一种采用数据打孔的标记码传输方法

1.本发明涉及数字通信差错控制编码领域，尤其涉及一种采用数据打孔的标记码传输方法。


背景技术：

2.针对通信系统的采样时钟速率不稳定引起的同步错误，即插入/删节错误，研究者们设计了同步错误纠错码。插入/删节和替代错误将会导致灾难性的后果，即收发序列长度不一致且存在大量的突发性替代错误，降低系统性能；同时，以往的针对无记忆信道以及替代错误设计的差错控制编码技术不能被直接采用。
3.传统的davey、mackay提出的可纠正多个插入/删节和替代错误的级联编码方案，以下简称dm码，采用水印-ldpc(低密度奇偶校验)级联码纠正插入/删节错误，性能优越。为进一步提高dm方案的纠错能力以及系统的灵活性，研究者提出一种基于加权编辑距离(wed)的标记码传输方法。该方法将标记码作为内码均匀地插入到外码二进制ldpc码中，同时提出符号级同步算法以恢复接收序列的长度。该方法获得了优越的纠错能力，且译码模块的可移植性强，不局限于内外码之间的级联方式，能够灵活地运用于标记码或水印码的系统当中。但是，基于wed的标记码传输方法在数据传输速率方面仍有待提高。
4.因此，如何设计一种传输速率较高的插入/删节错误编译码算法是本领域需要长期研究的问题。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种采用数据打孔的标记码传输方法，本发明在保证系统传输性能未损失的前提下，提升了系统的传输速率，详见下文描述：
6.一种采用数据打孔的标记码传输方法，所述方法包括：
7.(1)二进制信息序列u经外码，即二进制ldpc码的编码器，生成长度为n
l
的编码序列f；
8.(2)将标记码ω均匀地插入到编码序列f中，生成长度为nc的级联码g，并输出级联码g；
9.(3)对级联码g中的每个符号内的第σ位打孔，打孔产生了发送序列g
′
；
10.(4)发送序列g
′
经过插入/删节-替代信道产生接收序列h；
11.(5)通过基于wed的符号级同步恢复器，纠正接收序列h中的插入/删节错误，并对打孔位置处的似然信息赋值β，最后输出似然比序列l；
12.(6)通过似然比序列l初始化二进制ldpc译码器，利用对数域置信度传播译码算法对二进制ldpc译码器进行译码，输出信息序列的估计
13.其中，所述将标记码ω均匀地插入到编码序列f中，生成长度为nc的级联码g，并输出级联码g为：
14.将二进制ldpc码f分成n个符号，每个符号具有m个比特，其中n＝n
l
/m；内部编码器
随机产生长度为n
×
λ的标记码ω，将标记码ω分为n个长度为λ的子序列，将标记码ω的每个子序列插入到二进制ldpc码f的每个符号前，生成长度为nc的级联码g，每个符号包含λ个水印比特、m个ldpc码比特。
15.进一步地，所述对级联码g中的每个符号内的第σ位打孔，打孔产生了发送序列g
′
为：
16.(3.1)令符号下标j＝0，一帧级联码g中包含n个符号；
17.(3.2)令每个符号中比特下标i＝0；
18.(3.3)判断i是否等于σ；当i≠σ时，继续判断是否i＜σ，如果是，g
′
j(m-1) i
＝g
jm i
，执行步骤(3.4)；否则i＞σ，g
′
j(m-1) i-1
＝g
jm i
，i＝i 1，执行步骤(3.4)；
19.(3.4)判断是否i＝σ，如果是，i＝i 1，执行步骤(3.5)；如果否，重复执行步骤(3.3)；
20.(3.5)判断是否i＜m，如果是，返回步骤(3.3)；如果否，执行步骤(3.6)；
21.(3.6)j＝j 1；
22.(3.7)判断是否j＜n，如果是，返回步骤(3.2)；如果否，输出发送序列g
′
，流程结束。
23.其中于，所述对打孔位置处的似然信息赋值β，最后输出似然比序列l为：
24.(5.1)令比特下标k＝0，j＝0；
25.(5.2)判断如果k％m＝σ，则第k位的对数似然比lk＝β，其中，σ为打孔位置；否则，lk的计算如下：
[0026][0027]
其中，0＜a≤q-1，0≤k＜n
l
，0≤j＜n，表示第j个符号，fk表示第k个发送比特；
[0028][0029]
其中，表示在fk＝1且的条件下接收到h的概率，ti表示i处的状态漂移量，f(
·
)，b(
·
)和m(
