專利名稱：基于不對(duì)等消息更新的置信傳播ldpc譯碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字信息傳輸技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及基于不對(duì)等消息更新的置信傳播LDPC譯碼方法。
背景技術(shù)：
低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC，Low Density Parity Check)碼是一種線性分組碼，可以用生成矩陣G和校驗(yàn)矩陣H來表示，并且它的奇偶校驗(yàn)矩陣H中非零元素的個(gè)數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于零元素的個(gè)數(shù)。
LDPC碼的譯碼算法主要是基于二分圖的消息傳遞(Message Passing)算法，具體包括硬判決譯碼算法、概率譯碼算法、和積算法、最小和算法、比特翻轉(zhuǎn)和大數(shù)邏輯等LDPC譯碼方法。
其中，和積(Sum Product)算法又稱置信傳播(BP，Belief Propagation)算法，實(shí)質(zhì)上是二進(jìn)制概率譯碼算法的對(duì)數(shù)域運(yùn)算。譯碼器的輸入為接收序列的對(duì)數(shù)似然比，在對(duì)數(shù)空間下，通過利用變量節(jié)點(diǎn)和校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的約束關(guān)系進(jìn)行迭代譯碼。此時(shí)變量節(jié)點(diǎn)的約束關(guān)系表現(xiàn)為“和”的形式，即各變量節(jié)點(diǎn)的輸出是各個(gè)輸入對(duì)數(shù)似然比的和；而校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的約束關(guān)系表現(xiàn)為“積”的形式，即各校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的輸出是各個(gè)輸入對(duì)數(shù)似然值某種函數(shù)的乘積。由于兩個(gè)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的計(jì)算特性，因此該算法稱之為“和積”算法。
為便于描述，定義幾個(gè)符號(hào)集，集合M(n)表示與變量節(jié)點(diǎn)n相鄰的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的集合。M(n)\m表示集合M(n)中不包含校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)m的集合；N(m)表示與校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)m相鄰的變量節(jié)點(diǎn)的集合。N(m)\n表示N(m)集合不包含變量節(jié)點(diǎn)n的集合。n為變量節(jié)點(diǎn)的索引，m為校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的索引。
如前所述，LDPC碼是線性分組碼，因此碼集C中的碼字c＝(c1，c2，…，cN)滿足伴隨式S＝H·cT＝0，其中H為L(zhǎng)DPC碼的校驗(yàn)矩陣，cT表示判決得到的碼字c的矩陣轉(zhuǎn)置。LDPC譯碼器就是根據(jù)接收序列y和約束條件S＝H·cT＝0判斷發(fā)送碼字c的取值。通過計(jì)算后驗(yàn)概率P(cn|y，S＝0)，確定碼字其中argmax表示尋找使得f(x)達(dá)到最大值時(shí)的x值。
利用BP算法進(jìn)行LDPC譯碼的方法具體包括以下步驟 步驟1，初始化； 在本步驟中，將每個(gè)變量節(jié)點(diǎn)n傳遞給該變量節(jié)點(diǎn)的各個(gè)相鄰校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)m的當(dāng)前信息
初始化為
步驟2，迭代過程； (1)更新每個(gè)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)m傳遞給與該校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)相鄰的各個(gè)變量節(jié)點(diǎn)n的當(dāng)前信息φmn
(2)變量節(jié)點(diǎn)更新 對(duì)每個(gè)變量節(jié)點(diǎn)n＝1，…，N和m∈M(n)，更新該變量節(jié)點(diǎn)傳遞給其相鄰校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)m的當(dāng)前信息
為
并對(duì)每個(gè)變量節(jié)點(diǎn)n＝1，…，N，計(jì)算該變量節(jié)點(diǎn)的偽后驗(yàn)概率
步驟3，嘗試判決； 本步驟中，具體判決方式可以為
其中，函數(shù)sgn()返回
的符號(hào)的整數(shù)，即
步驟4，計(jì)算校驗(yàn)和S＝HcT，如果S＝0或循環(huán)迭代次數(shù)達(dá)到門限值，則譯碼結(jié)束；否則，返回步驟2進(jìn)行下一次迭代。
