[發(fā)明專(zhuān)利]一種改進(jìn)的LDPC碼和積譯碼方案

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810415350.2
• 申請(qǐng)日: 2018-05-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108574492A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-09-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁建國(guó);孫雪敏;劉書(shū)涵;蹇紅;王曉蓉;劉力塽;袁素真
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 重慶郵電大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H03M13/11
• 分類(lèi)號(hào): H03M13/11
• 代理公司: 北京同恒源知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的LDPC碼和積譯碼方案。該發(fā)明為進(jìn)一步提升LDPC碼譯碼算法的糾錯(cuò)性能同時(shí)減少譯碼所需平均迭代次數(shù)，通過(guò)降低變量節(jié)點(diǎn)間的相關(guān)性提出一種LDPC碼改進(jìn)的和積譯碼算法。該發(fā)明進(jìn)行兩方面優(yōu)化設(shè)計(jì)：一是采用變量節(jié)點(diǎn)似然比信息減去信道對(duì)數(shù)似然比信息的差值作為校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的輸入，二是引入“改變檢驗(yàn)節(jié)點(diǎn)更新過(guò)程可影響誤碼率性能”的思想，根據(jù)節(jié)點(diǎn)存在的狀態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)整校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的更新。仿真結(jié)果表明：在誤碼率為10^?6時(shí)，該改進(jìn)譯碼算法比原譯碼算法提升約0.4dB的凈編碼增益。信噪比為5dB、5.5dB和6dB情況下，該改進(jìn)的和積譯碼算法比原經(jīng)典和積譯碼算法所需平均迭代次數(shù)均有明顯下降，譯碼效率更好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域，涉及低密度奇偶校驗(yàn)(LowDensityParity-Check,LDPC)碼譯碼方案，該方案通過(guò)對(duì)和積(Sum-Product,SP)譯碼算法進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，進(jìn)而提出一種LDPC碼改進(jìn)的和積譯碼方案。

背景技術(shù)

低密度奇偶校驗(yàn)(LowDensityParity-Check,LDPC)碼譯碼算法的優(yōu)劣決定它能否發(fā)揮出編碼的效果，對(duì)其綜合性能起著極其重要的作用。同時(shí)，LDPC碼的算法復(fù)雜度在其硬件實(shí)現(xiàn)上的作用也不容小視。經(jīng)典的對(duì)數(shù)似然比置信傳播(Log-LikelihoodRatioBeliefPropagation,LLR-BP)算法，又名和積譯碼(Sum-Product,SP)算法，是置信傳播算法的對(duì)數(shù)表示。雖然和積譯碼的誤比特率最低、糾錯(cuò)性能最好；但在校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)處理過(guò)程中存在非線性函數(shù)的計(jì)算，處理的大都是浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)，譯碼復(fù)雜度很高。而最小和譯碼(Min-Sum,MS)算法是在和積譯碼算法的基礎(chǔ)上只選取對(duì)幅值影響最大的最小值用于校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的更新處理，好處是算法的復(fù)雜度大大降低了；但過(guò)估計(jì)了它的概率信息，降低了譯碼的準(zhǔn)確性，糾錯(cuò)性能相對(duì)較差。部分研究學(xué)者通過(guò)引入單一的歸一化因子或偏置因子來(lái)降低過(guò)估計(jì)的值，從而達(dá)到優(yōu)化最小和算法的目的，但是這種改進(jìn)提升的誤比特率性能非常有限。

上述的譯碼算法要么性能非常好但復(fù)雜度很高，要么復(fù)雜度低但性能較差。在校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)更新處理方式中引入單一因子優(yōu)化的最小和算法，雖然誤比特率性能獲得了一定的提升，但提升的凈編碼增益十分有限，同時(shí)也證明了改變它的節(jié)點(diǎn)消息更新方式能夠獲得譯碼性能的提升。本文把采納這種思想對(duì)經(jīng)典和積譯碼算法加以改進(jìn)，仿真結(jié)果表明，本文的改進(jìn)算法能夠提升譯碼的糾錯(cuò)性能同時(shí)大幅減少它的平均迭代次數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明基于經(jīng)典和積譯碼算法，提出一種LDPC碼的改進(jìn)和積譯碼方案。目的在于提升糾錯(cuò)性能的同時(shí)減少平均迭代次數(shù)進(jìn)而降低譯碼的復(fù)雜度。首先，在信道初始化采用變量節(jié)點(diǎn)似然比信息減去信道對(duì)數(shù)似然比信息的差值作為校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的輸入；然后，把前人優(yōu)化校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)更新信息的思想用在和積譯碼算法上，根據(jù)不同節(jié)點(diǎn)狀態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)整節(jié)點(diǎn)消息的更新方式；其它操作與原算法保持一致。這種改進(jìn)減少了變量節(jié)點(diǎn)的相關(guān)性，使其每次迭代更新更加符合實(shí)際情況。仿真表明，本文所提出的改進(jìn)和積譯碼算法在譯碼糾錯(cuò)性能和平均迭代次數(shù)上均能夠取得不錯(cuò)的提升。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種LDPC碼的改進(jìn)和積譯碼算法設(shè)計(jì)。包括：

第一步，進(jìn)行信道初始化操作。采用變量節(jié)點(diǎn)似然比信息減去信道對(duì)數(shù)似然比的差值作為校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的輸入。

第二步，水平譯碼，對(duì)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)迭代更新時(shí)，根據(jù)節(jié)點(diǎn)不同的狀態(tài)選取不同的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)更新公式，這種方法更加地貼近實(shí)際情況，減少了變量節(jié)點(diǎn)的相關(guān)性。

第三步，垂直譯碼，進(jìn)行變量節(jié)點(diǎn)的更新傳遞，將第二步的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)信息加上信道初始化信息傳遞給相鄰的變量節(jié)點(diǎn)。接著將變量節(jié)點(diǎn)更新后的消息傳遞到相鄰的第二個(gè)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)，如此反復(fù)，直到傳遞到最后一個(gè)相鄰的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)。最后再對(duì)第二步的變量節(jié)點(diǎn)重復(fù)上述過(guò)程。

第四步，進(jìn)行譯碼判決，如果滿(mǎn)足譯碼判決條件v·H^T＝0或者達(dá)到先前所設(shè)的最大迭代次數(shù)，則停止迭代；否則返回第二步進(jìn)行下一次迭代譯碼。