專利名稱：自適應(yīng)的歸一化最小和ldpc譯碼方法及譯碼器的制作方法
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，特別涉及一種自適應(yīng)的歸一化最小和LDPC 譯碼方法及譯碼器。
背景技術(shù)：
數(shù)字通信系統(tǒng)，包括典型的無線移動通信系統(tǒng)和地面數(shù)字廣播系統(tǒng)，其根本任務(wù)之一是實(shí)現(xiàn)數(shù)字信息的高效可靠傳輸。利用信道編碼進(jìn)行差錯(cuò)控制是實(shí)現(xiàn)這一根本任務(wù)的有效方法和手段。LDPC 碼(Low Density Parity Check Code，低密度奇偶校驗(yàn)碼)，是由 Robert G. Gallager于1962年提出的一類基于稀疏校驗(yàn)矩陣的特殊線性分組碼。它通常由校驗(yàn)矩陣H進(jìn)行描述，校驗(yàn)矩陣H的化零空間即LDPC碼的碼字空間，其主要特點(diǎn)是校驗(yàn)矩陣具有稀疏性。LDPC碼不僅有逼近香農(nóng)限的良好性能，而且譯碼算法簡單，譯碼復(fù)雜度較低，譯碼器結(jié)構(gòu)靈活，是近年來信道編碼領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于深空通信、光纖通信、 地面及衛(wèi)星數(shù)字多媒體廣播等領(lǐng)域。LDPC碼已成為第四代無線移動通信系統(tǒng)和新一代數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)信道編碼方案的強(qiáng)有力競爭者，而基于LDPC碼的信道編碼方案已經(jīng)被多個(gè)通信與廣播標(biāo)準(zhǔn)所采納，如IEEE802. 16e、IEEE802. 3an、DVB-T2、DVB-S2以及中國數(shù)字電視地面廣播傳輸標(biāo)準(zhǔn)(DTMB)等。LDPC (N, K)碼具有(N_K) XN維的H矩陣，其中，N為碼字長度(簡稱碼長)，K為信息位長度，(N-K) 一般稱作校驗(yàn)位長度，對應(yīng)碼率為K/N。圖1表示采用LDPC碼的解調(diào)譯碼系統(tǒng)，通常采用軟入軟出的星座解映射(即解調(diào)，后文簡稱解映射)和軟入軟出的LDPC譯碼技術(shù)，因此比特以軟信息表示，通常以對數(shù)似然比(Logarithm Likelihood Ratio,LLR)度量。如圖1所示，包含信道狀態(tài)信息的接收符號，經(jīng)解映射得到對應(yīng)的待譯碼比特軟信息，再經(jīng)LDPC譯碼得到輸出信息比特，完成解調(diào)譯碼。與其它信道編碼技術(shù)相比，LDPC碼具有性能優(yōu)異并適合硬件實(shí)現(xiàn)的軟判決譯碼算法。LDPC的迭代譯碼算法可以看成是內(nèi)碼重復(fù)碼和外碼奇偶校驗(yàn)碼(簡稱校驗(yàn)碼)二者之間的迭代譯碼過程，即重復(fù)碼譯碼運(yùn)算輸出的外信息是校驗(yàn)碼譯碼運(yùn)算的先驗(yàn)信息，校驗(yàn)碼譯碼運(yùn)算輸出的外信息則是重復(fù)碼譯碼運(yùn)算的先驗(yàn)信息。其中，這里所述的信息為香農(nóng)互信息，它的定義如下I(XJ) = \\f(x,y)\og J^y)dxdyGallager在提出LDPC碼的同時(shí)也提供了用于譯碼的置信度傳播(Belief Propagation, BP)迭代譯碼算法，又稱為和積算法(sum-product algorithm，SPA)。但是， 這種算法的復(fù)雜度很高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了當(dāng)時(shí)電子處理器的計(jì)算能力，這也是LDPC碼沒有在當(dāng)時(shí)得到廣泛關(guān)注的原因之一。近十余年來，LDPC譯碼算法得到了很大進(jìn)步，前人在最初的和積算法基礎(chǔ)之上提出了很多有效的譯碼算法，其中最小和算法(min-sum algorithm)和歸一化最小和算法(normalized min-sum algorithm)以簡單的適合硬件實(shí)現(xiàn)的運(yùn)算來近似和積算法水平運(yùn)算中的復(fù)雜非線性函數(shù)，從而在譯碼性能和計(jì)算復(fù)雜度之間取得更好的折中。