[发明专利]错误校正器编码和解码

说明书

1.技术领域

本发明的领域为使用错误校正码的数据编码和解码。

更具体地说，本发明涉及一种新颖的技术，所述技术用于对源数据进行编码、传递包含源数据和冗余数据的经编码数据包或经编码数据流，所述源数据和冗余数据既定在（例如无线电、光学或电学类型的）传输信道上进行传输或存储在硬件媒体中。本发明还涉及用于解码的对应的技术，所述技术尤其使校正传输信道中固有的传输错误成为可能。

本发明尤其可以应用于以下领域中：

-通过电线电信的信息传输，诸如使用ADSL标准的通信、或通过光纤或自由空间光学的光学电信；

-在空间和地面无线无线电通信中的信息传输，诸如TNT数字电视系统、DAB数字无线电系统、GSM或UMTS电话、WiFi无线电网络以及还有未来通信系统，诸如未来DVB、4G、LTE标准、未来因特网或车辆、物体和通信机器之间的信息的传输等；

-信息源的压缩和解压缩；

-在CDMA系统中被称为扰码序列的序列的生成和检测；

-在用于构成硬盘驱动器或计算机随机存取存储器或USB类型接口记忆棒等的磁性、光学、机械或电学大容量存储器中的信息存储；

-在微处理器的集成电路中或在计算机中的计算期间的信息校正；

-通过基于神经网络的人工智能进行控制的机器人技术；

-等等。

2.背景技术

许多编码技术用于在解码时通过从源数据中生成冗余数据来校正传输错误。

因此，错误校正码通常通过以下进行定义：

-长度n，对应于在编码器的输出处的数据（具有由k个源数据和（n-k）个冗余数据形成的长度n的码字）；

-多个有效负载信息位或符号k，对应于在编码器的输入处的数据，所述数据也被称为源数据；以及

-最小距离d_min。

码的最小距离d_min对应于两个码字之间的最小距离。它使确定码在一个码字中可以校正的错误的最大数目成为可能。

因此，最小距离d_min越大，错误校正码越好，因为它实现了(d_min-1)个错误符号的检测和的校正（其中运算符指定整数部分）。

在实现传输错误的校正的编码技术中，就对具有较大长度n的码的错误校正来说，涡轮码和LDPC（低密度奇偶校验）码具有较高的性能，其中n约为至少数千位（n>1000）。

相反，涡轮码和LDPC码对于较短的码n具有较低的性能（n<1000）。

这部分由于以下事实：当循环的最小长度减小时，在解码处使用的置信传播算法或此算法的变体变得次优。可以回想起，循环对应于表示约束的泰纳图（Tanner graph）中的闭合路径，字的符号必须满足所述约束以构成码的字。泰纳图的概念是为人所熟知的并且特别在R.M.Tanner（R·M·泰纳）的论文中进行描述，所述论文为“通过图进行分析的最小距离界限”，IEEE信息论会刊，第47卷，2001年2月。

此种置信传播算法因此对具有非常密集的生成矩阵（即，具有许多处于1的位）的码并且因此对具有优良的相对最小汉明距离δ=d_min/n的码是效率不高的。

此外，严格最佳穷举解码算法是难以获得的，因为它具有在O(2^k)中的指数复杂性并且因此成本非常高，其中k为码的维度。此外，它不能实现较小长度码的实时编码。

此外，对于工业规模的使用，就硬件的成本和消耗的能量来说，错误校正码的最优化包括编码和解码的复杂性的最小化。现在，当码的长度是从小到平均值时，即约为n<1000时，这些使错误校正码的解码最优化的问题变得更加难以解决。

因此，需要用于对有效错误校正码（即具有尽可能大的最小距离d_min并且尤其具有非常短的循环的错误校正码）进行解码的新颖的技术。

3.发明内容

本发明提出了不具有现有技术的所有这些缺点的新颖方法，所述新颖方法采用用于解码经编码数据的方法的形式，所述经编码数据包含源数据和冗余数据。这些冗余数据是通过在编码时将错误校正码应用到源数据上、实施包含采用其系统形式的单位矩阵和可逆矩阵的生成矩阵来获得，所述可逆矩阵用于从源数据转换成冗余数据。

根据本发明，该方法包含一个用于解码的步骤，所述步骤同时实施被称为原始错误校正码的错误校正码和被称为对偶错误校正码的码，所述对偶错误校正码是原始错误校正码的对偶。