CN110535478B - 一种DVB-RCS2协议中双输入类Turbo码闭集识别方法 - Google Patents

一种DVB-RCS2协议中双输入类Turbo码闭集识别方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于turbo码盲识别技术领域，具体涉及一种DVB‑RCS2协议中双输入类Turbo码闭集识别方法。本发明基于对双输入类turbo码编码结构的等效结构，通过估计等效编码器的结构，得到与原编码器具有相同编码输出的参数已知的等效编码器结构。从而实现对该类Turbo码进行参数识别。

Description

一种DVB-RCS2协议中双输入类Turbo码闭集识别方法
技术领域
本发明属于turbo码盲识别技术领域，具体涉及一种DVB-RCS2协议中双输入类Turbo码闭集识别方法。
背景技术
信道编码盲识别是非合作领域十分重要的一项技术，主要包括了参数可任意的开集识别以及参数有限取值的闭集识别。其中闭集识别在部分常用通信协议的编码识别中被广泛采用。在诸多通信协议中，如CCSDS，DVB-RCS2、LTE等协议，采用turbo码作为编码方案。这些协议具有不同的编码结构，其中DVB-RCS2协议采用的双输入码字结构有别于经典的并行级联类编码结构。
DVB-RCS协议与DVB-RCS2协议下的turbo码是双输入类码字，采用循环递归***卷积码(CRSC)作为子码，交织深度是经典turbo码的一半，采用两级交织。与经典turbo码相比较具有更高的编码效率以及纠错性能。与一般的并行级联类turbo码有所不同。在没有删除时，双输入类码字1/3码率双输入信息码字对为(xa,xb)，输出为(xa,xb,y1,w1,y2,w2)。y1,w1为编码输出，y2,w2为交织编码输出。
DVB-RCS协议码率只有1/3，2/3，1/2，2/5,4/5，6/7,3/4这几种情况。存在删除的各码率对应的删除模式及其输出模式为：
2/3
Figure BDA0002217748840000011
2/5
Figure BDA0002217748840000012
6/7
Figure BDA0002217748840000013
3/4
Figure BDA0002217748840000014
删除模式矩阵中1表示选通，0表示删除。在已知码块长度n以及信息位长度k的情况下，利用该输出模式可以抽取得到一个码块长度内的信息位码字序列A,B:
Ai+1＝xa(i+1),Bi+1＝xb(i+1),i＝0,1,...,n/6-1
以及校验位码字序列Y,W:
Figure BDA0002217748840000021
Figure BDA0002217748840000022
Figure BDA0002217748840000023
Figure BDA0002217748840000024
这类编码器与并行类级联RSC编码器不同在于每次输入两个信息比特参与编码以及xb会直接参与部分寄存器的状态转移。求解这类编码器结构，比一般的RSC编码器更为困难，首先需要分出信息位(xa,xb)，对校验Y,W分别求解。由于删除存在，因此还要对删除模式的估计。另外还需要进行交织识别。但由于双输入的影响，很难实现分别求解。
发明内容
本发明提供了一种针对DVB-RCS2协议下双输入类Turbo码闭集识别方案，目的是对具有双输入结构的turbo码进行参数识别。该方案能够对不同码率、存在不同删除模式的双输入类turbo码进行很好识别。具有良好的抗误码性。
本发明的技术方案：基于对双输入类turbo码编码结构的等效结构，通过估计等效编码器的结构，得到与原编码器具有相同编码输出的参数已知的等效编码器结构。从而实现对该类Turbo码进行参数识别；本发明主要包括以下步骤：
S1、已知接收序列为r1r2…rN，N是接收序列长度，通过矩阵变换方法估计出码块长度n以及信息位长度k，得到码率为k/n，根据码率，得到的码字序列输出模式，再由输出模式抽取信息位码字A,B以及校验位码字Y1,Y2,W1；
S2、若码率为1/3、2/3、1/2、2/5中的一种，则进入S21，对Y1或W1进行校验位识别，即可得到核心编码器参数，若码率不为1/3、2/3、1/2、2/5中的任意一种，则进入S3；
S21、构造输出为[A B Y]、码率为2/3的卷积码等效编码器，其中Y表示Y1、W1之一；等效编码器校验满足
Figure BDA0002217748840000025
GYA、GYB分别表示两个等效分量编码器的生成多项式矩阵。等效编码器两分量码为CRSC卷积码，令其***反馈多项式一致，记为hf，两个等效分量编码器的生成多项式为