對(duì)數(shù)域的譯碼算法是概率譯碼算法的簡(jiǎn)化，同時(shí)不影響譯碼性能。但是由于和積算法含大量雙曲正切和反正切運(yùn)算，運(yùn)算復(fù)雜度依舊很高，因此，人們又提出了最小和算法(min-sum)，該算法是對(duì)BP算法中校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的計(jì)算進(jìn)行簡(jiǎn)化，使得算法中只含有加法以及求最小值運(yùn)算。最小和算法通過在搜索過程中逐步減少不太可能的碼字解，來減少?gòu)?fù)雜度。最小和算法的具體實(shí)現(xiàn)步驟請(qǐng)參考相關(guān)文獻(xiàn)。
在校驗(yàn)矩陣不存在環(huán)的基礎(chǔ)上，由于每個(gè)變量節(jié)點(diǎn)接收到的不同相鄰校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)傳遞的當(dāng)前信息
是相互獨(dú)立的，錯(cuò)誤消息無法利用環(huán)進(jìn)行傳輸，因此BP譯碼算法可以實(shí)現(xiàn)最大后驗(yàn)概率譯碼。但是若校驗(yàn)矩陣中含有環(huán)，置信度傳播算法譯碼器中變量節(jié)點(diǎn)接收到的相鄰校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)所傳遞的當(dāng)前信息只有在最初的迭代過程中滿足信息相互獨(dú)立的條件，在之后的迭代過程中，錯(cuò)誤信息可以利用環(huán)進(jìn)行傳輸，從而造成錯(cuò)誤信息的擴(kuò)散，影響譯碼性能。這里的迭代過程對(duì)應(yīng)的迭代次數(shù)小于Tanner圖中環(huán)長(zhǎng)的一半，而構(gòu)造的有限長(zhǎng)度的LDPC碼一般包含大量的環(huán)其對(duì)應(yīng)的環(huán)長(zhǎng)也比較小，所以采用BP譯碼算法解碼對(duì)應(yīng)的LDPC碼，特別是中短碼長(zhǎng)的LDPC碼，由于無法避免地會(huì)存在環(huán)，因此其譯碼性能只能近似最大后驗(yàn)概率(MAP，Maximum A Posteriori)譯碼，兩者之間存在性能差異。
提高中短碼長(zhǎng)的LDPC的置信傳播算法的譯碼性能的一種方法就是采用代數(shù)方法構(gòu)造LDPC碼的校驗(yàn)矩陣，來控制碼的最小距離或環(huán)長(zhǎng)。因此，相對(duì)于隨機(jī)構(gòu)造的規(guī)則LDPC，這些碼的BP譯碼有更好的性能，但離最大似然譯碼性能仍有距離。
為了降低BP算法和MAP譯碼性能間的差距，有的文獻(xiàn)提出將置信度排序譯碼(OSD，Ordered Statistic Decoding)結(jié)合到BP算法中，但OSD算法復(fù)雜度過高，很難應(yīng)用碼長(zhǎng)大于500的LDPC碼上。有人還提出了一種增加型BP(Augmented BP)算法，通過列表嘗試譯碼，能夠有效地提高譯碼性能，尤其是在誤碼率突然降低而進(jìn)入瀑布區(qū)域(Waterfall Region)后效果更加明顯，但其實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜。
綜上所述，BP算法及其改進(jìn)算法實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，和最大后驗(yàn)概率譯碼之間還有性能差距。
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種基于不對(duì)等消息更新的置信傳播LDPC譯碼方法，能夠提高譯碼性能。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案 基于不對(duì)等消息更新的置信傳播LDPC譯碼方法，包括 a、對(duì)于每個(gè)變量節(jié)點(diǎn)，初始化該變量節(jié)點(diǎn)傳遞給其相鄰校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前信息； b、對(duì)于每個(gè)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)，計(jì)算該校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)傳遞給其相鄰變量節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前信息；并更新變量節(jié)點(diǎn)的偽后驗(yàn)概率和傳遞給其相鄰校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前信息； c、利用每個(gè)變量節(jié)點(diǎn)的偽后驗(yàn)概率對(duì)變量節(jié)點(diǎn)判決，并利用判決結(jié)果計(jì)算校驗(yàn)和，若該校驗(yàn)和為0或迭代次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)第一門限，則結(jié)束本流程；否則，返回步驟b進(jìn)行下一次迭代； 其中，在步驟c中所述返回步驟b前，進(jìn)一步包括確定各個(gè)變量節(jié)點(diǎn)的可靠性，并從所有變量節(jié)點(diǎn)中選擇可靠性達(dá)到預(yù)設(shè)條件的變量節(jié)點(diǎn)，構(gòu)成可靠性變量節(jié)點(diǎn)集合；并在返回執(zhí)行步驟b時(shí)，僅對(duì)不屬于可靠性變量節(jié)點(diǎn)集合中的變量節(jié)點(diǎn)執(zhí)行步驟b的操作。
