一種基于短環(huán)分布的加權消息傳遞譯碼方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于短環(huán)分布的加權消息傳遞譯碼方法，包括如下步驟：步驟1、初始化；步驟2、計算校驗矩陣H中每邊參與的環(huán)長為g的環(huán)的個數(shù)，g為H對應的Tanner圖中最短環(huán)的環(huán)長；步驟3、計算校驗矩陣H中每條邊的權重參數(shù)wnm，wnm表示變量節(jié)點vn與校驗節(jié)點cm之間邊Enm的權重；步驟4、計算校驗節(jié)點傳給變量節(jié)點的消息值；步驟5、計算變量節(jié)點傳給校驗節(jié)點的加權消息值；步驟6、計算校正子向量步驟7、若校正子向量為零向量或當前循環(huán)次數(shù)等于設定的最大循環(huán)次數(shù)，則轉(zhuǎn)向步驟8；否則轉(zhuǎn)向步驟4，同時循環(huán)次數(shù)加1；步驟8、輸出碼字。充分考慮LDPC碼內(nèi)部結(jié)構的差異以提升譯碼性能。
【專利說明】
一種基于短環(huán)分布的加權消息傳遞譯碼方法
技術領域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種基于短環(huán)分布的加權消息傳遞譯碼方法。
【背景技術】
[0002] 信息在通信信道中傳輸過程中會受到各種噪聲的干擾，為了保證信息的準確傳 輸，需要在通信系統(tǒng)中加入信道編碼。作為當前譯碼性能最優(yōu)的一類信道編碼，LDPC碼(Low Density Parity Check Code:低密度奇偶校驗碼）同時也具備了譯碼復雜度低的優(yōu)點，在 采用消息傳遞(Message Passing，MP)譯碼方法進行迭代譯碼時，復雜度可降至正比于碼 長，消息傳遞方法亦可稱為BP方法。由于校驗矩陣對應的Tanner圖上存在短環(huán)，所以在采用 BP譯碼時會產(chǎn)生相關性較高的消息，從而影響譯碼性能。
[0003] 為了減少短環(huán)的影響，Wymeersch等人[H.Wymeersch, "Uniformly reweighted belief propagation for estimation and detection in wireless networks，''IEEE Transactions on Wireless Communications，vol ? 11，no ? 4，pp ? 1587-1595，2012 ?]構造了 一種均勾加權置信傳播方法(Uniformly Reweighted Belief Propagation，URW_BP):在消 息傳遞的過程中賦予每個消息一個小于1的權重，該權重對于一個固定的碼是唯一的。該方 法的優(yōu)點是當LDPC碼是由代數(shù)構造時比較適用，缺點是未考慮LDPC碼的局部結(jié)構差異，適 用范圍較小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對上述問題，本發(fā)明提供一種基于短環(huán)分布的加權消息傳遞譯碼方法(Cycle-based Weighted BP，CW_BP)，根據(jù)每條邊參與的短環(huán)的數(shù)量來確定相應的權重 (0 〈權重〈 1)，充分考慮LDPC碼內(nèi)部結(jié)構的差異以提升譯碼性能。
[0005] 為實現(xiàn)上述技術目的，達到上述技術效果，本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn)：
[0006] -種基于短環(huán)分布的加權消息傳遞譯碼方法，其特征在于，包括如下步驟：
[0007] 步驟1、初始化，包括：
[0008] A、采用高斯信道BPSK調(diào)制發(fā)送模型，將符號0映射為1發(fā)送，符號1映射為-1發(fā)送；
[0009] B、設置最大循環(huán)次數(shù)且設初始循環(huán)次數(shù)為0;
[0010] c、計算信道接收概率；
[0011 ]步驟2、計算校驗矩陣H中每邊參與的環(huán)長為g的環(huán)的個數(shù)，g為H對應的Tanner圖中 最短環(huán)的環(huán)長；
[0012] 步驟3、計算校驗矩陣H中每條邊的權重參數(shù)wnm，wnm表示變量節(jié)點vn與校驗節(jié)點c m 之間邊E?的權重；
[0013] 步驟4、計算校驗節(jié)點傳給變量節(jié)點的消息值；
[0014] 步驟5、計算變量節(jié)點傳給校驗節(jié)點的加權消息值；
[0015] 步驟6、計算校正子向量通;：
[0016] 步驟7、若校正子向量?為零向量或當前循環(huán)次數(shù)等于設定的最大循環(huán)次數(shù)，則 轉(zhuǎn)向步驟8;否則轉(zhuǎn)向步驟4，同時循環(huán)次數(shù)加1;