上述水平運(yùn)算步驟的近似是LDPC譯碼簡化算法的關(guān)鍵，很大程度上決定了譯碼算法的收斂速度、糾錯(cuò)性能和計(jì)算復(fù)雜度。在給定譯碼器結(jié)構(gòu)的條件下，計(jì)算復(fù)雜度與硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度直接對應(yīng)。最小和算法利用了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)近似來簡化水平運(yùn)算，顯著地降低了和積算法的計(jì)算量，但也由此引入了不可忽略的性能損失。而歸一化最小和算法采用簡單的附加運(yùn)算，用一個(gè)系數(shù)α歸一化水平運(yùn)算中的比特軟信息度量，可有效補(bǔ)償最小和算法引入的比特軟信息度量的偏差。在傳統(tǒng)的基于歸一化最小和算法的LDPC譯碼器中，歸一化系數(shù)α的取值由事先測試或訓(xùn)練得到，并且在不同信道條件和譯碼過程的每一次迭代中均保持固定不變。理論分析指出，最優(yōu)歸一化系數(shù)α的取值隨著譯碼的進(jìn)行和譯碼條件的變化而變化。傳統(tǒng)的采用固定α的方法，與和積算法相比仍有一定性能損失，對LDPC迭代譯碼的性能影響不可忽視，例如，誤差會隨多次迭代而積累。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何在不增加LDPC譯碼復(fù)雜度的情況下，提高譯碼的性能。(二)技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種自適應(yīng)的歸一化最小和LDPC譯碼方法， 包括以下步驟Sl 接收比特軟信息；S2 對所述比特軟信息進(jìn)行最小和LDPC譯碼的垂直運(yùn)算；S3 對垂直運(yùn)算的結(jié)果進(jìn)行最小和LDPC譯碼的水平運(yùn)算，并同時(shí)對所述垂直運(yùn)算的結(jié)果進(jìn)行譯碼校驗(yàn)，若譯碼校驗(yàn)的結(jié)果符合所有校驗(yàn)，則執(zhí)行步驟S5，否則，獲得譯碼校驗(yàn)后的當(dāng)前校驗(yàn)失敗個(gè)數(shù)或比例P ；S4 根據(jù)當(dāng)前校驗(yàn)失敗個(gè)數(shù)或比例ρ在預(yù)設(shè)的(ρ，α )映射表中選擇對應(yīng)的歸一化系數(shù)α，并根據(jù)所述歸一化系數(shù)α校正水平運(yùn)算的結(jié)果，若當(dāng)前的校正次數(shù)已達(dá)到預(yù)設(shè)的校正次數(shù)，則執(zhí)行步驟S5，否則，返回步驟S2，所述(ρ，α)映射表為校驗(yàn)失敗個(gè)數(shù)或比例ρ 與歸一化系數(shù)α之間的對應(yīng)關(guān)系；S5 輸出譯碼校驗(yàn)的結(jié)果。優(yōu)選地，步驟Sl之前還包括步驟SO 根據(jù)訓(xùn)練得到所述預(yù)設(shè)的(ρ，α )映射表。優(yōu)選地，步驟SO具體包括以下步驟SOl 生成互信息為I的待譯碼軟信息L，對所述待譯碼軟信息進(jìn)行和積算法的水平運(yùn)算，設(shè)獲得的輸出為Lsp，同時(shí)對所述待譯碼軟信息進(jìn)行傳統(tǒng)最小和算法的水平運(yùn)算，設(shè)獲得的輸出為Lms，并通過最小二乘法擬合Lsp = α XLffls,以獲得一對(I，α )的映射關(guān)系；S02 調(diào)整I的取值，返回步驟S01，直至得到(I，α )在I的整個(gè)取值區(qū)間上的映射關(guān)系；