Figure BDA0002217748840000031
h1，h2分别表示两分量编码器的子生成多项式。
则等效编码器的生成矩阵为
Figure BDA0002217748840000032
S22、采用矩阵变换法求等效编码器的校验矩阵HY＝[h1 h2 hf]，利用校验矩阵与生成矩阵的对应关系得到等效编码器的生成多项式矩阵GY；进入步骤S5；
S3、判断码率是否为4/5、6/7、3/4中的一种，若是，进入S31，进行删除卷积码的识别；若否，则进入S6；
S31、由码率对应的输出模式，利用信息位码字A,B以及校验位码字Y1,W1构造码率为2T/2T+1的卷积码，T是删除周期；
S32、利用矩阵变换法求2T/2T+1卷积码等效编码器的校验矩阵
HY＝[h1 h2 h3 h4 … h2T h2T+1]
对于存在删除的等效编码器，其校验满足
Figure BDA0002217748840000033
P是删除模式，两个子码为由1/2码率的卷积码经删除后得到的删除卷积码，各自的校验矩阵分别为：
HYA＝[h1 h3 h4 … h2T]
HYB＝[h2 h3 h5 … h2T+1]
S33、令需要识别的删除卷积码校验矩阵为
Figure BDA0002217748840000034
则H(x)分别取HYA、HYB，n0为HYA、HYB中子生成多项式的个数。校验矩阵多项式最大次数为
Figure BDA0002217748840000035
源生成多项式的次数上限为κ＝(n0-1)(d+1)-1，设1/2码率源码生成多项式为
Figure BDA0002217748840000036
αi，λi为生成多项式的系数。构造码率为(n0-1)/2(n0-1)的生成多项式矩阵G′(x)：
Figure BDA0002217748840000041
其中
Figure BDA0002217748840000042
F(x)表示全体多项式集合。
构造可能的删除模式集合，
Figure BDA0002217748840000043
是二元有限域2n0-2维空间。
S34、从S依次选择一个生成模式P，构造删除卷积码CP的生成多项式矩阵为：
GP(x)＝[G′(x)]αP
其中αP＝(αP(1),αP(2),...,αP(i),...,αP(n0))表示删除模式P的位置向量，αP(i)表示P中第i个1位于P列的位置，根据校验关系GP(x)HT(x)＝0，得到线性方程组G(α0,α1,...,ακ,λ0,λ1,...,λκ)T＝0，其中G是F上的一个((n-1)×2(k+1))矩阵；
S35、解S34所得方程组得出非零基础解系Ω，将Ω中的元素表示为
Figure BDA0002217748840000044
其中
Figure BDA0002217748840000045
表示二元有限域k维空间，
Figure BDA0002217748840000046
Fk(x)表示k次多项式集合。并记
Figure BDA0002217748840000047
亦作相同处理，选择出Ω中对应
Figure BDA0002217748840000048
阶数最小的解，记录并存储该解及其阶数；
S36、检查S，若S中所有可能的P已计算，进入步骤S37；否则回到步骤S34继续计算；
S37、选择所有删除模式P中阶数最小的解作为估计，此解对应的删除模式即为对应编码器删除模式PA、PB的估计，得到对应的删除码生成多项式矩阵GYA、GYB；
S38、由PA或PB的偶数位得到校验的删除模式PY，由GYA、GYB组合得到等效的编码器生成多项式矩阵GY；
S39、已知输入信息为X，等效编码器子码生成多项式矩阵为G，其中X取A、B之一，G取对应的GYA、GYB之一，则得到CRSC子码循环状态为
Figure BDA0002217748840000051
I是单位矩阵，进入步骤S5；
S4、判断码率是否为为2/5或3/4，若否，则已完成编码器所有参数的识别，进入步骤S5；若是，则交织校验输出为Y2，采用译码纠错识别的方法进行交织识别，若识别成功，则得到等效校验生成多项式矩阵
Figure BDA0002217748840000052
删除模式P、以及符号间交织关系π；进入步骤S5；若否，进入步骤S6；
S5、输出编码参数：码块长度n、信息位长度k、码率为k/n，等效校验生成多项式矩阵GY、
Figure BDA0002217748840000053
(码率为2/5时存在)、删除模式P、以及符号间交织关系π(码率为2/5和3/4时存在)。
S6、输出无识别结果。
本发明通过构造等效编码器的方法，对DVB-RCS2协议中双输入类Turbo码的编码器结构进行了等效识别。通过对等效编码器各支路的分别识别，再将识别结果组合得到了与原始双输入编码器等效的编码器。而这类等效编码器能够很好的实现对各支路分量编码器的独立识别。
