本發(fā)明涉及l(fā)dpc碼譯碼技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于ldpc碼的局部動(dòng)態(tài)譯碼方法。

背景技術(shù)：

ldpc碼自1996年再次被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，其譯碼算法(floodingbp算法)以其實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，譯碼復(fù)雜度線性增加等特點(diǎn)，成為了編譯碼領(lǐng)域焦點(diǎn)。而svnf-rbp算法為代表的動(dòng)態(tài)bp譯碼算法雖然增加了殘差計(jì)算和搜索復(fù)雜度，同時(shí)也極大地提升了bp算法的譯碼性能。

svnf-rbp譯碼算法是一個(gè)異步動(dòng)態(tài)消息迭代算法，每一次根據(jù)一個(gè)最大的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)到變量節(jié)點(diǎn)消息殘差，定位下一個(gè)要更新的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)到變量節(jié)點(diǎn)消息。消息更新就是根據(jù)每次找到的最大殘差為序，沿著與ldpc碼相對(duì)應(yīng)的tanner圖中的邊來(lái)回傳遞，其消息傳遞主要包括了針對(duì)每一個(gè)變量節(jié)點(diǎn)的橫向計(jì)算和縱向計(jì)算兩個(gè)步驟，其中橫向計(jì)算就是校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)ci到變量節(jié)點(diǎn)vj的消息傳遞：

縱向計(jì)算就是變量節(jié)點(diǎn)vi到校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)cj的消息傳遞：

在bp譯碼算法中，最終是要依靠每個(gè)變量節(jié)點(diǎn)的最大似然比來(lái)做0、1判定。每一個(gè)變量節(jié)點(diǎn)都將接收來(lái)自信道的先驗(yàn)概率(apriori)(pv(0)，pv(1)分別表示傳遞的比特為0和1的概率)，還要接收來(lái)自與之相連的每一個(gè)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)傳遞的消息。因此變量節(jié)點(diǎn)vi的似然比就是所有接收到的消息總和：

似然比消息殘差計(jì)算公式：r(mk)＝||fk(m)-mk||∞，mk∈m；其中m表示計(jì)算fk(m)所需的相關(guān)消息，mk和fk(m)分別代表校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)到變量節(jié)點(diǎn)更新前和更新后的似然比。

svnf-rbp算法迭代過(guò)程在滿足以下條件之一時(shí)停止：

(1)所有的校驗(yàn)方程都滿足。

(2)迭代次數(shù)達(dá)到設(shè)定的最大值。

svnf-rbp算法的具體過(guò)程為：

1)初始化所有mc,v＝0；

2)初始化所有

3)計(jì)算所有r(mc,v)；

4)對(duì)每一個(gè)vj，找出

5)計(jì)算和ca∈n(vmax)\cmax

6)計(jì)算ca∈n(vmax)\cmax,vb∈n(ca)\vmax

7)如果所有校驗(yàn)方程滿足或是達(dá)到設(shè)定的最大迭代次數(shù)，則結(jié)束譯碼，否則返回步驟4)

對(duì)于bp迭代算法，異步策略一般都是通過(guò)加速譯碼收斂來(lái)提升譯碼性能。svnf-rbp算法能大幅提升bp譯碼性能，但是增加了大量的計(jì)算、搜索復(fù)雜度。因此，在提升譯碼性能的同時(shí)降低復(fù)雜度顯得尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的至少一種缺點(diǎn)與不足，提供一種基于ldpc碼的局部動(dòng)態(tài)譯碼方法，該局部動(dòng)態(tài)譯碼方法降低了殘差搜索和存儲(chǔ)復(fù)雜度，同時(shí)提升了譯碼性能。

本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種基于ldpc碼的動(dòng)態(tài)bp譯碼方法，提出殘差具有時(shí)效性，采用最新產(chǎn)生的局部最大殘差確定消息的更新順序：

選定要更新的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)到變量節(jié)點(diǎn)消息首先更新消息對(duì)所有校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)ca∈n(vj)\ci產(chǎn)生并傳遞消息對(duì)所有變量節(jié)點(diǎn)vb∈n(ca)\vj計(jì)算消息的殘差，并在這些殘差中找出最大者確定下一個(gè)要更新的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)到變量節(jié)點(diǎn)消息；