S03 對待譯碼軟信息L進(jìn)行LDPC譯碼，采用最小和算法，在每步迭代時(shí)記錄譯碼軟信息L'，計(jì)算L'與發(fā)送比特B之間的互信息I'，根據(jù)(I，α)的映射關(guān)系，由Γ查找 (I，α)映射關(guān)系得到當(dāng)前步驟迭代所需的歸一化系數(shù)α ‘，記錄當(dāng)前步驟譯碼的校驗(yàn)失敗個(gè)數(shù)或比例P'，以獲得一對(P'，α ‘)的映射關(guān)系；S04 調(diào)整待譯碼軟信息L的信噪比，重復(fù)步驟S03，得到若干對譯碼的校驗(yàn)失敗個(gè)數(shù)或比例，與歸一化系數(shù)之間的映射關(guān)系的集合，通過所述集合進(jìn)行曲線擬合，以獲得所述預(yù)設(shè)的(P，α)映射表。優(yōu)選地，所述I的整個(gè)取值區(qū)間為0 < I < 1。優(yōu)選地，所述譯碼校驗(yàn)包括比特判決和奇偶校驗(yàn)。本發(fā)明還公開了一種用于所述的自適應(yīng)的歸一化最小和LDPC譯碼方法的譯碼器，所述譯碼器包括依次連接的接收信息存儲器、垂直運(yùn)算單元、變量信息存儲器、水平運(yùn)算單元、以及校驗(yàn)信息存儲器，所述校驗(yàn)信息存儲器與所述垂直運(yùn)算單元連接，還包括相互連接譯碼判決校驗(yàn)單元和映射表存儲單元，所述譯碼判決校驗(yàn)單元與所述變量信息存儲器連接，所述映射表存儲單元與所述水平運(yùn)算單元連接，所述接收信息存儲器，用于接收并存儲所述比特軟信息；所述垂直運(yùn)算單元，用于讀取所述接收信息存儲器中的比特軟信息，并接收校正的結(jié)果，根據(jù)所述校正的結(jié)果對所述比特軟信息進(jìn)行最小和LDPC譯碼的垂直運(yùn)算；所述變量信息存儲器，用于存儲垂直運(yùn)算的結(jié)果；所述水平運(yùn)算單元，用于對經(jīng)過垂直運(yùn)算的結(jié)果進(jìn)行水平運(yùn)算，接收當(dāng)前校驗(yàn)失敗個(gè)數(shù)或比例，根據(jù)預(yù)設(shè)的(P，α)映射表選擇對應(yīng)的歸一化系數(shù)校正水平運(yùn)算的結(jié)果，若當(dāng)前校正次數(shù)未達(dá)到預(yù)設(shè)的校正次數(shù)，則輸出譯碼校驗(yàn)的結(jié)果，否則，將校正的結(jié)果發(fā)送至所述垂直運(yùn)算單元，所述(P，α)映射表為校驗(yàn)失敗個(gè)數(shù)或比例，與歸一化系數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系；所述譯碼判決校驗(yàn)單元，用于接收垂直運(yùn)算的結(jié)果，并對所述垂直運(yùn)算的結(jié)果進(jìn)行譯碼校驗(yàn)，若譯碼校驗(yàn)的結(jié)果符合所有校驗(yàn)，則輸出譯碼校驗(yàn)的結(jié)果，否則，獲得當(dāng)前校驗(yàn)失敗個(gè)數(shù)或比例，并將當(dāng)前校驗(yàn)失敗個(gè)數(shù)或比例發(fā)送至所述水平運(yùn)算單元，所述譯碼校驗(yàn)包括比特判決和奇偶校驗(yàn)；所述映射表存儲單元，用于存儲所述預(yù)設(shè)的(ρ，α)映射表。優(yōu)選地，所述譯碼器還包括控制單元，所述控制單元分別與所述接收信息存儲器、變量信息存儲器、以及校驗(yàn)信息存儲器連接，用于產(chǎn)生存儲器讀寫地址，并控制所述譯碼器中其他部分的工作時(shí)序。(三)有益效果本發(fā)明通過預(yù)設(shè)的(ρ，α)映射表選擇合適的歸一化系數(shù)進(jìn)行校正運(yùn)算，使得在不增加LDPC譯碼復(fù)雜度的情況下，提高譯碼的性能，防止了 LDPC迭代譯碼的誤差隨多次迭代(即校正運(yùn)算)而積累等問題。


圖1是傳統(tǒng)的LDPC碼的解調(diào)譯碼系統(tǒng)；圖2是按照本發(fā)明一種實(shí)施方式的自適應(yīng)的歸一化最小和LDPC譯碼方法的流程圖；圖3是按照本發(fā)明一種實(shí)施方式的譯碼器的結(jié)構(gòu)框圖；圖4是本發(fā)明的譯碼器中預(yù)設(shè)的(ρ，α )映射表；圖5是本發(fā)明的譯碼器和傳統(tǒng)LDPC歸一化最小和譯碼器的性能比較圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。參照圖2，本實(shí)施方式自適應(yīng)的歸一化最小和LDPC譯碼方法的流程圖，包括以下步驟Sl 接收比特軟信息yn，進(jìn)行運(yùn)算初始化Cn = yn 并且 Lmn = 0，其中，m = 0，l，M-l, η = 0,1,…，N_l，Lmn為當(dāng)前迭代時(shí)由校驗(yàn)結(jié)點(diǎn)m傳遞到變量結(jié)點(diǎn)η的比特對數(shù)似然比，M和N均為常數(shù)，Cn為寄存器；S2 對所述比特軟信息進(jìn)行最小和LDPC譯碼的垂直運(yùn)算，計(jì)算公式為
