不等保護碼及其在軌道交通列車運行控制車地無線通信中的應用.pdf

1、在通信系統中信道編碼是控制傳輸差錯的主要手段之一。傳統的信道編碼方案通常不考慮信息元對差錯的敏感程度，為它們提供相等的檢錯和糾錯能力。然而在一個信息分組中，信息元對誤碼率的要求有可能是不同的，為了靈活的適應不同種類的信息元對誤碼率的要求，不等保護(Unequal Error Protection，UEP)碼逐漸成為新的發(fā)展熱點。不等保護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能力，在分別滿足它們對誤碼率要求的同時，

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碼為研究對象，重點研究不等保護碼的譯碼算法，以及它們在軌道交通列車運行控制車地無線通信中的實際應用。本論文首先綜合分析了有關的數學基礎內容——近世代數中群、環(huán)、域的概念，并在此基礎上著重研究決定不等保護碼保護能力的直接因素：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關鍵參數——分離矢量和特征距離矢量之間的關系，以及它們和不等保護碼保護能力之間的關系。最后提出決

3、定距離特性的根本因素是碼的生成矩陣，并研究了不等保護碼的生成矩陣特性。對不等保護碼譯碼算法的研究是本論文的主要內容之一。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。第三章中提出的樹狀圖譯碼算法適用于所有分組不等保護碼，它通過在樹狀圖上尋找最大似然分支的方法，有效地保證了所有保護能力大于或者等于碼字中錯誤比特數目的信息元都能正確譯出。仿真結果表明，在樹狀圖譯碼算法下高保護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保護能力等級的二進制循環(huán)不等保護碼，當碼字中錯誤比特的個數小于或者等于碼空間的最低保護能力(即碼字的糾錯能力)時，譯碼器采用循環(huán)碼的一般譯碼算法譯碼，即利用關鍵方程求解錯誤比特的位置；當碼字中錯誤比特的個數大于碼字的糾錯能力時，譯碼器對高保護能力信息元的值進行假設，并驗證該假設。如果假設不滿足驗證條件，則譯碼器改變假設并重新驗證，直到找到滿足驗證條件的假設，那么高保護能力的信息元的值

5、就是該假設值，通過這個方法為高保護能力的信息元提供更高的保護。當接收碼字中的錯誤比特數目小于或者等于碼字的糾錯能力時，二次譯碼算法可以確保所有信息元正確譯出，而當錯誤數量達到碼空間的高保護能力時，二次譯碼算法可以確保大多數高保護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保護能力等級的多進制循環(huán)不等保護碼的譯碼算法，它實際上是對二次譯碼算法的擴展，使之能夠在多元素有限域上完成對伴隨式及關鍵方程的運算。

6、此時信息元為多進制數，每個信息元攜帶更多的信息比特，譯碼器用改進的二次譯碼算法對接收碼字譯碼，為高保護能力的信息元提供更低的誤碼率。仿真結果表明，不論是在二進制循環(huán)不等保護碼中，還是在多進制循環(huán)不等保護碼中，二次譯碼算法都為高保護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碼實際應用于軌道交通列車運行控制車地無線通信系統中的性能。在通信系統建模時，本論文采用了歐洲軌道交通系統的GSM-R系統。考慮到應用

7、環(huán)境中信息分組的大小以及對誤碼率的要求，本論文采用了適用于多進制循環(huán)不等保護碼的二次譯碼算法。通過和GSM-R原有的信道編碼方案的比較可以發(fā)現，二次譯碼算法僅通過一次編碼就可以為不同種類的信息元提供不同的保護能力，不僅比原編碼方案簡單，而且在大多數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)噪聲方面也表現出了良好的性能。關鍵詞：不等保護碼，樹狀圖譯碼算法，二次譯碼算法，軌道交通，車