專利名稱：一種準(zhǔn)循環(huán)ldpc譯碼器及譯碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種準(zhǔn)循環(huán)LDPC譯碼器及譯碼方法，屬移動通信信道編碼領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著多媒體和寬帶移動通信業(yè)務(wù)的廣泛展開，無線通信系統(tǒng)對傳輸速度和可靠性提出了更高的要求。LDPC碼作為一種比較強大的信道糾錯編碼方式，可以提供很高的傳輸可靠性?，F(xiàn)在LDPC碼已經(jīng)被應(yīng)用于許多標(biāo)準(zhǔn)中，如IEEE 802. 16e (WiMax)， IEEE802. Iln(Wi-Fi)等，屬于4G的關(guān)鍵技術(shù)。目前對于LDPC碼的理論研究已經(jīng)趨于成熟， 無論是國際還是國內(nèi)都把研究重點放在了編譯碼器的實現(xiàn)上，研究的焦點為如何在現(xiàn)有器件條件下盡可能的增加編譯碼的效率。LDPC (Low Density Parity Check，低密度奇偶校驗)碼是一種基于低密度校驗矩陣的線性分組碼，由Villager于1962年提出。在采用置信傳播(Belief Propagation,BP) 譯碼的條件下，LDPC碼可以達到接近香農(nóng)極限的優(yōu)良性能。現(xiàn)在硬件實現(xiàn)上多采用最小和譯碼算法。最小和譯碼是BP譯碼的簡化，在大大降低實現(xiàn)復(fù)雜度的基礎(chǔ)上，性能稍有損耗。準(zhǔn)循環(huán)LDPC碼，是指LDPC碼的校驗矩陣是準(zhǔn)循環(huán)的。這種校驗矩陣由多個子矩陣構(gòu)成。每一個子矩陣只可能是下面三種矩陣之一零矩陣、單位矩陣和單位矩陣循環(huán)移位后得到的矩陣。這種校驗矩陣結(jié)構(gòu)可以用移位寄存器來實現(xiàn)編碼，編碼器復(fù)雜度大大降低。而且在存儲校驗矩陣時，只需要存儲校驗矩陣中每一個子矩陣的位置和移位數(shù)，這樣可以節(jié)省大量存儲空間，所以在實際系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。目前，LDPC最小和譯碼器結(jié)構(gòu)可以分為全串行結(jié)構(gòu)、全并行結(jié)構(gòu)和部分并行結(jié)構(gòu)三種。全串行結(jié)構(gòu)的譯碼器通過重復(fù)使用一個變量處理單元或校驗處理單元來完成譯碼。 顯然這種結(jié)構(gòu)下譯碼器占用的資源最少，但缺點是譯碼速度很慢。全并行譯碼器需要大量的變量處理單元和校驗處理單元，來保證所有的變量節(jié)點和校驗節(jié)點同時進行信息更新。 其譯碼速度非?？欤切枰奶嗟挠布Y源，所以只適用于碼長很短的時候。而部分并行譯碼器是硬件資源和運行速度的折中。申請?zhí)枮?0071009M76. 2、發(fā)明名稱為《基于流水線工作方式的LDPC碼譯碼器》的專利即屬于此列。但是在普通的部分并行譯碼器中，產(chǎn)生的中間消息只是儲存，等待下一個步驟使用，并沒有得到充分利用。而本專利中提到的洗牌最小和譯碼算法可以充分利用已經(jīng)更新的中間消息。這樣就可以加快譯碼的收斂速度，即需要比較少的迭代次數(shù)就能達到比較低的錯誤概率，且不會增加硬件復(fù)雜度。本發(fā)明中提出了基于此譯碼算法的譯碼器結(jié)構(gòu)，并且通過仿真證明了此算法的優(yōu)良性能。

發(fā)明內(nèi)容
