專利名稱：一種基于分段偏移修正的最小和譯碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為低密度奇偶校驗(yàn)碼的軟判決迭代譯碼簡化譯碼方法，屬于信道糾錯編碼的譯碼技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在LDPC碼的譯碼方法當(dāng)中，基于二分圖的迭代軟判決譯碼方法具有很好的誤碼率性能，對于較長的非規(guī)則LDPC碼，可以達(dá)到接近香農(nóng)限的性能。標(biāo)準(zhǔn)的軟判決算法稱之為和積算法，該算法在計(jì)算校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)信息輸出的時候，無論是概率域或是對數(shù)似然比域的譯碼，總是涉及到大量的加法，乘法，對數(shù)以及指數(shù)運(yùn)算，加上節(jié)點(diǎn)數(shù)目較多，運(yùn)算復(fù)雜度較大。最小和譯碼方法是對該算法的一個簡化，直接用校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)輸入的可靠度最低或次低的信息作為輸出，省卻了和積算法中大量的運(yùn)算，但性能與和積算法相比有較大差距。
偏移修正或乘性歸一化方法，是在輸出的最小值或次小值信息上，減去一個修正因子或乘上一個歸一化因子，從而達(dá)到接近和積算法輸出的結(jié)果。這類方法性能相比最小和譯碼方法改進(jìn)幅度較大，而復(fù)雜度并未增加很多。由于通信系統(tǒng)對傳輸速率，誤碼率性能要求進(jìn)一步的提高，很多系統(tǒng)開始逐漸采用長度在4000以上的非規(guī)則LDPC碼。隨著碼長的增加和非規(guī)則分布的影響，常數(shù)修正的最小和譯碼方法的性能也有所劣化，相距標(biāo)準(zhǔn)的和積算法性能差距逐漸增加。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)輸出信息修正方法(基于分段偏移修正的最小和譯碼方法)，解決現(xiàn)有簡化的LDPC碼軟判決譯碼方法在處理較長的非規(guī)則碼時性能較差，以及現(xiàn)有的和積算法復(fù)雜度仍然較高的問題；同時該方法對信道估計(jì)參數(shù)更加魯棒。
技術(shù)方案一種基于分段偏移修正的低密度奇偶校驗(yàn)碼最小和譯碼方法，其特征在于按照校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)輸出信息可靠度的最小值幅度分段，分別對輸出的最小和次小可靠度信息做修正抵消，即校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)運(yùn)算單元分別根據(jù)輸入信號的符號做乘法求得總的輸出符號，同時按照信號的絕對值大小比較出最小值，次小值和最小值對應(yīng)的輸入序號。按照最小值的幅度大小，分段查表得到對應(yīng)的修正因子，利用該因子分別對最小值和次小值做偏移修正。校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)向最小值對應(yīng)序號的變量節(jié)點(diǎn)輸出的信息可靠度為次小值，向其余節(jié)點(diǎn)的輸出可靠度為最小值，符號用總的輸出符號乘以對應(yīng)節(jié)點(diǎn)的輸入符號。
用于分段查詢的修正因子表格在迭代譯碼開始前，可以預(yù)先設(shè)定存儲。校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)輸出的可靠度最小值在區(qū)間0-4之間采用均勻分段，每個區(qū)間的長度為0.5，共8個區(qū)間，第t個區(qū)間的范圍為
，每個區(qū)間預(yù)先存儲好對應(yīng)的修正因子βt＝0.1t。當(dāng)輸出值大于4時，修正因子取固定值βt＞8＝0.8基于分段偏移修正的低密度奇偶校驗(yàn)碼最小和譯碼方法可以表述為按照如下順序執(zhí)行的步驟1)初始化將BPSKyn＝1-2xn，n∈[1，N]調(diào)制經(jīng)過高斯白噪聲信道的接收信號序列Y＝{y1，y2，…，yn}，直接作為初始的變量節(jié)點(diǎn)向校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)男畔0(vn→cj)＝y(tǒng)n，n∈[1，N]，j∈A(n)，同時初始迭代次數(shù)k＝0，開始迭代譯碼；2)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的輸出更新各個校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)cm，m∈[1，M]將第k次迭代包含的變量節(jié)點(diǎn)Lk(vi-cm)，i∈B(m)輸入信息，分別取符號計(jì)算出校驗(yàn)式的總符號輸出signk(cm)，同時按照絕對值大小比較得出最小值mink(cm)，次小值sub-mink(cm)和最小值對應(yīng)的輸入序號min-indk(cm)；按照最小值的幅度大小，查表得到對應(yīng)的修正因子βt，利用該因子分別對最小值和次小值做抵消修正；校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)將修正后的次小