CN101764668A - 一种网络低密度校验码的编码方法及其编码器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种网络低密度校验码的编码方法及其编码器，其技术特征在于将用户的信息流进行分组得到M个并行的子信息流，然后进行交织得到的M个并行的子信息流以模2和运算完成网络编码；将网络编码得到的信息流进行卷积编码后将得到的信息流与用户的信息流集成构成网络低密度校验码。编码器包括N个中继节点和一个接收节点合成单元；所述的中继节点包括一个信息分组器联接M个存储器，每个存储器对应联接一个交织器，然后顺序联接模2加法器和卷积编码单元。本发明采用交织器对所述网络LDPC码的校验矩阵进行优化，使码的随机性有了很大提高，可改善网络LDPC码的误比特性能。

Description

一种网络低密度校验码的编码方法及其编码器

技术领域

本发明涉及一种网络低密度校验码的编码方法及其编码器，属于通信领域，涉及网络编码和纠错编码技术，适用于高速数据传输的有效编码。

背景技术

在现代通信***中，为保证数据传输的可靠性和有效性，往往要利用纠错编码技术，而网络编码作为一种新兴技术，在提高网络复用度方面有明显优势，正得到广泛关注。近年来，随着高速率数据业务发展对无线数字通信技术提出了更高的要求，研究网络编码和信道编码的联合设计就显得尤为重要。

从信息理论的观点可知，在网络节点对多条输入链路上收到的数据信息进行一定的线性或非线性处理(编码)，可有效提高网络的吞吐量。网络编码正是基于这种思想提出的，它突破了传统数据传输的固定模式。与传统的路由传输方式相比，网络编码可提高网络的信息传输速率，增加网络的信息流量(throughput)，且网络编码可充分利用网络上的信道，使数据传输普适化(universal)。

网络编码应用于无线通信网络时，往往是和纠错码联合使用，但针对网络编码和信道编码联合设计问题，现有结构仅提供了一些基本框架和原理，且实现复杂度较高，实用性不大。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种网络低密度校验码的编码方法及其编码器，以解决现有方案实现复杂度高，实用性不大的问题，实现对网络上各用户信息进行统一编码，提高网络数据传输的效率。

技术方案

本发明的网络低密度校验码的编码方法，其技术特征在于步骤如下： 

步骤一网络编码：首先将K个用户的信息流以每组L个进行分组，得到M个并行的子信息流；然后M个并行的子信息流，以组为单位分别进行交织，将交织后得到的M个并行的子信息流以模2和运算完成网络编码；

步骤二卷积编码：将网络编码得到的信息流进行卷积编码；

步骤三编码合成：将N个卷积编码得到的信息流与K个用户的信息流集成构成码率为R＝M/(M+N)、码长为(M+N)L的网络LDPC码字，以[(M+N)L，M，M+N]表示的网络低密度校验码。

所述的每个子信息流的长度为L，M＞1，L＞1。

一种网络低密度校验码方法的编码器，其特征在于包括N个中继节点和一个接收节点合成单元；所述的中继节点包括一个信息分组器联接M个存储器，每个存储器对应联接一个交织器，然后顺序联接模2加法器和卷积编码单元。

所述的卷积编码单元为模2加法器联接移位寄存器。

有益效果

本发明提出一种网络低密度校验码的编码方法及其编码器，由于利用在中继节点将各用户的数据进行联合处理，因而减小了编码复杂度，可有效增加编码速度，比现有方案更实用；同时由于中继节点的网络编码加入各用户间的相关性，从而在接收端实现网络LDPC码的编码，使各用户之间的信息可进行相互补偿，可同时改善多个用户的性能；另外由于本发明采用交织器对所述网络LDPC码的校验矩阵进行优化，使码的随机性有了很大提高，可改善网络LDPC码的误比特性能。

附图说明

图1：是本发明网络低密度校验码的编码装置示意图

图2：是本发明所涉及的网络节点示意图

图3：是本发明网络低密度校验码实施例的示意图

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

参照图2，本发明的编码方法由中继节点和接收节点联合完成，其中中继节点用于对各用户数据的预编码处理和产生网络LDPC码的校验位，接收节点用于对各用户发送的数据和中继节点产生的校验位进行组合，生成一个完整的网络LDPC码。中继节点由网络编码单元完成对各用户数据的预编码处理，由卷积编码单元产生校验位。其中：

