[發明專利]基于振蕩的準循環低密度奇偶校驗碼置信傳播譯碼方法

有效

• 申請號: 201310148716.1
• 申請日: 2013-04-26
• 公開（公告）號: CN103259545B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發明（設計）人: 張發存;楊發霞
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: H03M13/11
• 分類號: H03M13/11
• 代理公司: 西安弘理專利事務所61214
• 代理人: 李娜

技術領域

本發明屬于數字通信技術領域，具體涉及一種基于振蕩的準循環低密度奇偶校驗碼置信傳播譯碼方法。

背景技術

在一個通信系統當中，信道譯碼針對大量數據在信道中傳輸遇到眾多使得數據衰減性的干擾時，提高了整個系統數據傳輸的穩定性。信號產生器會產生源信息，并對源信息進行編碼，映射，經載波被發送到調制解調器，在接收端接收后，經過一系列的解調、譯碼操作，得到譯碼后的碼字。

先進的的信道譯碼技術是現今4G&5G通信系統當中的核心技術之一，在近幾十年的發展過程當中得到了飛速的發展，隨著移動通信的發展，人們對信道譯碼不斷提出了新的要求，雖然turbo碼標志著人們構造其性能接近香農限的較好性能的開始，但其譯碼時延大，計算量大，存在錯誤平層。而低密度奇偶校驗碼是一個具有更低線性譯碼復雜度的信道編碼及譯碼的好碼。

低密度奇偶校驗碼由Robert?Gallager在1962年在他的博士論文中首次提出，在20世紀90年代后期，由于低密度奇偶校驗碼較好的糾錯能力，低密度奇偶校驗碼被MacKay?and?Neal重新認識，隨后經過許多通信研究人員推廣發展，現已經具有一套較為系統的優化設計方法并具有更強大的糾錯能力和更低的算法復雜度。

低密度奇偶校驗碼具有較好的靈活性，低的錯誤平層及較低的譯碼復雜度，它可以完成完全并行的操作和接近香農極限的糾錯性能。低密度奇偶校驗碼被包含在IEEE802.11n/ac標準中，并作為可選碼之一。根據校驗矩陣的構造，可分為規則的低密度奇偶校驗碼，和不規則的低密度奇偶校驗碼，不規則的低密度奇偶校驗碼由于其不均勻分布的行重和列重，可以得到較好的譯碼性能，但是由于其隨機性，使得譯碼復雜度增加。然而通過隨機的構造技術來設計低密度奇偶校驗碼方法的缺乏導致在存儲和訪問較大的校驗矩陣時也呈現出嚴重缺陷。具有較大環長的準循環低密度奇偶校驗碼結合高效率的譯碼技術可以減少譯碼復雜度并提升糾錯性能。

準循環低密度奇偶校驗由于其具有很好的代數結構，譯碼方法相對簡單，可以很容易的用移位寄存器構造乘法電路和加法電路。因此，在DVB-S2,802.16e,802.11ac通信系統當中得到廣泛應用。

準循環低密度奇偶校驗碼由其校驗基矩陣H_b定義，基矩陣中的元素由-1，0，1元素構成，經過擴展因子P擴展，這些在基矩陣中的元素被擴展為P×P的子零矩陣和同樣大小的單位子矩陣，在基矩陣中的非零元素經過單位矩陣（P×P）轉移一個值，這個值由與H_b同等維數的轉移矩陣S_H中相應位置上的值所決定，而得到擴展，最終形成了稀疏校驗矩陣H,準循環低密度奇偶校驗碼編碼器和譯碼器的基本結構也僅僅由基本矩陣中的非負整數的位置所決定。因此準循環低密度奇偶校驗碼，很容易構造，易于硬件實現，其誤碼率性能曲線不會隨著信噪比的增加而出現錯誤平層。

低密度奇偶校驗碼是由校驗矩陣描述的線性分組碼，校驗矩陣H有少量為1，和大量為0的元素構成，包括一個包含所有校驗節點的集合，一個包含所有信息節點的集合及連接校驗節點和信息節點的邊的集合，每行中非零元素的個數稱為該行的行重，每列中非零元素的個數稱為該列的列重。

低密度奇偶校驗碼的譯碼算法主要包括軟判決譯碼算法，硬判決譯碼算法及基于可靠性的譯碼算法。軟判決中，譯碼器將接收到的符號作為實數進行處理，因而保留了信道提供的全部信息，有很好的譯碼效率。低密度奇偶校驗碼的軟判決譯碼算法大多數都是基于置信傳播而開發的迭代算法。著名主要有其對數似然比置信傳播算法，UMP置信傳播譯碼算法及后續改進的一些歸一化算法。硬判決譯碼在處理之前先將接收到的符號進行量化，量化后的元素集合與發送符號的集合相同，因此在簡化譯碼器的同時也丟失了一部分信道信息，但其代數結構簡單，易于硬件結構的實現。

起初，低密度奇偶校驗碼利用標準置信傳播算法的對數似然比來進行譯碼處理，對于一個傳輸信息，首先經編碼其進行編碼，稀疏校驗矩陣H=[H_k×kH_k×（n-k）]，其中前k位為信息位，后n-k位為校驗位，經過高斯消去，H=[I_k×kR_k×(n-k)],碼字m(1×k)被編碼為x_n,x_n表示被編碼的碼字。