一種基于度優化的Raptor碼部分除環編碼方法技術

本發明專利技術公開了一種基于度優化的Raptor碼部分除環編碼方法，包括對Raptor碼進行預編碼，根據預編碼得到度選擇優化條件，根據度分布函數隨機生成一個度，根據度是否滿足度選擇優化條件，確定是否進行除環，最后得到所有的輸出編碼符號。本發明專利技術通過對度的選擇進行除環能在最大程度地提升Raptor碼的性能的同時，降低計算復雜度。

【技術實現步驟摘要】
一種基于度優化的Raptor碼部分除環編碼方法
本專利技術涉及無線通信領域，特別涉及一種基于度優化的Raptor碼部分除環編碼方法。
技術介紹
隨著通信技術的不斷發展，信道編碼技術也在日益進步，在二十一世紀科技發展加快，這對通信技術有了更高的要求。為了能夠在廣播和多播中保證大量數據傳輸的可靠性，1998年，Luby等人提出了一種基于刪除信道的無碼率的糾錯碼，即數字噴泉碼。其主要思想為：在發送端將原始數據分為任意數量K的編碼分組，而接收方只要收到其中任意N個編碼分組就可以高概率恢復原始數據，而無需知道所接收到的分組具體是哪些。一般情況下，N略大于K時就可以恢復出原始數據。2002年Luby首次提出了實用的可變碼率數字噴泉碼——LT(LubyTransform)碼。LT碼是第一個將數字噴泉的概念全面實現的碼字，能夠滿足在可變信道的條件中傳輸，但LT碼存在譯碼成功恢復原始數據所需的運算量與原始數據長度k無法滿足線性關系等局限性。為了改善LT碼的局限性，性能更佳一種數字噴泉碼Raptor碼被提出。Raptor碼是一種級聯碼，它將一種性能良好的傳統信道編碼與LT碼級聯，從而提高了其譯碼效率。如圖3所示Raptor碼編碼時首先進行預編碼，再對于預編碼生成的中間碼進行LT編碼。Raptor碼的優勢在于譯碼時預編碼的糾錯能力可以輔助LT碼譯碼，同時引入預編碼也使得Raptor碼的編譯碼運算量與原始編碼長度保持線性關系。如圖2所示，LT碼的生成矩陣是一個稀疏矩陣，生成矩陣中的每一列的“1”的數量或者與輸出節點相連接的輸入節點的個數表示生成一個碼字所需要的原始數據包的數目，我們稱其數目為度(Degree)，度所服從的概率函數稱為度分布函數(常用的有理想孤波分布、魯棒孤波分布和泊松度分布等等)。生成矩陣每列中“1”的行位置表示該輸入符號參與了本列所代表的輸出符號的生成。LT碼編碼首先根據度分布函數產生一個度數d，然后完全隨機地從長度為k的原始數據包中選出其中d個進行異或運算產生一個生成碼字，如此循環。故LT碼的生成矩陣的結構及度分布函數直接影響LT碼的性能。由于LT碼采用隨機編碼方式，故其Tanner圖中信源節點與編碼節點之間常常會出現短環，如圖3中所示的長度為4的短環a，短環b及跨輸入符號和輸出符號之間由箭頭表示的長度為4的短環c，類似于4環等短環的存在導致譯碼時從一個節點傳出的信息經過短環后又回到原節點，破壞了節點之間信息傳遞的獨立性，最終導致編譯碼性能的下降。所以，Raptor碼中編碼Tanner圖中短環消除一直是研究者們重點關注的問題。然而，如果在Raptor碼中的LT編碼過程中加入短環消除算法，雖然會使Raptor碼的性能得到一定程度的提升，但同時短環消除的加入也會破壞LT編碼的隨機性，而LT編碼的性能很大程度是由其隨機性決定的，所以這兩者是矛盾的。因此，Raptor碼除環編碼算法仍然具有一定的性能提升空間，我們需要性能進一步提升，計算復雜度進一步降低的Raptor碼除環編碼方法。
技術實現思路
為了克服現有技術存在的缺點與不足，本專利技術提供一種基于度優化的Raptor碼部分除環編碼方法，本方法主要針對Raptor碼中跨輸入符號和輸出符號之間的短環，如圖3中短環c，因為該類短環的消除對Raptor碼性能影響很大程度上由預編碼的特性決定，對該類短環的消除算法進行度優化具有較大的伸縮性和性能提升空間。本專利技術采用如下技術方案：一種基于度優化的Raptor碼部分除環編碼方法，包括如下步驟：S1對Raptor碼進行預編碼，得到預編碼的tanner圖，并根據預編碼的特性生成度選擇優化條件；S2根據度分布函數隨機生成一個度d，且d≥1，如果d＝1，則隨機選擇一個中間符號作為輸出編碼符號，否則進入S3；S3對度d進行篩選，判斷d是否滿足S1的度選擇優化條件，如果滿足則進入S4，否則返回S2；S4隨機選擇d個中間符號作為生成輸出編碼符號的備選符號，并更新Raptor編碼Tanner圖；S5判斷更新后的Raptor編碼Tanner圖是否存在跨輸入符號與輸出符號的短環，如果存在短環，則進行短環消除，再進入S6；否則，直接進入S6；S6根據所選d個中間符號生成輸出編碼符號；S7重復S2-S6，直至完成所有輸出編碼符號的生成。所述根據預編碼的特性生成度選擇優化條件，具體為：如果預編碼列重是小于3的或者非規則的LDPC碼，所有的度均滿足度選擇優化條件，所有度數的編碼符號都進行短環消除；如果預編碼列重是大于2且同時為規則的LDPC碼，則選擇度數較高的編碼符號進行短環消除。根據適當的反饋機制即根據接收端的譯碼性能對度選擇優化條件進行調整。S2中所述度分布函數具體為泊松度分布函數。本專利技術的有益效果：(1)該編碼算法優化了原短環消除算法也就是完全除環，度選擇優化后的Raptor碼相比于原短環消除算法有了一定的編碼增益，對不同碼字有不同的效果。(2)該專利技術的核心是短環消除的度選擇優化，通過對度數的篩選來提高性能的同時，相比于完全除環算法降低了計算復雜度。附圖說明圖1是本專利技術的工作流程圖；圖2是本專利技術