針對背景技術(shù)中所述的缺陷和不足，以充分利用部分并行結(jié)構(gòu)譯碼器譯碼過程中產(chǎn)生的中間消息，本發(fā)明提出了一種準(zhǔn)循環(huán)LDPC譯碼器及譯碼方法，即采用洗牌最小和譯碼算法的準(zhǔn)循環(huán)LDPC譯碼器結(jié)構(gòu)。與一般的最小和部分并行結(jié)構(gòu)譯碼器相比，這種譯碼器具有譯碼收斂速度快的優(yōu)點，即達到同樣的誤碼性能，需要的迭代次數(shù)少；或者說在同樣迭代次數(shù)條件下，可達到比較低的誤碼率。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種用準(zhǔn)循環(huán)LDPC譯碼器進行洗牌最小和譯碼算法的方法，設(shè)此準(zhǔn)循環(huán)LDPC碼是用一個MXN維的校驗矩陣H描述的，即變量節(jié)點的個數(shù)為N個，校驗節(jié)點的個數(shù)為M個； 把所有的變量節(jié)點分為G組，每組中有Ne = N/G個變量節(jié)點；按照分組順序執(zhí)行變量節(jié)點消息更新和校驗節(jié)點消息更新步驟，當(dāng)執(zhí)行到第g(g = 0，1，. . .，G-1)組的時候，前面分組中已經(jīng)被更新的變量節(jié)點到校驗節(jié)點(V2C)的消息被用來對第g組校驗節(jié)點到變量節(jié)點 (C2V)的消息進行更新；定義符號=Ci為和變量節(jié)點i相連的校驗節(jié)點的集合洱為和校驗節(jié)點j相鄰的變量節(jié)點的集合；Ci\j表示除去校驗節(jié)點j的Ci的集合；R^i表示除去變量節(jié)點i的民的集合；《f和分別為第1次迭代中從變量節(jié)點i到校驗節(jié)點j和從校驗節(jié)點j到變量節(jié)點i 的對數(shù)似然比(log-likelihood ratio，LLR)消息，該方法步驟如下(1)初始化變量節(jié)點i到校驗節(jié)點j的LLR消息^…初始化為從信道來的LLR消息L(Zi)，若信道為AWGN信道，則qf] = L(Zi) = yt其中y“i = 1，2，· · ·，N)為信道接收到的符號；校驗節(jié)點j到變量節(jié)點i的LLR消息初始化為0 ；迭代次數(shù)1置為1;(2)節(jié)點消息更新A.令分組編號g = 0;B.校驗節(jié)點處理校驗節(jié)點j收集與它相鄰的變量節(jié)點的消息，與校驗節(jié)點j相鄰的變量節(jié)點被分成兩類，如果此變量節(jié)點i在第0組到第(g-Ι)組，那它的LLR消息已經(jīng)在這次迭代中前面分組的處理時被更新了 ；否則此變量節(jié)點i的最新的LLR消息仍然是在上一次迭代中獲得的，因此，對于在第g組的變量節(jié)點i，以及每一個與變量節(jié)點i相連的校驗節(jié)點j (j e Ci)， 計算第1次迭代中從校驗節(jié)點j到變量節(jié)點i的LLR消息
權(quán)利要求
1. 一種用準(zhǔn)循環(huán)LDPC譯碼器進行洗牌最小和譯碼算法的方法，設(shè)此準(zhǔn)循環(huán)LDPC碼是用一個MXN維的校驗矩陣H描述的，即變量節(jié)點的個數(shù)為N個，校驗節(jié)點的個數(shù)為M個；把所有的變量節(jié)點分為G組，每組中有Ne = N/G個變量節(jié)點；按照分組順序執(zhí)行變量節(jié)點消息更新和校驗節(jié)點消息更新步驟，當(dāng)執(zhí)行到第g(g = 0，1，. . .