一種基于振蕩變量節(jié)點的ldpc碼動態(tài)調度譯碼方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于振蕩變量節(jié)點的LDPC碼動態(tài)調度譯碼方法，采用了設置三重判定條件的動態(tài)選擇策略確定出可靠性最低的變量節(jié)點進行更新。本發(fā)明可以對變量節(jié)點的可靠度進行更加合理準確的判斷，優(yōu)化動態(tài)調度譯碼算法的消息更新順序，有效地克服Tanner圖中陷阱集的影響；同時從變量節(jié)點的角度定義和處理了振蕩，降低了錯誤信息帶來的影響，提升了算法的譯碼性能。
【專利說明】-種基于振蕩變量節(jié)點的LDPC碼動態(tài)調度譯碼方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于通信【技術領域】，涉及一種基于振蕩變量節(jié)點的LDPC碼動態(tài)調度譯 石馬方法(Oscillatory-Variable-Node-BasedBinaryLDPCCodeDynamicDecoding Algorithm，簡稱OVBRBP方法）。

【背景技術】
[0002] 19世紀60年代，Gallager首次提出LDPC碼，自1996年LDPC碼優(yōu)異的糾錯性能 被MacKay和Neal重新發(fā)現以來，已經被證明在碼長足夠長的情況下采用置信傳播（BP)譯 碼算法進行譯碼時具有接近香農極限的性能。與其它糾錯碼相比，LDPC碼具有眾多的優(yōu)勢： 誤碼平底可以達到更低的水平，可在并行的情況下進行迭代譯碼，完善的優(yōu)化設計方法，低 時延、低復雜度的譯碼算法以及較強的抗突發(fā)錯誤能力。因此，LDPC碼有極高的應用前景， 目前LDPC碼已經被WiMAX、UWB、衛(wèi)星數字視頻、10GBase-T等列為標準編碼方式，在未來 LDPC碼還將廣泛應用于衛(wèi)星通信、海洋探測、光傳輸、量子保密通信、全息存儲等方面。
[0003] 在LDPC碼的譯碼算法方面，從調度策略來看，目前有三種不同的調度策略：并行 的消息更新調度策略，串行的消息更新調度策略和動態(tài)的消息更新調度策略。其中，動態(tài)調 度策略首先由Casado提出，這種策略按照殘差的大小動態(tài)的選擇要更新的消息，沒有固定 的順序，集中計算資源優(yōu)先更新那些最不穩(wěn)定的節(jié)點消息，是三種策略中收斂速度最快，糾 錯性能最好的，非常適合應用于需要快速譯碼的場合。在LDPC碼的動態(tài)調度譯碼算法研究 過程中，有早期Casado提出的RBP和NWRBP兩種算法。后來Kim等人提出了一種基于變 量節(jié)點到校驗節(jié)點的VCRBP譯碼算法，該方法使用變量節(jié)點到校驗節(jié)點的殘差作為選擇策 略，以降低貪婪性的影響。接著，Liu等人先后提出了一種基于消息相對殘余度的EDS-LBP 譯碼算法和基于變量節(jié)點到校驗節(jié)點消息殘差的智能動態(tài)IVCRBP譯碼算法，這兩種算法 在糾錯性能和收斂速度方面都得到了提升。目前，LDPC碼的研究者對動態(tài)調度譯碼算法仍 然進行著深入的研究。
[0004] 動態(tài)調度譯碼算法一個最大的特點就是在一次迭代過程中一些節(jié)點消息被更新 了多次而另一些節(jié)點消息則一次也沒有被更新，這也成為了動態(tài)調度譯碼算法的很大的一 個缺點，過多或過少的更新都會影響算法的糾錯性能和收斂速度，Lee等人針對這兩個問題 已經做了初步的改進。
