低密度校驗(yàn)碼的多門(mén)限比特翻轉(zhuǎn)譯碼方法
【專利摘要】本發(fā)明為低密度校驗(yàn)碼的多門(mén)限的比特翻轉(zhuǎn)譯碼方法，步驟為：Ⅰ,若kα≤|rn|<(k+1)α，比特zn對(duì)應(yīng)門(mén)限為若對(duì)應(yīng)門(mén)限為T(mén)n＝γ；其α為預(yù)設(shè)，γ為校驗(yàn)矩陣H的列重；Ⅱ,計(jì)算校正子當(dāng)校正子均為0，停止譯碼并顯示譯碼成功，當(dāng)前硬判決序列z作為譯碼輸出；否則進(jìn)下步；Ⅲ,對(duì)每個(gè)碼元比特zn，計(jì)算其參與的不滿足校驗(yàn)方程數(shù)當(dāng)fn≤Tn，zn不變；反之翻轉(zhuǎn)zn，得新的硬判決序列z，第奇數(shù)次翻轉(zhuǎn)Tn＝Tn-1；第偶數(shù)次翻轉(zhuǎn)，Tn＝Tn+1；Ⅳ,重復(fù)第Ⅱ、Ⅲ步直至譯碼成功，或達(dá)到最大迭代次數(shù)并顯示譯碼失敗，當(dāng)前硬判決序列z作為譯碼輸出，完成譯碼。本法譯碼性能良好，復(fù)雜度低，收斂速度快，譯碼快速，適于實(shí)時(shí)性要求較高的通信系統(tǒng)。
【專利說(shuō)明】低密度校驗(yàn)碼的多門(mén)限比特翻轉(zhuǎn)譯碼方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通信行業(yè)的信道編碼【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種低密度校驗(yàn)碼(LowDensity Parity Check, LDPC)的多門(mén)限比特翻轉(zhuǎn)(Bit Flipping, BF)譯碼方法。
【背景技術(shù)】
[0002]通信系統(tǒng)的目的是將信息高效、可靠地從信源傳送到信宿。而信號(hào)在信道中傳輸時(shí)會(huì)受到各種隨機(jī)噪聲的干擾，使得傳送的信息碼元產(chǎn)生誤碼，通信的可靠性降低。因此數(shù)字通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，就是在信道的隨機(jī)噪聲干擾的情況下，如何在不降低信息傳輸效率的同時(shí)減小信息傳輸?shù)牟铄e(cuò)，即有效而又可靠地傳輸信息。信道編碼技術(shù)是一種提高通信系統(tǒng)可靠性的十分有效的方法，其本質(zhì)就是在原始的信息碼元中增加一定的冗余，以抵抗信道中的噪聲對(duì)信息的影響，提高通信系統(tǒng)的抗干擾能力。
[0003]低密度校驗(yàn)碼(Low Density Parity Check, LDPC)是一類能接近Shannon容量限并且具有實(shí)用譯碼方法的信道編碼方案。LDPC碼最早由Gallager (加拉格)在1962年提出。因LDPC編碼技術(shù)能夠利用低復(fù)雜度迭代譯碼方法達(dá)到接近Shannon容量限的糾錯(cuò)性能，對(duì)LDPC碼的構(gòu)造、編碼、譯碼以及性能分析和實(shí)際應(yīng)用等多方面的研究成為信道編碼【技術(shù)領(lǐng)域】的研究重點(diǎn)。
[0004]Gallager在提出LDPC碼的同時(shí)，給出了兩種迭代譯碼方法:硬判決比特翻轉(zhuǎn)(BitFlipping, BF)算法和軟判決算法。兩類譯碼算法相比，雖然軟判決算法性能較好，但實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度太高；而硬判決BF算法操作極其簡(jiǎn)單，易于硬件實(shí)現(xiàn)，但是性能較差。因此，在LDPC碼的硬判決譯碼算法方面，為了改善硬判決BF譯碼的性能，Y.Kou等2001年在《IEEETransactions on Information Theory))發(fā)表的文章“基于有限幾何LDPC碼的新發(fā)現(xiàn)和新結(jié)果，，(Low-density parity-check codes based on finite geometries:a rediscoveryandnew results)中提出了一種基于軟信息的加權(quán)比特翻轉(zhuǎn)(WeightedBit Flipping, WBF)算法，在每輪迭代中，對(duì)每個(gè)變量節(jié)點(diǎn)計(jì)算其可靠性，將可靠性最小的變量節(jié)點(diǎn)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，WBF算法在性能上優(yōu)于BF譯碼算法，但引入了可靠性的計(jì)算，導(dǎo)致譯碼復(fù)雜度增加。由于WBF算法在計(jì)算變量節(jié)點(diǎn)的可靠性時(shí)僅考慮了校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的信息，2004年J.Zhang等在《IEEE Communications Letters))發(fā)表的“LDPC碼的改進(jìn)加權(quán)比特翻轉(zhuǎn)譯碼”(A modifiedweighted bit-flipping decoding of low-density parity-check codes)提出了改進(jìn)的力口權(quán)比特反轉(zhuǎn)(Modified Weighted Bit Flipping, MWBF)算法,在計(jì)算變量節(jié)點(diǎn)可靠性時(shí)加入了變量節(jié)點(diǎn)的信息，提高了譯碼性能。2010年T.Wadayama等在《IEEE Transactions onCommunications))上發(fā)表的“LDPC碼的梯度下降比特翻轉(zhuǎn)譯碼算法”(Gradient DescentBit Flipping Algorithms for Decoding LDPC Codes)文章中提出了梯度下降比特翻轉(zhuǎn)算法(Gradient Descent Bit Flipping,⑶BF),該算法具有很好的糾錯(cuò)性能,被認(rèn)為是性能最好的比特翻轉(zhuǎn)算法之一。
