專利名稱：基于非規(guī)則比特級縮短的多元碼速率兼容方法
技術領域：
本發(fā)明屬于通信技術領域，特別是涉及一種多元碼速率兼容方法的改 進，可用于各種需要降低碼率的通信系統(tǒng)。
背景技術：
對于衰落信道，由于信道的時變特性，鏈路自適應技術是實現(xiàn)逼近
Shannon容量限不可或缺的技術，自適應技術的一個要素即變碼率技術 基于同一個母碼，當信道狀態(tài)好時采用高碼率傳輸，信道較差時采用低碼 率傳輸。降低母碼的碼率，通常采用縮短的方法，即刪除部分信息位，校 驗位不變，則碼長變小，碼率降低。 一個碼長為M比特的碼字，傳輸?shù)男?息比特數(shù)為A，則該碼的碼率為及=&/"，將其作為母碼進行縮短操作，假 設一共刪除了 、個比特，則降低后的碼率為=- 、 )/("-、)。
傳統(tǒng)的速率兼容技術在縮短的時候采用符號級操作，即以信息符號為 單位刪除，刪除的符號不參與傳輸，在接收端對整個符號填零，如圖1所 示。
經典有限域理論中，可以通過任意伽羅華域GF(《)中的符號構造碼， 其中《是一個素數(shù)P或者是P的冪次。在實際系統(tǒng)中最常用的是有限域 GF(2"構造出來的碼字，該域中的任何一個元素可以用一個mxm的二進 制等價矩陣(binary image)來表示。以x為變量，以GF(2)中元素為系數(shù) 的多項式如下表示
則有限域GF(2"中的任意一個域元素可以用如下mx m的二進制等價矩陣
B =
0 0 0
1
0 0
a,
0
1
0
a，
0
0
1
a—
基于GF(2"的校驗矩陣可以轉化為相應的二元校驗矩陣。
4這種傳統(tǒng)的符號級縮短技術的缺點是自由度不高，只能以符號為單 位進行縮短操作，即一個符號內的比特要么全部縮短，要么全部保留，造 成母碼縮短后產生的新低碼率碼誤碼率性能不佳。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服上述符號級縮短技術的缺點，提供一種基于非 規(guī)則比特級縮短的多元碼速率兼容方法，以提高自由度，改善系統(tǒng)誤碼率 性能。
為實現(xiàn)上述目的，對于一個碼長為W個符號，信息位為《個符號的母
碼，本發(fā)明將基于有限域GF(2"的多元碼校驗矩陣轉化為對應的二進制 等價矩陣，并依據(jù)二進制等價矩陣的度分布情況，按照從小到大的次序非
規(guī)則選擇信息比特進行縮短操作。其實現(xiàn)步驟如下
1) 依據(jù)目標碼率，計算需要刪除的信息比特個數(shù)
附—n附，其中w為母碼的符號長度，《為信息符號長度，m為
每個符號中的比特個數(shù)；
2) 依據(jù)任意伽羅華域GF(2m)中，域元素的多項式表示
/(x) = a。 +"^ + ^ +... +尸和二進制等價矩陣表示
<formula>formula see original document page 5</formula>
將基于GF(2"")的校驗矩陣H轉化為對應的二進制等價矩陣HB ;
3) 計算二進制等價矩陣HB的度分布，并將所有列按照有效列重從小 到大的次序進行排序；
4) 選擇對有效列重小的列所對應的比特進行刪除操作，并相應標記；
5) 重復操作步驟3) ~4)，直至符合刪除比特的個數(shù)《，達到目標 碼率。上述多元碼速率兼容方法，其中步驟3)所述的計算二進制等價矩陣 Hb的度分布，按如下步驟進行
2a)計算出校驗矩陣H所對應二進制等價矩陣He矩陣的每列中1的 個數(shù)，作為該列的有效列重；
2b)計算出校驗矩陣H所有列的有效列重，統(tǒng)計不同列重所占比例， 構成該校驗矩陣的度分布。
上述多元碼速率兼容方法，其中步驟4)所述的選擇對有效列重小的
列所對應的比特進行刪除操作，按如下步驟進行
3a)選出有效列重最小的列，找出該列所對應的基于GF(2"的一個符
號；
3b)找出該列所對應符號中的一個特定對應比特，并對這個比特進行 刪除操作；
3c)對已經刪除的比特進行相應標記，避免之后重復刪除。
由于本發(fā)明采用選擇對有效列重小的列所對應的比特進行刪除操作， 進行非規(guī)則比特級縮短，因而可以在不同的符號里刪除數(shù)目不同的比特個 數(shù)，提高了縮短操作的自由度，改善了縮短碼的系統(tǒng)誤碼率性能。