值作為最小值對應(yīng)序號min-indk(cm)變量節(jié)點(diǎn)的可靠度輸出，將最小值作為向其余節(jié)點(diǎn)的可靠度輸出，各輸出信息的符號為總的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)輸出符號乘以對應(yīng)節(jié)點(diǎn)的輸入符號，記為Lk(cm→vi)，i∈B(m)；3)第k次迭代的輸出各個變量節(jié)點(diǎn)vn將參與的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)cj，j∈A(n)的輸入相加，作為當(dāng)前迭代的變量節(jié)點(diǎn)總輸出Lk(vn)，并根據(jù)符號硬判得到一個輸出序列Ck；如果該序列滿足所有校驗(yàn)方程，則將該序列作為譯碼輸出，同時終止該幀的譯碼；如果不能滿足所有方程且迭代次數(shù)k等于最大迭代次數(shù)，則譯碼失敗，終止譯碼，否則繼續(xù)迭代譯碼，k++；4)變量節(jié)點(diǎn)的輸出更新各個變量節(jié)點(diǎn)vn將總輸出Lk-1(vn)減去對應(yīng)節(jié)點(diǎn)cj，j∈A(n)的輸入Lk-1(cj→vn)，作為更新的變量節(jié)點(diǎn)輸出Lk(vn→cj)，跳轉(zhuǎn)至第2)步驟，校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的輸出更新。
本發(fā)明的主要創(chuàng)新點(diǎn)在于對校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)輸出的最小值和次小值，按照最小值幅度的大小，分段查表得出修正因子，進(jìn)而修正輸出結(jié)果。
有益效果本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在以下幾個方面1)由于考慮了針對不同大小的最小值輸出，給予適當(dāng)?shù)钠菩拚蜃?，與現(xiàn)有的偏移修正方法相比，精確度更高。
2)和現(xiàn)有的乘性歸一化方法相比，修正效果更好，譯碼收斂速度更快。
3)和現(xiàn)有的和積算法相比，計(jì)算復(fù)雜度大大下降，而性能相當(dāng)接近。


圖1是一個LDPC碼二分圖連接示意圖。其中，圖1a是校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)和變量節(jié)點(diǎn)的連接示意圖，圖1b是某個變量節(jié)點(diǎn)與其參與的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)連接示意圖，圖1c是某個校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)與其包含的變量節(jié)點(diǎn)連接示意圖。
圖2是一個校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)計(jì)算輸出單元的總的譯碼方法流程圖。
圖3是校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)單元計(jì)算最小值，次小值和最小索引的方法流程圖。
圖4是校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)單元分段修正最小值，次小值的方法流程圖。
圖5是校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)單元分段更新輸出的方法流程圖。
圖6是一個變量節(jié)點(diǎn)計(jì)算單元的方法流程圖。
圖7是(8000，4000)的規(guī)則LDPC碼在各譯碼方法下的誤碼率和誤幀率曲線。
圖8是(10k，5k)的非規(guī)則LDPC碼在各譯碼方法下的誤碼率和誤幀率曲線。
所有的符號注解vn第n個變量節(jié)點(diǎn)；cm第m個校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)；
A(n)變量節(jié)點(diǎn)vn參與的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)集合；B(m)變量節(jié)點(diǎn)cm包含的變量節(jié)點(diǎn)集合；L(vn→cm)變量節(jié)點(diǎn)vn向校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)cm傳遞的似然比信息；L(cm→vn)變量節(jié)點(diǎn)cm向校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)vn傳遞的似然比信息；|L(vn→cm)|變量節(jié)點(diǎn)vn向校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)cm傳遞的似然比信息的可靠度；sign(L(vn→cm))變量節(jié)點(diǎn)vn向校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)cm傳遞似然比信息的正負(fù)符號；sign(cm)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)cm輸出信號的正負(fù)符號；min(cm)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)cm輸出信號的最小可靠度；sub-min(cm)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)cm輸出信號的次最小可靠度；min-ind(cm)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)cm輸出最小可靠度信號對應(yīng)的變量節(jié)點(diǎn)序號MS最小和譯碼方法；NMS歸一化最小和譯碼方法；OMS偏移修正最小和譯碼方法；SOMS分段偏移修正最小和譯碼方法；SPA和積算法。