較佳地，計(jì)算每個(gè)變量節(jié)點(diǎn)的可靠性指數(shù)其中，n為變量節(jié)點(diǎn)的索引，M(n)為與變量節(jié)點(diǎn)n相鄰的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的集合；當(dāng)根據(jù)所述校驗(yàn)和確定出任一校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的校驗(yàn)式為0、且所述任一校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)相鄰的所有變量節(jié)點(diǎn)的偽后驗(yàn)概率均大于預(yù)設(shè)的第二門限時(shí)，
否則
其中，m為校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的索引； 將所有可靠性指數(shù)為0的變量節(jié)點(diǎn)構(gòu)成可靠性變量節(jié)點(diǎn)集合。
較佳地，根據(jù)誤比特率要求和譯碼的收斂速度要求，設(shè)定所述第二門限。
較佳地，所述第二門限等于2。
由上述技術(shù)方案可見，本發(fā)明中，在BP算法的每次迭代判決后，若需要進(jìn)行下一次迭代，則在該下次迭代前，進(jìn)一步利用特定的判定準(zhǔn)則衡量各個(gè)變量節(jié)點(diǎn)的可靠性，并選擇可靠性滿足預(yù)設(shè)條件的變量節(jié)點(diǎn)作為可靠性變量節(jié)點(diǎn)，在進(jìn)行下次迭代時(shí)，不再更新校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)傳遞到這些可靠性變量節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前信息、以及這些可靠性變量節(jié)點(diǎn)的偽后驗(yàn)概率和傳遞給其相鄰校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前信息。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于可靠性變量節(jié)點(diǎn)，不再接收外來的不可靠概率消息，進(jìn)而避免譯碼過程中錯(cuò)誤消息對(duì)可靠性變量節(jié)點(diǎn)的影響，提高譯碼性能。
圖1為本發(fā)明中基于不對(duì)等消息更新的LDPC譯碼方法流程。
圖2為本發(fā)明中LDPC譯碼方法與現(xiàn)有LDPC譯碼方法的誤碼率性能比較示意圖。
圖3為本發(fā)明的LDPC譯碼方法中不同Vt取值下，可靠性變量節(jié)點(diǎn)的誤判率和信噪比的關(guān)系曲線示意圖。
圖4為本發(fā)明中LDPC譯碼方法與現(xiàn)有LDPC譯碼方法的運(yùn)算量比較示意圖。
具體實(shí)施例方式 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)手段和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
BP譯碼中，中短碼長(zhǎng)的LDPC碼錯(cuò)誤主要分三類型1、收斂到一個(gè)不能滿足校驗(yàn)矩陣的碼字上；2、最后結(jié)果由于振蕩并不收斂與某個(gè)具體碼字；3、結(jié)果收斂于一個(gè)能滿足校驗(yàn)矩陣但不是發(fā)送碼字的碼字上。在低信噪比情況下，主要是第一種錯(cuò)誤類型。隨著Eb/N0的增加和誤碼率(BER，Bit ErrorRatio)的降低，由振蕩引起的錯(cuò)誤成為主要類型。在瀑布區(qū)域，主要就是第二種類型錯(cuò)誤。第三種錯(cuò)誤主要體現(xiàn)在誤碼平臺(tái)區(qū)(error floor)，它主要是由主要是由低重碼字引起的。本發(fā)明主要針對(duì)第二種類型錯(cuò)誤進(jìn)行譯碼性能的改善，即由振蕩引起的錯(cuò)誤。
BP譯碼過程中振蕩的產(chǎn)生主要是由錯(cuò)誤概率消息在譯碼過程中的循環(huán)傳遞造成的。為了克服BP迭代過程中受到的振蕩影響，提高瀑布區(qū)域的譯碼性能，本發(fā)明的基本思想是控制錯(cuò)誤概率消息在環(huán)上的傳輸，避免其對(duì)變量節(jié)點(diǎn)的影響，從而提高譯碼性能。
本發(fā)明中為控制錯(cuò)誤概率消息的擴(kuò)散和傳輸，采用的具體方式為利用不對(duì)等消息更新的置信傳播譯碼，即根據(jù)初始BP每次迭代譯碼后的結(jié)果，對(duì)變量節(jié)點(diǎn)的可靠性進(jìn)行判定，判定為可靠性變量節(jié)點(diǎn)在下次迭代中只向外傳輸可靠性消息，而不再接收外來的消息，從而達(dá)到提高譯碼性能的目的。