，G-1)組的時候，前面分組中已經(jīng)被更新的變量節(jié)點到校驗節(jié)點的消息被用來對第g組校驗節(jié)點到變量節(jié)點的消息進行更新；定義符號=Ci為和變量節(jié)點i相連的校驗節(jié)點的集合；民為和校驗節(jié)點j相鄰的變量節(jié)點的集合；CAj表示除去校驗節(jié)點j的Ci的集合表示除去變量節(jié)點i的民的集合； ^f和分別為第1次迭代中從變量節(jié)點i到校驗節(jié)點j和從校驗節(jié)點j到變量節(jié)點i的對數(shù)似然比消息，該方法步驟如下(1)初始化變量節(jié)點i到校驗節(jié)點j的LLR消息《…初始化為從信道來的LLR消息L(Zi)，若信道為AWGN信道，則
2. 一種如權(quán)利要求1所述方法所采用洗牌最小和譯碼算法的LDPC譯碼器，包括變量節(jié)點處理組、校驗節(jié)點處理組和存儲器組，其特征在于變量節(jié)點處理組和校驗節(jié)點處理組分別與存儲器組相連接；變量節(jié)點處理組由變量節(jié)點處理單元組成，其中變量節(jié)點處理單元包括原碼到補碼轉(zhuǎn)換器、補碼到原碼轉(zhuǎn)換器、多輸入加法器、二輸入加法器和比較判決器；原碼到補碼轉(zhuǎn)換器連接多輸入加法器和相應(yīng)的二輸入加法器；多輸入加法器將其所有的輸入信號相加，多輸入加法器連接比較判決器和各個二輸入加法器；在比較判決器中，根據(jù)符號位判決出估計碼字比特；在二輸入加法器中，多輸入加法器的輸出與對應(yīng)的原碼到補碼轉(zhuǎn)換器的輸出相減；二輸入加法器連接補碼到原碼轉(zhuǎn)換器，將補碼轉(zhuǎn)換成原碼；校驗節(jié)點處理組由校驗節(jié)點處理單元組成，校驗節(jié)點處理單元包括取符號模塊、取絕對值模塊、異或電路、比較器和符號數(shù)值合并模塊；首先取符號模塊獲得輸入信號的符號位，取符號模塊連接異或電路，異或電路對所有的輸入進行異或運算；異或電路連接符號數(shù)值合并模塊；另一方面，取絕對值模塊對輸入信號取絕對值，取絕對值模塊連接比較器，在比較運算中，更新比較器里存儲的三個最小值信息，最后輸出最小值；比較器連接符號數(shù)值合并模塊，在符號數(shù)值合并模塊中進行符號和數(shù)值的合并，輸出最后結(jié)果；存儲器組由存儲單元組成，里面存儲著從信道來的初始LLR消息和迭代過程中不斷更新的變量節(jié)點到校驗節(jié)點(V2C)和校驗節(jié)點到變量節(jié)點(C2V)的LLR消息；校驗節(jié)點處理組從存儲器組中讀取V2C的LLR消息，并且把處理更新后的C2V的LLR消息再寫入存儲器組，替代原來的C2V的LLR消息；變量節(jié)點處理組從存儲器組中讀取從信道來的初始LLR消息和C2V的LLR消息，經(jīng)過運算，得到更新的V2C的LLR消息，然后寫入存儲器組，代替原來的V2C的LLR消息。
全文摘要
一種準(zhǔn)循環(huán)LDPC譯碼器及譯碼方法，屬移動通信信道編碼領(lǐng)域。譯碼器包括變量節(jié)點處理組、校驗節(jié)點處理組和存儲器組；該方法為(1)初始化；(2)節(jié)點消息更新；(3)譯碼判決；(4)迭代結(jié)束條件判定。本發(fā)明在同樣的硬件復(fù)雜度下，但卻能達到更快的收斂速度。因此譯碼需要的時間短，對信號的處理速度快，并且具有很強的靈活性，根據(jù)硬件資源和運行速度的不同需求可以靈活配置。
文檔編號H03M13/11GK102195655SQ20111004554
公開日2011年9月21日 申請日期2011年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月25日
發(fā)明者宋珍珍, 馬丕明 申請人:山東大學(xué)