[发明专利]一种二进制无速率码的编码和译码方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及通信领域的数据传输技术，特别涉及一种降低复杂度的信道编码和译码方法及系统。

背景技术

近年来，随着通信技术的不断发展，对于传输容量和传输距离的需求也不断的增长。数据在传输过程中，会由于受到各种噪声和衰落的影响而产生错误，为保证通信的质量和效率，必须对这些错误进行有效控制和纠正。其中较常见的方法是前向纠错（FEC）和反馈重传（ARQ）等方法。

在前向纠错的编码方式中，译码器不仅可以自动发现错误，而且还能对码字中存在的错误在一定的范围内进行纠错。常见的前向纠错码有里德-所罗门（Reed-Solomon）码、卷积码、Turbo码以及低密度奇偶校验码（LDPC）等。对于近期发展速度较快的Turbo码和LDPC具有单向传输、不需反馈，能根据码的规律性自动纠正错误，纠错迅速，纠错能力非常强的特点。但是由于前向纠错码的编、译码结构复杂，效率低，一般仅用在通信物理层作为帧内的比特级纠错。

为了保证通信系统传输的可靠性，仅采用前向纠错码无法保证译码后的数据是否完全正确，为此，需要采用帧级别的纠错技术，最常见最容易的方法是ARQ技术。ARQ技术实现较为简单，但缺点是需要反馈信道，而且每收到一个错误帧就需反馈一次。而近期开发出的另外一类被称为“无速率”码的帧级别码，则不需要大量的反馈，而只需要接收完一系列数据帧后反馈一次，因而相对于ARQ技术，能大量降低反馈需求量。

目前常见的无速率码包括：LT(Luby Transform)码、Raptor码以及二进制确定无速率码(Binary Deterministic Rateless codes,BDRC)等。LT、Raptor码由于采用随机编码方法，理论上已证明，这两种码的性能只有当参与编码的帧数非常多时，才能达到理论的最优性能，而对于一般数量的参与编码帧数时，则性能较差。而BDRC码则已在理论上证明其性能不论参与编码帧数为多少都能达到理论上最优性能。但BDRC码由于译码方法中要对一个大的稀疏矩阵求逆，尽管求逆过程可以利用稀疏矩阵特性进行一定程度地简化，但其实现过程的复杂度仍然过高，不利于在实际系统中应用。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述现有BDRC码的编码方式存在的问题，提出一种改进的BDRC编码方法，在未对BDRC码本身的性能产生影响的前提下，能大大地减少译码过程的复杂度。

本发明的BDRC编码方法包括下列步骤：

将长为P的K个待编原始码数据包的等分成T个原始数据块，每个原始数据块的长度为p=P/T，所述原始数据块按T行K列放置；

依次将每行原始数据块送入二进制无速率码编码器进行编码，每行产生M个冗余块，则每行共有N个编码块，N=K+M，且p≥N-1；

所述编码块按T行N列放置，每列编码块组成一个编码包；依次对N个编码包进行组帧构成编码帧，并为每个编码帧加入帧识别号和帧校验序列。

上述步骤中，将每行原始数据块进行BDRC编码的过程为现有常规BDRC编码过程，产生M个冗余块的过程，具体过程可描述为：在每一个原始数据块的尾部附加一个比特“0”得到一组临时块，然后对每一个临时块在块内进行循环移位得到另外一组临时块，移位次数为原始数据块帧号减1与当前编码块帧号减1的乘积与块长p加1的取模后得到的数值，之后将该临时块去掉最后一个比特得到新一组临时块，最后将全部的最新临时块进行异或处理，得到一个当前帧号的冗余块,重复该过程，可以得到所有M个冗余块；常规的BDRC编码过程也可以用矩阵方式来表示：K个原始数据块组成一个长为K×p行向量乘以一个由编码规则确定的行为K×p、列为M×p的二元域的生成矩阵，得到一个长为M×p的列向量，该列向量包含了M个长为p的冗余块，而且该生成矩阵还是一个由K×M个分块且每个分块矩阵为p×p方阵组成的分块矩阵。

本发明的BDRC编码方法从降低BDRC码的译码器求逆复杂度的角度出发，通过将编码前的原始数据包细分成多个等长的原始数据块，然后再进行BDRC编码，进而降低了编码生成矩阵的阶数，从而有效降低了译码时对矩阵求逆的复杂度，加上降低了BDRC编码过程本身的复杂度，即在未对BDRC码本身的性能产生影响的情况下，能大大地减少编码和译码过程的复杂度。

优选的，在每个的编码帧的头部插入帧识别号和/或每个的编码帧的尾部插入帧校验序列。

对应本发明改进的BDRC编码方法，本发明还公开了一种二进制无速率码的译码方法，其特征在于，包括下列步骤：

将收到的K个编码包等分成T组编码块，每组包含K个编码块；