這是一種基于不對(duì)等消息更新的置信傳播迭代譯碼結(jié)構(gòu)，這里的不對(duì)等是指每次迭代后依據(jù)變量節(jié)點(diǎn)的可靠性，不對(duì)等地進(jìn)行消息更新的方法。因此，需要選擇出高可靠性變量節(jié)點(diǎn)在下次迭代中停止更新。
圖1為本發(fā)明中基于不對(duì)等消息更新的LDPC譯碼方法流程。如圖1所示，該方法包括 步驟101，初始化； 設(shè)可靠性變量節(jié)點(diǎn)集合Θ為空集，即 Θ＝NULL 將每個(gè)變量節(jié)點(diǎn)n傳遞給該變量節(jié)點(diǎn)的各個(gè)相鄰校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)m的當(dāng)前信息
初始化為
即
步驟102，迭代過程； (a)對(duì)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)傳遞給其相鄰變量節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前信息φmn進(jìn)行更新，其中，相鄰變量節(jié)點(diǎn)不包括可靠性變量節(jié)點(diǎn)集合中的變量節(jié)點(diǎn)，即
這里，由于可靠性變量節(jié)點(diǎn)集合中的變量節(jié)點(diǎn)被認(rèn)為是可靠性達(dá)到要求的節(jié)點(diǎn)，因此，不需要再更新校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)傳遞給它的當(dāng)前信息，該當(dāng)前信息的取值仍然為之前最后一次更新的結(jié)果。
同時(shí)，由上式可見，校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)m傳遞給變量節(jié)點(diǎn)n的當(dāng)前信息φmn的值，由與校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)m相鄰的、且除變量節(jié)點(diǎn)n之外的其他變量節(jié)點(diǎn)n′傳遞給校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)m的信息
來決定，因此，對(duì)于不屬于可靠性變量節(jié)點(diǎn)集合、且與校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)m相鄰的任一變量節(jié)點(diǎn)n而言，如果校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的相鄰變量節(jié)點(diǎn)中包括屬于可靠性變量節(jié)點(diǎn)集合的變量節(jié)點(diǎn)n′1，則可以通過上式，將該變量節(jié)點(diǎn)的正確概率消息
傳遞給φmn，由此，可以實(shí)現(xiàn)將可靠性變量節(jié)點(diǎn)的正確消息向外傳遞的目的。
(b)變量節(jié)點(diǎn)更新 對(duì)不屬于可靠性變量節(jié)點(diǎn)集合中的每個(gè)變量節(jié)點(diǎn)n，更新該變量節(jié)點(diǎn)n傳遞給其相鄰的各個(gè)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)m的當(dāng)前信息
和該變量節(jié)點(diǎn)n的偽后驗(yàn)概率
具體地，
其中，n＝1，…，N且m∈M(n)。
由上式可見，變量節(jié)點(diǎn)n傳遞給其相鄰校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)m的當(dāng)前信息
的取值，由與變量節(jié)點(diǎn)n相鄰、且除校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)m外的其他校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)m′傳遞給變量節(jié)點(diǎn)n的信息φm′n和
確定，因此，如果對(duì)可靠性變量節(jié)點(diǎn)集合中的變量節(jié)點(diǎn)更新相應(yīng)的
則極有可能將與其相鄰?fù)瑯有ｒ?yàn)節(jié)點(diǎn)的不可靠變量節(jié)點(diǎn)的錯(cuò)誤概率信息引入，因此，本發(fā)明在每次迭代中，不再對(duì)屬于可靠性變量節(jié)點(diǎn)集合中的變量節(jié)點(diǎn)，更新相應(yīng)的
同時(shí)，對(duì)于不屬于可靠性變量節(jié)點(diǎn)集合中的變量節(jié)點(diǎn)n，如果其相鄰的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)m′存在屬于可靠性變量節(jié)點(diǎn)集合的相鄰變量節(jié)點(diǎn)n′1，則由前述(a)中的描述可知，校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)m′傳遞給變量節(jié)點(diǎn)n的當(dāng)前信息φm′n中包括變量節(jié)點(diǎn)n′1的正確概率信息
由此，可以實(shí)現(xiàn)將可靠性變量節(jié)點(diǎn)的正確消息向外傳遞的目的。
