一種循環(huán)切換的混合加權(quán)比特翻轉(zhuǎn)ldpc譯碼方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種循環(huán)切換的混合加權(quán)比特翻轉(zhuǎn)LDPC譯碼方法，包括譯碼器開始對接收碼字進(jìn)行硬判決，初始譯碼采用IM?WBF算法，并設(shè)置最大迭代次數(shù)，所述的最大迭代次數(shù)是指當(dāng)?shù)螖?shù)達(dá)到最大值時，不管譯碼是否成功，停止迭代并輸出譯碼結(jié)果，本發(fā)明采用兩種加權(quán)比特翻轉(zhuǎn)算法LC?WBF和IM?WBF進(jìn)行現(xiàn)有的兩種加權(quán)比特翻轉(zhuǎn)算法LC?WBF和IM?WBF進(jìn)行結(jié)合，通過兩個算法在譯碼出現(xiàn)糾錯死循環(huán)后進(jìn)行不斷的循環(huán)切換，達(dá)到了比原來算法性能更佳，收斂更快的效果。
【專利說明】
一種循環(huán)切換的混合加權(quán)比特翻轉(zhuǎn)LDPC譯碼方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種譯碼方法，具體涉及一種循環(huán)切換的混合加權(quán)比特翻轉(zhuǎn)LDPC譯碼 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為一種逼近香農(nóng)極限的好碼，低密度奇偶校驗(yàn)(Low-Density Parity-Check， LDPC)碼在移動和深空通信等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。LDPC碼作為一種線性分組碼，是由 其稀疏校驗(yàn)矩陣定義的。由于LDPC碼具有十分優(yōu)越的性能，引起了人們的極大關(guān)注。
[0003] 基于置信傳播理論的和積算法是一種性能優(yōu)異的LDPC譯碼算法，但其計算復(fù)雜度 較高，因此硬件實(shí)現(xiàn)難度較大。為了降低實(shí)現(xiàn)難度，有學(xué)者提出了最小和算法，以性能的損 失換取復(fù)雜度的降低，但實(shí)際上由于最小和算法中校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)和信息節(jié)點(diǎn)間傳遞的是實(shí)數(shù)， 計算復(fù)雜度依然較高。另一種LDPC譯碼算法，比特翻轉(zhuǎn)(Bit Flipping，BF)譯碼算法，信息 節(jié)點(diǎn)和校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)之間傳遞的是二進(jìn)制信息，因此計算復(fù)雜度較低，硬件實(shí)現(xiàn)簡單，但性能不 夠理想。為了進(jìn)一步提高BF譯碼算法的性能，學(xué)者們在硬判決的基礎(chǔ)上加入信息可靠度的 計算，提出了加權(quán)比特翻轉(zhuǎn)(Weighted BF，WBF)系列算法，實(shí)現(xiàn)了性能和計算復(fù)雜度之間更 好的折衷。
[0004] 近年來提出的WT3F系列算法主要有:modified weighted bit-flipping(M-WBF)， low complexity weighted bit-flipping(LC-ffBF),reliability ratio based weighted bit-flipping(RR-WBF)，fast modified weighted bit-flipping(FM-ffBF), improved modified weighted bit_flipping( IM-WBF)等;各類WBF算法選取的可靠度信息不同，從而 有不同的譯碼性能，因此，對WBF算法的改進(jìn)也引起了人們的關(guān)注。