[0005] 盡管性能優(yōu)異，動態(tài)調度算法也存在著諸多不足之處。首先，單純依靠殘差的動態(tài) 選擇策略，存在著局限性和不準確性，很難對不可靠的信息進行精確的定位。再次，由于環(huán) 境噪聲和Tanner圖中環(huán)的影響，消息更新前后會出現符號的變化而產生振蕩的問題，這些 振蕩信息會在Tanner圖內傳播，影響算法的收斂速度和糾錯性能。但目前所提出的動態(tài)調 度算法都沒有考慮振蕩的影響，而變量節(jié)點振蕩帶來的錯誤信息會影響算法的糾錯性能和 收斂速度。
[0006] 在LDPC碼的Tanner圖中，陷講集（trappingsets)是一類具有特殊結構的環(huán)，在 譯碼過程中陷阱集對算法造成的影響比普通環(huán)造成的影響更惡劣，對LDPC碼的誤碼平底 有著重大影響。在Tanner圖中，少量變量節(jié)點只與度為1或者2的校驗節(jié)點相連形成的子 圖是最難處理的陷阱集，如圖1所示，因為校驗節(jié)點傳遞給變量節(jié)點的信息取決于與其相 連的其他變量節(jié)點，如果該變量節(jié)點出錯，傳遞的信息也會出錯很難進行糾錯，影響譯碼異 能。另外，在Tanner圖中，當一個變量節(jié)點處于兩個或者兩個以上的環(huán)中，當正確的信息和 錯誤的信息在不同的時間到達該變量節(jié)點，就會導致該變量節(jié)點在更新前后的LLR值符號 出現反轉即發(fā)生振蕩，如圖3所示，其中本圖示中變量節(jié)點用vn表示，校驗節(jié)點用cj表示。 若發(fā)生振蕩就意味著該變量節(jié)點包含有錯誤信息，該錯誤信息又會在環(huán)中傳播，影響算法 的譯碼性能。
[0007] 在2002年，Lechner研究了LLRBP算法中變量節(jié)點消息對數似然比的變化情況， 最后給出了三種錯誤模式。第一，收斂到一個錯誤碼字，這種情況通常和一個碼字的最小距 離有關，由于最小距離是一個碼字的特性，因此這種錯誤不可能通過改善譯碼算法得到改 善。第二，LLR值收斂到一個局部最大值，如果Tanner圖中存在環(huán)，貝U處于環(huán)中的變量節(jié)點 的LLR值會隨著循環(huán)而不斷增大，但這種模式下，變量節(jié)點的LLR值不會因為環(huán)的存在而趨 近于無窮大。第三種錯誤模式就是LLR值隨著迭代次數發(fā)生振蕩而不收斂。
[0008] 為了對變量節(jié)點的振蕩有一個直觀的描述，本發(fā)明跟蹤了算法中一個振蕩的變量 節(jié)點的LLR值隨迭代次數變化的情況，如圖4所示。
[0009] 從圖4中可以看出，該變量節(jié)點在50次的迭代過程中一直處于振蕩狀態(tài)，沒有收 斂，而且振蕩現象不會隨著迭代次數（計算資源）的增加而減弱。
[0010] 變量節(jié)點的振蕩對于采用動態(tài)調度策略的譯碼算法來說，影響尤為嚴重，因為動 態(tài)調度譯碼算法是集中計算資源優(yōu)先更新最不可靠的消息，振蕩的變量節(jié)點可靠度低，消 息更新前后符號會出現翻轉，殘差相對較大會很容易被選做優(yōu)先更新的對象，而且這些振 蕩的變量節(jié)點包含著錯誤信息，所以如果不對這些振蕩的變量節(jié)點進行處理，單純靠增加 迭代次數（計算資源）很難糾正這類錯誤，造成此類振蕩的變量節(jié)點長期占用計算資源的 惡性結果。相反的，如果對這些變量節(jié)點采取一定的處理方法，可以通過動態(tài)的策略不斷改 正這些出錯的節(jié)點，從而釋放計算資源，加快收斂速度。


【發(fā)明內容】