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的基于分段偏移修正的低密度奇偶校驗(yàn)碼最小和譯碼方法按照校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)輸出信息可靠度的最小值幅度不同大小，采用分段定義的參數(shù)，分別對輸出的最小和次小可靠度信息做修正抵消，即校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)運(yùn)算單元分別根據(jù)輸入信號的符號做乘法求得總的輸出符號，同時按照信號的絕對值大小比較出最小值，次小值和最小值對應(yīng)的輸入序號；按照最小值的幅度大小，查表得到對應(yīng)的修正因子，利用該因子分別對最小值和次小值做偏移修正；校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)向最小值對應(yīng)序號的變量節(jié)點(diǎn)輸出的信息可靠度為次小值，向其余節(jié)點(diǎn)的輸出可靠度為最小值，輸出信息的正負(fù)符號為總的輸出符號乘以對應(yīng)節(jié)點(diǎn)的輸入符號。
其具體步驟如下
步驟一初始化該校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的符號變量signk(cm)＝1，最小值mink(cm)＝100和次小值sub-mink(cm)＝100。
步驟二對每個輸入的信號Lk(vi→cm)，i∈B(m)取符號和絕對值，接著依次做如下的符號運(yùn)算，和最小值，次小值的比較運(yùn)算。
signk(cm)＝signk(cm)·sign(Lk(vi-cm))；sub-mink(cm)＝min{sub-mink(cm)，|Lk(vi→cm)|}；mink(cm)＝min{mink(cm)，sub-mink(cm)}，同時記錄對應(yīng)的min-ind(cm)。
步驟三節(jié)點(diǎn)cm輸出的最小值和修正索引t關(guān)系為 ，修正操作是根據(jù)索引t，查表得到修正因子，再將最小值和次小值分別減去因子βt，mink(cm)＝mink(cm)-βt，sub-mink(cm)＝sub-mink(cm)-βt。
步驟四依次對參與校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)cm的變量節(jié)點(diǎn)更新輸出如果i＝min-indk(cm)，則Lk(cm→vi)＝signk(cm)·sign(Lk(vi→cm))·sub-mink(cm)否則Lk(cm→vi)＝signk(cm)·sign(Lk(vi→cm))·mink(cm)圖1(a)是一個LDPC碼二分圖結(jié)構(gòu)圖，即校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)和變量節(jié)點(diǎn)的連接示意圖，變量節(jié)點(diǎn)和校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)分別記為v和c。(b)是變量節(jié)點(diǎn)vn和其參與的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)連接示意，以及節(jié)點(diǎn)間傳遞的似然比信息。(c)為校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)cm與其包含的變量節(jié)點(diǎn)連接示意，以及節(jié)點(diǎn)間傳遞的似然比信息。
圖2是校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)計(jì)算單元某次迭代的方法流程。第一步初始化min(cm)，sub-min(cm)和sign(cm)。第二步逐個將參與該校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的變量節(jié)點(diǎn)集合輸入信息做取符號和比較運(yùn)算，得到輸入信息絕對值的最小值，次小值，最小索引以及各個輸入信息的符號乘積。第三步按最小值大小，分段查表得到修正因子，對最小值和次小值做修正。最后根據(jù)修正后的最小值，次小值以及最小索引和校驗(yàn)式的符號輸出，對每個輸入的變量節(jié)點(diǎn)，更新反饋的輸出信息。