[0005] 由于上述各種WBF算法在性能上與和積算法還有一定的差距，本專利針對LC-WBF 和頂-WBF性能上的不足，提出了 一種性能更佳，收斂速度更快的加權(quán)比特翻轉(zhuǎn)算法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)中LC-WBF和頂-WBF算法在性能方面的不足，提出了一種循環(huán)切 換的混合加權(quán)比特翻轉(zhuǎn)LDPC譯碼方法。
[0007] 該算法將現(xiàn)有的兩種WBF算法LC-WBF和IM-WBF進(jìn)行結(jié)合，通過兩個算法在譯碼出 現(xiàn)糾錯死循環(huán)后進(jìn)行不斷的循環(huán)切換，從而達(dá)到比原算法更佳的性能以及更快的收斂速 度。
[0008] 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0009] -種循環(huán)切換的混合加權(quán)比特翻轉(zhuǎn)LDPC譯碼方法，包括如下步驟：
[0010] 步驟一，譯碼器初始化，初始化迭代次數(shù)k，即設(shè)k = 1，并設(shè)置最大迭代次數(shù)Kmax;
[0011] 步驟二，計算校驗(yàn)矩陣的伴隨式，得到當(dāng)前輸入碼字序列的校驗(yàn)結(jié)果，如果當(dāng)前校 驗(yàn)結(jié)果為全0，則譯碼成功并結(jié)束;否則，進(jìn)入步驟三；
[0012]步驟三，根據(jù)步驟二的校驗(yàn)結(jié)果，計算頂-WBF算法的判決標(biāo)準(zhǔn)值En1，并翻轉(zhuǎn)En 1最 大的比特，當(dāng)k=l時，跳轉(zhuǎn)至步驟五；當(dāng)k辛1時，判斷本次迭代翻轉(zhuǎn)比特是否與上次迭代翻 轉(zhuǎn)的比特相同，如果相同，則進(jìn)入步驟四，如果不相同，則跳轉(zhuǎn)步驟五；
[0013] 步驟四，根據(jù)步驟二的校驗(yàn)結(jié)果，計算LC-WBF算法的判決標(biāo)準(zhǔn)值En2,并翻轉(zhuǎn)En 2最 小的比特，并判斷本次迭代翻轉(zhuǎn)比特是否與上次迭代翻轉(zhuǎn)的比特相同，如果相同，則進(jìn)入步 驟三，如果不相同，則跳轉(zhuǎn)步驟五；
[0014] 步驟五，計算校驗(yàn)矩陣的伴隨式，得到翻轉(zhuǎn)后碼字序列的校驗(yàn)結(jié)果，同時檢驗(yàn)迭代 次數(shù)是否達(dá)到最大迭代次數(shù)，如果校驗(yàn)結(jié)果全0或者達(dá)到最大迭代次數(shù)，停止迭代，輸出譯 碼序列，否則，設(shè)k = k+Ι，然后跳轉(zhuǎn)回步驟四。
[0015] 所述步驟二中，
[0017]
表示信道 輸出值的絕對值;sm表示校驗(yàn)矩陣的伴隨式;α為數(shù)值且可調(diào);N(m) = {n: Hmn= 1}是參與第m 個校驗(yàn)方程的所有比特集合，Μ (η) = {m: Hmn = 1}是比特η參與的校驗(yàn)方程的集合，N (m) \]1表 示除η以外參與第m個校驗(yàn)方程的所有其他比特的集合。
[0018] 所述步驟三中，
[0020]
羨示條件概率，低校驗(yàn)可靠度
iff .= 1,2.，.…，If ; π. = 1，.2，，X 〇M(n)
={m: Hmn = 1}是比特η參與的校驗(yàn)方程的集合，N (m) \n表示除η以外參與第m個校驗(yàn)方程的所 有其他比特的集合。
[0021] 所述校驗(yàn)矩陣的伴隨式為： ，所述校驗(yàn)矩陣 具有W行L列，表示校驗(yàn)矩陣第m行的第η個元素，^表示譯碼后位置η對應(yīng)的比特值。
[0022]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0023]本發(fā)明的工作原理：由于兩種不同的算法用于選取錯誤比特的判定標(biāo)準(zhǔn)不同，而 大部分WBF算法譯碼失敗的原因在于陷入了錯誤的糾錯死循環(huán)，最為普遍的表現(xiàn)為算法不 斷地在錯誤比特中進(jìn)行反復(fù)翻轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致譯碼失敗。而CS-MWBF采用兩種算法進(jìn)入糾錯死 循環(huán)后的循環(huán)切換，當(dāng)IM-WBF陷入錯誤的糾錯死循環(huán)時，LC-WBF可以幫助IM-WBF打破錯誤 的循環(huán)；反之，當(dāng)LC-WBF陷入錯誤的糾錯死循環(huán)時，頂-WBF可以幫助LC-WBF打破錯誤的循 環(huán)，從而提高了譯碼成功率。
