專利名稱：低密度校驗碼迭代譯碼的提前中止方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通信技術(shù)領(lǐng)域的處理方法，具體涉及一種低密度校驗碼迭代 譯碼的提前中止方法。
背景技術(shù)：
LDPC碼(低密度校驗碼)是1963年Gallager提出的一種編碼技術(shù)，它可用 作多種通信系統(tǒng)或信息存貯系統(tǒng)的糾錯/檢錯技術(shù)。LDPC碼的性能逼近香農(nóng)限， 且譯碼復(fù)雜度較低，譯碼方法具有并行性，目前許多的無線通信標準都將LDPC 碼作為信道編碼方案。LDPC碼通常采用置信傳播方法進行譯碼，在碼字對應(yīng)的 二分圖上迭代進行。在每次迭代中，代表概率的軟信息值在信息結(jié)點與校驗結(jié)點 之間交換并得到更新，同時碼字硬判決結(jié)果得到更新。如果某次迭代的硬判決結(jié) 果滿足校驗方程，則譯碼收斂到一個合法碼字，此時譯碼過程提前中止。否則譯 碼過程繼續(xù)進行，直到達到根據(jù)經(jīng)驗預(yù)先設(shè)置的最大迭代次數(shù)。上述方法能夠提 前結(jié)束可譯碼字的譯碼過程。但對于不可譯碼字，則必須執(zhí)行很多次不必要的迭 代過程，不利于減少系統(tǒng)功耗。
目前現(xiàn)有技術(shù)中，在低密度校驗碼迭代譯碼過程中提前中止不可譯碼字迭代 過程的方法，主要包括兩大類基于硬值的方法和基于軟值的方法，基于硬值的 方法實施復(fù)雜度較低，但中止效果欠佳，并且會在一定程度上影響譯碼性能；基 于軟值的方法能夠更好地降低平均迭代次數(shù)，同時保證譯碼性能不會惡化，但是 運算復(fù)雜度較高。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻的檢索發(fā)現(xiàn)，F(xiàn). Kienle和N. Wehn在《IEEE 61st Vehicular Technology Conference (電氣和電子工程師學會第61屆車輛技術(shù)會 議)》，2005. Pages: 606—609上t是出白勺"Low complexity stopping criterion for LDPC code decoders (低密度校驗碼譯碼器的低復(fù)雜度中止準則)"給出了 一種基于軟值的LDPC碼迭代譯碼的提前中止方法，該中止方法利用譯碼過程中 信息結(jié)點的后驗概率似然比計算信息結(jié)點的可靠度值VNR，并根據(jù)該可靠度值的
變化情況判定當前迭代類型。當認為譯碼過程處于不能收斂的情況時，提前中止 迭代過程。其研究結(jié)果表明，提前中止不可收斂碼字的譯碼過程能夠在低信噪比 時大大降低平均迭代次數(shù)，從而節(jié)省譯碼器的功耗。但是該中止方法需要利用信 息結(jié)點的后驗概率似然比值，計算復(fù)雜度較高；并且該方法中需要使用到與信道 特性有關(guān)的一個門限值，需要根據(jù)各種信道特性進行調(diào)整，增加了系統(tǒng)的實施難 度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種低密度校驗碼迭代譯碼的提前 中止方法，使用譯碼過程中的外信息計算校驗結(jié)點可靠度值，并根據(jù)該可靠度值 判定譯碼類型，在某些情況下提前中止迭代過程。本發(fā)明的方法更好地降低平均 迭代次數(shù)及功耗，實現(xiàn)復(fù)雜度較低，并且具有一定的信道魯棒性。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括如下步驟
步驟一，設(shè)置譯碼過程的最大迭代次數(shù)以及可靠度值相對變化的門限值、中 止計數(shù)器值的門限值；
步驟二，每次迭代過程中，使用置信傳播方法更新校驗結(jié)點傳遞給信息結(jié)點 軟信息值、信息結(jié)點的后驗概率似然比值、信息結(jié)點傳遞給校驗結(jié)點的軟信息值 以及硬判決結(jié)果；
步驟三，在置信傳播方法每次迭代過程結(jié)束后，判斷當前硬判決結(jié)果是否滿 足校驗方程，如果不滿足，則根據(jù)本次迭代過程中所有校驗結(jié)點傳遞給信息結(jié)點 的軟信息值計算校驗結(jié)點的可靠度值；如果滿足，則譯碼過程成功并提前中止， 輸出此時的硬判決結(jié)果；