[0011]針對現有動態(tài)調度譯碼算法的不足，本發(fā)明提供了一種基于振蕩變量節(jié)點的LDPC碼動態(tài)調度譯碼算法，它解決了以往很難對不可靠信息的精確定位問題。
[0012] 本發(fā)明采用的技術方案如下：
[0013] 一種基于振蕩變量節(jié)點的LDPC碼動態(tài)調度譯碼方法，采用了設置三重判定條件 的動態(tài)選擇策略確定出可靠性最低的變量節(jié)點進行更新；所述三重判定條件采用步驟如 下：
[0014] S11.判斷是否有振蕩的變量節(jié)點，若沒有，直接選擇殘差也即r(mk)= |f(mk)-mk| |最大的變量節(jié)點作為最不可靠的變量節(jié)點，其中：變量節(jié)點消息為mk，更新后 為f(mk);若有，執(zhí)行S12;
[0015] S12.計算振蕩的變量節(jié)點所不滿足的校驗方程的個數，若未達到最大值，在振蕩 變量節(jié)點中選擇殘差最大的變量節(jié)點作為最不可靠的變量節(jié)點；若達到，執(zhí)行S13 ;
[0016] S13.在這些不滿足校驗方程個數達到最大值的振蕩變量節(jié)點中選擇殘差最大的 變量節(jié)點作為最不可靠的變量節(jié)點。
[0017] 本發(fā)明設計的上述動態(tài)選擇策略，對于陷阱集中出現錯誤的變量節(jié)點的定位要比 其他算法準確的多，可以很快發(fā)現此類變量節(jié)點，并進行更新操作，更新后的變量節(jié)點又會 對相鄰變量節(jié)點造成影響，使其被選為下一次優(yōu)先更新的變量節(jié)點，通過這個過程不斷糾 正陷阱集中錯誤的變量節(jié)點，可以很好的克服陷阱集的影響，提高算法的糾錯性能。
[0018] 這里需要說明的是，三重判定條件中涉及的校驗方程為cHT = 0。在LDPC碼領域， 構造LDPC碼的校驗矩陣H與Tanner圖有對應關系，Tanner圖的頂點由H矩陣的變量節(jié)點 和校驗節(jié)點組成，變量節(jié)點和校驗節(jié)點的連接關系由矩陣H的元素唯一確定。由于LDPC碼 的碼字c和校驗矩陣之間滿足關系（校驗方程）：cHT = 0,因此，根據這種關系就可以計算 振蕩的變量節(jié)點所不滿足的校驗方程的個數。
[0019] 本發(fā)明還解決了以往動態(tài)調度算法因變量節(jié)點振蕩帶來的錯誤信息影響到算法 的糾錯性能和收斂速度的問題。采用的技術方案如下：
[0020] 根據動態(tài)選擇策略確定出的變量節(jié)點消息更新前后若出現振蕩現象，即定義滿足

【權利要求】
1. 一種基于振蕩變量節(jié)點的LDPC碼動態(tài)調度譯碼方法，其特征在于，采用了設置三重 判定條件的動態(tài)選擇策略確定出可靠性最低的變量節(jié)點進行更新；所述三重判定條件采用 步驟如下：
511. 判斷是否有振蕩的變量節(jié)點，若沒有，直接選擇殘差也即r(mk) =I|f(mk)-mk|I最 大的變量節(jié)點作為最不可靠的變量節(jié)點，其中：變量節(jié)點消息為mk，更新后為f(mk);若有， 執(zhí)行S12 ;
512. 計算振蕩的變量節(jié)點所不滿足的校驗方程的個數，若未達到最大值，在振蕩變量 節(jié)點中選擇殘差最大的變量節(jié)點作為最不可靠的變量節(jié)點；若達到，執(zhí)行S13 ;
513. 在這些不滿足校驗方程個數達到最大值的振蕩變量節(jié)點中選擇殘差最大的變量 節(jié)點作為最不可靠的變量節(jié)點。