[0017] 步驟8、輸出碼字。
[0018]優(yōu)選，步驟3中校驗矩陣H中每條邊的權重參數(shù)w?的計算如下：
[0019] 令E= {Enm}為Tanner圖中邊的集合，0<wnm < 1，找出經(jīng)過邊Enm的最短環(huán)的個數(shù)，令 Ng(nm)為邊Enm參與的環(huán)長為g的環(huán)的數(shù)目，則：
[0020] =max
[0021 ] wnm=5( l-Ng(nm)/Ng_max)+l-5，其中，g為H對應的Tanner圖中最短環(huán)的環(huán)長，Ng_max 為Tanner圖中一條邊參與環(huán)長為g的環(huán)的數(shù)目最大值，0<S<1。
[0022]本發(fā)明的有益效果是：
[0023] 譯碼器根據(jù)每條邊參與的最短環(huán)的個數(shù)賦予每邊不同的權重(0〈權重〈1)，對于 Tanner圖中的一條邊，傳遞消息間的相關性和其參與的最短環(huán)的個數(shù)有關，個數(shù)越多則權 重越低;個數(shù)越少則影響越少，從而賦以越高的權重值。在消息更新的過程中，本發(fā)明對標 準BP方法中傳遞的消息進行加權修正，完成譯碼，本發(fā)明使譯碼性能較BP方法有顯著提升。
【附圖說明】
[0024] 圖1是本發(fā)明一種基于短環(huán)分布的加權消息傳遞譯碼方法的流程圖；
[0025] 圖2為PEG504碼最短環(huán)分布；
[0026] 圖3為PEG504碼在不同信噪比下的譯碼曲線；
[0027] 圖4為PEG504碼在信噪比為4.3dB時不同最大迭代次數(shù)的譯碼曲線。
【具體實施方式】
[0028] 下面結(jié)合附圖和具體的實施例對本發(fā)明技術方案作進一步的詳細描述，以使本領 域的技術人員可以更好的理解本發(fā)明并能予以實施，但所舉實施例不作為對本發(fā)明的限 定。
[0029] -種基于短環(huán)分布的加權消息傳遞譯碼方法，如圖1所示，包括如下步驟：
[0030] 步驟1、初始化，包括：
[0031] A、采用標準的高斯信道BPSK調(diào)制發(fā)送模型，將符號0映射為1發(fā)送，符號1映射為-1 發(fā)送；
[0032] B、設置最大循環(huán)次數(shù)且設初始循環(huán)次數(shù)為0;
[0033] C、計算信道接收概率。
[0034]步驟2、計算校驗矩陣H中每邊參與的環(huán)長為g的環(huán)的個數(shù)，g為H對應的Tanner圖中 最短環(huán)的環(huán)長。
[0035] 具體的計算方法可以采用HALFORD的方法[HALFORD T R, "An algorithm for counting short cycles in bipartite graphs，'，IEEE Transactions on Information Theory，2006，vo1?52，no?1，pp?287-292?]。
[0036] 步驟3、計算校驗矩陣H中每條邊的權重參數(shù)Wnm，Wnm表示變量節(jié)點Vn與校驗節(jié)點Cm 之間邊Enm的權重；
[0037] 步驟4、計算校驗節(jié)點傳給變量節(jié)點的消息值；
[0038] 步驟5、計算變量節(jié)點傳給校驗節(jié)點的加權消息值；
[0039] 步驟6、計算校正子向量歷
[0040] 步驟7、若校正子向量Hi為零向量或當前循環(huán)次數(shù)等于設定的最大循環(huán)次數(shù)，則 轉(zhuǎn)向步驟8;否則轉(zhuǎn)向步驟4，同時循環(huán)次數(shù)加1;
[0041 ] 步驟8、輸出碼字。
[0042]優(yōu)選，步驟3中校驗矩陣H中每條邊的權重參數(shù)w?的計算如下：
[0043] 令E= {Enm}為Tanner圖中邊的集合，0<Wnm < 1，找出經(jīng)過邊Enm的最短環(huán)的個數(shù)，令 Ng(nm)為邊Enm參與的環(huán)長為g的環(huán)的數(shù)目，則：
[0044] = maxiVg(Hm) nm
[0045] wnm=5( l-Ng(nm)/Ng_max)+l-5，其中，g為H對應的Tanner圖中最短環(huán)的環(huán)長，Ng_max 為Tanner圖中一條邊參與環(huán)長為g的環(huán)的數(shù)目最大值，0<5<1，5的最優(yōu)值由仿真結(jié)果比較 得到。
[0046] 下面結(jié)合具體的實施例進行詳細介紹。
[0047]仿真采用BPSK調(diào)制，高斯白噪聲信道，以本發(fā)明提供的方法進行譯碼。針對PEG算 法構造的碼長為504,碼率為1/2的碼(表示為PEG504)，仿真分組數(shù)為108。對于PEG504碼，根 據(jù)步驟2,如圖2所示，每邊參與的最短環(huán)個數(shù)最少為3個，最多為44個。經(jīng)仿真搜索，S值設為 0.29〇