具體的局部動(dòng)態(tài)譯碼算法(lrbp)：

1)初始化所有

2)初始化所有

3)計(jì)算所有r(mc,v)；

4)找出

5)計(jì)算和

6)計(jì)算ca∈n(vmax)\cmax,vb∈n(ca)\vmax

7)如果所有校驗(yàn)方程滿足或是達(dá)到設(shè)定的最大迭代次數(shù)，則結(jié)束譯碼，否則返回步驟4)

其中：mc,v泛指所有校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)到變量節(jié)點(diǎn)的消息；泛指變量節(jié)點(diǎn)vn到所有相連的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的消息；表示變量節(jié)點(diǎn)vi的信道先驗(yàn)概率；r(mc,v)泛指所有校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)到變量節(jié)點(diǎn)的消息更新前和更新后的殘差；表示校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)ci到變量節(jié)點(diǎn)vj的似然比值更新前和更新后的殘差；n(vi)表示與變量節(jié)點(diǎn)vi相連的所有校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)集合，校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)ca∈n(vi)表示校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)ca將取遍與變量節(jié)點(diǎn)vi相連所有校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)；表示從校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)ca到變量節(jié)點(diǎn)vi的消息，表示從變量節(jié)點(diǎn)vi到校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)cj的消息；n(cj)表示與校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)cj相連的所有變量節(jié)點(diǎn)，n(cj)\vi表示與校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)cj相連的所有不包括變量節(jié)點(diǎn)vi的其他變量節(jié)點(diǎn)，vb∈n(cj)\vi表示變量節(jié)點(diǎn)vb將取遍與校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)cj相連的所有不包括變量節(jié)點(diǎn)vi的其他變量節(jié)點(diǎn)。

似然比消息殘差計(jì)算公式：r(mk)＝||fk(m)-mk||∞，mk∈m；其中m表示計(jì)算fk(m)所需的相關(guān)消息，mk和fk(m)分別代表校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)到變量節(jié)點(diǎn)更新前和更新后的似然比。

本方法提出殘差的產(chǎn)生具有時(shí)效性，通過(guò)尋找局部最大殘差來(lái)建立一個(gè)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)到變量節(jié)點(diǎn)消息的更新序列。

因此，本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：

只從最新產(chǎn)生的殘差中找出最大的殘差，可在計(jì)算的同時(shí)進(jìn)行搜索，因此殘差不需要存儲(chǔ)，減少了存儲(chǔ)復(fù)雜度；最新產(chǎn)生的殘差也就是局部殘差，減少了搜索最大殘差的復(fù)雜度。

相對(duì)于svnf-rbp算法，本發(fā)明不但能提升了較少迭代次數(shù)的譯碼性能，還有效提升了高信噪比的譯碼性能。

附圖說(shuō)明

圖1是算法lrbp的動(dòng)態(tài)策略示意圖。

圖2是算法flooding，lbp，nwrbp，svnf-rbp和lrbp在碼長(zhǎng)1944，碼率給定信噪比為1.75db時(shí)的fer性能圖。

圖3是算法svnf-rbp和lrbp在碼長(zhǎng)1944，碼率5、50次迭代時(shí)的fer性能圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

本發(fā)明是一種基于ldpc碼的局部動(dòng)態(tài)譯碼方法，是針對(duì)ldpc碼的動(dòng)態(tài)bp譯碼方法(lrbp)，該方法提出殘差的產(chǎn)生具有時(shí)效性，通過(guò)尋找局部最大殘差來(lái)建立一個(gè)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)到變量節(jié)點(diǎn)消息的更新序列。

設(shè)n(vi)代表與變量節(jié)點(diǎn)vi相連的所有校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)，n(vi)\cj則表示與變量節(jié)點(diǎn)vi相連的不包括校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)cj的所有其他校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)；n(ci)代表與校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)(校驗(yàn)方程)ci相連的所有變量節(jié)點(diǎn)，n(ci)\vj則表示與校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)ci相連的不包括變量節(jié)點(diǎn)vj的所有其他變量節(jié)點(diǎn)。互相連接的變量節(jié)點(diǎn)和校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)消息函數(shù)可定義為其中m表示計(jì)算或所需的相關(guān)消息。信道的先驗(yàn)概率(apriori)(pv(0)，pv(1)分別表示傳遞的比特信息為0和1的概率)。校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)到變量節(jié)點(diǎn)似然比消息殘差計(jì)算公式r(mk)＝||fk(m)-mk||∞，其中m表示計(jì)算fk(m)所需的相關(guān)消息，mk和fk(m)分別代表校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)到變量節(jié)點(diǎn)消息更新前和更新后的似然比。