步驟四，如果歩驟三得到的可靠度值和上次迭代過程可靠度值的相對誤差小 于歩驟一設(shè)定的門限值，則中止計數(shù)器值加l，否則中止計數(shù)器值歸零；
步驟五，如果中止計數(shù)器值大于歩驟一設(shè)定的門限值，則中止迭代過程，將 當前硬判決結(jié)果作為譯碼器譯碼結(jié)果輸出，否則進入下一次迭代過程，迭代次數(shù) 計數(shù)器加l，并回到步驟二，如果迭代次數(shù)計數(shù)器值大于歩驟一設(shè)定的最大迭代 次數(shù)，則進入歩驟六；
步驟六，如果迭代次數(shù)計數(shù)器值大于最大迭代次數(shù)，譯碼過程結(jié)束，將上一 次迭代的硬判決結(jié)果輸出。
所述判斷當前硬判決結(jié)果是否滿足校驗方程，具體為計算伴隨式S二H.HD、其中好為LDPC碼的校驗矩陣，HD為硬判決結(jié)果，如果伴隨式
s等于零向量，則說明硬判決結(jié)果滿足所有的校驗方程，譯碼過程成功并提前中
止，輸出此時的硬判決結(jié)果HD;否則表明硬判決結(jié)果不滿足所有的檢驗方程。 所述更新校驗結(jié)點傳遞給信息結(jié)點軟信息值，具體如下對每個校驗結(jié)點
首先，根據(jù)^|= Z /(|^|)， sgn(A)= H sgn(A)獲得校驗結(jié)點處的總信
然后，對于任意一個與校驗結(jié)點。相鄰的信息結(jié)點v,，更新校驗結(jié)點傳遞給
信息結(jié)點的軟信息值， v/eiv(力擬,卜/(ie,卜/(kl))，
sgn(27,) = sgn(^)agn(《)，
其中，^為信息結(jié)點傳遞給校驗結(jié)點的軟信息值，W(y')表示與第y個校驗
結(jié)點相鄰的所有信息結(jié)點組成的集合，/(x) = ln^， sgn(x)=/ —n。
所述更新信息結(jié)點的概率似然比值及信息結(jié)點傳遞給校驗結(jié)點軟信息值，具
體為
對每個信息結(jié)點V/e [l,AH，
首先，計算后驗概率似然比值八,=義,+ Z
然后，對于任意一個與信息結(jié)點v,相鄰的校驗結(jié)點c,.，更新傳遞給校驗結(jié)點 的軟信息值A(chǔ) ，對V/ e W(O : & = A,-仏；
對于硬判決結(jié)果HD，將其更新為HD,=sgn(A,;);
其中，義,為第/個信息結(jié)點的信道輸入信息，2,,為校驗結(jié)點傳遞給信息結(jié)點 的軟信息值，表示與第/個信息結(jié)點相鄰的所有校驗結(jié)點組成的集合。
所述計算校驗結(jié)點的可靠度值，具體為可靠度值CNR:藝l2,1，其中，Q
為第y個校驗結(jié)點的總信息值，M表示校驗結(jié)點的總數(shù)。
所述判斷可靠度值和上次迭代過程可靠度值的相對誤差是否小于設(shè)定的門
限值，具體為判斷ICNR —CNR'1〈/l.CNR^'是否成立，其中，義為可靠度值 相對變化的門限值，CNR表示可靠度值，CNR^'表示上一次迭代中的可靠度值。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果本發(fā)明采用校驗結(jié)點可靠度值 來判定當前收斂類型，計算復(fù)雜度較低；與現(xiàn)有的迭代譯碼提前中止方法相比性 能相當或者更好，沒有使用與信道特性相關(guān)的參數(shù)，因而具有一定的信道魯棒性。


圖l是一個LDPC碼二分圖的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是置信傳播方法中校驗結(jié)點與信息結(jié)點信息更新的原理圖； 其中(a)為更新校驗結(jié)點傳遞給信息結(jié)點軟信息值的原理圖；(b)為更新信 息結(jié)點的后驗概率似然比值及其傳遞給校驗結(jié)點軟信息值的原理圖。
圖3是本發(fā)明方法的工作流程圖。
圖4是本發(fā)明方法在加性高斯白噪聲(AWGN)信道下與其他方法的性能比較圖。
圖5是本發(fā)明方法在瑞利(Rayleigh)信道下與其他方法的性能比較圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護 范圍不限于下述的實施例。