附图说明
图1为本发明需要识别的双输入Turbo码编码器结构示意图
图2为本发明无删除情况下等效编码器示意图
图3为本发明有删除情况下等效编码器示意图
图4为本发明无删除情况下校验位等效编码器参数识别流程图
图5为本发明有删除情况下校验位等效编码器参数识别流程图
图6为本发明无删除情况下校验识别正确率随误码率变化的曲线图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述
图1是本发明所需识别的编码器结构示意图，该类Turbo码编码器，由交织模块，核心编码模块以及校验删除模块组成，信息位输入为A、B，校验输出为Y、W,1类校验由信息位输入A、B直接经核心编码器编码并进行删除得到，表示为Y1、W1，2类校验由信息位输入A、B经符号内交织以及符号间交织后的数据再经与1类校验相同的编码删除后获得，表示为Y2、W2。
实施例1
本实施例以DVB-RCS协议下1/3码率的编码器为例，说明了无删除情况下等效编码器的有效性。如图2所示，为本发明无删除情况下等效编码器示意图，校验输出满足以下方程：
Figure BDA0002217748840000061
而这两个编码器各自的输入输出可以构成***码，且两***码反馈多项式一致，记为hf，因此这两个编码器的生成多项式矩阵可写作：
GYA＝[1,h1/hf]
GYB＝[1,h2/hf]
故等效编码器的生成多项式矩阵为：
Figure BDA0002217748840000062
则有编码方程：
[A(x) B(π)]GY(x)＝[A(x) B(x) Y(x)]
通过矩阵变换方法得到校验位的校验多项式矩阵为H＝[h1 h2 hf]，如图4所示，为无删除情况下等效编码器校验位参数识别流程图，即步骤S21～S22所表示的过程。对于DVB-RCS协议下1/3码率的编码器，经矩阵变换方法求得校验多项式矩阵为
Figure BDA0002217748840000063
其中Y1,W1表示非交织校验位输出。则对应的生成多项式矩阵为：
Figure BDA0002217748840000071
实施例3
本实施例以以DVB-RCS2议下3/4码率的编码器为例，说明了有删除情况下等效编码器的有效性。如图3所示为有删除情况下等效编码器结构示意图。其校验输出满足
Figure BDA0002217748840000072
对于校验Y1,通过矩阵变换方法得到整体的校验多项式矩阵为
Figure BDA0002217748840000073
则分量码校验多项式矩阵为：
Figure BDA0002217748840000074
如图5所示，有删除情况下等效编码器校验位参数识别流程图，经步骤S33～S38所表示的删除卷积码识别过程可得到分量码的生成多项式矩阵以及整个编码器生成多项式矩阵分别为：
Figure BDA0002217748840000075
Figure BDA0002217748840000076
各分量码删除模式偶数位对应的删除模式为：
P＝[1 0 0]
这与协议中规定的删除模式以及生成多项式矩阵是完全一致的。
实施例4
本实施例的目的在于对不同码长、不同误码条件下的无删除情况的校验识别正确率进行仿真。选取DVB-RCS协议的turbo码，按帧长220与752分别生成多组数据，在误码率为0到5％，以1％为步长进行蒙特卡洛仿真，得到识别结果，如图6。可以看出当误码小于1％时，算法能够很好的实现识别。

Claims (1)

1.一种DVB-RCS2协议中双输入类Turbo码闭集识别方法，DVB-RCS协议码率包括1/3、2/3、1/2、2/5、4/5、6/7和3/4，其特征在于，包括以下步骤：
S1、已知接收序列为r1r2…rN，N是接收序列长度，通过矩阵变换方法估计出码块长度n以及信息位长度k，得到码率为k/n，根据码率，得到的码字序列输出模式，再由输出模式抽取信息位码字A,B以及校验位码字Y1,Y2,W1；
S2、若码率为1/3、2/3、1/2、2/5中的一种，则进入S21，对Y1或W1进行校验位识别，即可得到核心编码器参数，若码率不为1/3、2/3、1/2、2/5中的任意一种，则进入S3；
S21、构造输出为[A B Y]、码率为2/3的卷积码等效编码器，其中Y表示Y1、W1之一；等效编码器校验满足Y＝AGYA⊕BGYB，GYA、GYB分别表示两个等效分量编码器的生成多项式矩阵；等效编码器两分量码为CRSC卷积码，令其***反馈多项式一致，记为hf，两个等效分量编码器的生成多项式为
Figure FDA0004026676060000011