技術介紹
中Raptor碼中LT碼編碼過程示意圖；圖3是本專利技術
技術介紹
中Raptor碼編碼過程及Tanner圖中短環分布示意圖；圖4是本專利技術Raptor碼短環消除編碼符號的生成過程分析圖；圖5為本專利技術的仿真驗證圖：以碼率為90％，校驗矩陣H列重為3的(1000,900)規則LDPC碼作為Raptor碼預編碼時采用不同除環度數的誤塊率對比示意圖；圖6為本專利技術的仿真驗證圖：以碼率為90％的(1000,900)非規則LDPC碼作為Raptor碼預編碼時采用不同除環度數的誤塊率對比示意圖；圖7為本專利技術的仿真驗證圖：以碼率為90％，校驗矩陣H列重為2的(1000,900)規則LDPC碼作為Raptor碼預編碼時采用不同除環度數的誤塊率對比示意圖；圖8為本專利技術的仿真驗證圖：以碼率為95％，校驗矩陣H列重為3的(5000,4750)規則LDPC碼作為Raptor碼預編碼時采用不同除環度數的誤塊率對比示意圖。具體實施方式下面結合實施例及附圖，對本專利技術作進一步地詳細說明，但本專利技術的實施方式不限于此。實施例如圖1-圖4所示，一種基于度優化的Raptor碼部分除環編碼方法，包括如下步驟：本實施例中Raptor碼預編碼選用LDPC碼，N表示碼字長度，K表示信息比特長度，碼率R＝K/N。S1對Raptor碼進行預編碼，得到預編碼的tanner圖，并根據預編碼的特性生成度選擇優化條件；S2根據泊松度分布函數隨機生成一個度d，且d≥1，如果d＝1，則隨機選擇一個中間符號作為輸出編碼符號，否則進入S3；S3對度d進行篩選，判斷d是否滿足S1的度選擇優化條件，如果滿足則進入S4，否則返回S2；S4隨機選擇d個中間符號作為生成輸出編碼符號的備選符號，并更新Raptor編碼Tanner圖；S5判斷更新后的Raptor編碼Tanner圖是否存在跨輸入符號與輸出符號的短環，如果存在短環，則進行短環消除，再進入S6；否則，直接進入S6；S6根據所選d個中間符號生成輸出編碼符號；S7重復S2-S6，直至完成所有輸出編碼符號的生成。所述Raptor編碼Tanner圖為如圖3的整體編碼Tanner圖。所本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于度優化的Raptor碼部分除環編碼方法，其特征在于，包括如下步驟：S1對Raptor碼進行預編碼，得到預編碼的tanner圖，并根據預編碼的特性生成度選擇優化條件；S2根據度分布函數隨機生成一個度d，且d≥1，如果d＝1，則隨機選擇一個中間符號作為輸出編碼符號，否則進入S3；S3對度d進行篩選，判斷d是否滿足S1的度選擇優化條件，如果滿足則進入S4，否則返回S2；S4隨機選擇d個中間符號作為生成輸出編碼符號的備選符號，并更新Raptor編碼Tanner圖；S5判斷更新后的Raptor編碼Tanner圖是否存在跨輸入符號與輸出符號的短環，如果存在短環，則進行短環消除，再進入S6；否則，直接進入S6；S6根據所選d個中間符號生成輸出編碼符號；S7重復S2?S6，直至完成所有輸出編碼符號的生成。

【技術特征摘要】
1.一種基于度優化的Raptor碼部分除環編碼方法，其特征在于，包括如下步驟：S1對Raptor碼進行預編碼，得到預編碼的tanner圖，并根據預編碼的特性生成度選擇優化條件；S2根據度分布函數隨機生成一個度d，且d≥1，如果d＝1，則隨機選擇一個中間符號作為輸出編碼符號，否則進入S3；S3對度d進行篩選，判斷d是否滿足S1的度選擇優化條件，如果滿足則進入S4，否則返回S2；S4隨機選擇d個中間符號作為生成輸出編碼符號的備選符號，并更新Raptor編碼Tanner圖；S5判斷更新后的Raptor編碼Tanner圖是否存在跨輸入符號與輸出符號的短環，如果存在短環，則進行短環消除，再進入S6；否則，直接進入S6；S6根據所選d個中間符號生成輸出編碼符號；...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王一歌，吳桂龍，
申請(專利權)人：華南理工大學，
類型：發明
國別省市：廣東,44