[发明专利]一种有限码长的高进制Raptor码编译码方法

说明书

技术领域

本发明属于通信中的查错控制技术领域，具体涉及一种有限码长的高进制Raptor码编译码方法。

背景技术

在未来的无线通信技术设想中，出现了一些新的应用场景，比如超高可靠通信和大规模机器对机器通信场景，这些新型的应用场景对通信传输有很多新的需求，给物理层及控制层的设计带来了新的挑战。

在上述场景下有一个共同的需求，这就需要在物理层的设计中，使用短码长的码字进行传输，并尽可能地降低发送端的传输能耗和编码复杂度，因此，中短码长，特别是短码长的码字研究和应用将会变得愈发重要。不幸的是，当使用大码长码字在无线信道中进行传输时并考虑其传输可靠性时，由于大数定理的存在，信道中的热噪声和衰落可以被均衡，然而短码长的码字无法做到这一点。因此，直接将现有编码算法的短码长码字，应用在传统无线系统中，将会造成码字译码性能的降低。

为了解决这个问题，很多针对物理层和控制层设计的新技术被提出，其中，高进制的编码技术成为了针对短码长码字设计的重点研究方向。

无速率码在有限长领域因其无需反馈信道、拓展性强、适应时变信道等特性也引起了学界的广泛关注，以低密度生成矩阵码(LDGM)为预编码的系统Raptor码(R10码)的编码方案已被作为标准系统Raptor码，并被纳入3GPP MBMS的传输标准中。在此基础上，3GPP面向4G LTE及未来的5G通信需求，进一步开发多进制系统Raptor码技术草案，目前已提出了RQ码的技术草案。作为R10码的增强型编码方式，RQ码在成功译码时所需的开销更少且能够支持更长码长的码字进行传输，因此相比R10码，RQ码可以应用在对码字性能要求更高、更“苛刻”的应用场景下。

但是相应的，为了获得更好的性能，RQ码相比R10码在生成矩阵的构造上更加复杂，且使用了高进制元素，因此其译码时间及编译码复杂度相比R10码都大幅上升。当码长为300，译码冗余为0.01时，R10码的编译码时间为RQ码的17％；当码长为500，译码冗余为0.2时，R10码的编译码时间为RQ码的14.6％。但是，上述R10和RQ码都是在无限码长条件下获得渐进性能，且在实际应用中也需要10⁴级的码长才能获得较好的性能。

不论R10码还是RQ码都是针对删除信道而设计的有限长Raptor码，在删除信道下，其生成矩阵均是伪随机矩阵，矩阵中各元素的生成由原始符号长度决定，一旦原始符号长度k确定，则生成矩阵确定且保证满秩，译码失败概率为0。但是在未来对码字性能较“严苛”的新型通信应用场景中，R10码支持的信息分组长度较短，而RQ码的编译码复杂度太高，我们还需要寻找新的有限长高性能无速率码，以适用于未来的移动通信应用场景。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明基于R10和RQ码的系统码构造思想，在保证生成矩阵随机性和预编码过程的基础上，加入高进制元素进行编码，提出了一种新的有限长高进制Raptor码的编码方案，并推导得到了这种高进制码字的ML译码性能界，该性能界可以通过改变编码参数及不同的进制选择，对码字的译码失败概率性能进行评估。

本发明具体通过如下技术方案实现：

一种有限码长的高进制Raptor码编译码方法，包括对原始符号数量为k的数据进行预编码，得到长度为n的中间符号，再对中间符号进行LT编码，得到编码冗余为γ的逼近有限码长条件下性能极限的Raptor码；所述预编码码字Φ为高进制LDGM码集合Φ(n,k,η)，整个Raptor码的预编码生成矩阵及LT码生成矩阵中的元素和原始符号b均为q元域上的高进制元素，所述预编码码字的生成矩阵满秩，中每一行的非零元素的出现概率为伯努利变量η；LT编码生成矩阵按照度分布Ω进行矩阵构造，其中Ω＝(Ω₁,Ω₂,...Ω_n)，每一行的度值d服从概率分布且生成矩阵和中的非零元素都是随机产生的，定义高进制Raptor码中高进制非零元素的生成矩阵为GF(q)中所有的非零元素的合集，即对任意一个高进制Raptor码中的非零元素x，有：

其中，F_q为有限域的数学表达形式F_q＝GF(log₂(q))。

进一步地，所述码长小于40。

进一步地，所述高进制Raptor码译码采用ML译码算法。

进一步地，所述高进制Raptor码的译码失败概率性能上界为：