一种基于软硬信息混合译码的乘积码编译码方法

本发明属于信道编码领域，涉及用于乘积码编码的方法，尤其涉及一种软硬信息混合的乘积码译码方法。

背景技术：

1、近年来，随着通信领域的快速发展，云计算，流媒体的兴起引起了数据量的快速扩增，与此同时，传输数据的网络结构也变得更加复杂，这些都对系统的传输速率和可靠性提出了更高的要求。前向纠错技术(forward error correction,fec)是一种常用的纠错方法，通过在发送数据中增加冗余位来检测和纠正部分传输错误，可以有效地降低接收信号的误码率，从而提高通信系统的可靠性以及延长信号的传输距离，在实现数据的长距离可靠传输中起着至关重要的作用。

2、乘积码是由elias于1954年提出的一种将差错控制和交织技术相结合的信道编码方案，由一种或两种短的线性分组码作为分量码来构成长码，通过对每个信息位添加双重奇偶约束，能够在保证高吞吐量的同时，纠正大量的随机错误和突发错误，具有较高的净编码增益，通常应用于光纤系统中。乘积码凭借其较高的吞吐量和优越的纠错性能，已被itu-tg.709.2/y.1331.2和400zr采纳。

3、目前，乘积码的译码算法包括硬判决和软判决两大类，硬判决算法简单，复杂度低，但在译码过程中丢弃了信道信息。相较于硬判决，软判决算法根据接收码字的可靠性信息进行译码，具有更好的纠错性能，但同时也伴随着高时延、高功耗、高成本等问题，这使得软判决在高速低成本通信中的应用受到限制。

技术实现思路

1、本发明为克服上述现有技术的不足，提出一种基于软硬信息混合译码的乘积码编译码方法，以期能充分考虑信道的可靠度信息，并利用软信息来补偿硬判决带来的信道损失，从而能大幅降低译码器的误码率，在保证纠错性能的同时，能有效减少系统时延，并能提高系统的抗干扰能力。

2、本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：

3、本发明一种基于软硬信息混合译码的乘积码编译码方法的特点在于，是应用于由发送端、信道、接收端所组成的通信系统中，所述发送端包括：乘积码编码器和调制器；所述接收端包括：解调器和乘积码译码器，所述乘积码编译方法包括如下步骤：

4、步骤1、所述乘积码编码器接收k1行k2列的信息矩阵b后，对b中的每一列进行并行硬判决编码，计算出每一列的n1-k1位校验码后，得到n1行k2列的二进制列编码矩阵xc，将所述列编码矩阵xc的任意一行二进制比特序列记为ui，其中，n1为硬判决编码后每一列码字的码长，且n1＞k1，k1、k2分别表示信息矩阵b的行数和列数；

5、步骤2、对所述列编码矩阵xc中的每一行二进制比特序列进行并行系统极化编码，得到任意一行系统极化码码字xi，从而形成n1行n2列的乘积码矩阵x；其中，n2为系统极化码编码后每一行码字的码长，且n2＞k2；

6、步骤3、设调制器包含m种调制符号，将所述乘积码矩阵x中每m个二进制比特映射为一个调制符号，得到(n1*n2)/m位调制符号s，其中，m表示调制符号s所对应的二进制比特位数，且m＝log2 m，利用所述信道将调制符号s发送给接收端，从而在接收端接收到含有噪声的调制符号y＝s+n，其中，n表示信道噪声；

7、步骤4、利用所述解调器对含有噪声的调制符号y进行软解调，得到n1×n2位软信息λ，并将λ排列为n1行n2列的软信息矩阵，记为λ；

8、步骤5、利用乘积码译码器对所述软信息矩阵λ进行译码，得到n1行n2列的译码矩阵

9、本发明所述的一种基于软硬信息混合译码的乘积码编译码方法的特点也在于，所述步骤2包括：

10、步骤2.1、利用极化码的构造算法计算n2个极化子信道的可靠度信息，并根据可靠度信息对极化子信道进行排序，从而利用前k2个可靠度信息最高的极化子信道a来传递第i行二进制比特序列ui，利用剩余的n2-k2个极化子信道ac传递冻结比特，从而得到第i行待编码序列