并且，變量節(jié)點(diǎn)n的偽后驗(yàn)概率
的取值，由與變量節(jié)點(diǎn)相鄰的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)m傳遞給該變量節(jié)點(diǎn)n的信息φmn和
確定，因此，如果對(duì)可靠性變量節(jié)點(diǎn)集合中的變量節(jié)點(diǎn)更新偽后驗(yàn)概率
則極有可能將與相鄰?fù)瑯有ｒ?yàn)節(jié)點(diǎn)的不可靠變量節(jié)點(diǎn)的錯(cuò)誤概率信息引入，因此，本發(fā)明在每次迭代中不再對(duì)屬于可靠性變量節(jié)點(diǎn)集合中的變量節(jié)點(diǎn)更新偽后驗(yàn)概率
同時(shí)，對(duì)于不屬于可靠性變量節(jié)點(diǎn)集合中的變量節(jié)點(diǎn)n，如果其相鄰的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)m存在屬于可靠性變量節(jié)點(diǎn)集合的相鄰變量節(jié)點(diǎn)n′1，則由前述(a)中的描述可知，校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)m傳遞給變量節(jié)點(diǎn)n的當(dāng)前信息φmn中包括變量節(jié)點(diǎn)n′1的正確概率信息
由此，可以實(shí)現(xiàn)將可靠性變量節(jié)點(diǎn)的正確消息向外傳遞的目的。
由上述可見，本發(fā)明中迭代操作與背景技術(shù)中所描述BP算法中相應(yīng)迭代操作的差別在于，對(duì)φmn、
和
更新時(shí)，不對(duì)可靠性變量節(jié)點(diǎn)集合中的變量節(jié)點(diǎn)進(jìn)行更新，即對(duì)n的取值增加了一個(gè)限定條件，即這樣，對(duì)于可靠性變量節(jié)點(diǎn)集合中的變量節(jié)點(diǎn)，僅將自身的概率信息傳遞出去，而不會(huì)接收外來的概率信息。從而能夠避免錯(cuò)誤概率信息在環(huán)上傳輸和擴(kuò)散，進(jìn)而能夠有效提高譯碼性能。
步驟103，嘗試判決； 本步驟的具體操作與背景技術(shù)中描述的BP算法中相同，即
其中，函數(shù)sgn()返回
的符號(hào)的整數(shù)
步驟104，計(jì)算校驗(yàn)和S＝HcT，如果S＝0或循環(huán)迭代次數(shù)達(dá)到門限值，則譯碼結(jié)束；否則，確定本次迭代后的可靠性變量節(jié)點(diǎn)集合Θ，然后返回步驟102進(jìn)行下一次迭代。
在本步驟中，對(duì)步驟3得到的各個(gè)判決進(jìn)行校驗(yàn)，具體方式與現(xiàn)有相同，這里就不再贅述。如果需要進(jìn)行下一次迭代處理，則在進(jìn)入下一次迭代前，首先更新可靠性變量節(jié)點(diǎn)集合，即從所有可靠性變量節(jié)點(diǎn)中選擇可靠性達(dá)到預(yù)設(shè)條件的變量節(jié)點(diǎn)構(gòu)成可靠性變量節(jié)點(diǎn)集合，再返回步驟2進(jìn)行下一次迭代。
在進(jìn)行可靠性變量節(jié)點(diǎn)集合中所包括變量節(jié)點(diǎn)的選擇時(shí)，需要根據(jù)校驗(yàn)和S進(jìn)行。校驗(yàn)和S中任一校驗(yàn)方程的結(jié)果，反映參與該校驗(yàn)方程的各個(gè)變量節(jié)點(diǎn)的可靠性。只有校驗(yàn)方程結(jié)果為0時(shí)，參與該校驗(yàn)方程的各個(gè)變量節(jié)點(diǎn)的判決結(jié)果才有可能均正確，只要校驗(yàn)方程結(jié)果不為0，則表明參與該校驗(yàn)方程的至少一個(gè)變量節(jié)點(diǎn)的判決結(jié)果錯(cuò)誤。同時(shí)，各個(gè)變量節(jié)點(diǎn)的偽后驗(yàn)概率絕對(duì)值等其他參數(shù)也能反映該變量節(jié)點(diǎn)的可靠性。本發(fā)明在確定可靠性變量節(jié)點(diǎn)集合時(shí)，可以根據(jù)上述反映變量節(jié)點(diǎn)可靠性的各種參數(shù)，預(yù)先設(shè)置成為可靠性變量節(jié)點(diǎn)的條件，然后在每次迭代結(jié)束，并根據(jù)判決結(jié)果確定需要進(jìn)行下一次迭代時(shí)，確定每個(gè)變量節(jié)點(diǎn)的可靠性，將達(dá)到預(yù)設(shè)條件變量節(jié)點(diǎn)構(gòu)成可靠性變量節(jié)點(diǎn)集合，再返回步驟2進(jìn)行下一次迭代。這樣，選擇出的構(gòu)成可靠性變量節(jié)點(diǎn)集合的變量節(jié)點(diǎn)，由于其可靠性已經(jīng)達(dá)到預(yù)設(shè)的要求，因此在下一次迭代時(shí)，不需要更新其相應(yīng)的φmn、
和
也就不會(huì)將錯(cuò)誤概率信息引入這些可靠性達(dá)到要求的變量節(jié)點(diǎn)。這里需要說明的是，可靠性變量節(jié)點(diǎn)集合在每次迭代后均根據(jù)預(yù)設(shè)表件重新生成。
