(jié)果。
步驟Sl的編碼準備流程和步驟S2的編碼過程詳細描述如下(步驟A 步驟D)
步驟A 將原始數(shù)據(jù)等分為K個源包。將每個源包的CRC校驗碼拼接在各源包末尾對每個源包進行CRC校驗，在1 k范圍內(nèi)按魯棒孤立波分布(是現(xiàn)有技術(shù)，即在下面描述的度函數(shù)μ (d))隨機選取一個整數(shù)d，其中k為LT碼的碼長，d為編碼包的度。
對于LT碼，設(shè)符號長度為250字節(jié)，K = 500。首先定義函數(shù)
權(quán)利要求
1.一種具有檢錯糾錯功能的LT碼編譯碼方法，其特征在于，包括以下步驟51、將原始數(shù)據(jù)等分為K個源包，并對每個源包添加校驗值；52、選取特定的度函數(shù)對所述K個源包進行LT編碼；53、設(shè)由編碼包組成的編碼包序列為T、由源包組成的源包序列為S、源包出錯指示序列為ES、源包成功譯碼時源包的源頭指示序列為ST、從編碼包譯碼時編碼包的源頭指示序列組合為TS、出錯編碼包序列為TE ；然后根據(jù)接收到的編碼包為序列T賦值，并將序列ES 中的元素均賦值為0，且將序列ST、序列組合TS以及序列TE均置為空；54、根據(jù)序列T和LT碼的生成矩陣G進行BP譯碼，譯碼過程中，對所述生成矩陣G進行降度處理，同時對序列T中的元素進行迭代更新，為序列ST和序列組合TS中的元素賦值，并在譯碼完成后根據(jù)步驟Sl的校驗值對源包進行校驗，根據(jù)結(jié)果為序列ES中的元素賦值；55、根據(jù)序列ES、序列ST和序列組合TS查找出錯誤的編碼包，并將錯誤的編碼包丟棄；56、根據(jù)序列ES和序列組合TS恢復被錯誤的源包異或的編碼包；57、根據(jù)已譯出的正確的源包、正確且度不為0的編碼包和新接收的編碼包進行BP譯碼，得到最終的譯碼結(jié)果。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟Sl中，對每個源包添加校驗值具體為 將CRC校驗值放在每個源包的末尾。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S3中，序列ES中的元素取值為0、1或 2，值0表示對應(yīng)的源包未譯出，值1表示對應(yīng)的源包已譯出但出錯，值2表示對應(yīng)的源包已譯出且正確；序列ST中的元素STi表示最終譯出源包的編碼包的編號；序列組合TS中的元素TSi表示譯碼時參與異或的第i個編碼包的源包編號序列；序列TE中的元素表示出錯的編碼包編號。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S4與步驟S5之間包括步驟根據(jù)源包中的校驗碼對源包進行校驗，以查找出錯誤的源包。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S4的譯碼過程中，對于度為1的編碼包，將其賦值為唯一與其相連的源包，此源包即為新譯出的源包，將該編碼包的度置為0，并將該編碼包的編號賦值給所述新譯出的源包的源頭；對于度大于1且與新譯出的源包相連的編碼包，將其與新譯出的源包進行異或，同時將其度減1，并將新譯出的源包的編號記錄進該編碼包的源頭序列；循環(huán)進行此BP譯碼過程，直至所有源包均被譯出。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S5中，若序列ES中所有元素的取值均為2，表示已正確譯碼；若序列ES中有取值為1的元素，則在序列ST中查找對應(yīng)的編碼包的源頭序列，若所述源頭序列中源包所對應(yīng)的序列ES中的元素都為2，則所述對應(yīng)的編碼包為出錯的編碼包。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S6中，對于任一個編碼包，記編號為i， 查找其源頭序列TSi中包含源包所對應(yīng)序列ES中的元素，若元素中有值為1，則將此編碼包和對應(yīng)的源包進行異或，并增加相應(yīng)的度連接。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S7中，利用已譯出的正確的源包對新接收的編碼包進行異或，同時進行降度處理，利用新接收的編碼包和經(jīng)步驟S6后度不為0的編碼包進行BP譯碼。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述編碼包比源包長校驗碼所占的比特長度。
10.如權(quán)利要求1 9中任一項所述的方法，其特征在于，所述特定的度函數(shù)為魯棒孤立波分布。
全文摘要
本發(fā)明涉及數(shù)字信息傳輸技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種具有檢錯糾錯功能的LT碼編譯碼方法，包括步驟S1、將原始數(shù)據(jù)等分為K個源包，對每個源包進行校驗；S2、選取特定的度函數(shù)對所述K個源包進行LT編碼；S3、設(shè)編碼包序列為T、由源包組成的源包序列為S、源包出錯指示序列為ES、源包成功譯碼時源包的源頭指示序列為ST、從編碼包譯碼時編碼包的源頭指示序列組合為TS、出錯編碼包序列為TE；S4、根據(jù)序列T和LT碼的生成矩陣G進行BP譯碼；S5、根據(jù)ES、ST和TS查找出錯誤的編碼包；S6、根據(jù)ES和TS恢復被錯誤的源包異或的編碼包；S7、根據(jù)已譯出的正確的源包、正確且度不為0的編碼包和新接收的編碼包進行BP譯碼。本發(fā)明能降低LT碼譯碼過程中誤碼擴散的影響。
文檔編號H04L1/18GK102523072SQ20111043086
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月20日
發(fā)明者胡海洋, 葛寧, 裴玉奎, 邢艷玲 申請人:清華大學