專利名稱：：基于校驗(yàn)和錯(cuò)誤模式的ldpc碼的譯碼停止判決方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于低密度奇偶校驗(yàn)碼的譯碼控制領(lǐng)域，特別是涉及一種基于校驗(yàn)和錯(cuò)誤模式的LDPC碼的譯碼停止判決方法。
背景技術(shù)：
：低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC，Low-DensityParity-Check)碼在采用置信傳播(BP,bdief-propagation)算法進(jìn)行迭代譯碼時(shí)具有逼近香農(nóng)限的性能，其譯碼復(fù)雜度和平均迭代量、校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)運(yùn)算量及每次迭代中的活動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)有關(guān)。LDPC碼是一種由稀疏校驗(yàn)矩陣H來表示的線性分組碼，校驗(yàn)矩陣元除一小部分不為零外，其它絕大部分都為O。也可以用稀疏二分圖來描述LDPC碼。設(shè)稀疏校驗(yàn)矩陣H為MxN的矩陣，那么相應(yīng)的二分圖G是由N個(gè)變量節(jié)點(diǎn)，M個(gè)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)以及一定數(shù)量連接變量節(jié)點(diǎn)和校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的邊組成的。在二分圖中一邊的節(jié)點(diǎn)為變量節(jié)點(diǎn)，另一邊為校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)。LDPC碼通常采用基于二分圖的BP迭代譯碼算法進(jìn)行譯碼，在每次迭代中，通過變量節(jié)點(diǎn)和校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)之間相連接的邊來互相傳遞和更新信息，基本消息更新規(guī)則一般包括校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)到變量節(jié)點(diǎn)消息更新和變量節(jié)點(diǎn)到校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的消息更新。設(shè)在二進(jìn)制輸入高斯信道(GaussianChannel)下，有一長度為N的碼字c二(c^2,...,)，c=0或1，采用BPSK調(diào)制后的信號(hào)為x—A,，=2c-1。該信號(hào)經(jīng)過均值為零、功率譜為iV。/2高斯信道后，接收端收到的信號(hào)為_y=;c+w，n是均值為零，方差為w。/2的隨機(jī)數(shù)。接收信號(hào)獲得的變量、的對(duì)數(shù)似然比(LLR，Log-Likelihood-Ratio)為P"，尸=iogp(x"=11凡)=4A°經(jīng)過BP"尸"=0|>0w。迭代后，變量x"的LLR變?yōu)閑oo=P+HOO，a表不每次迭代后計(jì)算獲得的變量、的LLR信息；^()={附:/4=1}表示與變量節(jié)點(diǎn)"相連的所有校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的集合，表示從校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)w發(fā)送到變量節(jié)點(diǎn)"的LLR信息。標(biāo)準(zhǔn)的BP譯碼停止判決準(zhǔn)則如下對(duì)每一變量節(jié)點(diǎn)，如果200<0，則&=0，否則^=1，從而得到碼字"(^^2,...^)。如果c:紐、m。d2)-()或譯碼迭代次數(shù)已達(dá)到最大迭代次數(shù)，則停止譯碼，否則繼續(xù)迭代譯碼。這種停止準(zhǔn)則帶來的問題是在中低信噪比(SNR，signal-to-noiseratio)區(qū)，大量的錯(cuò)誤幀即使通過增加迭代次數(shù)仍無法成功譯碼，但BP迭代譯碼算法還是要達(dá)到最大迭代次數(shù)才能停止譯碼，從而造成平均迭代量大大增加，譯碼復(fù)雜度提高，功耗增加。通過調(diào)整最大迭代次數(shù)能夠控制平均迭代量，但這會(huì)對(duì)譯碼性能造成很大影響，同時(shí)也不能適應(yīng)信道的動(dòng)態(tài)變化。