基于反向验证的RSC码编码参数盲识别*

彭贻云，张 玉，杨晓静（电子工程学院，合肥 230037）

基于反向验证的RSC码编码参数盲识别*

彭贻云，张 玉，杨晓静
（电子工程学院，合肥 230037）

针对Turbo码编码中应用的RSC编码器盲识别问题，提出一种反向验证的方法，对其参数进行识别分析。通过对RSC编码器参数进行遍历估计，重新输入码字序列，将得到的码字序列与原来的输出序列进行对比，找出最优的参数组合，完成对RSC编码参数的识别。仿真实验表明，该方法能够有效完成对RSC编码器的参数识别，特别在误码率为0.3时，依然能够达到识别效果，具有较好的容错性能。

反向验证，盲识别，递归系统卷积码，信道编码

0 引言

递归系统卷积（RSC）码作为卷积码的一种，在Turbo码编码中应用广泛。目前，随着Turbo码在深空通信、移动通信和卫星通信等领域中应用的不断拓展，针对Turbo码的识别分析也显得越发迫切，作为Turbo码编码中重要的组成部分，对RSC码编码器的参数识别部分也显示出其意义。因此，完成对Turbo码编码中的RSC码编码器的参数识别是Turbo码识别的基础。

RSC码作为一种卷积码，针对卷积码识别的方法同样适用于RSC码。当前对卷积码的识别方法主要有快速双合冲算法、欧几里得算法［1］、分析矩阵构建法［2］和Walsh-Hadamard变换法［3］等。其中，快速双合冲算法仅使用较少的数据就能够达到识别效果，但只适用于码率为1/2的卷积码；欧几里得算法能够用于1/n码率，需要的数据量也较少，但不具有容错性；分析矩阵构造法能够实现对（n，k，m）卷积码参数的盲识别，但容错性能有待提升；Walsh-Hadamard变换法只适用于码率为1/n的卷积码情况，具有较好的容错性能，但需要提前获得卷积码码率和码字起点的先验条件。

目前国内外相关研究主要是集中在对一般卷积码的识别分析上，对于RSC码的识别分析较少，特别是针对Turbo码编码中RSC码编码器的特定情况，没有相关的研究进行分析，同时识别的容错性能有待进一步提升。为了实现对Turbo编码中RSC码编码参数的识别分析，利用Turbo码编码构造中子编码器RSC码的特定结构，运用反向验证的方法，通过遍历RSC码编码器的相关参数，对比得到RSC码的最佳参数组合。

1 问题描述

Turbo码的编码构造［4］中，主要是由两个RSC码编码器和一个交织器组合而成，通常采用的是并行级联结构，其编码结构如图1所示:

图1 Turbo码编码结构图

根据Turbo码的编码结构图可以看出，产生的Turbo码是由两路分量编码器产生的与信息位等长的校验序列和一路信息序列经过复接后得到。假设信息序列为Xs，两个子编码器产生的序列分别为X1，X2，复用得到的Turbo码序列为X。为了实现对Turbo码的识别分析，首先需要对Turbo码进行分离，提取出这3路序列，即通过截获的X，得到Xs，X1，X23路序列值。

在实现对Turbo码序列的分离后，通过提取出的3路序列，对具体的Turbo码编码参数进行识别。Turbo码编码参数的识别主要集中在对交织器和RSC子编码器的参数识别上，对于RSC子编码器的参数识别，本文主要利用分离出的Xs和X1两路序列进行分析。

为了更好地实现对RSC编码器的参数识别，对RSC编码器的结构进行分析，其一般结构如图2所示:

图2 RSC编码器的结构图

从图2可以看出分量编码器RSC的结构可以用S1，S2来表示，即:

其中，m为寄存器的个数。

通过对S1，S2的数值进行确定，即可得到RSC编码器的结构。同时可以由此产生RSC码生成矩阵的传递函数

在已知RSC码的生成矩阵后，可以对信息序列Xs进行编码处理，生成相应的RSC码序列:

在利用式（3）产生RSC码序列后，需要利用得到的编码序列对RSC码编码器的参数进行识别分析，实现对RSC码参数识别，为进一步识别出Turbo码的编码参数打下良好的基础。

2 RSC码编码器参数识别

对RSC码参数的识别，主要是能够得到产生RSC码的生成矩阵的参数信息。通过对RSC编码器的结构进行分析研究，可以发现对于特定的RSC码，构成的RSC编码器的S1，S2的值也已经固定。为了得到RSC编码器的准确结构，构建一个包含所有可能情况的编码器库，通过反向验证的方法，实现对RSC编码器参数的识别。

反向验证方法，是在限定的条件范围内，将接收到的信息序列带入可能的RSC编码器进行编码，产生的RSC码字序列与原来接收到的RSC码进行对比验证，识别出最佳的RSC编码器的结构参数。

为了尽量减少识别的运算量，首先需要对可能存在的RSC编码器进行限定，缩小遍历的范围。根据目前对Turbo码编码中应用到的RSC编码器知识的掌握，可以将RSC编码器中寄存器的数量m限定在12以内，则当s1，12=0且s2，12=0时，满足m=11的取值情况。以此类推，将m设置为12包含了全部m=2，…，12的编码器结构情况。舍去S1=0，S2=0的情况，则建立的编码器库中存在的元素个数为225-1。在实际的通信中应用到的Turbo码分量编码器结构数量远小于这个库中的元素，因此，可以通过实际可能应用到的Turbo码编码结构，对库中元素进一步地精简，实现对搜索速度的大幅提升，提高识别速度。