至此，本發(fā)明提供的基于不對(duì)等消息傳遞的LDPC譯碼方法流程結(jié)束。由上述本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)過程可見，本發(fā)明的LDPC譯碼方法中，不同于傳統(tǒng)的瀑布更新方法在每次迭代中更新所有的變量節(jié)點(diǎn)和校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)，本發(fā)明在在每次迭代結(jié)束、下一次迭代開始前，通過特定的準(zhǔn)則來衡量各個(gè)變量節(jié)點(diǎn)的可靠性，對(duì)于判定為高可靠性的變量節(jié)點(diǎn)，在下次迭代中只向外傳遞概率消息，而不接收鄰居節(jié)點(diǎn)傳來的消息，也既是停止這部分可靠性高的節(jié)點(diǎn)的更新。通過這種更新策略，一方面可以減少一些錯(cuò)誤消息對(duì)高可靠性變量節(jié)點(diǎn)的影響，另一方面可以保證這些可靠性較高的變量節(jié)點(diǎn)所輸出的消息的可靠性較高，有助于糾正其它進(jìn)行更新的錯(cuò)誤變量節(jié)點(diǎn)。因?yàn)樵诿看蔚杏胁糠值淖兞抗?jié)點(diǎn)停止更新，同時(shí)也降低了譯碼過程中的運(yùn)算量。
另外，在上述本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)中，在每次迭代結(jié)束后、下一次迭代前需要根據(jù)特定的準(zhǔn)則來衡量變量節(jié)點(diǎn)的可靠性。其中，判定準(zhǔn)則的準(zhǔn)確率對(duì)譯碼的性能有著很大的影響。如果準(zhǔn)則的準(zhǔn)確率太低，會(huì)有較多的偽后驗(yàn)概率錯(cuò)誤的變量節(jié)點(diǎn)因?yàn)楸慌卸榭煽抗?jié)點(diǎn)而停止更新，使譯碼性能降低。以下給出本發(fā)明提供的一種優(yōu)選的判定準(zhǔn)則，用于選擇變量節(jié)點(diǎn)構(gòu)成可靠性變量節(jié)點(diǎn)集合。
對(duì)于LDPC碼，其校驗(yàn)矩陣H的每一行代表一個(gè)校驗(yàn)式，正確的碼字需要滿足所有的校驗(yàn)式。設(shè)
(m＝1，2，…，M)為第l次迭代后校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)m所對(duì)應(yīng)校驗(yàn)式(即第m個(gè)校驗(yàn)式)的校驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)該校驗(yàn)結(jié)果為0時(shí)，表明滿足第m個(gè)校驗(yàn)式。在第l次迭代結(jié)束后，變量節(jié)點(diǎn)n所參與的非法校驗(yàn)式數(shù)
可通過下式表示 其中，非法式方程指本次校驗(yàn)中校驗(yàn)結(jié)果不為0的校驗(yàn)式。如果等于零，表示變量節(jié)點(diǎn)n所參與的校驗(yàn)式全部滿足?？梢哉J(rèn)為該變量節(jié)點(diǎn)具有較高的可靠性。另外，在第l次迭代結(jié)束后，還可以得到每個(gè)變量節(jié)點(diǎn)n的偽后驗(yàn)概率
如前所述，
絕對(duì)值的大小也反映了該變量節(jié)點(diǎn)的可靠性大小。
由于校驗(yàn)矩陣H的每一行代表一個(gè)奇偶校驗(yàn)式，因此當(dāng)參與校驗(yàn)方程的變量節(jié)點(diǎn)中有偶數(shù)個(gè)發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，校驗(yàn)方程仍然是滿足的?？梢?，僅僅依據(jù)校驗(yàn)方程的結(jié)果，還是可能將判決出現(xiàn)錯(cuò)誤的變量節(jié)點(diǎn)加入可靠性變量節(jié)點(diǎn)集合中。
考慮到上述因素，本發(fā)明實(shí)施例中引入預(yù)先設(shè)定的門限Vt，當(dāng)參與第m個(gè)校驗(yàn)方程的所有變量節(jié)點(diǎn)的偽后驗(yàn)概率
都滿足
時(shí)，才認(rèn)為此時(shí)的校驗(yàn)結(jié)果為可靠的，可以用來衡量變量節(jié)點(diǎn)的可靠性。否則，即使第m個(gè)校驗(yàn)式滿足，所有參與第m個(gè)校驗(yàn)式的變量節(jié)點(diǎn)也被認(rèn)為是不可靠的。
基于此，本發(fā)明實(shí)施例中選擇可靠性變量節(jié)點(diǎn)集合的具體方式包括 為所有的變量節(jié)點(diǎn)n計(jì)算可靠性其中，在第l次迭代后，第m個(gè)校驗(yàn)式滿足，并且所有參加此校驗(yàn)式的變量節(jié)點(diǎn)的偽后驗(yàn)概率
都滿足
時(shí)，否則 遍歷所有的變量節(jié)點(diǎn)n，若該變量節(jié)點(diǎn)的可靠性認(rèn)為其可靠，屬于集合Θ，在下次迭代中暫停更新；若該變量節(jié)點(diǎn)的可靠性則認(rèn)為其不可靠，不屬于集合Θ，在下次迭代中繼續(xù)更新。
通過上述方式確定的可靠性變量集合，能夠保證其中變量節(jié)點(diǎn)的可靠性較高，從而既能夠避免錯(cuò)誤信息的傳輸，也能夠保證不可靠變量節(jié)點(diǎn)迅速接收外來概率信息。
