一种交织LT编码方法与流程

一种交织lt编码方法
技术领域
1.本发明属于通信信道编码技术领域，更具体地说，涉及一种交织lt编码方法(interleaved encoding method,iem)。


背景技术：

2.luby变换(luby transform,lt)码是第一个数字喷泉码的具体实现方案，具有无需反馈重传、无码率性、兼容性强、编译码复杂度低等特征。2002年，michael luby正式发表lt码的编译码算法及度分布构造的同时，提出了经典的鲁棒孤子分布(robust soliton distribution,rsd)。由于rsd度分布函数中τ
k/r
能保证编码过程中所有输入分组都能被覆盖，且度数为1的编码分组在译码过程中始终保持足够多而防止译码中断，因此，rsd随着译码开销的增加，最终能将所有原始数据全部译出。
3.2016年提出的改进的泊松分布(improved poisson distribution,ipd)能产生较多的度数为1的编码分组。尽管在译码初期，该特性能大幅降低译码失败发生的概率，但过多的度数为1的编码分组却会造成低效译码，导致译码开销较大时译码性能弱于rsd。
4.国内外诸多学者和科研机构围绕度分布特性，在编码算法的设计和优化问题上做了大量研究工作，来提高lt码差错控制性能。尽管现有的编码优化方案已取得一定研究成果，但仍存在提升的空间。