為了解決此類問題，現(xiàn)有技術(shù)采用的方案大致如下1、根據(jù)每次迭代譯碼過程中所有變量節(jié)點(diǎn)LLR均值的變化規(guī)律，結(jié)合誤碼性能曲線的瀑布區(qū)信噪比，提出了一種譯碼停止判決準(zhǔn)則，該準(zhǔn)則需要在每次迭代中計(jì)算所有變量節(jié)點(diǎn)的LLR，比較耗費(fèi)資源。2、研究Turbo碼的兩種譯碼停止準(zhǔn)則，分析了變量節(jié)點(diǎn)LLR均值的收斂特性，提出了一種譯碼停止判決準(zhǔn)則(CMM，ConvergenceofMeanMagnitude)。該譯碼停止判決準(zhǔn)則在每次迭代過程中需要對(duì)所有變量節(jié)點(diǎn)的LLR絕對(duì)值求均值，并且需要對(duì)兩個(gè)門限參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化選擇。3、提出了一種利用校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)到變量節(jié)點(diǎn)乘積項(xiàng)符號(hào)的譯碼停止判決準(zhǔn)則，該準(zhǔn)則盡管不需要計(jì)算LLR值，但也需要選擇兩個(gè)門限參數(shù)，并且需要估計(jì)信噪比。上述第2、3點(diǎn)的門限參數(shù)選擇相互影響，選擇難度大，當(dāng)門限參數(shù)選擇不當(dāng)時(shí)會(huì)造成高信噪比區(qū)譯碼性能的下降。通過研究BP譯碼過程中變量節(jié)點(diǎn)概率變化的模式，以及BP譯碼過程中錯(cuò)誤幀中比特?cái)?shù)變化的模式。為了進(jìn)一步分析BP譯碼過程中錯(cuò)誤幀校驗(yàn)和的變化情況，分別對(duì)Gallager方法構(gòu)造的1/2碼率的(504，252)、(1008，504)規(guī)則LDPC碼和PEG方法構(gòu)造的1/2碼率的(504，252)、(1008，504)準(zhǔn)循環(huán)LDPC碼在AWGN信道下進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真。仿真結(jié)果顯示，在中低信噪比區(qū)，錯(cuò)誤幀校驗(yàn)和變化可分三種模式校驗(yàn)和穩(wěn)定、校驗(yàn)和振蕩、校驗(yàn)和隨機(jī)。附圖1為信噪比在ldB時(shí)，基于PEG方法構(gòu)造的1/2碼率的(504，252)準(zhǔn)循環(huán)LDPC碼錯(cuò)誤幀校驗(yàn)和隨迭代次數(shù)變化的三種模式，由圖1可以明顯的看到這三種模式的錯(cuò)誤幀校驗(yàn)和隨迭代次數(shù)的變化特征。通過對(duì)仿真數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)在信噪比為0.5時(shí)，校驗(yàn)和穩(wěn)定的錯(cuò)誤幀占總錯(cuò)誤幀的比例在90%以上。隨著信噪比的增加，校驗(yàn)和穩(wěn)定的錯(cuò)誤幀在總錯(cuò)誤幀中的比例逐漸減少，但信噪比為2.0以下的區(qū)域，校驗(yàn)和穩(wěn)定的錯(cuò)誤幀在總錯(cuò)誤幀中仍然占有一定的比重。表1為不同信噪比下校驗(yàn)和穩(wěn)定的錯(cuò)誤幀占總錯(cuò)誤幀的百分比。表1不同信噪比下校驗(yàn)和穩(wěn)定的錯(cuò)誤幀占總錯(cuò)誤幀的百分比<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>1.5053%43%69%35%2.0021%17%14%4。％由表l可以看出，對(duì)于中短長度LDPC碼，在低信噪比區(qū)大量的具有穩(wěn)定校驗(yàn)和的錯(cuò)誤幀導(dǎo)致了平均迭代次數(shù)的增加，因此在BP譯碼過程中盡早發(fā)現(xiàn)并停止對(duì)具有穩(wěn)定校驗(yàn)和的幀進(jìn)行迭代譯碼，這對(duì)減少迭代計(jì)算量，降低功耗作用非常明顯。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，通過分析中低信噪比區(qū)錯(cuò)誤幀校驗(yàn)和的變化規(guī)律以及錯(cuò)誤模式隨信噪比的變化規(guī)律，提出了一種基于校驗(yàn)和錯(cuò)誤模式的譯碼停止判決準(zhǔn)則，該準(zhǔn)則能夠大大減少譯碼停止判決準(zhǔn)則的計(jì)算量，同時(shí)能適應(yīng)信道的動(dòng)態(tài)變化特性。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，采用的技術(shù)方案如下一種基于校驗(yàn)和錯(cuò)誤模式的LDPC碼的譯碼停止判決方法，采用校驗(yàn)和變化特征來進(jìn)行譯碼停止判決，當(dāng)?shù)g碼次數(shù)超過設(shè)定的最少迭代次數(shù)K，且連續(xù)S次迭代中校驗(yàn)和穩(wěn)定不變，則判定為停止迭代譯碼。