權(quán)利要求
1.一種自適應(yīng)的歸一化最小和LDPC譯碼方法，其特征在于，包括以下步驟51接收比特軟信息；52對所述比特軟信息進(jìn)行最小和LDPC譯碼的垂直運(yùn)算；53對垂直運(yùn)算的結(jié)果進(jìn)行最小和LDPC譯碼的水平運(yùn)算，并同時(shí)對所述垂直運(yùn)算的結(jié)果進(jìn)行譯碼校驗(yàn)，若譯碼校驗(yàn)的結(jié)果符合所有校驗(yàn)，則執(zhí)行步驟S5，否則，獲得譯碼校驗(yàn)后的當(dāng)前校驗(yàn)失敗個(gè)數(shù)或比例P ；S4:根據(jù)當(dāng)前校驗(yàn)失敗個(gè)數(shù)或比例ρ在預(yù)設(shè)的(ρ，α)映射表中選擇對應(yīng)的歸一化系數(shù)α，并根據(jù)所述歸一化系數(shù)α校正水平運(yùn)算的結(jié)果，若當(dāng)前的校正次數(shù)已達(dá)到預(yù)設(shè)的校正次數(shù)，則執(zhí)行步驟S5，否則，返回步驟S2，所述(ρ，α)映射表為校驗(yàn)失敗個(gè)數(shù)或比例ρ與歸一化系數(shù)α之間的對應(yīng)關(guān)系；S5 輸出譯碼校驗(yàn)的結(jié)果。
2.如權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)的歸一化最小和LDPC譯碼方法，其特征在于，步驟Sl之前還包括步驟SO 根據(jù)訓(xùn)練得到所述預(yù)設(shè)的(ρ，α)映射表。
3.如權(quán)利要求2所述的自適應(yīng)的歸一化最小和LDPC譯碼方法，其特征在于，步驟SO具體包括以下步驟501生成互信息為I的待譯碼軟信息L，對所述待譯碼軟信息進(jìn)行和積算法的水平運(yùn)算，設(shè)獲得的輸出為Lsp，同時(shí)對所述待譯碼軟信息進(jìn)行傳統(tǒng)最小和算法的水平運(yùn)算，設(shè)獲得的輸出為Lms，并通過最小二乘法擬合Lsp = α XLffls,以獲得一對(I，α )的映射關(guān)系；502調(diào)整I的取值，返回步驟S01，直至得到(I，α)在I的整個(gè)取值區(qū)間上的映射關(guān)系；503對待譯碼軟信息L進(jìn)行LDPC譯碼，采用最小和算法，在每步迭代時(shí)記錄譯碼軟信息L'，計(jì)算L'與發(fā)送比特B之間的互信息I'，根據(jù)(I，α)的映射關(guān)系，由I'查找(I， α)映射關(guān)系得到當(dāng)前步驟迭代所需的歸一化系數(shù)α ‘，記錄當(dāng)前步驟譯碼的校驗(yàn)失敗個(gè)數(shù)或比例P'，以獲得一對(P'，α ‘)的映射關(guān)系；504調(diào)整待譯碼軟信息L的信噪比，重復(fù)步驟S03，得到若干對譯碼的校驗(yàn)失敗個(gè)數(shù)或比例，與歸一化系數(shù)之間的映射關(guān)系的集合，通過所述集合進(jìn)行曲線擬合，以獲得所述預(yù)設(shè)的(P，α )映射表。
4.如權(quán)利要求3所述的自適應(yīng)的歸一化最小和LDPC譯碼方法，其特征在于，所述I的整個(gè)取值區(qū)間為0彡I ( 1。
5.如權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的自適應(yīng)的歸一化最小和LDPC譯碼方法，其特征在于，所述譯碼校驗(yàn)包括比特判決和奇偶校驗(yàn)。