h1，h2分别表示两分量编码器的子生成多项式；则等效编码器的生成矩阵为
Figure FDA0004026676060000012
S22、采用矩阵变换法求等效编码器的校验矩阵HY＝[h1 h2 hf]，利用校验矩阵与生成矩阵的对应关系得到等效编码器的生成多项式矩阵GY，进入步骤S5；
S3、判断码率是否为4/5、6/7、3/4中的一种，若是，进入S31，进行删除卷积码的识别；若否，则进入S6；
S31、由码率对应的输出模式，利用信息位码字A,B以及校验位码字Y1,W1构造码率为2T/2T+1的卷积码，T是删除周期；
S32、利用矩阵变换法求2T/2T+1卷积码等效编码器的校验矩阵
HY＝[h1 h2 h3 h4…h2T h2T+1]
对于存在删除的等效编码器，其校验满足Y＝AGYAP⊕BGYBP，P是删除模式，两个子码为由1/2码率的卷积码经删除后得到的删除卷积码，各自的校验矩阵分别为：
HYA＝[h1 h3 h4…h2T]
HYB＝[h2 h3 h5…h2T+1]
S33、令需要识别的删除卷积码校验矩阵为
Figure FDA0004026676060000021
则H(x)分别取HYA、HYB，n0为HYA、HYB中子生成多项式的个数，校验矩阵多项式最大次数为
Figure FDA0004026676060000022
源生成多项式的次数上限为κ＝(n0-1)(d+1)-1，设1/2码率源码生成多项式为
Figure FDA0004026676060000023
αi，λi为生成多项式的系数；构造码率为(n0-1)/2(n0-1)的生成多项式矩阵G′(x)：
Figure FDA0004026676060000024
其中
Figure FDA0004026676060000025
F(x)表示全体多项式集合；
构造可能的删除模式集合，
Figure FDA0004026676060000026
Figure FDA0004026676060000027
是二元有限域2n0-2维空间；
S34、从S依次选择一个删除模式P，构造删除卷积码CP的生成多项式矩阵为：
Figure FDA0004026676060000028
其中αP＝(αP(1),αP(2),...,αP(i),...,αP(n0))表示删除模式P的位置向量，αP(i)表示P中第i个1位于P列的位置，根据校验关系GP(x)HT(x)＝0，得到线性方程组G(α0,α1,...,ακ,λ0,λ1,...,λκ)T＝0，其中G是F上的一个((n-1)×2(k+1))矩阵；
S35、解S34所得方程组得出非零基础解系Ω，将Ω中的元素表示为
Figure FDA0004026676060000029
其中
Figure FDA0004026676060000031
Figure FDA0004026676060000032
表示二元有限域k维空间，
Figure FDA0004026676060000033
Fk(x)表示k次多项式集合；并记
Figure FDA0004026676060000034
Figure FDA0004026676060000035
亦作相同处理，选择出Ω中对应
Figure FDA0004026676060000036
阶数最小的解，记录并存储该解及其阶数；
S36、检查S，若S中所有可能的P已计算，进入步骤S37；否则回到步骤S34继续计算；
S37、选择所有删除模式P中阶数最小的解作为估计，此解对应的删除模式即为对应编码器删除模式PA、PB的估计，得到对应的删除码生成多项式矩阵GYA、GYB；
S38、由PA或PB的偶数位得到校验的删除模式PY，由GYA、GYB组合得到等效的编码器生成多项式矩阵GY；
S39、已知输入信息为X，等效编码器子码生成多项式矩阵为G，其中X取A、B之一，G取对应的GYA、GYB之一，则得到CRSC子码循环状态为
Figure FDA0004026676060000037
I是单位矩阵，进入步骤S5；
S4、判断码率是否为2/5或3/4，若否，则已完成编码器所有参数的识别，进入步骤S5；若是，则交织校验输出为Y2，采用译码纠错识别的方法进行交织识别，若识别成功，则得到等效校验生成多项式矩阵
Figure FDA0004026676060000038
删除模式P、以及符号间交织关系π；进入步骤S5；若否，进入步骤S6；
S5、输出编码参数：码块长度n、信息位长度k、码率为k/n，等效校验生成多项式矩阵GY、
Figure FDA0004026676060000039
删除模式P、以及符号间交织关系π；
S6、输出无识别结果。
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