·
)分别表示前向、后向和中间度量；
[0030]
(5.3)j＝j 1，k＝k 1；
[0031]
(5.4)如果k＜n
l
，则返回步骤(5.2)；否则，输出似然比序列l，流程结束。
[0032]
本发明提供的技术方案的有益效果是：
[0033]
1、本发明在传统标记码传输方法的基础上，采用了数据打孔的方法，减少了传输所需的比特数，提高了传输效率，并且几乎没有性能损失；
[0034]
2、本发明缩短了发送序列码长，降低系统译码延时和译码计算复杂度。
附图说明
[0035]
图1为采用数据打孔的标记码传输方法的系统框图；
[0036]
图2为对发送序列的帧结构示意图；
[0037]
图3为数据打孔的流程图；
[0038]
图4为计算似然比序列的流程图；
[0039]
图5为接收符号的错误累积数示意图；
[0040]
图6为打孔前后性能仿真示意图。
具体实施方式
[0041]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。
[0042]
通过系统仿真，本发明实施例发现，基于wed的标记码传输方法中，靠近标记码的特定位置的比特出现错误的概率明显高于其余比特。因此，本发明实施例采用数据打孔技术，在发送端，将更容易出错的信息位删除，仅传输剩余比特，达到用更少的比特数传输信息的目的。这种方法有望在保证系统纠错性能没有损失的情况下提高传输比特率。
[0043]
与传统方案相比，本发明实施例作了以下修改：针对基于wed的标记码传输方案，对发送序列进行数据打孔，删除易出错的信息位上的比特，仅传输未经打孔的比特。在接收端，内译码器利用基于wed的符号级同步恢复器与已知的标记码进行比较以恢复同步，进一步对打孔位置的似然信息赋值，然后输出似然比序列供ldpc码译码器纠正残余错误。与未采用该技术的传输方法相比，该方法减少了所需传输的比特数，通过发送更少的比特来传递信息以达到相同的效果，在不影响系统纠错性能的前提下提高了传输速率。
[0044]
本发明实施例提出了一种采用数据打孔的标记码传输方法，在传统标记码传输方法的基础上，将传递的信息在进入插入/删节-替代信道前进行数据打孔，移除了信号中较易出错的信息位，通过发送更少的比特数来传输相同的信息，因此该方法有效地提高了系统的传输速率且保证性能没有恶化。
[0045]
下面结合附图对本发明实施例提供的一种采用数据打孔的标记码传输方法做出详细说明。
[0046]
如图1所示，本发明实施例包括以下六个步骤：
[0047]
(1)二进制信息序列u经外码，即二进制ldpc码的编码器，生成长度为n
l
的编码序列f；
[0048]
(2)将标记码ω均匀地插入到编码序列f中，生成长度为nc的级联码g，并输出级联码g；
[0049]
(3)对级联码g中的每个符号内的第σ位打孔，打孔产生了发送序列g
′
；
[0050]
(4)发送序列g
′
经过插入/删节-替代信道产生接收序列h；
[0051]
(5)通过基于wed的符号级同步恢复器，纠正接收序列h中的插入/删节错误，并对打孔位置处的似然信息赋值β，最后输出似然比序列l；
[0052]
(6)通过似然比序列l初始化二进制ldpc译码器，利用对数域置信度传播译码算法对二进制ldpc译码器进行译码，输出信息序列的估计
[0053]
以下分别介绍上述六个步骤的具体实施步骤，详见下文描述：
[0054]
步骤(1)中二进制ldpc码的编码器为本领域的专业术语，本发明实施例对此不做赘述。
[0055]
如图2所示，步骤(2)将标记码ω均匀地插入到编码序列f中，生成长度为nc的级联码g，并输出级联码g包括：
[0056]
(2.1)将二进制ldpc码f分成n个符号，每个符号具有m个比特，其中n＝n
l
/m；
[0057]
(2.2)内部编码器随机产生长度为n
×
λ的标记码ω，将标记码ω分为n个长度为λ的子序列，将标记码ω的每个子序列插入到二进制ldpc码f的每个符号前，生成长度为nc的级联码g，其中每个符号包含λ个水印比特、m个ldpc码比特。
[0058]
如图3所示，步骤(3)对级联码g中的每个符号内的第σ位打孔，打孔产生了发送序列g
′
包括：
[0059]
(3.1)令符号下标j＝0，一帧级联码g中包含n个符号；