圖3是校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)單元第二步過程的詳細(xì)描述。首先輸入的信號符號和當(dāng)前的校驗(yàn)式符號相乘更新校驗(yàn)式符號，接著將輸入數(shù)據(jù)的絕對值和當(dāng)前的次小值做比較，如果輸入數(shù)據(jù)絕對值小于次小值則更新次小值，最后將更新的次小值數(shù)據(jù)和當(dāng)前的最小值數(shù)據(jù)做比較，按照輸入數(shù)據(jù)大小，分別更新次小值和最小值或維持不變，若發(fā)生最小值的更新，則將最小值索引記為當(dāng)前輸入數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)序號。
圖4是校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)單元第三步計(jì)算，修正最小值和次小值的詳細(xì)描述。首先根據(jù)第二步根據(jù)所有變量節(jié)點(diǎn)輸入信息絕對值比較得到的最小值和次小值，按照 得到修正因子的索引t，接著根據(jù)索引t查表得到相應(yīng)的的修正因子βt＝0.1t。最后對輸入的最小值和次小值做修正，分別減去因子βt。
圖5是校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)單元第四步計(jì)算，向各個變量節(jié)點(diǎn)更新輸出信息的詳細(xì)描述。首先將對應(yīng)的變量節(jié)點(diǎn)輸入信息符號和校驗(yàn)式總的輸出符號相乘，作為向該節(jié)點(diǎn)輸出的信息符號，如果該變量節(jié)點(diǎn)序號等于最小值索引，則輸出信息的絕對值為次小值，若果不等則輸出信息的絕對值為最小值。
圖6是變量節(jié)點(diǎn)單元計(jì)算當(dāng)前輸出和向校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)更新輸出信息的方法流程。首先變量節(jié)點(diǎn)單元將各個校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)輸入信息相加，作為該變量節(jié)點(diǎn)當(dāng)前迭代的輸出，該輸出直接作硬判決得到當(dāng)前的譯碼輸出，并用校驗(yàn)式檢驗(yàn)輸出是否正確。如果本次迭代沒有得到正確的譯碼輸出，則變量節(jié)點(diǎn)單元將總的輸出分別減去原先各個校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的輸入，更新向?qū)?yīng)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的輸出信息。
圖4是AWGN信道下，總長8000，信息長度4000，0.5碼率的規(guī)則LDPC碼，在和積算法，SOMS方法，OMS方法，NMS方法和MS方法下的誤幀率和誤碼率性能比較。我們給出的修正方案使得譯碼性能比原始的MS方法提高了大約有0.53dB之多。從圖中可以看出，SOMS方法的性能介于標(biāo)準(zhǔn)的和積算法和NMS方法(因子0.8)之間。改進(jìn)的SOMS方法性能比NMS方法提高了約0.025dB，優(yōu)于其他的改進(jìn)方法。
圖8是AWGN信道下，總長10000，信息長度5000，0.5碼率的非規(guī)則LDPC碼，變量節(jié)點(diǎn)重量分布(2，3，9)，校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)重量分布(7，8)在和積算法，SOMS方法，OMS方法，NMS方法下的誤幀率性能比較。使用了分段修正方法后，非規(guī)則LDPC碼的誤塊率比標(biāo)準(zhǔn)的MS方法提高了0.65dB。從圖中可以看出，SOMS方法的性能介于標(biāo)準(zhǔn)的和積算法和OMS方法(因子0.19)之間。改進(jìn)的SOMS方法性能比OMS方法提高了約0.05dB，仍然優(yōu)于其他的幾種改進(jìn)方案。
權(quán)利要求
1.一種基于分段偏移修正的低密度奇偶校驗(yàn)碼最小和譯碼方法，其特征在于按照校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)輸出信息可靠度的最小值幅度不同大小，采用分段定義的參數(shù)，分別對輸出的最小和次小可靠度信息做修正抵消，即校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)運(yùn)算單元分別根據(jù)輸入信號的符號做乘法求得總的輸出符號，同時按照信號的絕對值大小比較出最小值，次小值和最小值對應(yīng)的輸入序號，按照最小值的幅度大小，查表得到對應(yīng)的修正因子，利用該因子分別對最小值和次小值做偏移修正，校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)向最小值對應(yīng)序號的變量節(jié)點(diǎn)輸出的信息可靠度為次小值，向其余節(jié)點(diǎn)的輸出可靠度為最小值，輸出信息的正負(fù)符號為總的輸出符號乘以對應(yīng)節(jié)點(diǎn)的輸入符號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分段偏移修正的低密度奇偶校驗(yàn)碼最小和譯碼方法，其特征在于該方案是針對低密度奇偶校驗(yàn)碼的迭代譯碼算法，簡化并修正了校驗(yàn)式的更新計(jì)算，該譯碼方法可以表述為按照如下順序執(zhí)行的步驟定義低密度奇偶校驗(yàn)碼的校驗(yàn)矩陣為HM×N＝[hm，n]，對應(yīng)二分圖變量節(jié)點(diǎn)和校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)集合為{vn，n∈[1，N]}，{cm，m∈[1，M]}，定義變量節(jié)點(diǎn)vn參與的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)集合A(n)＝{j，hj，n＝1}，包含于校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)cm的變量節(jié)點(diǎn)集合B(m)＝{i，hm，i＝1}，1).