[0024]本發(fā)明的有益效果：
[0025]本發(fā)明構(gòu)造的一種更為高效的比特翻轉(zhuǎn)算法，相比于原算法，獲得編碼增益約 0. ldB~0.4dB，同時平均迭代次數(shù)也有一定的降低，具有實(shí)現(xiàn)方式相對簡單，硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜 度不高和譯碼性能優(yōu)異等特點(diǎn)。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明的工作流程圖；
[0027]圖2為本發(fā)明的仿真驗(yàn)證圖：（500,250)規(guī)則LDPC碼的誤碼率對比示意圖；
[0028]圖3為本發(fā)明的仿真驗(yàn)證圖：（500,250)規(guī)則0^(：碼的平均迭代次數(shù)對比示意圖； [0029]圖4為本發(fā)明的仿真驗(yàn)證圖：（1008，504)非規(guī)則LDPC碼的誤碼率對比示意圖；
[0030]圖5為本發(fā)明的仿真驗(yàn)證圖：（1008,504)非規(guī)則LDPC碼的平均迭代次數(shù)對比示意 圖；
[0031]圖6為本發(fā)明的仿真驗(yàn)證圖：（2048，1018)非規(guī)則LDPC碼的誤碼率對比示意圖； [0032]圖7為本發(fā)明的仿真驗(yàn)證圖：（2048,1018)非規(guī)則LDPC碼的平均迭代次數(shù)對比示意 圖；
[0033] 圖8為本發(fā)明的仿真驗(yàn)證圖：（4000,2000)規(guī)則LDPC碼的誤碼率對比示意圖；
[0034]圖9為本發(fā)明的仿真驗(yàn)證圖：（4000,2000)規(guī)則LDPC碼的平均迭代次數(shù)對比示意 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限 于此。
[0036] 實(shí)施例
[0037] 本發(fā)明中L表示碼字長度，K表示信息比特長度。其中!1=[!^]是1^?(：碼的校驗(yàn)矩 陣，即由0和1組成的W行L列的矩陣。參與第m個校驗(yàn)方程的所有比特集合記作N(m) = {n:Hmn =1}，比特η參與的校驗(yàn)方程的集合記作M(n) = {m:Hmn=l} 表示除η以外參與第m個 校驗(yàn)方程的所有其他比特的集合，M (n) \m表示除m以外比特η參與的所有其他校驗(yàn)方程的集 合。
[0038] 首先，LDPC碼字c= {ci，C2,…，cl}經(jīng)過xn = 2cn-l調(diào)制后，變成x= {xi，X2，···，?}，經(jīng) 過高斯白噪聲(AWGN)信道，接收到的碼字序列為x+w = y= {yi，y2,…，yd，其中yn = xn+wn，wn 為獨(dú)立的高斯白噪聲變量。譯碼后的比特序列為2={21，22，···，？^}。
[0039] 循環(huán)切換的混合加權(quán)比特翻轉(zhuǎn)LDPC譯碼算法，譯碼器開始對接收碼字進(jìn)行硬判 決，初始譯碼采用頂-WBF算法，并設(shè)置最大迭代次數(shù)，所述的最大迭代次數(shù)是指當(dāng)?shù)螖?shù) 達(dá)到所設(shè)定的最大值時，不管譯碼是否成功，停止迭代并輸出譯碼結(jié)果。
[0040] 如圖1所示，一種循環(huán)切換的混合加權(quán)比特翻轉(zhuǎn)LDPC譯碼方法，包括如下步驟：
[0041 ]步驟1，譯碼器初始化。初始化迭代次數(shù)k，即設(shè)k = 1，并設(shè)置最大迭代次數(shù)Kmax;同