如圖1所示，是采用本實施里方法的一個LDPC碼二分圖的結(jié)構(gòu)圖，即校驗 結(jié)點與信息結(jié)點的連接示意圖，信息結(jié)點標記為"校驗結(jié)點標記為c，信息結(jié) 點的個數(shù)等于碼長N，校驗結(jié)點的個數(shù)為M。
本實施例包括如下具體步驟
歩驟一，根據(jù)接收比特對數(shù)似然比值初始化V/e[l,W]Je[l，M]:^ =義,，其 中N和M分別是LDPC碼的碼長和校驗結(jié)點的個數(shù)，義,為第/個信息結(jié)點的信道輸 入信息，設(shè)置譯碼過程的最大迭代次數(shù)iter^，初始化迭代次數(shù)Iterations;
設(shè)置提前中止方法的參數(shù)可靠度值相對變化的門限值義和中止計數(shù)器值的門限 值P，初始化中止計數(shù)器Counter=0，本次及上次迭代校驗結(jié)點可靠度值CNR與 CNR"'"置為0;
歩驟二，按照置信傳播方法依次更新校驗結(jié)點的總信息值Q，校驗結(jié)點傳
遞給信息結(jié)點的軟信息值Q,，信息結(jié)點的后驗概率似然比值A(chǔ),，信息結(jié)點傳遞 給校驗結(jié)點的軟信息值A(chǔ) ，以及信息結(jié)點的硬判決結(jié)果 HD,Dp叫,…，HDw];
如圖2 (a)所示，所述更新校驗結(jié)點傳遞給信息結(jié)點軟信息值Q,，具體如 下對每個校驗結(jié)點Vj'e :
首先根據(jù)lQ卜Z /(|^)，Sgn(2,)= ft sgn(A)計算校驗結(jié)點處的總信息
一力 一力
值；
然后對于任意一個與校驗結(jié)點。相鄰的信息結(jié)點巧，更新傳遞給信息結(jié)點的
軟信息值e,,， v,'eiv(y)=/(le」一/(kl))' sgn(e )=sgn(e7)ttgn(巧)'
其中，7V(/)表示與第y個校驗結(jié)點相鄰的所有信息結(jié)點組成的集合，
如圖2 (b)所示，所述更新信息結(jié)點的后驗概率似然比值A(chǔ),及其傳遞給校 驗結(jié)點軟信息值《、信息結(jié)點的硬判決結(jié)果，具體為
對每個信息結(jié)點V/e [l，iV],首先，計算后驗概率似然比值
八,=義,+ Z 然后，對于任意一個與信息結(jié)點V,相鄰的校驗結(jié)點C,，更新傳
遞給校驗結(jié)點的軟信息值A(chǔ)，對VyeW(/):^ =A,-硬判決結(jié)果HD更新為HD, = sgn(A,;);
其中A^')表示與第Z個信息結(jié)點相鄰的所有校驗結(jié)點組成的集合。
歩驟三，計算伴隨式S二H.HD"，其中好為LDPC碼的校驗矩陣。如果伴隨 式S等于零向量，則說明硬判決結(jié)果HD滿足所有的校驗方程，譯碼過程成功并 提前中止，輸出此時的硬判決結(jié)果HD;否則進入歩驟四。
歩驟四，計算校驗結(jié)點可靠度值CNR: CNR = Z|Q|，其中，"為第_/
校驗結(jié)點的總信息值;
步驟五，如果|CNR -CNRte I <義.CNRte ，則中止計數(shù)器Counter加1;否
則中止計數(shù)器Counter歸零；若中止計數(shù)器Counter大于P，則迭代過程失敗并 執(zhí)行提前中止，將本次迭代過程的硬判決結(jié)果HD輸出；否則轉(zhuǎn)到步驟六。
步驟六，CNRte'=CNR，迭代次數(shù)Iteration加1。重復(fù)步驟二到步驟五， 直到迭代過程提前中止退出，或者迭代次數(shù)Iteration達到iter,。
如圖3所示，是本實施例方法低密度校驗碼一次迭代過程的流程圖，與上述 描述的步驟二到六對應(yīng)。
如圖4、 5所示，是以802. lln標準定義的碼長1944、碼率1/2的LDPC碼 為例，采用本實施例方法的具體實施效果。
如圖4所示，是在二相移位鍵控(BPSK)調(diào)制的加性高斯白噪聲(AWGN)信 道下，802. lln標準定義的碼長1944、碼率1/2的LDPC碼，在不采用迭代中止 方法、采用基于信息結(jié)點可靠度值的中止方法(VNR)以及采用本實施例方法(CNR) 時的性能比較。信息更新均基于置信傳播方法，最大迭代次數(shù)均設(shè)為50次。VNR 中止方法中的門限值VNR(#設(shè)為4. 0*1944=7776。CNR中止方法中的/1取為0. 01 ，