11、步骤2.2、定义基矩阵并得到生成矩阵其中，b为置换矩阵，表示log2n2个基矩阵f2的克罗内克积；

12、根据式(1)得到所述第i行待编码序列的极化码编码序列

13、

14、步骤2.3、令中的冻结比特为0后，利用生成矩阵g对进行极化码编码，得到所述乘积码矩阵x的第i行系统极化码码字xi。

15、所述步骤5包括：

16、步骤5.1、定义当前迭代次数为l，最大迭代次数为lmax，初始化l＝1；

17、步骤5.2、采用软判决译码算法对第l次迭代下的软信息矩阵λl中每一行进行译码，得到第l迭代下的行译码矩阵

18、步骤5.3、利用硬判决译码算法对中每一列码字进行译码，得到第l次迭代下的译码矩阵

19、步骤5.4、若则令并输出否则，执行步骤5.5；

20、步骤5.5、根据式(2)计算出第l次迭代下的软信息矩阵λl的标志位矩阵

21、

22、步骤5.6、将标志位矩阵中所有标志值为1的标志位所在的行、列位置记为集合并利用式(3)对软信息矩阵λl中属于集合中元素所对应位置的软信息进行更新，得到第l+1次迭代下的软信息λl+1；

23、

24、式(3)中，α为尺度因子，分别为软信息矩阵λl+1，λl中第i行第j列的软信息，表示中第i行第j列的译码值；

25、步骤5.7、将l+1赋值给l后，判断l＞lmax是否成立，若成立，则令并输出否则，返回步骤5.2顺序执行。

26、本发明一种电子设备，包括存储器以及处理器的特点在于，所述存储器用于存储支持处理器执行所述乘积码编译码方法的程序，所述处理器被配置为用于执行所述存储器中存储的程序。

27、本发明一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序的特点在于，所述计算机程序被处理器运行时执行所述乘积码编译码方法的步骤。

28、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

29、1、本发明采用的乘积码由两种不同的线性分组码构成，充分发挥了不同码字的性能优势，相比于由单一极化码构成的编码结构，这种结构具有更低的复杂度。

30、2、本发明采用的软硬信息混合译码方法在译码过程中使用了软判决和硬判决两种译码算法，充分考虑了信道的可靠性信息，大幅降低了译码器的误码率。

31、3、本发明设计的译码器在迭代译码过程中，行列译码器之间只进行二进制信息交换，节省了系统功耗，在保证系统性能的前提下，大大降低了算法的复杂度，节省了系统成本，可以适用于低成本的通信系统中。

技术特征：

1.一种基于软硬信息混合译码的乘积码编译码方法，其特征在于，是应用于由发送端、信道、接收端所组成的通信系统中，所述发送端包括：乘积码编码器和调制器；所述接收端包括：解调器和乘积码译码器，所述乘积码编译方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于软硬信息混合译码的乘积码编译码方法，其特征在于，所述步骤2包括：

3.根据权利要求2所述的一种基于软硬信息混合译码的乘积码编译码方法，其特征在于，所述步骤5包括：

4.一种电子设备，包括存储器以及处理器，其特征在于，所述存储器用于存储支持处理器执行权利要求1-3任一所述乘积码编译码方法的程序，所述处理器被配置为用于执行所述存储器中存储的程序。

5.一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器运行时执行权利要求1-3任一所述乘积码编译码方法的步骤。

技术总结本发明公开了一种基于软硬信息混合译码的乘积码编译码方法，包括：1、利用乘积码编码器对信息矩阵的每一列进行并行编码得到列编码矩阵；2、对列编码矩阵的每一行进行并行编码得到乘积码；3、利用调制器对乘积码进行任意M阶调制，并将调制符号通过信道发送给接收端；4、利用解调器对接收端接收到的有噪符号进行软解调得到软信息矩阵，并将软信息矩阵输入至软硬信息混合乘积码译码器；5、利用译码器对软信息矩阵进行迭代译码，当迭代次数到达最大值后输出译码矩阵。本发明在译码过程中，根据行列译码器输出的二进制译码矩阵对软信息进行更新，在保证纠错性能的同时，有效减少系统时延，并提高系统的抗干扰能力。技术研发人员：陈斌,张幸,殷雯,雷艺受保护的技术使用者：合肥工业大学技术研发日：技术公布日：2024/8/16