[發明專利]無速率碼的固定窗長邊消除置信傳播譯碼方法

有效

• 申請號: 201310505288.3
• 申請日: 2013-10-22
• 公開（公告）號: CN103580699B
• 公開（公告）日: 2016-11-30
• 發明（設計）人: 張亮;張朝陽;陳少磊;王獻斌;姚創沐;屠坤
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H03M13/11
• 分類號: H03M13/11
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

1.一種無速率碼的固定窗長邊消除置信傳播譯碼方法，其特征在于，發送端采用無速率碼對需要傳輸的信息進行編碼，接收端采用置信傳播譯碼；“窗長”定義為每次譯碼時譯碼器中所存儲的變量節點的個數，也就是參與運算的變量節點的個數，在固定窗長的邊消除置信傳播譯碼方法中，譯碼器中所存儲的變量節點的個數始終是固定的；接收端將設定一個門限值來篩選出置信度超過該門限值的LT碼的輸出變量節點，并選擇和窗長大小相等的若干個經過篩選后的變量節點送入譯碼器開始譯碼；在嘗試數輪邊消除置信傳播譯碼之后，若未能譯碼成功，目前通過消邊操作移除了多少個變量節點，則補充多少個新的LT碼的輸出變量節點進入譯碼器，并再次嘗試譯碼，直至譯碼成功或者消邊操作無法再移除變量節點為止；

設：LDPC碼的校驗節點和變量節點的數目分別為m和n，參與第一輪譯碼操作的LT碼的校驗節點和變量節點的數目分別為N和N+n，窗長為W＝n+N，變量節點記為v_i,i＝1,2,...,n+N，校驗節點記為c_j,j＝1,2,...,m+N，N(v_i)/c_j表示除了c_j之外的其他和v_i相連的校驗節點，N(c_j)/v_i表示除了v_i之外的其他和c_j相連的變量節點，e_i,j表示連接v_i和c_j的邊，E_LDPC＝{e_i,j|i＝1,2,...,n,j＝1,2,...,m}表示對應于LDPC碼校驗矩陣的邊，ELT(l)={ei,j|i=1,2,...,n,j=m+1,m+2,...,m+N}]]>表示在第l輪譯碼操作時對應于LT碼生成矩陣的邊，表示在第l輪譯碼操作時連接了LT碼校驗節點和輸出變量節點的邊，表示在第l輪譯碼操作時v_i傳遞給c_j的對數似然比，表示在第l輪譯碼操作時c_j傳遞給v_i的對數似然比，表示在第l輪譯碼操作時來自信道的輸入對數似然比，由于LDPC碼的輸出變量節點未經過信道傳輸，所以L^(l)(v_i)表示在第l輪譯碼操作時對應于v_i,i＝1,2,...,n+N的用來做硬判決的對數似然比取值，ξ和T分別表示判決L^(l)(v_i),i＝1,2,...,n置信度足夠高時需要達到的門限值以及達到此門限值的次數，對于f^(l)(e_i,j)＝0表示在第l輪譯碼操作時e_i,j連接了一個被消去的變量節點v_i，f^(l)(e_i,j)＝1表示在第l輪譯碼操作時并且它連接了一個被消去的變量節點v_i，f^(l)(e_i,j)＝2表示在第l輪譯碼操作時e_i,j∈E_LDPC并且它連接了一個被消去的變量節點v_i；對于由于這些邊不參與消邊操作，所以f^(l)(e_j-m+n,j)＝0；對于LDPC碼的輸出變量節點v_i,i＝1,2,...,n，F^(l)(v_i)＝0表示在第l輪譯碼操作時該節點尚未完成消邊操作，F^(l)(v_i)＝1則表示在第l輪譯碼操作時該節點已經完成了消邊操作；表示在第l輪譯碼操作時所有信息的集合，表示在第l輪譯碼操作時所有信息的結合，和num^(l)(v_i)分別表示在第l輪譯碼操作時所存儲的v_i的用來做硬判決的對數似然比取值和該值已經連續達到門限ξ的次數，對每一個LDPC碼的校驗節點c_j,j＝1,2,...,m設置兩個數組和并初始化取值為0，N_r表示譯碼結束時接收端實際接收的LT碼的編碼比特數目；

具體步驟如下：

1）初始化：令l＝1，選擇經過篩選后的個LT碼的編碼比特進入譯碼器，將窗長為的譯碼器填充完畢，此時有令對LT碼的輸入變量節點v_i,i＝1,2,...,n設置F⁽¹⁾(v_i)＝0，num⁽¹⁾(v_i)＝0；對∀ei,j∈ELDPC∪ELT(1)∪EO(1),]]>設置flag⁽¹⁾(e_i,j)＝0；

2）若l＝1，則進入步驟3）；否則在當前窗長為W，即包含了個LT碼的輸入變量節點和個LT碼的輸出變量節點的譯碼器中進行譯碼，對LT碼的輸入變量節點v_i設置F^(l)(v_i)＝F^(l-1)(v_i)，num^(l)(v_i)＝0；對∀ei,j∈ELDPC∪ELT(l-1)∪EO(l-1)]]>設置flag^(l)(e_i,j)＝flag^(l-1)(e_i,j)；對∀ej-m+n,j∈(EO(l)-EO(l-1))]]>設置flag^(l)(e_j-m+n,j)＝0；對若F^(l)(v_i)＝0則設置flag^(l)(e_i,j)＝0，若F^(l)(v_i)＝1則設置flag^(l)(e_i,j)＝1并更新其更新規則如下：