所述K、S均為常數(shù)，譯碼停止判決需在平均迭代次數(shù)、譯碼性能、判決條件計(jì)算量之間取得折中。通過對(duì)BP譯碼過程中錯(cuò)誤幀校驗(yàn)和變化規(guī)律以及錯(cuò)誤模式隨信噪比變化規(guī)律的分析，本發(fā)明采用校驗(yàn)和變化特征來進(jìn)行譯碼停止判決，如果發(fā)現(xiàn)連續(xù)S次迭代中校驗(yàn)和穩(wěn)定不變，則停止迭代譯碼。為了減弱譯碼停止判決準(zhǔn)則對(duì)高信噪比區(qū)譯碼性能的影響，設(shè)置了啟動(dòng)譯碼停止判決準(zhǔn)則的最少迭代次數(shù)K，這樣在低信噪比區(qū)大大減少了平均迭代次數(shù)，同時(shí)采用校驗(yàn)和作為譯碼停止判決條件，具有極低的計(jì)算復(fù)雜度。上述技術(shù)方案中，所述S值通過計(jì)算機(jī)仿真來選取。而所述K值的選取使得在中高信噪比區(qū)只對(duì)極少量的數(shù)據(jù)幀才啟動(dòng)譯碼停止判決，從而確保在中高信噪比區(qū)的譯碼性能不受譯碼停止判決的影響。本發(fā)明具體執(zhí)行歩驟如下1)初始化設(shè)置常數(shù)K和S，以及設(shè)置計(jì)數(shù)器counter;2)在每次迭代譯碼結(jié)束時(shí)，判斷迭代次數(shù)/是否大于K，如果是，則比較本次校驗(yàn)和與上次校驗(yàn)和是否相同，校驗(yàn)和相同則計(jì)數(shù)器counter+l，否則計(jì)數(shù)器counter清零)3)判斷計(jì)數(shù)器counter的數(shù)值是否大于S，如果是，則停止迭代，否則繼續(xù)進(jìn)行迭代譯碼。本發(fā)明提出了一種基于校驗(yàn)和錯(cuò)誤模式的譯碼停止判決方法，該方法直接通過校驗(yàn)和的變化特征來控制迭代次數(shù)，并引入了啟動(dòng)譯碼停止判決準(zhǔn)則的最少迭代次數(shù)。仿真結(jié)果顯示，本發(fā)明大大降低了中低信噪比區(qū)的平均迭代次數(shù)，同時(shí)消除了譯碼停止準(zhǔn)則對(duì)高信噪比區(qū)譯碼性能的影響，而且具有非常低的計(jì)算復(fù)雜度。圖1為錯(cuò)誤幀校驗(yàn)和變化的三種模式示意圖2為PEG(504,252)準(zhǔn)循環(huán)LDPC碼在不同譯碼停止準(zhǔn)則下平均迭代次數(shù)隨信噪比的變化曲線圖3為Gallager(1008,504)規(guī)則LDPC碼在不同譯碼停止準(zhǔn)則下平均迭代次數(shù)隨信噪比的變化曲線具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。為了驗(yàn)證譯碼停止判決準(zhǔn)則的性能，本發(fā)明采用置信傳播方法進(jìn)行迭代譯碼，分別對(duì)Gallager方法構(gòu)造的1/2碼率的(1008，504)規(guī)貝!JLDPC碼禾nPEG方法構(gòu)造的1/2碼率的(504，252)準(zhǔn)循環(huán)LDPC碼在AWGN信道下進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真。附圖2-3分別為基于PEG算法的準(zhǔn)循環(huán)LDPC(504,252)碼和Gallager(1008,504)規(guī)則LDPC碼在不同譯碼停止準(zhǔn)則下平均迭代次數(shù)隨信噪比的變化曲線，其中VSBP為采用標(biāo)準(zhǔn)譯碼停止判決準(zhǔn)則的串行迭代譯碼算法，VSBP-CMM為采用CMM譯碼停止判決準(zhǔn)則的串行迭代譯碼算法，VSBP-ESC(ESC，Error-patternStopCriterion)為采用本發(fā)明提出的譯碼停止判決準(zhǔn)則的串行迭代譯碼算法。ESC譯碼停止判決準(zhǔn)則的參數(shù)S通過仿真來選取，S為6時(shí)，仿真顯示結(jié)果顯示該停止判決準(zhǔn)則具有和標(biāo)準(zhǔn)譯碼停止判決準(zhǔn)則非常接近的譯碼性能。K的選取主要是因?yàn)樵贐P迭代譯碼的初期，校驗(yàn)和會(huì)發(fā)生大的變化，所以在此迭代次數(shù)內(nèi)不適合使用譯碼停止判決準(zhǔn)則，同時(shí)，在高信噪比時(shí)，由于平均迭代次數(shù)比較少，設(shè)置K值可以減弱譯碼停止判決準(zhǔn)則對(duì)譯碼性能的影響，本仿真中選取&=8。由附圖2和附圖3可以看出，在低信噪比區(qū)，采用ESC準(zhǔn)則和CMM準(zhǔn)則都能夠大大減少平均迭代次數(shù)，但ESC準(zhǔn)則比CMM準(zhǔn)則更具優(yōu)勢。