基於稀疏圖可糾正同步與替代錯誤的糾錯碼研究

《基於稀疏圖可糾正同步與替代錯誤的糾錯碼研究》是依託天津大學，由陳為剛擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於稀疏圖可糾正同步與替代錯誤的糾錯碼研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：陳為剛
• 依託單位：天津大學

項目摘要

除傳統替代錯誤外，數字傳輸中會發生比特或符號的刪節（Deletion）與插入（Insertion）錯誤，即同步錯誤，嚴重影響了系統正常工作。傳統解決方法是儘量減少同步錯誤發生，一旦發生同步錯誤則需重新同步，這類方法一般較複雜，且會造成信息丟失。為解決此問題，本項目擬研究基於稀疏圖的、可同時糾正同步與替代錯誤的糾錯碼，實現同步與糾錯的協同處理。研究內容包括：（1）研究刪節/插入信道的信道模型和信道容量及其上/下界，作為糾錯碼設計依據；（2）研究基於稀疏圖的可糾正同步與替代錯誤的糾錯碼的構造與編解碼算法；（3）研究該類糾錯碼在存在同步錯誤時的幀同步方法，解決套用中存在的問題。本項目的目標是設計出能有效對抗同步與替代錯誤的編碼傳輸方案。研究成果可套用於深空通信低信噪比接收、數字復接系統等，糾正由滑動造成的同步錯誤，也可套用於糾正差分脈衝位置調製的檢測算法造成的同步錯誤，提高系統整體性能。

結題摘要

除傳統替代錯誤外，數字傳輸或存儲中也會發生比特或符號的刪節（Deletion）與插入（Insertion）錯誤，即同步錯誤，嚴重影響了系統正常工作。傳統處理同步錯誤的方法較為複雜，甚至需要重新同步，而重新同步容易造成信息丟失。為解決此問題，本項目研究基於稀疏圖、可同時糾正同步與替代錯誤的糾錯碼方案，實現同步與糾錯的協同處理，探索系統整體同步的策略。具體而言，本項目主要研究兩種技術方案，一種是基於LDPC碼與水印碼的方案，另一種是基於卷積碼擴展格線圖的方案。研究主要針對兩種信道模型，一種是一般化的插入、刪節、替代錯誤信道，另外一種是差分脈衝位置調製（DPPM）檢測造成的同步與替代錯誤。本項目針對這兩類信道模型研究相關的高效糾錯方案。 針對LDPC碼與水印碼的級聯碼，具體研究LDPC碼與水印碼級聯碼的疊代處理方法，包括基於硬判決信息與軟判決信息的疊代方案，可改善該方案的整體性能；針對低複雜度的反轉級聯碼，設計了疊代方案改善其性能，接近原始級聯碼的性能，但是複雜度仍然低於傳統糾正同步錯誤地級聯碼；進一步針對DPPM調製中特殊的同步錯誤，設計了基於水印碼與LDPC碼的處理方案以及低複雜度的基於符號刪節與插入的處理方案；此外還研究DM方案中的多進制LDPC碼的最佳化設計，設計了高維長、低編碼複雜度、高性能的多進制LDPC碼。 基於卷積碼的擴展格線圖的處理策略，研究針對DPPM中特殊錯誤類型的最佳化的維特比解碼策略，一方面降低了處理複雜度，同時也改善了性能；然後提出了DPPM檢測與同步錯誤糾正的疊代最佳化，可以進一步改善性能。進一步，研究了卷積碼邊界未知時的邊界識別問題；然後將其擴展套用到卷積碼與RS碼的級聯碼，並設計了高效疊代解碼方案，可以利用外碼RS碼的解碼結果，有效降低擴展格線圖的複雜度，獲得了性能與複雜度的良好折中。進一步還研究了基於卷積碼的Turbo碼在糾正DPPM中同步錯誤的套用，可以顯著改善系統性能。基於卷積碼擴展格線圖的同步錯誤糾錯方案對傳統的糾錯碼套用系統的傳送端改動較小或無需改動，具有較大的靈活性。 總之，本研究將傳統套用據糾正替代錯誤的糾錯碼擴展套用於同時糾正替代錯誤與同步錯誤，藉助圖論的方法例如卷積碼的擴展格線圖、隱馬爾可夫模型的格線圖等，可以獲得性能與複雜度的較好折中。針對DPPM相關的研究結果，有望將其套用於採用DPPM調製的無線光通信等