[0042] 步驟2,計算校驗(yàn)矩陣的伴隨式，得到當(dāng)前輸入碼字序列的校驗(yàn)結(jié)果，如果當(dāng)前校 驗(yàn)結(jié)果為全〇，則譯碼成功并結(jié)束;否則，進(jìn)入步驟三；
[0043] 所述校驗(yàn)矩陣的伴隨式為以" =2^=ιζ" ?1 =.丨，2,…,妒，所述校驗(yàn)矩陣 具有W行L列，表示校驗(yàn)矩陣第m行的第η個元素，^表示譯碼后位置η對應(yīng)的比特值。
[0044]步驟3，根據(jù)步驟二的校驗(yàn)結(jié)果，計算IM-WBF算法的判決標(biāo)準(zhǔn)值En1，并翻轉(zhuǎn)En1最大 的比特。如果k=l，跳轉(zhuǎn)至步驟五；當(dāng)k辛1時，判斷本次迭代翻轉(zhuǎn)的比特是否與上次迭代翻 轉(zhuǎn)的比特相同，如果相同，則進(jìn)入步驟四，如果不相同，則跳轉(zhuǎn)步驟五；
[0046]
I表示信道輸出值 的絕對值;Sm表示校驗(yàn)矩陣的伴隨式;α為標(biāo)量且可調(diào);N (m) = {n: Hmn = 1}是參與第m個校驗(yàn) 方程的所有比特集合，1(11) = {1]1:!111111=1}是比特11參與的校驗(yàn)方程的集合，1'1(1]1)\11表示除11以 外參與第m個校驗(yàn)方程的所有其他比特的集合。
[0047]步驟4，根據(jù)步驟二的校驗(yàn)結(jié)果，計算LC-WBF算法的判決標(biāo)準(zhǔn)值En2，并翻轉(zhuǎn)E n2最小 的比特，并判斷本次迭代翻轉(zhuǎn)的比特是否與上次迭代翻轉(zhuǎn)的比特相同，如果相同，則進(jìn)入步 驟三，如果不相同，則跳轉(zhuǎn)步驟五；
[0049]
表示條件概率，低校驗(yàn)可靠度
={m: Hmn = 1}是比特η參與的校驗(yàn)方程的集合，N (m) \n表示除η以外參與第m個校驗(yàn)方程的所 有其他比特的集合。
[0050] 步驟5,計算校驗(yàn)矩陣的伴隨式，得到翻轉(zhuǎn)后碼字序列的校驗(yàn)結(jié)果，同時檢驗(yàn)迭代 次數(shù)是否達(dá)到最大迭代次數(shù)，如果校驗(yàn)結(jié)果為全0或者達(dá)到最大迭代次數(shù)，停止迭代，輸出 譯碼序列；否則，設(shè)k=k+l，然后跳轉(zhuǎn)回步驟四。
[0051 ] 在高斯白噪聲(AWGN)信道及BPSK調(diào)制的情況下，以（500，250)規(guī)則碼、（1008，504) 非規(guī)則碼、（2048，1018)非規(guī)則碼以及(4000，2000)規(guī)則碼為例，對比LC-WBF、頂-WBF和CS-WBF等加權(quán)比特翻轉(zhuǎn)算法的性能及平均迭代次數(shù)。
[0052]如表1所示，本發(fā)明方法在譯碼的過程中沒有增加復(fù)雜度。
[0053]表1加權(quán)比特翻轉(zhuǎn)算法計算復(fù)雜度對比表
[0055] 如圖2和圖3所示：對于（500,250)規(guī)則碼，在誤碼率為10-3附近，CS-MWBF相比LC-WBF有0.2dB增益，相比頂-WBF有0.3dB增益。而CS-MWBF的平均迭代次數(shù)相比于頂-WBF和LC-冊卩降低了10%。
[0056] 如圖4和圖5所示：對于（1008,504)非規(guī)則碼，在誤碼率為10-3附近，CS-MWBF相比 頂-WBF有0. ldB增益，相比LC-WBF增益更大。而CS-MWBF的平均迭代次數(shù)相比于頂-WBF和LC- WBF有了一定的降低。
[0057] 如圖6和圖7所示:對于（2048,1018)非規(guī)則碼，在誤碼率為10-3附近，CS-MWBF相比 頂-WBF有0. ldB增益，相比LC-WBF增益更大。而CS-MWBF的平均迭代次數(shù)相比于頂-WBF和LC-WBF有了一定的降低。
[0058] 如圖8和圖9所示:對于(4000,2000)規(guī)則碼，在誤碼率為10-3附近，CS-MWBF相比頂-WBF有0.2dB增益，相比LC-WBF有0.4dB增益。而CS-MWBF的平均迭代次數(shù)相比于頂-WBF和LC-WBF有了一定的降低。