P設(shè)為3。圖中的實心點實線表示誤比特率(BER)，實心點虛線表示誤幀率(FER)， 空心點虛線表示平均迭代次數(shù)。本實施例提出的CNR提前中止方法對譯碼性能 (BER和FER)幾乎沒有影響。同時，與不采用迭代中止方法時相比，平均迭代 次數(shù)在低信噪比時(-l. 0dB到0. 0dB區(qū)間)能夠降低80%以上，在信噪比為0. 6dB 時能夠降低45%左右，在高信噪比時基本一致。CNR方法的平均迭代次數(shù)與現(xiàn)有 迭代中止VNR方法接近。
如圖5所示，是BPSK調(diào)制的瑞利(Rayleigh)信道下，上述同一LDPC碼在 不采用迭代中止方法、采用基于信息結(jié)點可靠度值的中止方法(VNR)以及采用 本實施例方法(CNR)時的性能比較。信息更新同樣均基于置信傳播方法，最大 迭代次數(shù)均設(shè)為50次，提前中止方法的參數(shù)與上圖相同。本實施例提出的CNR 提前中止方法對譯碼性能(BER和FER)幾f-沒有影響。同時，與不采用迭代中 止方法時相比，平均迭代次數(shù)在低信噪比時(1. 0dB到2. 0dB區(qū)間)能夠降低70% 以上，在信噪比為2.6dB時能夠降低25y。左右，在高信噪比時基本一致。而現(xiàn)有 的基于信息結(jié)點可靠度值的VNR中止方法所需的平均迭代次數(shù)比CNR中止方法要 多，信噪比為2. 4dB時甜者的平均迭代次數(shù)是后者的1. 6倍。山此可見，CNR中
止方法對信道條件具有一定的魯棒性。
從計算復(fù)雜度角度來看，本實施例的CNR提前中止方法需要M+2次實數(shù)運算， 而現(xiàn)有的VNR中止方法則需要N-l次實數(shù)運算。由于LDPC碼的校驗結(jié)點的個數(shù) M —定小于信息結(jié)點的個數(shù)N， CNR中止方法所需的計算復(fù)雜度比VNR方法低， 特別是在高碼率LDPC碼的情況下。例如CNR中止方法作用于一個7/8碼率的LDPC 碼所需的運算量大約是VNR中止方法的1/8。
權(quán)利要求
1、一種低密度校驗碼迭代譯碼的提前中止方法，其特征在于，包括如下步驟步驟一，設(shè)置譯碼過程的最大迭代次數(shù)以及可靠度值相對變化的門限值、中止計數(shù)器值的門限值；步驟二，每次迭代過程中，使用置信傳播方法更新校驗結(jié)點傳遞給信息結(jié)點軟信息值、信息結(jié)點的后驗概率似然比值、信息結(jié)點傳遞給校驗結(jié)點的軟信息值以及硬判決結(jié)果；步驟三，在置信傳播方法每次迭代過程結(jié)束后，判斷當前硬判決結(jié)果是否滿足校驗方程，如果不滿足，則根據(jù)本次迭代過程中所有校驗結(jié)點傳遞給信息結(jié)點的軟信息值計算校驗結(jié)點的可靠度值；如果滿足，則譯碼過程成功并提前中止，輸出此時的硬判決結(jié)果；步驟四，如果步驟三得到的可靠度值和上次迭代過程可靠度值的相對誤差小于步驟一設(shè)定的門限值，則中止計數(shù)器值加1，否則中止計數(shù)器值歸零；步驟五，如果中止計數(shù)器值大于步驟一設(shè)定的門限值，則中止迭代過程，將當前硬判決結(jié)果作為譯碼器譯碼結(jié)果輸出，否則進入下一次迭代過程，迭代次數(shù)計數(shù)器加1，并回到步驟二，如果迭代次數(shù)計數(shù)器值大于步驟一設(shè)定的最大迭代次數(shù)，則進入步驟六；步驟六，如果迭代次數(shù)計數(shù)器值大于最大迭代次數(shù)，譯碼過程結(jié)束，將上一次迭代的硬判決結(jié)果輸出。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低密度校驗碼迭代譯碼的提前中止方法，其特征 是，所述判斷當前硬判決結(jié)果是否滿足校驗方程，具體為計算伴隨式 X二〃.HD、其中//為LDPC碼的校驗矩陣，HD為硬判決結(jié)果，如果伴隨式 ^等于零向量，則說明硬判決結(jié)果滿足所有的校驗方程，譯碼過程成功并提前中 止，輸出此時的硬判決結(jié)果HD;否則表明硬判決結(jié)果不滿足所有的檢驗方程。