[发明专利]一种具有低运算复杂度的卷积码快速译码方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种卷积码译码方法，属于数字通信中的信道编译码技术领域。

背景技术

在数字通信系统中，为了提高系统的功率利用率，即在信噪比一定的条件下尽可能降低误码率，需要使用信道编译码技术。卷积码及其维特比译码方法由于具有良好的纠错性能，已经广泛应用于各类数字通信系统中。然而，传统的维特比译码方法的运算复杂度较高，从而限制了其译码速度，很难应用于高速数字通信系统之中。因此，有必要探索一种具有低运算复杂度的、快速的卷积译码方法。

现有的卷积码译码技术大致分为两类，一是代数译码，二是概率译码。通常，代数译码具有一定的代数结构，译码简单，便于实现，但纠错性能不足；概率译码的纠错能力强，缺点是译码器复杂度较高。目前广泛应用的维特比译码方法即是概率译码的一种，又称最大似然译码方法，其优点是纠错能力强，且在译码约束度较小时，运算复杂度比其它概率译码方法低。然而，在某些高速通信场合，传统维特比译码方法的运算复杂度仍显过高，不能满足实时译码需求，故需要作进一步的改进，在不影响纠错能力的前提下大幅降低运算复杂度，以便能够做到快速、实时译码输出数据。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有卷积译码技术运算复杂度过高的问题，提出一种具有低运算复杂度的卷积码快速译码方法。

本发明方法的设计思想为：充分利用现有数字通信系统中数据帧的结构特点，利用帧头辅助卷积译码。同时，综合考虑代数译码和概率译码的优势，将二者融入到一种译码体系结构中，使得新译码方法既具有接近代数译码的运算复杂度，又具有不亚于概率译码的纠错性能。

由于在现有的数字通信系统中，数据往往具有一定的帧结构，故可以考虑按帧进行卷积译码，利用预定的帧头数据辅助实现数据定位和译码。同时，传统维特比纠错译码方法在数据有误码和无误码时均需要做差不多同样的工作，而在实际信号中，误码率通常很低，一般在10^-2到10^-3左右，有的甚至更低，误码率大于10^-2的数据往往是解调处于极度恶化的情况，属于不可用状态。这就意味着，维特比译码在绝大多数时间内是处于无效运转，只要将这样的情况判断出来，即可停止使用维特比译码，加快数据处理速度。对于以帧为单位的数字通信系统信号，可以很容易判断当前数据帧内是否有错，相邻帧之间的纠错是毫无关联的，因此，对维特比译码运转与停止的控制很容易。

为实现上述目的，本发明方法包括以下步骤：

步骤一、对于卷积编码器(n，k，L)，将每一帧数据帧头的前k*(L-1)位作为编码器的初始状态，并计算后N_head-k*L+k位数据的编码输出，记为code_head，其中N_head为帧头长度且N_head＞k*(L-1)；

步骤二、将code_head与接收序列作线性相关运算，设定门限值TH＝n/k*(N_head-k*L+k)，当滑动相关值大于或等于门限值TH时，即认为搜索到帧头位置；

步骤三、从搜索到帧头时刻起，连续存储n/k*N_data个数据，其中N_data为编码前每帧有效数据的长度；

步骤四、计算校正子S＝R*HT，其中，R为步骤三中连续存储的n/k*N_data个接收数据，H是(n，k，L)卷积编码器以固定帧头的后k*(L-1)位作为编码器初始状态时的N_data*(n-k)×N_data*n阶截短监督矩阵；

步骤五、判断本帧数据错误情形，若S为全0的矢量，则判定本帧接收数据无错，转到步骤八；若S不为全0的矢量，但与监督矩阵H中的某一列完全相同，则判定本帧接收数据有1个错误，转到步骤七；否则判定本帧接收数据有多个错误，转到步骤六；

步骤六、利用维特比纠错方法，对本帧数据进行纠错，并输出纠错后的编码序列，转到步骤八；

步骤七、搜索确定监督矩阵H中的第m列与校正子S完全相同，将本帧数据的第m个数据取反纠错，并输出纠错后的编码序列，转到步骤八；

步骤八、将无错或经过纠错的编码序列反编码，输出本帧数据的最终译码序列；

步骤九、从本帧接收数据后开始，跳过n/k*N_head个数据，再连续存储n/k*N_data个数据，循环回到步骤四，即可对后续的每一帧数据连续不断的进行译码输出。

优选的，在上述过程中，所述步骤八的序列反编码按如下方式递推进行：