不等保護(hù)碼及其在軌道交通列車(chē)運(yùn)行控制車(chē)地?zé)o線通信中的應(yīng)用.pdf

1、在通信系統(tǒng)中信道編碼是控制傳輸差錯(cuò)的主要手段之一。傳統(tǒng)的信道編碼方案通常不考慮信息元對(duì)差錯(cuò)的敏感程度，為它們提供相等的檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力。然而在一個(gè)信息分組中，信息元對(duì)誤碼率的要求有可能是不同的，為了靈活的適應(yīng)不同種類(lèi)的信息元對(duì)誤碼率的要求，不等保護(hù)(Unequal Error Protection，UEP)碼逐漸成為新的發(fā)展熱點(diǎn)。不等保護(hù)碼能夠在不改變編碼效率的前提下為信息元提供不同的保護(hù)能力，在分別滿(mǎn)足它們對(duì)誤碼率要求的同時(shí)，

2、也提高了信息序列整體的編碼效率。本論文是以不等保護(hù)碼為研究對(duì)象，重點(diǎn)研究不等保護(hù)碼的譯碼算法，以及它們?cè)谲壍澜煌熊?chē)運(yùn)行控制車(chē)地?zé)o線通信中的實(shí)際應(yīng)用。本論文首先綜合分析了有關(guān)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)內(nèi)容——近世代數(shù)中群、環(huán)、域的概念，并在此基礎(chǔ)上著重研究決定不等保護(hù)碼保護(hù)能力的直接因素：碼空間的距離特性，然后定量地給出了用于描述距離特性的兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)——分離矢量和特征距離矢量之間的關(guān)系，以及它們和不等保護(hù)碼保護(hù)能力之間的關(guān)系。最后提出決

3、定距離特性的根本因素是碼的生成矩陣，并研究了不等保護(hù)碼的生成矩陣特性。對(duì)不等保護(hù)碼譯碼算法的研究是本論文的主要內(nèi)容之一。在本論文的第三、四、五三章，分別提出了三種有效的譯碼算法。第三章中提出的樹(shù)狀圖譯碼算法適用于所有分組不等保護(hù)碼，它通過(guò)在樹(shù)狀圖上尋找最大似然分支的方法，有效地保證了所有保護(hù)能力大于或者等于碼字中錯(cuò)誤比特?cái)?shù)目的信息元都能正確譯出。仿真結(jié)果表明，在樹(shù)狀圖譯碼算法下高保護(hù)能力信息元的誤碼性能得到了明顯改善。第

4、四章中提出的二次譯碼算法適用于所有具有兩個(gè)保護(hù)能力等級(jí)的二進(jìn)制循環(huán)不等保護(hù)碼，當(dāng)碼字中錯(cuò)誤比特的個(gè)數(shù)小于或者等于碼空間的最低保護(hù)能力(即碼字的糾錯(cuò)能力)時(shí)，譯碼器采用循環(huán)碼的一般譯碼算法譯碼，即利用關(guān)鍵方程求解錯(cuò)誤比特的位置；當(dāng)碼字中錯(cuò)誤比特的個(gè)數(shù)大于碼字的糾錯(cuò)能力時(shí)，譯碼器對(duì)高保護(hù)能力信息元的值進(jìn)行假設(shè)，并驗(yàn)證該假設(shè)。如果假設(shè)不滿(mǎn)足驗(yàn)證條件，則譯碼器改變假設(shè)并重新驗(yàn)證，直到找到滿(mǎn)足驗(yàn)證條件的假設(shè)，那么高保護(hù)能力的信息元的值

5、就是該假設(shè)值，通過(guò)這個(gè)方法為高保護(hù)能力的信息元提供更高的保護(hù)。當(dāng)接收碼字中的錯(cuò)誤比特?cái)?shù)目小于或者等于碼字的糾錯(cuò)能力時(shí)，二次譯碼算法可以確保所有信息元正確譯出，而當(dāng)錯(cuò)誤數(shù)量達(dá)到碼空間的高保護(hù)能力時(shí)，二次譯碼算法可以確保大多數(shù)高保護(hù)能力的信息元正確譯出。在本論文的第五章里，提出了一種適用于具有兩個(gè)保護(hù)能力等級(jí)的多進(jìn)制循環(huán)不等保護(hù)碼的譯碼算法，它實(shí)際上是對(duì)二次譯碼算法的擴(kuò)展，使之能夠在多元素有限域上完成對(duì)伴隨式及關(guān)鍵方程的運(yùn)算。

6、此時(shí)信息元為多進(jìn)制數(shù)，每個(gè)信息元攜帶更多的信息比特，譯碼器用改進(jìn)的二次譯碼算法對(duì)接收碼字譯碼，為高保護(hù)能力的信息元提供更低的誤碼率。仿真結(jié)果表明，不論是在二進(jìn)制循環(huán)不等保護(hù)碼中，還是在多進(jìn)制循環(huán)不等保護(hù)碼中，二次譯碼算法都為高保護(hù)能力的信息元提供了更好的譯碼性能。最后，本論文第六章研究不等保護(hù)碼實(shí)際應(yīng)用于軌道交通列車(chē)運(yùn)行控制車(chē)地?zé)o線通信系統(tǒng)中的性能。在通信系統(tǒng)建模時(shí)，本論文采用了歐洲軌道交通系統(tǒng)的GSM-R系統(tǒng)?？紤]到應(yīng)用

7、環(huán)境中信息分組的大小以及對(duì)誤碼率的要求，本論文采用了適用于多進(jìn)制循環(huán)不等保護(hù)碼的二次譯碼算法。通過(guò)和GSM-R原有的信道編碼方案的比較可以發(fā)現(xiàn)，二次譯碼算法僅通過(guò)一次編碼就可以為不同種類(lèi)的信息元提供不同的保護(hù)能力，不僅比原編碼方案簡(jiǎn)單，而且在大多數(shù)信道條件下具有比原編碼方案更優(yōu)的譯碼性能。再配合以合適的交織算法，二次譯碼算法在抵抗突發(fā)噪聲方面也表現(xiàn)出了良好的性能。關(guān)鍵詞：不等保護(hù)碼，樹(shù)狀圖譯碼算法，二次譯碼算法，軌道交通，車(chē)