技术实现要素：

5.为进一步提高lt码差错控制性能，本发明提出一种交织lt编码方法(interleaved encoding method,iem)，利用ipd在译码开销较小时译码成功率高和rsd在译码开销增大后的译码性能表现更好的特点，通过交织编码方式将两者优势进行有机结合，生成新型lt编码方法，能有效提高通信可靠性。
6.本发明采用如下技术方案：
7.一种交织lt编码方法，包括以下步骤：
8.步骤1)，将原始数据均分为k个输入分组s＝{sj∣j＝1,2,
…
,k}；
9.步骤2)，基于鲁棒孤子分布(rsd)函数生成编码序列的奇数位编码分组；
10.步骤3)，基于改进的泊松分布(ipd)函数生成编码序列的偶数位编码分组；
11.步骤4)，重复步骤2)-步骤3)，生成编码序列和编码矩阵；
12.步骤5)，当度数为k/r时，采用rsd进行编码生成的编码分组替换对应位置的编码分组，“邻接”关系替换对应位置的编码矩阵列。
13.在上述方案中，步骤2)的基于rsd函数生成编码序列的奇数位编码分组，具体包括以下步骤：
14.步骤2-1)，生成rsd函数表达式
[0015][0016]
其中
[0017][0018][0019]
式中，期望度数为1的编码分组数量在译码过程中始终保持为k为输入分组数量，c为正常数，δ为允许的译码失败概率，d为每个编码分组的度数，为理想孤子度分布(ideal soliton distribution,isd)。
[0020]
步骤2-2)，编码序列的奇数位编码分组通过以下步骤产生：
[0021]
(1)从rsd度分布中随机选取编码分组的度d；
[0022]
(2)随机且均匀地选取d个输入分组{s
n1
,s
n2
,k,s
nd
}作为的“邻接”；
[0023]
(3)这d个“邻接”进行异或生成
[0024][0025]
步骤2-3)，“邻接”关系存放于新编码矩阵对应的奇数列，可表示为：
[0026][0027]
其中，
[0028]
在上述方案中，步骤3)的基于ipd函数生成编码序列的偶数位编码分组，具体包括以下步骤：
[0029]
步骤3-1)，生成ipd函数表达式
[0030][0031]
其中
[0032][0033]
式中，d为每个编码分组的度数，k为输入分组数量，通常选择λ＝3。
[0034]
步骤3-2)，编码序列的偶数位编码分组通过以下步骤产生：
[0035]
(1)从ipd度分布中随机选取编码分组的度d；
[0036]
(2)随机且均匀地选取d个输入分组{s
m1
,s
m2
,k,s
md
}作为的“邻接”；
[0037]
(3)这d个“邻接”进行异或生成
[0038][0039]
步骤3-3)，“邻接”关系存放于新编码矩阵对应的偶数列，可表示为：
[0040][0041]
其中，
[0042]
在上述方案中，步骤4)的重复步骤2)-步骤3)，生成编码序列和编码矩阵组，具体包括以下步骤：
[0043]
重复步骤2)-步骤3)，生成新型编码序列，可表示为：
[0044][0045]
生成新型编码矩阵，可表示为：
[0046][0047]
在上述方案中，步骤5)的当度数为k/r时，采用rsd进行编码生成的编码分组替换对应位置的编码分组，“邻接”关系替换对应位置的编码矩阵列，具体包括以下步骤：
[0048]
(1)当[k/r]为奇数时，编码序列和编码矩阵保持不变；
[0049]
(2)当[k/r]为偶数时，采用rsd进行编码生成的编码分组替换对应位置的编码分组，“邻接”关系替换对应位置的编码矩阵列。
[0050]
本发明与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
[0051]
本发明利用ipd在译码开销较小时译码成功率高和rsd在译码开销增大后的译码性能表现更好的特点，通过交织编码方式将两者优势进行有机结合，生成新型lt编码方法，采用该新方法进行lt编码，能有效提高lt码差错控制性能。
附图说明
[0052]
图1为本发明提供的交织lt编码原理图。
[0053]
图2是k＝1000,c＝0.1,δ＝0.005时，本发明、基于rsd编码方法和基于ipd编码方法的译码性能比较。
具体实施方式
[0054]
下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
[0055]
参阅图1，本发明提供了一种交织lt编码方法，包括以下步骤：
[0056]
步骤1)，将原始数据均分为k个输入分组s＝{sj∣j＝1,2,
…
,k}。
[0057]
步骤2)，生成rsd函数表达式
[0058][0059]
其中
[0060][0061][0062]
式中，期望度数为1的编码分组数量在译码过程中始终保持为k为输入分组数量，c为正常数，δ为允许的译码失败概率，d为每个编码分组的度数，为理想孤子度分布(ideal soliton distribution,isd)。
[0063]
步骤3)，编码序列的奇数位编码分组通过以下步骤产生：
[0064]
(1)从rsd度分布中随机选取编码分组的度d；
[0065]
(2)随机且均匀地选取d个输入分组{s
n1
,s
n2
,k,s
nd
}作为的“邻接”；
[0066]
(3)这d个“邻接”进行异或生成
[0067][0068]
步骤4)，“邻接”关系存放于新编码矩阵对应的奇数列，可表示为：
[0069][0070]
其中，
[0071]
步骤5)，生成ipd函数表达式
[0072][0073]
其中
[0074][0075]
式中，d为每个编码分组的度数，k为输入分组数量，通常选择λ＝3。
[0076]
步骤6)，编码序列的偶数位编码分组通过以下步骤产生：
[0077]
(1)从ipd度分布中随机选取编码分组的度d；
[0078]
(2)随机且均匀地选取d个输入分组{s
m1
,s
m2
,k,s
md
}作为的“邻接”；
[0079]
(3)这d个“邻接”进行异或生成
[0080][0081]
步骤7)，“邻接”关系存放于新编码矩阵对应的偶数列，可表示为：
[0082][0083]
其中，
[0084]
步骤8)，重复步骤2)-步骤7)，生成新型编码序列，可表示为：
[0085][0086]
生成新型编码矩阵，可表示为：
[0087][0088]
步骤9)，当度数为k/r时，采用rsd进行编码生成的编码分组替换对应位置的编码分组，“邻接”关系替换对应位置的编码矩阵列，具体包括以下步骤：
[0089]
(1)当[k/r]为奇数时，编码序列和编码矩阵保持不变；
[0090]
(2)当[k/r]为偶数时，采用rsd进行编码生成的编码分组替换对应位置的编码分组，“邻接”关系替换对应位置的编码矩阵列。
[0091]
具体的，在本发明中，k＝1000,c＝0.1,δ＝0.005，采用iem编码方法进行1000次lt编译码。以此为例进行说明，
[0092]
步骤1)，采用iem编码方法进行lt编码，包括以下步骤：
[0093]
步骤1-1)，将原始数据均分为k个输入分组s＝{sj∣j＝1,2,
…
,k}；
[0094]
步骤1-2)，生成rsd函数表达式
[0095][0096]
其中
[0097][0098][0099]
式中，期望度数为1的编码分组数量在译码过程中始终保持为k为输入分组数量，c为正常数，δ为允许的译码失败概率，d为每个编码分组的度数，为理想孤子度分布(ideal soliton distribution,isd)。
[0100]
步骤1-3)，编码序列的奇数位编码分组通过以下步骤产生：
[0101]
(1)从rsd度分布中随机选取编码分组的度d；
[0102]
(2)随机且均匀地选取d个输入分组{s
n1
,s
n2
,k,s
nd
}作为的“邻接”；
[0103]
(3)这d个“邻接”进行异或生成
[0104][0105]
步骤1-4)，“邻接”关系存放于新编码矩阵对应的奇数列，可表示为：
[0106][0107]
其中，
[0108]
步骤1-5)，生成ipd函数表达式
[0109][0110]
其中
[0111][0112]
式中，d为每个编码分组的度数，k为输入分组数量，通常选择λ＝3。
[0113]
步骤1-6)，编码序列的偶数位编码分组通过以下步骤产生：
[0114]
(1)从ipd度分布中随机选取编码分组的度d；
[0115]
(2)随机且均匀地选取d个输入分组{s
m1
,s
m2
,k,s
md
}作为的“邻接”；
[0116]
(3)这d个“邻接”进行异或生成
[0117][0118]
步骤1-7)，“邻接”关系存放于新编码矩阵对应的偶数列，可表示为：
[0119][0120]
其中，
[0121]
步骤1-8)，重复步骤1-2)-步骤1-7)，生成新型编码序列，可表示为：
[0122][0123]
生成新型编码矩阵，可表示为：
[0124][0125]
步骤1-9)，当度数为k/r时，采用rsd进行编码生成的编码分组替换对应位置的编码分组，“邻接”关系替换对应位置的编码矩阵列，具体包括以下步骤：
[0126]
(1)当[k/r]为奇数时，编码序列和编码矩阵保持不变；
[0127]
(2)当[k/r]为偶数时，采用rsd进行编码生成的编码分组替换对应位置的编码分组，“邻接”关系替换对应位置的编码矩阵列。
[0128]
步骤2)，采用置信传播(bp)译码算法进行lt译码，包括以下步骤：
[0129]
接收端接收到略大于k个编码分组，重构编码矩阵，然后采用bp算法进行译码，包括以下步骤：
[0130]
步骤2-1)，度数为1(d＝1)的编码分组直接复制给与其相连接的输入分组。
[0131]
步骤2-2)，译出的输入分组与其“邻接”异或后替代原编码分组，同时删除其连接关系，并且编码分组的度数减去1。
[0132]
重复步骤2-1)和步骤2-2)，直至译码完成。
[0133]
图2给出了当k＝1000,c＝0.1,δ＝0.005时，iem方法、基于rsd编码方法和基于ipd编码方法的性能比较。从图2中可以看出，当参数相同时，采用iem方法进行lt编码，其译码性能优于其他两种经典方法。
[0134]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。