[0005]這些改進(jìn)的BF算法雖然獲得了更好的譯碼性能，使通信可靠性得到了一定的提高，但在迭代過(guò)程中均涉及大量的實(shí)數(shù)加法或乘法運(yùn)算，與邏輯運(yùn)算相比，實(shí)數(shù)運(yùn)算非常復(fù)雜且非常耗時(shí)，硬件的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度相對(duì)較高。而對(duì)于實(shí)時(shí)性要求較高的通信系統(tǒng)，需要在保證一定糾錯(cuò)性能的基礎(chǔ)上，盡可能降低實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度加快譯碼速度。由此，2012年，劉原華等在《北京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)》上發(fā)表的“結(jié)構(gòu)化LDPC碼的改進(jìn)比特翻轉(zhuǎn)譯碼算法”文章中提出了一種具有兩個(gè)譯碼門(mén)限的比特翻轉(zhuǎn)譯碼算法，該算法收譯碼復(fù)雜度與標(biāo)準(zhǔn)的BF算法近似，且具有優(yōu)于WBF算法的譯碼性能，但譯碼性能有待于進(jìn)一步的提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是:提高LDPC碼的譯碼速度，在低復(fù)雜度的基礎(chǔ)上獲得良好的譯碼性能，使LDPC碼在保證一定糾錯(cuò)性能的基礎(chǔ)上適于高速通信系統(tǒng)，設(shè)計(jì)一種低密度校驗(yàn)碼的多門(mén)限比特翻轉(zhuǎn)譯碼方法，該方法僅在譯碼初始化時(shí)需要實(shí)數(shù)運(yùn)算，而在迭代過(guò)程中只進(jìn)行邏輯運(yùn)算，因此譯碼復(fù)雜度非常低，近似于標(biāo)準(zhǔn)的BF算法，可以實(shí)現(xiàn)快速譯碼。
[0007]本發(fā)明提出的低密度校驗(yàn)碼的多門(mén)限比特翻轉(zhuǎn)譯碼方法，所述低密度校驗(yàn)碼為碼長(zhǎng)為N、信息位長(zhǎng)為K的二進(jìn)制(Y，P )規(guī)則低密度校驗(yàn)碼，其校驗(yàn)矩陣H為MXN的稀疏矩陣H = [hmn]，(O≤m≤M-1, O≤η≤Ν_1) ；Η的每列有Y個(gè)“ I ”，每行有P個(gè)“ I ”。
[0008]設(shè)二進(jìn)制碼字c = [c0, C1,…，cN_J經(jīng)過(guò)二進(jìn)制相移鍵控(BPSK)調(diào)制后得到序列x=[XtllX1, "'Xn-J,其中任一項(xiàng)Xn = l-2cn,0 ≤ η ≤ N-1,序列X進(jìn)入均值為零,方差為σ2=Ν0/2的加性高斯白噪聲信道(AWGN)后得到信道輸出序列r = [r0, r1；…，rN_J，其中rn=xn+vn, (O≤η≤Ν-1)，νη為加性高斯白噪聲，N0為噪聲功率譜密度。根據(jù)接收序列r進(jìn)行判決得到二進(jìn)制硬判決序列Z = [Zci, Z1,…，zN_J:
[0009]
【權(quán)利要求】
1.低密度校驗(yàn)碼的多門(mén)限的比特翻轉(zhuǎn)譯碼方法，所述低密度校驗(yàn)碼為碼長(zhǎng)為N、信息位長(zhǎng)為K的二進(jìn)制(Y，P )規(guī)則低密度校驗(yàn)碼，其校驗(yàn)矩陣H為MXN的稀疏矩陣H = [hmn]，O≤m≤M-1，0≤η≤N-1 ;Η的每列有Y個(gè)“1”，每行有P個(gè)“I”；設(shè)二進(jìn)制碼字c =[C。, C1,…，CN_J經(jīng)過(guò)二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制后得到序列X = [Xci, X1,…，Xn-J，其中任一項(xiàng)Xn=l-2cn,0≤η≤N-1，序列X進(jìn)入均值為零，方差為σ 2 = Ν0/2的加性高斯白噪聲信道后得到信道輸出序列r = [r0, r1；…，Iv1],其中rn = xn+vn, vn為加性高斯白噪聲，N0為噪聲功率譜密度；根據(jù)接收序列r進(jìn)行判決得到二進(jìn)制硬判決序列z = [z0, Z1,…，zN_J，其中的任一項(xiàng)Zn為，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低密度校驗(yàn)碼的多門(mén)限的比特翻轉(zhuǎn)譯碼方法，其特征在于: 所述低密度校驗(yàn)碼為歐氏幾何準(zhǔn)循環(huán)低密度校驗(yàn)碼(1023，781)，其校驗(yàn)矩陣H的列重為 Y = 32， 所述步驟I中α = 0.1 ； 所述步驟IV中最大迭代次數(shù)為10或20。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低密度校驗(yàn)碼的多門(mén)限的比特翻轉(zhuǎn)譯碼方法，其特征在于: 所述低密度校驗(yàn)碼為歐氏幾何準(zhǔn)循環(huán)低密度校驗(yàn)碼(4095，3367)，其校驗(yàn)矩陣H的列重為Y = 64,所述步驟I中α = 0.05 ； 所述步驟IV中最大迭代次數(shù)為5或10。
【文檔編號(hào)】H03M13/11GK103997348SQ201410240162
【公開(kāi)日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】劉原華, 牛新亮, 張美玲 申請(qǐng)人:西安郵電大學(xué)