6.一種用于權(quán)利要求1 5任一項(xiàng)所述的自適應(yīng)的歸一化最小和LDPC譯碼方法的譯碼器，其特征在于，所述譯碼器包括依次連接的接收信息存儲器、垂直運(yùn)算單元、變量信息存儲器、水平運(yùn)算單元、以及校驗(yàn)信息存儲器，所述校驗(yàn)信息存儲器與所述垂直運(yùn)算單元連接，還包括相互連接譯碼判決校驗(yàn)單元和映射表存儲單元，所述譯碼判決校驗(yàn)單元與所述變量信息存儲器連接，所述映射表存儲單元與所述水平運(yùn)算單元連接，所述接收信息存儲器，用于接收并存儲所述比特軟信息；所述垂直運(yùn)算單元，用于讀取所述接收信息存儲器中的比特軟信息，并接收校正的結(jié)果，根據(jù)所述校正的結(jié)果對所述比特軟信息進(jìn)行最小和LDPC譯碼的垂直運(yùn)算；所述變量信息存儲器，用于存儲垂直運(yùn)算的結(jié)果；所述水平運(yùn)算單元，用于對經(jīng)過垂直運(yùn)算的結(jié)果進(jìn)行水平運(yùn)算，接收當(dāng)前校驗(yàn)失敗個(gè)數(shù)或比例，根據(jù)預(yù)設(shè)的(P，α)映射表選擇對應(yīng)的歸一化系數(shù)校正水平運(yùn)算的結(jié)果，若當(dāng)前校正次數(shù)未達(dá)到預(yù)設(shè)的校正次數(shù)，則輸出譯碼校驗(yàn)的結(jié)果，否則，將校正的結(jié)果發(fā)送至所述垂直運(yùn)算單元，所述(P，α)映射表為校驗(yàn)失敗個(gè)數(shù)或比例，與歸一化系數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系；所述譯碼判決校驗(yàn)單元，用于接收垂直運(yùn)算的結(jié)果，并對所述垂直運(yùn)算的結(jié)果進(jìn)行譯碼校驗(yàn)，若譯碼校驗(yàn)的結(jié)果符合所有校驗(yàn)，則輸出譯碼校驗(yàn)的結(jié)果，否則，獲得當(dāng)前校驗(yàn)失敗個(gè)數(shù)或比例，并將當(dāng)前校驗(yàn)失敗個(gè)數(shù)或比例發(fā)送至所述水平運(yùn)算單元，所述譯碼校驗(yàn)包括比特判決和奇偶校驗(yàn)；所述映射表存儲單元，用于存儲所述預(yù)設(shè)的(P，α)映射表。
7.如權(quán)利要求6所述的譯碼器，其特征在于，所述譯碼器還包括控制單元，所述控制單元分別與所述接收信息存儲器、變量信息存儲器、以及校驗(yàn)信息存儲器連接，用于產(chǎn)生存儲器讀寫地址，并控制所述譯碼器中其他部分的工作時(shí)序。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種自適應(yīng)的歸一化最小和LDPC譯碼方法及譯碼器，涉及數(shù)字信息傳輸技術(shù)領(lǐng)域，該方法包括S1接收比特軟信息；S2對比特軟信息進(jìn)行垂直運(yùn)算；S3對垂直運(yùn)算的結(jié)果進(jìn)行水平運(yùn)算，并同時(shí)進(jìn)行譯碼校驗(yàn)，若譯碼校驗(yàn)的結(jié)果符合所有校驗(yàn)，則執(zhí)行步驟S5，否則，獲得譯碼校驗(yàn)后的當(dāng)前校驗(yàn)失敗個(gè)數(shù)或比例；S4在預(yù)設(shè)的(p，α)映射表中選擇對應(yīng)的歸一化系數(shù)進(jìn)行校正運(yùn)算，若當(dāng)前的校正次數(shù)已達(dá)到預(yù)設(shè)的校正次數(shù)，則執(zhí)行步驟S5，否則，返回步驟S2；S5輸出譯碼校驗(yàn)的結(jié)果。本發(fā)明在預(yù)設(shè)的(p，α)映射表中選擇合適的歸一化系數(shù)進(jìn)行校正運(yùn)算，使得在不增加譯碼復(fù)雜度的情況下，提高譯碼的性能，防止了迭代譯碼的誤差隨多次迭代而積累等問題。
文檔編號H03M13/11GK102412843SQ201110214450
公開日2012年4月11日 申請日期2011年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月28日
發(fā)明者宋健, 彭克武, 楊知行, 潘長勇, 范力文 申請人:清華大學(xué)