當(dāng)信噪比超過2.0dB后，這兩種譯碼停止準(zhǔn)則的作用越來越弱，平均迭代次數(shù)和采用標(biāo)準(zhǔn)譯碼停止標(biāo)準(zhǔn)的差別不大。通過對(duì)誤碼性能的仿真，發(fā)現(xiàn)在低信噪比區(qū)，采用ESC準(zhǔn)則和采用CMM準(zhǔn)則的譯碼性能與采用標(biāo)準(zhǔn)譯碼停止準(zhǔn)則的譯碼性能沒有明顯的差別，隨著信噪比的增加，采用CMM準(zhǔn)則的譯碼性能逐漸下降，而采用ESC準(zhǔn)則的譯碼性能和采用標(biāo)準(zhǔn)譯碼準(zhǔn)則的譯碼性能仍然沒有明顯差別。下表為ESC與CMM譯碼停止判決準(zhǔn)則的運(yùn)算復(fù)雜度對(duì)比:存儲(chǔ)與運(yùn)算單元CMM準(zhǔn)則ESC準(zhǔn)則存儲(chǔ)單元2個(gè)整數(shù)存儲(chǔ)單元和2個(gè)實(shí)數(shù)存儲(chǔ)3個(gè)整數(shù)存儲(chǔ)單元實(shí)數(shù)加法N+20實(shí)數(shù)乘法0條件判斷12由該表可以看出，CMM準(zhǔn)則隨碼長加長而運(yùn)算復(fù)雜度增加，而ESC準(zhǔn)則的運(yùn)算復(fù)雜度與碼長無關(guān)。由于ESC準(zhǔn)則設(shè)置了啟動(dòng)譯碼判決準(zhǔn)則的最小迭代次數(shù)，因此在高信噪條件下，ESC準(zhǔn)則作用被弱化，消除了高信噪下譯碼停止準(zhǔn)則對(duì)譯碼性能的影響。9權(quán)利要求1、一種基于校驗(yàn)和錯(cuò)誤模式的LDPC碼的譯碼停止判決方法，其特征在于采用校驗(yàn)和變化特征來進(jìn)行譯碼停止判決，當(dāng)?shù)g碼次數(shù)超過設(shè)定的最少迭代次數(shù)K，且連續(xù)S次迭代中校驗(yàn)和穩(wěn)定不變，則判定為停止迭代譯碼。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的譯碼停止判決方法，其特征在于所述S值通過計(jì)算機(jī)仿真來選取。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的譯碼停止判決方法，其特征在于所述K值的選取使得在低信噪比區(qū)對(duì)大量的數(shù)據(jù)幀啟動(dòng)譯碼停止判決，而在中高信噪比區(qū)則只對(duì)極少量的數(shù)據(jù)幀啟動(dòng)譯碼停止判決。4、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的譯碼停止判決方法，其特征在于所述S^6，所述&=8。5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的譯碼停止判決方法，其特征在于具體執(zhí)行步驟如下1)初始化設(shè)置常數(shù)K和S，以及設(shè)置計(jì)數(shù)器counter;2)在每次迭代譯碼結(jié)束時(shí)，判斷迭代次數(shù)/是否大于K，如果是，則比較本次校驗(yàn)和與上次校驗(yàn)和是否相同，校驗(yàn)和相同則計(jì)數(shù)器counter+l，否則計(jì)數(shù)器counter清零；3)判斷計(jì)數(shù)器counter的數(shù)值是否大于S，如果是，則停止迭代，否則繼續(xù)進(jìn)行迭代譯碼。6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的譯碼停止判決方法，其特征在于采用置信傳播方法進(jìn)行迭代譯碼。全文摘要本發(fā)明提供一種基于校驗(yàn)和錯(cuò)誤模式的LDPC碼的譯碼停止判決方法，采用校驗(yàn)和變化特征來進(jìn)行譯碼停止判決，當(dāng)?shù)g碼次數(shù)超過設(shè)定的最少迭代次數(shù)K，且連續(xù)S次迭代中校驗(yàn)和穩(wěn)定不變，則判定為停止迭代譯碼。本發(fā)明直接通過校驗(yàn)和的變化特征來控制迭代次數(shù)，并引入了啟動(dòng)譯碼停止判決準(zhǔn)則的最少迭代次數(shù)。仿真結(jié)果顯示，本發(fā)明大大降低了中低信噪比區(qū)的平均迭代次數(shù)，同時(shí)消除了譯碼停止準(zhǔn)則對(duì)高信噪比區(qū)譯碼性能的影響，而且具有非常低的計(jì)算復(fù)雜度。文檔編號(hào)H03M13/00GK101465654SQ200910036448公開日2009年6月24日申請日期2009年1月6日優(yōu)先權(quán)日2009年1月6日發(fā)明者劉星成,韓國軍申請人:中山大學(xué)