[0060]
(3.2)令每个符号中比特下标i＝0；
[0061]
(3.3)判断i是否等于σ；当i≠σ时，继续判断是否i＜σ，如果是，g
′
j(m-1) i
＝g
jm i
，执行步骤(3.4)否则i＞σ，g
′
j(m-1) i-1
＝g
jm i
，i＝i 1，执行步骤(3.4)；
[0062]
(3.4)判断是否i＝σ，如果是，i＝i 1，执行步骤(3.5)；如果否，重复执行步骤(3.3)；
[0063]
(3.5)判断是否i＜m，如果是，返回步骤(3.3)；如果否，执行步骤(3.6)；
[0064]
(3.6)j＝j 1；
[0065]
(3.7)判断是否j＜n，如果是，返回步骤(3.2)；如果否，输出发送序列g
′
，流程结束。
[0066]
步骤(4)发送序列g
′
经过插入/删节-替代信道产生接收序列h包括：
[0067]
发送序列g
′
通过插入/删节-替代信道，参数pi，pd和ps分别表示插入、删节和替代概率。传输概率p
t
＝1-p
i-pd。
[0068]
其中，上述插入/删节-替代信道为本领域的专业术语，本发明实施例对此不做赘述。
[0069]
如图4所示，步骤(5)通过基于wed的符号级同步恢复器，纠正接收序列h中的插入/删节错误，并对打孔位置处的似然信息赋值β，最后输出似然比序列l包括：
[0070]
(5.1)令比特下标k＝0，符号下标j＝0；
[0071]
(5.2)判断如果k％m＝σ，则第k位的对数似然比lk＝β，其中，σ为打孔位置；否则，lk的计算如下：
[0072][0073]
其中，0＜a≤q-1，0≤k＜n
l
，0≤j＜n，表示第j个符号，fk表示第k个发送比特。
[0074][0075]
其中，表示在fk＝1且的条件下接收到h的概率，ti表示i处的状态漂移量，f(
·
)，b(
·
)和m(
·
)分别表示前向、后向和中间度量。
[0076]
(5.3)j＝j 1，k＝k 1；
[0077]
(5.4)如果k＜n
l
，则返回步骤(5.2)；否则，输出似然比序列l，流程结束。
[0078]
步骤(6)二进制ldpc译码器利用似然比序列l完成迭代译码，输出信息序列的估计的步骤包括：
[0079]
将似然比序列l送入二进制ldpc译码器；采用二进制ldpc码的对数域置信传播译码算法进行译码；重复上述译码步骤，直至达到预设的最大迭代次数δ
max
。其中，二进制ldpc码的对数域置信传播译码算法为本领域的专业术语，本发明实施例对此不做赘述。
[0080]
具体实施例
[0081]
本发明实施例对没有采用数据打孔的码和经过数据打孔后的码进行对比，选取码长nc为576比特，码率为0.5的级联码为一个特例，介绍一种采用数据打孔的标记码传输方法。仿真中采用伪随机序列作为内部标记码、二进制ldpc码作为外码，其中λ＝1，n
l
＝720，r
l
＝0.5，信道中每个比特发生最大插入错误的数目i为5，pi＝pd，二进制ldpc码的译码器采用对数域置信度传播译码算法，最大迭代次数为50次。
[0082]
采用二进制伪随机序列，其中λ＝1，pd＝pi信道中每个比特发生最大插入错误的数目i为5。分别在m＝4和m＝6时，统计了在删节概率pd＝0.01时各信息位出错的概率。图5为传输序列各信息位的出错情况，如图5所示，传输码字中每个符号中σ位相较其他位出错概率更高，σ＝2。
[0083]
打孔后码率计算方式具体为：
[0084][0085]
其中，选用n
l
＝576，r
l
＝0.5的二进制ldpc码作为外码，dc表示一帧中被删除的比特数，di表示信息序列中被删除的比特数。
[0086]
图6给出了不同替代概率下系统的误块率随插入/删节概率变化的曲线，其中，误块率等于错误帧的数目除以发送帧的数目。可以看出，系统在经过数据打孔前后性能几乎没有恶化。
[0087]
本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。
[0088]
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0089]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。