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低密度校驗碼迭代譯碼的提前中止方法，其特征是，所述更新校驗結(jié)點傳遞給信息結(jié)點軟信息值，具體如下對每個校驗結(jié)點Aj∈[1, M]首先，根據(jù)<formula>see original document page 3</formula>獲得校驗結(jié)點處的總信然后，對于任意一個與校驗結(jié)點。相鄰的信息結(jié)點v,，更新校驗結(jié)點傳遞給 信息結(jié)點的軟信息值Qji，<formula>see original document page 3</formula>其中，Pij為信息結(jié)點傳遞給校驗結(jié)點的軟信息值，N(j)表示與第j個校驗結(jié)點相鄰的所有信息結(jié)點組成的集合，<formula>see original document page 3</formula>， <formula>see original document page 3</formula>。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的低密度校驗碼迭代譯碼的提前中止方法，其特征 是，所述更新信息結(jié)點的概率似然比值及信息結(jié)點傳遞給校驗結(jié)點軟信息值，具 體為對每個信息結(jié)點<formula>see original document page 3</formula>首先，計算后驗概率似然比值Λ=<formula>see original document page 3</formula>然后，對于任意一個與信息結(jié)點vi相鄰的校驗結(jié)點Cj，更新傳遞給校驗結(jié)點 的軟信息值Pij ，對<formula>see original document page 3</formula>;對于硬判決結(jié)果HD，將其更新為HDi=sgn(Λ1);其中,λ1為第/個信息結(jié)點的信道輸入信息，Qij為校驗結(jié)點傳遞給信息結(jié)點 的軟信息值，N(i)表示與第/個信息結(jié)點相鄰的所有校驗結(jié)點組成的集合。
5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的低密度校驗碼迭代譯碼的提前中止方法，其特征是，所述計算校驗結(jié)點的可靠度值，具體為可靠度值<formula>see original document page 3</formula>,其中，Qj為第j個校驗結(jié)點的總信息值，M表示校驗結(jié)點的總數(shù)。
6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的低密度校驗碼迭代譯碼的提前中止方法，其特征 是，所述判斷可靠度值和上次迭代過程可靠度值的相對誤差是否小于設(shè)定的門限 值，具體為判斷<formula>see original document page 3</formula>是否成立，其中，義為可靠度值相對變化的門限值，CNR表示可靠度值，CNRlast表示上一次迭代中的可靠度值。
全文摘要
一種信道編碼技術(shù)領(lǐng)域的低密度校驗碼迭代譯碼的提前中止方法，本發(fā)明中，在置信傳播方法每次迭代過程結(jié)束后，如果當前硬判決結(jié)果不滿足校驗方程，則計算校驗結(jié)點可靠度值，如果該可靠度值和上次迭代過程可靠度值的相對誤差小于某個門限值，則中止計數(shù)器計數(shù)值加1，否則中止計數(shù)器值歸零，如果中止計數(shù)器值大于某個門限值，則中止迭代過程，將當前硬判決結(jié)果作為譯碼器譯碼結(jié)果輸出，否則進入下一次迭代過程。本發(fā)明采用校驗結(jié)點可靠度值來判定當前收斂類型，計算復(fù)雜度較低；與現(xiàn)有的迭代譯碼提前中止方法相比性能相當或者更好；沒有使用與信道特性相關(guān)的參數(shù)，因而具有一定的信道魯棒性。
文檔編號H04L1/00GK101345602SQ20081004192
公開日2009年1月14日 申請日期2008年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月21日
發(fā)明者暉 俞, 穎 華, 徐友云, 曉 潘, 陳徐薇 申請人:上海交通大學