在构建了RSC编码器的参数库之后，需要对库中元素进行搜索，找到符合条件的元素信息。对于截获到的Turbo码序列，通过对其进行分离处理，可以得到3路序列，因此，能够得到RSC编码器的输入和输出序列。通过对RSC编码器的参数进行设置，将得到的信息序列Xs重新输入RSC编码器，得到新的RSC码序列X3。通过将序列X3与原来的序列X1进行对比，找到两序列X1和X3相等时的参数设置值，即为要识别的RSC编码器的结构参数。在实际的应用当中，由于误码的存在，得到的两序列X1和X3可能无法达到完全相等的要求。因此，本文中将序列X1和X3对应位置相同元素的个数占整个序列长度的比率η作为评判的标准，当η达到最大值时，即可认为此时设置的参数即为所要识别的编码器参数，完成对RSC编码器的识别研究。具体识别过程如图3所示:

图3 基于反向验证法的识别原理图

通过对接收到的Turbo码序列进行分析，实现对Turbo码分量编码器RSC的结构识别，得到生成RSC码的生成矩阵信息以及寄存器长度m的具体值，为下一步对Turbo码的识别分析做好准备。

3 识别仿真

为了验证本文算法的有效性，利用MATLAB软件进行仿真分析。假设接收到的Turbo码序列能够实现对3路复用序列的分离，误码率设置为0.001，将Turbo码的第1路输入序列和第2路校验序列提取出来实现RSC编码器的识别分析。假设实验中用到的RSC编码器的生成矩阵的传递函数，下面利用反向验证的方法实现对RSC编码器的识别:

将构建的库中元素按照顺序进行编排，带入RSC编码器进行验证，得到不同的η值，结果如图4所示。

根据图4实验结果可以得到，在第1 246号参数相似度值达到最大，此时即为所要求的RSC编码器参数值位置。根据1 246号对应的RSC编码器结构状态值为1 245，化为二进制值为10011011101，此时得到RSC编码器结构为S1={0，1，0，0，1，1}，S2= {0，1，1，1，0，1}，寄存器长度m=4。

图4 RSC编码参数识别结果图

接着分析误码对算法性能的影响，通过设置不同的误码率，按照上述的方法进行识别分析，仿真误码率不断升高的情况下对识别效果的影响，其结果如图5所示:

图5 不同误码条件下的识别结果图

通过对不同误码率条件下的识别效果进行仿真实验，得到图5所示的识别结果，当误码率在0.3时，本文算法仍能够很好识别出RSC编码器的编码参数；但随着误码率的提高，识别的效果受到较大的干扰，在误码率为0.35时已经无法通过本文算法进行识别。对于误码率低于0.3的条件，本文算法具有较好的识别效果，能够完成实际应用中的识别分析。

4 结论

本文针对Turbo码编码识别中对RSC编码器的识别问题，提出一种遍历反向验证的方法。该方法利用RSC编码器结构中的状态数特定的特点，通过构建一个编码器参数库，对库中的参数进行遍历分析。同时通过带入信息序列进行方向验证，找到最佳的结构参数，完成对RSC编码器参数的识别。仿真实验表明，在误码率低于0.3时，该方法仍可以很好地完成对RSC编码器的参数识别。但为了有效减少运算量，需要提前构建可靠地编码器参数库，对于实际中的应用提出新的要求。

［1］刘杰，张立民，兰天.卷积码盲识别技术研究［J］.航天电子对抗，2014，30（4）:26-29.

［2］张立民，刘杰，钟兆银.（n，1，m）递归系统卷积码的盲识别［J］.电讯技术，2014，54（9）:1220-1225.

［3］刘健，王晓君，周希元.基于Walsh-Hadamard变换的卷积码盲识别［J］.电子与信息学报，2010，32（4）:884-888.

［4］阎剑，易正红，石荣，等.误码条件下Turbo码编码参数的盲识别［J］.电子信息对抗技术，2014，29（3）:13-16.

［5］解辉，黄知涛，王丰华.信道编码盲识别技术研究进展［J］.电子学报，2013，41（6）:1167-1168.

［6］刘建成，杨晓静.基于求解校验序列的（n，1，m）卷积码盲识别［J］.电子与信息学报，2013，34（10）:2363-2368.

［7］张永光.一种Turbo码编码参数的盲识别方法［J］.西安电子科技大学学报，2013，38（2）:167-172.

［8］刘建成，杨晓静.（n，1，m）RSC码的盲识别［J］.电路与系统学报，2012，17（6）:84-88.

［9］肖扬.Turbo与LDPC编解码及其应用［M］.北京:人民邮电出版社，2010.

［10］武恒州，罗霄斌，刘杰.Turbo码盲识别方法研究［J］.无线电工程，2015，45（5）:24-27.

Blind Recognition of RSC Code Encoding Parameters Based on Reverse Verification

PENG Yi-yun，ZHANG Yu，YANG Xiao-jing
（Electronic Engineering Institute，Hefei 230037，China）

In order to solve the problem of the blind recognition of RSC encoder on the Turbo coding，a method of reverse verification is proposed.By traversing the RSC encoder parameters estimation，re-entering the codeword sequence and comparing the obtained codeword sequence with the original output sequence，we can find the optimal combination of parameters and complete identification of the RSC encoding parameters.Simulation result showed that this method can effectively complete the RSC encoder parameter identification，and still be able to achieve recognition results in BER 0.3.It reflects a better fault tolerance.

reverse verification，blind recognition，recurisive systematic convolutional code，channel coding

TP309

A

1002-0640（2017）03-0029-03

2016-02-05

2016-03-21

国家自然科学基金（61201379）；安徽省自然科学基金资助项目（1208085QF103）

彭贻云（1992- ），男，江西泰和人，硕士研究生。研究方向：信号与信息处理，通信信号分析。