[0048] 圖3給出了標準BP，URW-BP及本發(fā)明提供的CW-BP在AWGN信道不同信噪比下的譯碼 曲線。如圖3所示，在FER為10-5時，本發(fā)明提供的方法比BP及URW-BP方法各提高了 0.2dB和 0. ldB。當信噪比等于4.3dB時，本發(fā)明提供的方法的誤幀率比BP及URW-BP方法分別降低了 90%及 60%。
[0049]圖4給出了標準BP，URW-BP及本發(fā)明提供的CW-BP方法在AWGN信道下信噪比為 4.3dB時的FER隨最大迭代次數(shù)變化的曲線。如圖4所示，在FER為1(T5時，本發(fā)明提供的方法 比BP及URW-BP方法分別減少了 75 %及30 %的最大迭代次數(shù)。在最大迭代次數(shù)為15時，本發(fā) 明提供的CW-BP方法甚至超過了標準BP方法在最大迭代100次時的譯碼性能。
[0050]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0051] 1.本發(fā)明充分考慮了 Tanner圖的局部結(jié)構特征，根據(jù)每邊參與的最短環(huán)的個數(shù)賦 予每邊不同的權重。
[0052] 2.本發(fā)明所提供的基于短環(huán)分布的加權消息傳遞方法譯碼性能比傳統(tǒng)的BP方法 有較大提升。
[0053] 3、與論文相比，本發(fā)明簡化了需要設置的參數(shù)個數(shù)，降低了復雜度。
[0054]以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā) 明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構或者等效流程變換，或者直接或間接運用在其他相關 的技術領域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。
【主權項】
1. 一種基于短環(huán)分布的加權消息傳遞譯碼方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟1、初始化，包括： A、 采用高斯信道BPSK調(diào)制發(fā)送模型，將符號O映射為1發(fā)送，符號1映射為-1發(fā)送； B、 設置最大循環(huán)次數(shù)且設初始循環(huán)次數(shù)為O; C、 計算信道接收概率； 步驟2、計算校驗矩陣H中每邊參與的環(huán)長為g的環(huán)的個數(shù)，g為H對應的Tanner圖中最短 環(huán)的環(huán)長； 步驟3、計算校驗矩陣H中每條邊的權重參數(shù)Wnm，Wnm表示變量節(jié)點Vn與校驗節(jié)點Cm之間 邊Enm的權重； 步驟4、計算校驗節(jié)點傳給變量節(jié)點的消息值； 步驟5、計算變量節(jié)點傳給校驗節(jié)點的加權消息值； 步驟6、計算校正子向量//i:; 步驟7、若校正子向量M為零向量或當前循環(huán)次數(shù)等于設定的最大循環(huán)次數(shù)，則轉(zhuǎn)向步 驟8;否則轉(zhuǎn)向步驟4，同時循環(huán)次數(shù)加1; 步驟8、輸出碼字。2. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于短環(huán)分布的加權消息傳遞譯碼方法，其特征在于，步 驟3中校驗矩陣H中每條邊的權重參數(shù)Wnm的計算如下： 令E= {Enm}為Tanner圖中邊的集合，0<Wnm < 1，找出經(jīng)過邊Enm的最短環(huán)的個數(shù)，令Ng (nm)為邊E·參與的環(huán)長為g的環(huán)的數(shù)目，則：Wnm= δ( l-Ng(nm)/Ng_max) + l-5，其中，g為H對應的Tanner圖中最短環(huán)的環(huán)長，Ng_max為 Tanner圖中一條邊參與環(huán)長為g的環(huán)的數(shù)目最大值，0<δ<1。
【文檔編號】H03M13/25GK105846833SQ201610227308
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月13日
【發(fā)明人】朱慶, 楊永標, 徐石明, 付衛(wèi)東, 唐如意, 田海亭, 李捷, 武文廣, 宋杰, 王金明, 顏盛軍, 黃莉, 陳璐, 謝敏, 周靜, 王冬, 李奕杰, 鄭紅娟, 劉巖, 妙紅英
【申請人】國家電網(wǎng)公司, 國電南瑞科技股份有限公司, 國網(wǎng)河北省電力公司, 國網(wǎng)冀北電力有限公司, 南京南瑞集團公司