以下將上述可靠性變量節(jié)點(diǎn)集合應(yīng)用到圖1所示的LDPC譯碼方法中，并與背景技術(shù)中所描述的LDPC譯碼方法進(jìn)行了性能對(duì)比。其中，系統(tǒng)為AWGN信道，BPSK調(diào)制，基于[1008，504]規(guī)則LDPC碼和[768，576]非規(guī)則LDPC碼。規(guī)則碼的列重為3，行重為6，碼的構(gòu)造采用隨機(jī)構(gòu)造的方法。非規(guī)則LDPC碼采用Wimax標(biāo)準(zhǔn)(IEEE Std 802.16e)中所定義的LDPC碼，碼率為0.75，變量節(jié)點(diǎn)的度分布為λ(x)＝(5/24)x2+(1/24)x3+(3/4)x4，校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的度分布為ρ(x)＝(5/6)x14+(1/6)x15。譯碼的最大迭代次數(shù)為100。
圖2為兩種LDPC譯碼方法的誤比特率性能比較。其中，曲線201為本發(fā)明中LDPC譯碼方法的誤比特率性能曲線，曲線202為背景技術(shù)中所描述LDPC譯碼方法的誤比特率性能曲線。由圖2可以看出，在低信噪比區(qū)域兩種算法的性能相當(dāng)。當(dāng)信噪比較高進(jìn)入瀑布區(qū)域后，本發(fā)明中LDPC譯碼方法的性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)LDPC譯碼方法。這是因?yàn)樵诘托旁氡葏^(qū)域，變量節(jié)點(diǎn)的可靠性相對(duì)較低，每次迭代后產(chǎn)生的可靠性變量節(jié)點(diǎn)集合中的變量節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)較少，而且可靠節(jié)點(diǎn)誤判概率也較大，本發(fā)明中基于不對(duì)等消息更新的LDPC譯碼方法優(yōu)勢(shì)不大。而在高信噪比區(qū)域，節(jié)點(diǎn)的可靠性相對(duì)較高，每次迭代后可靠性變量節(jié)點(diǎn)集合中的變量節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)增多，都有相當(dāng)一部分高可靠性變量節(jié)點(diǎn)停止接收外來消息，減少了錯(cuò)誤消息對(duì)它們的影響。同時(shí)這些高可靠性變量節(jié)點(diǎn)輸出的正確消息加速了譯碼的收斂。
另外，關(guān)于Vt的取值，也需要進(jìn)行合理設(shè)置。對(duì)于基于不對(duì)等消息更新的置信傳播LDPC譯碼算法，如果Vt值過大，會(huì)使每次迭代前判定為可靠的變量節(jié)點(diǎn)減少，算法的性能會(huì)降低；而如果Vt值過小，會(huì)有較多不可靠的變量節(jié)點(diǎn)判定為可靠變量節(jié)點(diǎn)而停止更新，使譯碼的收斂速度降低，性能變差。因此，需要結(jié)合上述兩方面因素合理選擇預(yù)設(shè)門限Vt的取值，即根據(jù)誤比特率要求和譯碼的收斂速度要求設(shè)定第二門限。圖3為兩種Vt取值下，可靠性變量節(jié)點(diǎn)的誤判率與信噪比的關(guān)系曲線。其中，可靠性變量節(jié)點(diǎn)的誤判率計(jì)算方式為可靠性變量節(jié)點(diǎn)的誤判率＝(被判定為可靠、但實(shí)際不可靠的變量節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù))/(被判定為可靠變量節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù))。由圖3可以看出，可靠性變量節(jié)點(diǎn)的誤判率隨著信噪比的增加而降低，并且門限值Vt較高時(shí)的誤判率要低于門限值Vt較低時(shí)的誤判率。仿真表明，基于不對(duì)等消息更新的置信傳播LDPC譯碼算法在Vt為2左右時(shí)具有較好的性能。當(dāng)Vt＝2時(shí)，本發(fā)明的LDPC譯碼方法比傳統(tǒng)BP算法有0.2dB的增益。
下面對(duì)于兩種LDPC譯碼方法的運(yùn)算量進(jìn)行比對(duì)。因?yàn)樽g碼所需要的運(yùn)算量由每次迭次的計(jì)算量和平均迭代次數(shù)共同決定。因此定義參數(shù)每個(gè)碼字譯碼過程中平均需要更新的變量節(jié)點(diǎn)數(shù)(AVC)來比較不同譯碼算法解碼單個(gè)碼字平均所需要的運(yùn)算量大小，其中，AVC＝ANV×AIN，這里，AIN是特定信噪比下譯碼每個(gè)碼字平均所需要的迭代次數(shù)，ANV表示每次迭代平均需要更新的變量節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)。
因?yàn)閭鹘y(tǒng)的BP譯碼算法每次迭代中需要更新所有的變量節(jié)點(diǎn)，所以其ANV＝N。圖4為兩種LDPC譯碼方法中運(yùn)算量的變化曲線，其中，使用傳統(tǒng)BP算法對(duì)不同的算法運(yùn)算量進(jìn)行了歸一化處理。由圖4可見，相對(duì)于傳統(tǒng)的BP算法，基于不對(duì)等消息更新的置信傳播LDPC譯碼方法運(yùn)算量節(jié)省了約65％。隨著信噪比的增加，本發(fā)明LDPC譯碼方法的歸一化運(yùn)算量還在降低。