Lch(l)(vj-m+n)=Lch(l)(vj-m+n),L(l-1)(vi)≥0-Lch(l)(vj-m+n),L(l-1)(vi)<0;]]>

3）對于滿足F^(l)(v_i)＝0的LT碼的輸入變量節點v_i,i＝1,2,...,n，以及譯碼器中所有LT碼的輸出變量節點利用下式更新其向相鄰校驗節點傳遞的信息：

qvi,cj(l)=Σcj′∈N(vi)/cjrcj′,vi(l-1)+Lch(l)(vi);]]>

4）對于譯碼器中的每個校驗節點對其所有連接的邊{e_i,j|v_i∈N(c_j)}做判決，若flag^(l)(e_i,j)＝0，則利用下式更新其向相鄰變量節點傳遞的信息：

rcj,vi(l)=2tanh-1(Πvi′∈N(cj)/viflag(l)(ei′,j)≠1tanh(12qvi′,cj(l-1)));]]>

5）對于滿足F^(l)(v_i)＝0的LT碼的輸入變量節點v_i,i＝1,2,...,n，利用下式更新其用來做硬判決的對數似然比信息：

L(l)(vi)=Σcj∈N(vi)rcj,vi(l)+Lch(l)(vi);]]>

6）對于滿足F^(l)(v_i)＝0的LT碼的輸入變量節點v_i,i＝1,2,...,n，估算其對應的編碼比特w_i的值：

wi=0,L(l)(vi)≥01,L(l)(vi)<0,]]>

若此時已滿足LDPC碼的校驗節點所限制的校驗關系，則進入步驟9）；若不滿足校驗關系且未達到所設定的最大迭代次數I_max，則進入步驟7），否則進入步驟8）；

7）判斷LDPC碼的輸出變量節點其L^(l)(v_i)是否連續T次達到門限值ξ且|L^(l)(v_i)|逐漸增大，具體判斷方法如下：

對每一個滿足F^(l)(v_i)＝0的變量節點v_i,i＝1,2,...,n進行如下操作，當時，如果|L^(l)(v_i)|≥ξ，則令且num^(l)(v_i)＝1；反之，不進行任何操作；當時，又可以分為以下五種情況，當且|L^(l)(v_i)|≥ξ和則令且num^(l)(v_i)＝num^(l)(v_i)+1，如果num^(l)(v_i)≥T，則進行消邊更新操作，即令F^(l)(v_i)＝1且對設置f^(l)(e_i,j)＝1，對e_i,j∈E_LDPC設置f^(l)(e_i,j)＝2，如果且|L^(l)(v_i)|≥ξ和則令且num^(l)(v_i)＝1，如果且|L^(l)(v_i)|＜ξ，則令且num^(l)(v_i)＝0，如果且|L^(l)(v_i)|＜ξ，則令且num^(l)(v_i)＝0，如果且|L^(l)(v_i)|≥ξ，則令且num^(l)(v_i)＝1，若發現某些L^(l)(v_i)連續T次達到門限值ξ且|L^(l)(v_i)|逐漸增大，則消去這些LDPC碼的輸出變量節點及其所連接的邊并完成消邊更新操作，即令F^(l)(v_i)＝1且對設置f^(l)(e_i,j)＝1，對e_i,j∈E_LDPC設置f^(l)(e_i,j)＝2；為了消除這些操作對其他節點后續迭代譯碼的影響，對滿足flag^(l)(e_i,j)＝2的邊，將以后由v_i向c_j傳遞的信息設為該節點被消去時的L^(l)(v_i)，即一個定值并不再計算由c_j向v_i傳遞的信息l_i＝l+1,l+2,...；一旦有新的邊被設置為flag^(l)(e_i,j)＝2，將其當前的L^(l)(v_i)存入中，并將消去的節點v_i所譯出的比特w_i的值存入中，在以后每次更新由c_j向其他未被消去的變量節點輸出的對數似然比信息的時候，中的每一個元素只傳遞各自的L^(l)(v_i)；同時，在以后每次判決譯出比特是否滿足LDPC碼的校驗關系式時，中的每一個w_i也參與異或運算，返回步驟3），開始新一輪的迭代譯碼；

8）記錄下F^(l)(v_i)（i＝1,2,...,n）、flag^(l)(e_i,j)的值；若在第l次譯碼嘗試中沒有LT碼的輸入變量節點被移出譯碼器，則進入步驟9）；若在第l次譯碼嘗試中有N^(l)個LT碼的輸入變量節點被移出譯碼器，則再選擇N^(l)個經過篩選后的LT碼的編碼比特進入譯碼器，即令將窗長為W的譯碼器填充完畢后，令l＝l+1，并進入步驟2），開始新一輪的譯碼嘗試；

9）停止譯碼。

2.根據權利要求1所述的一種無速率碼的固定窗長邊消除置信傳播譯碼方法，其特征在于所述的步驟1）和步驟8）中的選擇經過篩選后的LT碼的編碼比特進入譯碼器為：設定一個門限值來篩選出置信度超過該門限值的LT碼的編碼比特，并將這些經過篩選后的編碼比特送入譯碼器；假設疊加在接收序列上的噪聲n_i為加性白高斯噪聲，其方差為σ²，LT碼的第i個編碼比特為x_i，則接收碼字y_i＝1-2x_i+n_i，設定一個譯碼器進入門限ζ，只有當接收碼字的初始對數似然比絕對值超過此門限，即：

|Lch(l)(vi)|=|2yi-nσ2|≥ζ(i≥n+1);]]>

才將此接收碼字，即LT碼的輸出變量節點送入譯碼器進行譯碼處理。