[发明专利]一种基于非随机生成矩阵的系统Raptor码的构造方法

说明书

本发明涉及一种基于非随机生成矩阵的系统Raptor码的构造方法。本发明中的Raptor码分为内码和外码，内码为一个无速率LT码，外码为一个高码率的LDPC码。LDPC码和LT码都是系统码。Raptor编码器把信源比特编码成Raptor码字，所产生的Raptor码字中第一部分为未编码的系统码字，第二部分为校验码字。发送端首先发送未编码的系统码字，接着按照度的大小顺序依次发送校验码字。接收端收到一定数量的码字后使用全局BP算法进行迭代译码。与现有技术相比，本发明具有吞吐率较高，BER较小，构造简单等优点。

技术领域

本发明涉及一种无线通信系统中的物理层编码，尤其是涉及一种基于非随机生成矩阵的系统Raptor码的构造方法。

背景技术

在无线通信系统中，信道编码是提高数据传输可靠性的最核心的一种技术。传统的信道编码(如LDPC,Turbo等)的码率只有阶梯式的几种选择，不能实现任意码率的切换。更重要的是使用传统信道编码的发送端要根据信道反馈情况预测信道的质量，然后根据信道质量选择某种码率。由于无线信道是时变的，因此信道质量的预测往往有很大的延迟性。这将导致发送端所选择的码率和信道质量并不匹配，从而使得整个无线通信系统的吞吐率较低。无速率码(或喷泉码)是一种码率不固定的编码，编码器可以源源不断的产生任意码率的码字，发送端不需要预测信道质量，只需要不断发送码字直至收到接收端反馈的ACK信号。LT码是第一种实用的无速率码，不久之后Raptor码被提出。Raptor是一种级联无速率码，由一个高码率的LDPC外码和一个LT内码构成，因此Raptor码的性能好于单纯的LT码。最早的LT码和Raptor码都是面向擦除信道而提出的应用层编码。为了保证接收端收集到任意足够多的码字都能恢复出原始的信源。Raptor编码器采用随机的方式来生成码字，这主要体现在两个方面：(1)Raptor在生成码字的时候，每个码字的度是随机选择的。(2)每个码字的度确定之后，随机选择若干个LDPC中间比特进行模二加。无线信道主要有高斯白噪声信道和衰落信道，这两个信道都不会丢失任何码字，而只是对码字产生加性和乘性噪声，使得码字的值产生畸变。因此传统的随机Raptor码的设计方案不是非常适用于无线信道。虽然也有不少学者把Raptor码应用于无线信道的物理层进行研究和改进，但并没有突破Raptor码使用随机生成矩阵进行码字构造的缺点。因此目前Raptor码的性能仍有很大的提高空间。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提出的一种吞吐率高，译码错误率低的基于非随机生成矩阵的系统Raptor码的构造方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于非随机生成矩阵的系统Raptor码的构造方法，其特征在于，本发明中的Raptor码分为内码和外码，内码为一个无速率LT码，外码为一个高码率的LDPC码。Raptor编码器把信源比特编码成Raptor码字。该方案包括以下步骤：

(1)令K个信源比特组成的一维向量为s＝{s_i,i＝0,1,...,K-1}，s经过LDPC编码器后产生N个中间码字b＝{b_i,i＝0,1,...,N-1}。中间码字b进一步经过LT编码器后产生数量可变的Raptor码字r。令LT编码器的非随机生成矩阵为G，则有r＝b·G。

(2)由于LT码是系统码，因此Raptor码字r可以分为两部分，可以表示为r＝{r′,r″}，其中r′为N个未编码的系统码字，与LDPC中间比特b相同。r″为L个校验码字(由于无速率码的特性，L的值是可变的，理论上可以无限大)。G可以写成G＝[I,P],其中I是一个N*N的单位阵，P是一个N*L的稀疏矩阵。

(3)未编码的码字单独为一个数据包，校验码字被划分为多个数据包。

(4)Raptor码字的度是每个码字所选择的LDPC中间比特的个数。