以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、基于不對(duì)等消息更新的置信傳播LDPC譯碼方法，包括
a、對(duì)于每個(gè)變量節(jié)點(diǎn)，初始化該變量節(jié)點(diǎn)傳遞給其相鄰校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前信息；
b、對(duì)于每個(gè)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)，計(jì)算該校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)傳遞給其相鄰變量節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前信息；并更新變量節(jié)點(diǎn)的偽后驗(yàn)概率和傳遞給其相鄰校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前信息；
c、利用每個(gè)變量節(jié)點(diǎn)的偽后驗(yàn)概率對(duì)變量節(jié)點(diǎn)判決，并利用判決結(jié)果計(jì)算校驗(yàn)和，若該校驗(yàn)和為0或迭代次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)第一門限，則結(jié)束本流程；否則，返回步驟b進(jìn)行下一次迭代；
其特征在于，在步驟c中所述返回步驟b前，進(jìn)一步包括確定各個(gè)變量節(jié)點(diǎn)的可靠性，并從所有變量節(jié)點(diǎn)中選擇可靠性達(dá)到預(yù)設(shè)條件的變量節(jié)點(diǎn)，構(gòu)成可靠性變量節(jié)點(diǎn)集合；并在返回執(zhí)行步驟b時(shí)，僅對(duì)不屬于可靠性變量節(jié)點(diǎn)集合中的變量節(jié)點(diǎn)執(zhí)行步驟b的操作。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，計(jì)算每個(gè)變量節(jié)點(diǎn)的可靠性指數(shù)其中，n為變量節(jié)點(diǎn)的索引，M(n)為與變量節(jié)點(diǎn)n相鄰的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的集合；當(dāng)根據(jù)所述校驗(yàn)和確定出任一校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的校驗(yàn)式為0、且所述任一校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)相鄰的所有變量節(jié)點(diǎn)的偽后驗(yàn)概率均大于預(yù)設(shè)的第二門限時(shí)，否則其中，m為校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的索引；
將所有可靠性指數(shù)為0的變量節(jié)點(diǎn)構(gòu)成可靠性變量節(jié)點(diǎn)集合。
3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，根據(jù)誤比特率要求和譯碼的收斂速度要求，設(shè)定所述第二門限。
4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二門限等于2。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于不對(duì)等消息更新的置信傳播LDPC譯碼方法，在BP算法的每次迭代判決后，若需要進(jìn)行下一次迭代，則在該下次迭代前，進(jìn)一步利用特定的判定準(zhǔn)則衡量各個(gè)變量節(jié)點(diǎn)的可靠性，并選擇可靠性滿足預(yù)設(shè)條件的變量節(jié)點(diǎn)作為可靠性變量節(jié)點(diǎn)，在進(jìn)行下次迭代時(shí)，不再更新校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)傳遞到這些可靠性變量節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前信息、以及這些可靠性變量節(jié)點(diǎn)的偽后驗(yàn)概率和傳遞給其相鄰校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前信息。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于可靠性變量節(jié)點(diǎn)，不再接收外來的不可靠概率消息，進(jìn)而避免譯碼過程中錯(cuò)誤消息對(duì)可靠性變量節(jié)點(diǎn)的影響，提高譯碼性能。
文檔編號(hào)H03M13/00GK101534129SQ20091008262
公開日2009年9月16日 申請(qǐng)日期2009年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月21日
發(fā)明者波 楊, 門愛東, 全子一, 昕 陳, 趙黎曄 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)