仿真結果表明，本發(fā)明在誤碼率為10-4時，生成1/3碼率的縮短碼比 傳統(tǒng)方法產生了超過ldB的增益。
圖1是傳統(tǒng)符號級縮短方法示意圖2是本發(fā)明基于非規(guī)則比特級縮短示意圖3是本發(fā)明的流程圖4是本發(fā)明生成碼率為1/3的速率兼容碼與傳統(tǒng)方法系統(tǒng)誤碼率仿 真結果的對比示意圖5是本發(fā)明生成各種低碼率的速率兼容碼的系統(tǒng)誤碼率仿真結果示 意圖。
具體實施例方式
參照圖3，對于一個有限域GF(2"')上碼長為7V個符號，信息位為《個 符號的母碼，本發(fā)明的具體實現(xiàn)步驟如下步驟l，依據(jù)目標碼率，計算需要刪除的信息比特個數(shù)。 設化為縮短后的目標碼率，《為需要刪除的信息比特總個數(shù)，附為 每個符號中的比特個數(shù)，根據(jù)碼率定義易得
7T =
根據(jù)(1)式，計算需要刪除的信息比特總個數(shù)為
(1)
1 —W
(2)
步驟2，將基于GF(2")的校驗矩陣H轉化為對應的二進制等價矩陣
2.1設基于GF(2"的校驗矩陣H為
H =
々
00
10
々
m
02
12
力
03
13
力
0,W—1
'1,W-1
"JW—l，O "A/—1,1
"Af—1,2 "M_l,
M—l，H
(3)
依據(jù)任意伽羅華域GF(2"")中，域元素的多項式表示 / (X) = a。 + + a2x2 +... + xm 將任意一個域元素轉化為(3)式的形式，得到各個系數(shù)a。、 fll、 &......;
2.2根據(jù)二進制等價矩陣B，將基于GF(2"的任一域元素根據(jù)步驟2.1 得到的系數(shù)A、 A、 a2......，轉化為用一個大小為mxm的GF (2)矩陣等
B =
01 0
00 1
00 0
^^、
0
0
1
2.3將G^(2"中的所有域元素都轉化為等價的二進制mx附矩陣，則 M行N列的校驗矩陣H等價轉化為M,行、A^m列的二進制矩陣HB，每一個wxw的矩陣對應一個GF(2"中的域元素，例如HB中的mxm的
矩陣塊
力0|
^00 力IO
-i，o
-1,1
》1
對應H中的一個域元素A。
氣附-1
k-l，m-l
力
M/H~m+l，m~l
V她
1，7V"m-m
m—l，iVm~l
'Mff/~m+l，7V>w~l
步驟3，計算二進制等價矩陣HB的度分布，將所有列按照有效列重從 小到大的次序進行排序。
3.1計算出校驗矩陣H所對應二進制等價矩陣M.m行和AA.m列的HB
中每列中1的個數(shù)，作為該列的有效列重；
3.2計算完H,所有的有效列重之后，統(tǒng)計不同列重所占比例，構成該 校驗矩陣的度分布；
3.3對所有的列依照有效列重，從小到大進行排序。
步驟4，選擇對有效列重小的列所對應的比特進行刪除操作，并相應 標記。
4.1開辟一個二維向量空間S尸用來標記所操作比特的具體位置，稱之 為縮短模式(shorteningpattern)并初始化SP[s][。 = 0;
4.2選擇He中有效列重最小的列對應的比特進行刪除，并標記對應的 比特位置SPW[。二1，避免以后重復刪除。
步驟5，重復操作步驟3~4，直至符合刪除比特的個數(shù)《，達到目標 碼率。
85.1在標記SPW[,] = 0的信息比特中繼續(xù)選擇有效列重最小的比特進行 刪除操作，并標記對應的比特位置SPW0]二1 ;
5.2重復選擇標記SPW[/] = 0的有效列重最小的列對應的比特進行刪 除，直到累計刪除比特達到《；
至此，非規(guī)則比特級縮短操作完成，如圖2所示，每個符號中刪除了 不同個數(shù)的比特，得到碼率降低為i '、碼長縮短為W.m-^個比特的新碼。
本發(fā)明的效果可以通過以下仿真進一步說明
本發(fā)明仿真選用基于GF (64)、碼長1008比特、碼率0.5的LDPC 碼，在AWGN信道下進行系統(tǒng)誤碼率性能仿真，選用了 1/3、 1/4和1/5等 多種縮短碼率，仿真的結果如圖4和圖5所示。