网络编码单元：用于将各用户的数据分组、存储和网络编码，完成对各用户数据的预编码处理。该网络编码单元由N个中继节点组成，每个中继节点包括一个信息分组器、M个存储器、M个交织器和一个模2加法器，每个存储器对应一个交织器，第一个中继节点中的第一个存储器对应的交织器用π_1，1，第二个中继节点中的第一个存储器对应的交织器用π_1，2表示，依此类推，第N个中继节点中的第一个存储器对应的交织器用π_1，N表示；第一个中继节点中的第二个存储器对应的交织器用π_2，1表示，第二个中继节点中的第二个存储器对应的交织器用π_2，2表示，依此类推，第N个中继节点中的第二个存储器对应的交织器用π_2，N表示。

每个中继节点首先通过信息分组器将多用户的信息流变换成M个并行子信息流，每个子信息流存入对应的存储器，该存储器里的数据经过对应的交织器进行交织，所得数据送入模2加法器完成网络编码运算，模2加法器的输出将送入卷积编码单元进行卷积编码，其中所述的每个子信息流长度为L，M＞1，L＞1。

卷积编码单元：用于对网络编码单元输出的预编码比特进行卷积编码，产生网络LDPC码的校验位。卷积编码器1接收第一个中继节点模2加法器

的输出，并进行卷积编码，卷积编码器2接收第二个中继节点模2加法器

的输出，并进行卷积编码，依此类推，卷积编码器N接收第N个中继节点模2加法器

的输出，并进行卷积编码。

接收节点将各用户发送的数据和中继节点产生的校验位进行组合，生成网络LDPC码的一个码字。

实施实例

下面给出了一个(1008，504)的网络LDPC码的实现方案。在每个中继接点，将发送端的信息504位一组，分成M＝4块，则每一个子块的大小即交织器的长度为L＝504/4＝126，每个子块重复N＝4次。图3为本实施例的编码器设计及编码过程，并通过伪随机方式设计交织器来优化矩阵H_π。

本实施例中的编码方法由中继节点和接收节点联合完成，其中中继节点通过网络编码单元和卷积编码单元分别完成对各用户数据的预编码处理和产生网络LDPC码的校验位，接收节点将各用户发送的数据和中继节点产生的校验位进行组合，生成一个完整的网络LDPC码。

本实施例的编码装置包括4个中继节点和一个接收节点合成单元；每个中继节点包括一个信息分组器联接4个存储器，每个存储器对应联接一个交织器，然后顺序联接模2加法器和卷积编码单元。交织器采用随机交织器。

所述网络编码单元，用于将各用户的数据分组、存储和网络编码，完成对各用户数据的预编码处理。该网络编码单元由N＝4个中继节点组成，每个中继节点包括一个信息分组器、M＝4个存储器、M＝4个交织器和一个模2加法器，每个存储器对应一个交织器，第一个中继节点中的第一个存储器对应的交织器用π_1，1，第二个中继节点中的第一个存储器对应的交织器用π_1，2表示，依此类推，第4个中继节点中的第一个存储器对应的交织器用π_1，N表示；第一个中继节点中的第二个存储器对应的交织器用π_2，1表示，第二个中继节点中的第二个存储器对应的交织器用π_2，2表示，依此类推，第N个中继节点中的第二个存储器对应的交织器用π_2，N表示。

每个中继节点首先通过信息分组器将多用户的信息流变换成4个并行子信息流，每个子信息流存入对应的存储器，且每个子信息流中包含126个比特。

每组存储器中的信息流经过4个不同的交织器交织，并将每个存储器的第一个交织器的输出序列送入第一个模2加法器

进行求和，将每个存储器的第二个交织器的输出序列送入第二个模2加法器

进行求和，将每个存储器的第三个交织器的输出序列送入第三个模2加法器

进行求和，并按如下过程实现网络LDPC码的验矩阵H_π：

1)根据存储器的个数M＝4和网络LDPC码的码率R＝1/2，确定中继节点的个数

$N=\frac{M}{R}-M=4;$

2)采用交织器，对校验矩阵H_π进一步进行优化；

3)每个中继节点的各存储器的交织器的输出序列送入模2加法器进行求和，完成网络编码：

$H_{\mathrm{\π}}=\left[\begin{array}{cccc}{I}_{{\mathrm{\π}}_{\mathrm{1,1}}}& I_{{\mathrm{\π}}_{\mathrm{2,1}}}& I_{{\mathrm{\π}}_{\mathrm{3,1}}}& I_{{\mathrm{\π}}_{\mathrm{4,1}}}\\ I_{{\mathrm{\π}}_{\mathrm{1,2}}}& I_{{\mathrm{\π}}_{\mathrm{2,2}}}& I_{{\mathrm{\π}}_{\mathrm{3,2}}}& I_{{\mathrm{\π}}_{\mathrm{4,2}}}\\ I_{{\mathrm{\π}}_{\mathrm{1,3}}}& I_{{\mathrm{\π}}_{\mathrm{2,3}}}& I_{{\mathrm{\π}}_{\mathrm{3,3}}}& I_{{\mathrm{\π}}_{\mathrm{4,3}}}\\ I_{{\mathrm{\π}}_{\mathrm{1,4}}}& i_{{\mathrm{\π}}_{\mathrm{2,4}}}& I_{{\mathrm{\π}}_{\mathrm{3,4}}}& I_{{\mathrm{\π}}_{\mathrm{4,4}}}]\end{array}\right].$