假設(shè)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)到變量節(jié)點(diǎn)消息具有局部最大殘差，該譯碼算法的動(dòng)態(tài)策略包括如下三個(gè)步驟：

首先，更新消息并傳遞。

其次，更新消息ca∈n(vj)\ci并傳遞。

最后，計(jì)算殘差vb∈n(ca)\vj,ca∈n(vj)\ci，同時(shí)找出最大殘差。

具體而言，本發(fā)明的算法迭代過(guò)程如下：

1)初始化所有mc,v＝0；

2)初始化所有

3)計(jì)算所有r(mc,v)；

4)找出

5)計(jì)算和ca∈n(vmax)\cmax

6)計(jì)算ca∈n(vmax)\cmax,vb∈n(ca)\vmax

7)如果所有校驗(yàn)方程滿足或是達(dá)到設(shè)定的最大迭代次數(shù)，則結(jié)束譯碼，否則返回步驟4)

在動(dòng)態(tài)bp譯碼算法的一次迭代過(guò)程中，要么校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)到變量節(jié)點(diǎn)的消息計(jì)算量與bp算法相同，要么變量節(jié)點(diǎn)到校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的消息計(jì)算量與bp算法相同，所有的仿真都將嚴(yán)格遵守這個(gè)規(guī)則。下表給出對(duì)此算法一次迭代過(guò)程的消息計(jì)算量，其中，和分別表示變量節(jié)點(diǎn)和校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的平均度，e表示tanner圖中邊的數(shù)量，同時(shí)有成立，其中n和m分別表示tanner圖中變量節(jié)點(diǎn)和校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)。

表1一次迭代中的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)到變量節(jié)點(diǎn)消息計(jì)算量

表2一次迭代中的變量節(jié)點(diǎn)到校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)消息計(jì)算量

表1、2中，floodingbp算法作為同步消息更新算法，lbp算法作為異步非動(dòng)態(tài)消息更新算法，僅作參考。

動(dòng)態(tài)算法nwrbp算法與svnf-rbp算法都是采用校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)到變量節(jié)點(diǎn)消息最大殘差，最大殘差計(jì)算公式：r(mk)＝||fk(m)-mk||∞，其中r(mk)表示最大消息殘差，m表示計(jì)算fk(m)所需的相關(guān)消息，mk和fk(m)分別代表校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)到變量節(jié)點(diǎn)更新前和更新后的似然比，來(lái)找出下一個(gè)要更新的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)到變量節(jié)點(diǎn)消息，然后展開(kāi)一個(gè)實(shí)質(zhì)的消息更新過(guò)程，兩個(gè)算法都需要對(duì)殘差進(jìn)行存儲(chǔ)，所不同的是nwrbp算法是在全部非零校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)到變量節(jié)點(diǎn)消息殘差中選取下一個(gè)要優(yōu)先更新的消息，而svnf-rbp算法則是在每個(gè)變量節(jié)點(diǎn)覆蓋范圍中的非零校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)到變量節(jié)點(diǎn)消息殘差中選取下一個(gè)要優(yōu)先更新的消息。