初始化將BPSK yn＝1-2xn，n∈[1，N]調(diào)制經(jīng)過高斯白噪聲信道的接收信號序列Y＝{y1，y2，…，yN}，直接作為初始的變量節(jié)點(diǎn)向校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)男畔0(vn→cj)＝y(tǒng)n，n∈[1，N]，j∈A(n)，同時初始迭代次數(shù)k＝0，開始迭代譯碼；2).校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的輸出更新各個校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)cm，m∈[1，M]將第k次迭代包含的變量節(jié)點(diǎn)Lk(vi-cm)，i∈B(m)輸入信息，分別取符號計(jì)算出校驗(yàn)式的總符號輸出signk(cm)，同時按照絕對值大小比較得出最小值mink(cm)，次小值sub-mink(cm)和最小值對應(yīng)的輸入序號min-indk(cm)；按照最小值的幅度大小，查表得到對應(yīng)的修正因子βt，利用該因子分別對最小值和次小值做抵消修正。校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)將修正后的次小值作為最小值對應(yīng)序號min-indk(cm)變量節(jié)點(diǎn)的可靠度輸出，將最小值作為向其余節(jié)點(diǎn)的可靠度輸出，各輸出信息的符號為總的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)輸出符號乘以對應(yīng)節(jié)點(diǎn)的輸入符號，記為Lk(cm→vi)，i∈B(m)；3).第k次迭代的輸出各個變量節(jié)點(diǎn)vn將參與的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)cj，j∈A(n)的輸入相加，作為當(dāng)前迭代的變量節(jié)點(diǎn)總輸出Lk(vn)，并根據(jù)符號硬判得到一個輸出序列Ck；如果該序列滿足所有校驗(yàn)方程，則將該序列作為譯碼輸出，同時終止該幀的譯碼。如果不能滿足所有方程且迭代次數(shù)k等于最大迭代次數(shù)，則譯碼失敗，終止譯碼，否則繼續(xù)迭代譯碼，k++；4).變量節(jié)點(diǎn)的輸出更新各個變量節(jié)點(diǎn)vn將總輸出Lk-1(vn)減去對應(yīng)節(jié)點(diǎn)cj，j∈A(n)的輸入Lk-1(cj→vn)，作為更新的變量節(jié)點(diǎn)輸出Lk(vn→cj)；跳轉(zhuǎn)至第(2)步驟，校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的輸出更新。
全文摘要
一種基于分段偏移修正的最小和譯碼方法適用于低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)碼的軟判決譯碼，本發(fā)明將最小和譯碼方法中校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的輸出，采用分段偏移抵消的方法修正，從而逼近標(biāo)準(zhǔn)的和積算法輸出。實(shí)施包括如下步驟將信道接收信息直接作為變量節(jié)點(diǎn)首次傳向校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的信息，校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的計(jì)算單元分別取輸入信息的符號計(jì)算，并比較絕對值得出最小和次小的信息可靠度，然后按照最小值幅度大小，分段查表選取對最小值和次小值的修正因子，并對其做抵消修正，再輸出到變量節(jié)點(diǎn)，接著變量節(jié)點(diǎn)合并收到的信息作為該次迭代的判決軟信息，試探判決序列是否滿足校驗(yàn)方程，不滿足則校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)向變量節(jié)點(diǎn)更新輸出信息，轉(zhuǎn)入下次迭代譯碼。
文檔編號H03M13/11GK1770641SQ200510095740
公開日2006年5月10日 申請日期2005年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月21日
發(fā)明者姜明, 趙春明, 尤肖虎, 黃鶴, 蔣良成 申請人:東南大學(xué)