对上述产生的第一校验矩阵H_π可通过伪随机方式进一步优化：

所述卷积编码单元：用于对网络编码单元输出的预编码比特进行卷积编码，产生网络LDPC码的校验位。卷积编码器1接收第一个中继节点模2加法器

的输出，并进行卷积编码，卷积编码器2接收第二个中继节点模2加法器

的输出，并进行卷积编码，依此类推，卷积编码器4接收第4个中继节点模2加法器

的输出，并进行卷积编码。每一个卷积编码器包括一个模2加法器

和一个移位寄存器单元D，该移位寄存器单元的初始值为零。利用每个卷积编码器进行编码过程是：该卷积编码器中的模2加法器

对信息累加单元中对应模2加法器的输出以及移位寄存器单元D的输出进行模2求和，并将求和得到的结果发送给接收节点。

通过卷积编码单元将每个模2加法器的输出比特分别送入对应的卷积码编码器进行编码，并按如下过程实现网络LDPC码的第二校验矩阵H′：

1)确定卷积编码单元中采用的卷积编码形式为递归卷积器；

2)采用递归多项式为1/(1+D)的卷积编码器，该递归多项式表示卷积编码器中含有1个移位寄存器，D表示移位寄存器的输出后，得到校验矩阵H′为：

$H^{\′}=\left[\begin{array}{cccc}{H}_c& 0& 0& 0\\ 0& H_c& 0& 0\\ 0& 0& H_c& 0\\ 0& 0& 0& H_c\end{array}\right]$

其中，H_C的表达式为

$H_C={\left[\begin{array}{cccccccccc}1& & & & & & & & & \\ 1& 1& & & & & & & & \\ & 1& 1& & & & & & & \\ & & 1& 1& & & & & & \\ & & & 1& 1& & & & & \\ & & & & 1& 1& & & & \\ & & .& & .& & .& & & \\ & & .& & .& & .& & & \\ & & .& & .& & .& & & \\ & & .& & .& & .& & & \\ & & .& & .& & .& & & \\ & & .& & .& & .& & & \\ & & & & & & & & 1& 1\end{array}\right]}_{L\×L}.$

将上述校验矩阵H_π与校验矩阵H′级连就可得到本发明网络LDPC码的校验矩阵H。

所述接收节点编码合成单元，将发送节点和中继节点的信息流进行组合，从而生成一个码率为R＝M/(M+N)、码长为(M+N)L的网络LDPC码字，即用[(M+N)L，M，M+N]表示。对于本实施例而言：接收节点通过编码合成单元将4个中继节点输出的校验比特与发送节点输出的信息比特组合生成一个码率为R＝1/2、码长为1008的网络LDPC码字。通过接收端的编码合成单元将各节点生成的校验比特与多个用户的信息比特重组生成。

Claims (4)

1.一种网络低密度校验码的编码方法，其特征在于步骤如下：

步骤一网络编码：首先将K个用户的信息流以每组L个进行分组，得到M个并行的子信息流；然后M个并行的子信息流，以组为单位分别进行交织，将交织后得到的M个并行的子信息流以模2和运算完成网络编码；

步骤二卷积编码：将网络编码得到的信息流进行卷积编码；

步骤三编码合成：将N个卷积编码得到的信息流与K个用户的信息流集成构成码率为R＝M/(M+N)、码长为(M+N)L的网络LDPC码字，以[(M+N)L，M，M+N]表示的网络低密度校验码。

2.根据权利要求1所述的网络低密度校验码的编码方法，其特征在于：所述的每个子信息流的长度为L，M＞1，L＞1。

3.一种实现权利要求1～2中任一网络低密度校验码方法的编码器，其特征在于包括N个中继节点和一个接收节点合成单元；所述的中继节点包括一个信息分组器联接M个存储器，每个存储器对应联接一个交织器，然后顺序联接模2加法器和卷积编码单元。

4.根据权利要求3所述的编码器，其特征在于：所述的卷积编码单元为模2加法器联接移位寄存器。

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