下面給出相關(guān)算法主要特征：

nwrbp算法：

1)、初始化所有mc,v＝0；

2)、初始化所有

3)、計(jì)算所有r(mc,v)；

4)、在所有非零殘差中挑選最大殘差

5)、對(duì)每一個(gè)vk∈n(ci)，計(jì)算同時(shí)把設(shè)置為0。

6)、對(duì)每一個(gè)ca∈n(vk)，計(jì)算

7)、對(duì)每一個(gè)vb∈n(ca)\vk，計(jì)算

8)、如果所有校驗(yàn)方程滿足或是達(dá)到設(shè)定的最大迭代次數(shù)，那么結(jié)束譯碼，否則返回步驟4。

svnf-rbp算法：

1)、初始化所有mc,v＝0；

2)、初始化所有

3)、計(jì)算所有r(mc,v)；

4)、對(duì)每一個(gè)vi，對(duì)所有vb∈n(ca)\vi(ca∈n(vi))，在所有非零殘差中挑選最大殘差

5)、計(jì)算并設(shè)置

6)、對(duì)每一個(gè)ca∈n(vmax)\cmax，計(jì)算

7)、對(duì)每一個(gè)vb∈n(ca)\vmax，計(jì)算

8)、如果所有校驗(yàn)方程滿足或是達(dá)到設(shè)定的最大迭代次數(shù)，那么結(jié)束譯碼，否則返回步驟4。

從上述算法描述可看出，該lrbp算法與nwrbp和svnf-rbp算法都采用校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)到變量節(jié)點(diǎn)似然比值絕對(duì)殘差定位方法，不同的是lrbp算法區(qū)別殘差產(chǎn)生的時(shí)間，只使用最新產(chǎn)生的殘差；而nwrbp和svnf-rbp算法對(duì)不同時(shí)間產(chǎn)生的殘差給予的是無(wú)差別對(duì)待，對(duì)所有殘差一視同仁?？紤]到svnf-rbp是目前動(dòng)態(tài)算法中最具代表性的，因此lrbp算法將主要與svnf-rbp算法進(jìn)行對(duì)比。

如圖1所示，黑色圓圈表示已經(jīng)被更新的變量節(jié)點(diǎn)，黑色方框表示已經(jīng)被更新的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)。動(dòng)態(tài)異步消息更新策略步驟如下，首先如圖1(a)所示，選出校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)到變量節(jié)點(diǎn)消息優(yōu)先更新，然后如圖1(b)所示，對(duì)所有校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)ca∈n(vj)\ci產(chǎn)生消息并進(jìn)行傳遞，最后，圖1(c)，對(duì)所有校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)ca∈n(vj)\ci，vb∈n(ci)\vj計(jì)算殘差

圖2列出了包括floodingbp、lbp在內(nèi)的nwrbp，svnf-rbp和lrbp在碼長(zhǎng)1944，碼率給定信噪比為1.75db時(shí)的fer性能圖。從圖中可以看出，lrbp即使在5次迭代內(nèi)性能曲線明顯在svnf-rbp算法曲線之下，而svnf-rbp是目前最有代表性的動(dòng)態(tài)譯碼算法，因此在后面的仿真圖中主要和svnf-rbp算法進(jìn)行對(duì)比。所有仿真都是在awgn信道下進(jìn)行。

圖3給出了碼長(zhǎng)1944，碼率時(shí)，分別在5、50次迭代次數(shù)下，svnf-rbp和lrbp算法的fer性能圖。從圖中可以看出，lrbp算法在較少迭代次數(shù)5次迭代時(shí)，譯碼性能已經(jīng)略勝于svnf-rbp算法，在50次迭代中低信噪比的情形下，性能與svnf-rbp算法基本一致，在高信噪比時(shí)超越了svnf-rbp算法。

本發(fā)明公開(kāi)一種基于ldpc碼的動(dòng)態(tài)譯碼方法——lrbp(localresidualbp)，該方法不但能減少殘差的搜索和存儲(chǔ)復(fù)雜度，同時(shí)還能提升較小迭代次數(shù)內(nèi)的譯碼性能(svnf-rbp算法在較小迭代次數(shù)內(nèi)幾乎沒(méi)有性能提升)，高信噪比時(shí)譯碼性能也明顯優(yōu)于svnf-rbp算法。

lrbp算法首先提出殘差具有時(shí)效性，也就是不同時(shí)間產(chǎn)生的殘差，其作用也不盡相同。lrbp算法只關(guān)注最新產(chǎn)生的殘差，在最新產(chǎn)生的殘差中找出最大殘差來(lái)建立校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)到變量節(jié)點(diǎn)消息的更新序列。由于最新產(chǎn)生的殘差是由最新的消息更新產(chǎn)生，因此總是能用最新的消息去更新下一個(gè)消息，這一行為起到加速收斂的效果，提升了譯碼性能。同時(shí)，最新殘差中搜索最大殘差，可在計(jì)算的同時(shí)進(jìn)行，因此不需要存儲(chǔ)殘差，搜索的范圍減小，有效降低了動(dòng)態(tài)譯碼算法的存儲(chǔ)搜索復(fù)雜度。

上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。