2. 根據權利要求1所述的基于振蕩變量節(jié)點的LDPC碼動態(tài)調度譯碼方法，其特 征在于，根據動態(tài)選擇策略確定出的變量節(jié)點消息更新前后若出現振蕩現象，即滿足： ，其中，m)為變量節(jié)點η的LLR值，i表示當前第i次譯碼迭 代，則對該變量節(jié)點進行振蕩處理，再進行傳遞；所述振蕩處理方法是將來自錯誤邊的錯誤 信息進行縮小處理后再進行傳遞。
3. 根據權利要求2所述的基于振蕩變量節(jié)點的LDPC碼動態(tài)調度譯碼方法，其特征在 于，所述振蕩處理方法具體是將變量節(jié)點更新前后的LLR值求和，符號與LLR絕對值最大的 保持一致，然后再除以一個因子Y，也即公式1(化廣1 =(以兔,廣1 + );) /，。
4. 根據權利要求3所述的基于振蕩變量節(jié)點的LDPC碼動態(tài)調度譯碼方法，其特征在 于，低密度奇偶校驗碼校驗矩陣H用Tanner圖表示，校驗矩陣H為MXN的矩陣，相應的 Tanner圖為由N個變量節(jié)點和M個校驗節(jié)點以及一定數量連接變量節(jié)點和校驗節(jié)點的邊組 成，N(m) = {n:Hmn= 1}表示與校驗節(jié)點m連接的所有變量節(jié)點的集合，M(n) =InKHmn = 1}表示與變量節(jié)點η連接的所有校驗節(jié)點m的集合，L(Vn)表示變量節(jié)點η獲得的LLR信 息，Rmn表示從校驗節(jié)點m發(fā)送到變量節(jié)點η的LLR消息,Qmn表示變量節(jié)點η發(fā)送到校驗節(jié) 點m的LLR消息；所述一次更新動態(tài)選擇策略具體步驟如下：
541. 根據所述三重判定條件選出具有最低可靠度的變量節(jié)點n，更新所有與η相鄰的 校驗節(jié)點到變量節(jié)點η的消息；
542. 更新變量節(jié)點η的LLR值，也即Ζ(?5?) = Ζ(ν?)+ 將變量節(jié)點η的殘 meM(η) 差初始化置〇,然后對該變量節(jié)點進行振蕩判定，若該節(jié)點振蕩則進行振蕩處理；
543. 對所有與變量節(jié)點η相鄰的校驗節(jié)點，利用更新過的變量節(jié)點η的LLR信息更新 這些校驗節(jié)點的LLR信息，即^ +ΣRm'n；
544. 利用來自S43中的被更新的校驗節(jié)點的信息，計算除變量節(jié)點n外，與m相連的所 有變量節(jié)點的LLR信息。
5. 根據權利要求4所述的基于振蕩變量節(jié)點的LDPC碼動態(tài)調度譯碼方法，其特征在 于，完整的譯碼步驟如下： S51.初始化：將校驗節(jié)點到變量節(jié)點的信息初始化為0,根據信道信息初始化變量節(jié) 點到校驗節(jié)點的LLR信息，并計算每個變量節(jié)點的殘差，設置迭代變量I= 1，設置最大迭代 次數;
552. 判斷迭代次數是否達到最大值Imx，若是則執(zhí)行S55,否則執(zhí)行S53 ;
553. 執(zhí)行N次更新過程，N為Tanner圖中變量節(jié)點的總數；
554. 對每一變量節(jié)點，根據其最終的LLR值進行譯碼判決，即L(vn)〈0,則碼字分量估 值弋=〇;若L(vn)>0,則碼字分量估值<=1，從而得到輸出碼字序列；
555. 若譯碼迭代次數已達到最大值或者cHT = 0,則停止譯碼，輸出當前的碼字，否則 令I- 1+1，返回到S52繼續(xù)進行迭代譯碼。
【文檔編號】H03M13/11GK104467874SQ201410818522
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月24日 優(yōu)先權日:2014年12月24日
【發(fā)明者】劉星成, 張源斌 申請人:中山大學