由圖4可見，本發(fā)明在系統(tǒng)誤碼率為10-4、縮短碼率為l/3時，該通信 系統(tǒng)獲得了超過ldB的增益。
由圖5可見，本發(fā)明在系統(tǒng)誤碼率為10—4時，縮短碼率分別為1/3、 1/4、 1/5時，需要的比特信噪比分別為OdB、 -1適禾口誦1，。
權利要求
1. 一種基于非規(guī)則比特級縮短的多元碼速率兼容方法，包括如下步驟1)依據(jù)目標碼率R′，計算需要刪除的信息比特個數(shù)其中N為母碼的符號長度，K為信息符號長度，m為每個符號中的比特個數(shù)；2)在任意伽羅華域GF(2m)中，利用域元素的多項式f(x)＝a0+a1x+a2x2+...+xm和二進制等價矩陣B將基于GF(2m)的校驗矩陣H轉化為對應的二進制等價矩陣HB；3)計算二進制等價矩陣HB的度分布，并將所有列按照有效列重從小到大的次序進行排序；4)選擇對有效列重小的列所對應的比特進行刪除操作，并相應標記；5)重復操作步驟3)～4)，直至符合刪除比特的個數(shù)Ks，達到目標碼率。
1. 一種基于非規(guī)則比特級縮短的多元碼速率兼容方法，包括如下步 1)依據(jù)目標碼率化，計算需要刪除的信息比特個數(shù)<formula>formula see original document page 2</formula>其中w為母碼的符號長度，《為信息符號長度，m為每個符號中的比特個數(shù)；2)在任意伽羅華域GF(2"中，利用域元素的多項式<formula>formula see original document page 2</formula>和二進制等價矩陣8<formula>formula see original document page 2</formula>將基于GF(2"的校驗矩陣H轉化為對應的二進制等價矩陣I^ ;3) 計算二進制等價矩陣HB的度分布，并將所有列按照有效列重從小 到大的次序進行排序；4) 選擇對有效列重小的列所對應的比特進行刪除操作，并相應標記；5) 重復操作步驟3) ~4)，直至符合刪除比特的個數(shù)《，達到目標碼率。
2. 根據(jù)權利要求1所述的多元碼速率兼容方法，其中步驟3)所述的 計算二進制等價矩陣HB的度分布，按如下步驟進行2a)計算出校驗矩陣H所對應二進制等價矩陣He矩陣的每列中1的 個數(shù)，作為該列的有效列重；2b)計算出校驗矩陣H所有列的有效列重，統(tǒng)計不同列重所占比例， 構成該校驗矩陣的度分布。
3. 根據(jù)權利要求1所述的多元碼速率兼容方法，其中步驟4)所述的 選擇對有效列重小的列所對應的比特進行刪除操作，按如下步驟進行3a)選出有效列重最小的列，找出該列所對應的基于GF(2")的一個符號；3b)找出該列所對應符號中的一個特定對應比特，并對這個比特進行刪除操作；3c)對已經刪除的比特進行相應標記，避免之后重復刪除。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于非規(guī)則比特級縮短的多元碼速率兼容方法，主要解決現(xiàn)有符號級縮短方法生成的速率兼容碼誤碼率性能不佳的問題。其步驟為1)依據(jù)目標碼率，計算需要刪除的信息比特個數(shù)；2)將基于GF(2<sup>m</sup>)的校驗矩陣H轉化為對應的二進制等價矩陣H<sub>B</sub>；3)計算二進制等價矩陣H<sub>B</sub>的度分布，將所有列按照有效列重從小到大的次序進行排序；4)選擇對有效列重小的列所對應的比特進行刪除操作，并相應標記；5)重復操作步驟3～4，直至符合刪除比特的個數(shù)K<sub>s</sub>，達到目標碼率。本發(fā)明具有比傳統(tǒng)方法生成的速率兼容碼誤碼率低的優(yōu)點，可用于各種需要降低碼率的通信系統(tǒng)。
文檔編號H04L12/26GK101547061SQ20091002228
公開日2009年9月30日 申請日期2009年4月30日 優(yōu)先權日2009年4月30日
發(fā)明者林 周, 蓉 孫, 穎 李, 白寶明, 鄭賤平, 嘯 馬 申請人:西安電子科技大學