[0059]由于CS-MWBF算法是兩個算法的結(jié)合，每次迭代的計算復(fù)雜度和IM-WBF及LC-WBF 的計算復(fù)雜度相同（如表1所示）。同時由于CS-MWBF的平均迭代次數(shù)更少，所以其收斂速度 將會進(jìn)一步加快。
[0060]上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受所述實(shí)施例的 限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種循環(huán)切換的混合加權(quán)比特翻轉(zhuǎn)LDPC譯碼方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟一，譯碼器初始化，初始化迭代次數(shù)k，即設(shè)k = 1，并設(shè)置最大迭代次數(shù)Kmax; 步驟二，計算校驗(yàn)矩陣的伴隨式，得到當(dāng)前輸入碼字序列的校驗(yàn)結(jié)果，如果當(dāng)前校驗(yàn)結(jié) 果為全O，則譯碼成功并結(jié)束;否則，進(jìn)入步驟三； 步驟三，根據(jù)步驟二的校驗(yàn)結(jié)果，計算M-WBF算法的判決標(biāo)準(zhǔn)值En1，并翻轉(zhuǎn)En 1最大的比 特，如果k=l，跳轉(zhuǎn)至步驟五；當(dāng)k辛1時，判斷本次迭代翻轉(zhuǎn)比特是否與上次迭代翻轉(zhuǎn)的比 特相同，如果相同，則進(jìn)入步驟四，如果不相同，則跳轉(zhuǎn)步驟五； 步驟四，根據(jù)步驟二的校驗(yàn)結(jié)果，計算LC-WBF算法的判決標(biāo)準(zhǔn)值En2,并翻轉(zhuǎn)En 2最小的比 特，并判斷本次迭代翻轉(zhuǎn)比特是否與上次迭代翻轉(zhuǎn)的比特相同，如果相同，則進(jìn)入步驟三， 如果不相同，則跳轉(zhuǎn)步驟五； 步驟五，計算校驗(yàn)矩陣的伴隨式，得到翻轉(zhuǎn)后碼字序列的校驗(yàn)結(jié)果，同時檢驗(yàn)迭代次數(shù) 是否達(dá)到最大迭代次數(shù)，如果校驗(yàn)結(jié)果全O或者達(dá)到最大迭代次數(shù)，停止迭代，輸出譯碼序 列，否則，設(shè)k = k+l，然后跳轉(zhuǎn)回步驟四。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LDPC譯碼方法，其特征在于，所述步驟二中，所述M-WBF算法 的判決標(biāo)準(zhǔn)7其中權(quán)：表示信道輸出值的絕對值； Sm表示校驗(yàn)矩陣的伴隨式;α為數(shù)值且可調(diào);N(m) = {n:Hmn=l}是參與第m個校驗(yàn)方程的所有 比特集合，M(n) = {m: Hmn=I}是比特η參與的校驗(yàn)方程的集合，N(m)\n表示除η以外參與第m 個校驗(yàn)方程的所有其他比特的集合。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LDPC譯碼方法，其特征在于，所述步驟三中，所述LC-WBF算法 的判決標(biāo)準(zhǔn)7其中，對數(shù)似然表示條件概率，低校驗(yàn)可靠度 高校驗(yàn)可靠度1}是比特η參與的校驗(yàn)方程的集合，N(m)\n表示除η以外參與第m個校驗(yàn)方程的所有其他比 特的集合。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LDPC譯碼方法，其特征在于，所述校驗(yàn)矩陣的伴隨式為：T兀系，Zn衣不評料厄1兄直11對膽的比特值。 ?，所述校驗(yàn)矩陣具有W行L列，Hmn表示校驗(yàn)矩陣第m行的第η
【文檔編號】H03M13/11GK106027069SQ201610319566
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月13日
【發(fā)明人】王歌, 王一歌, 吳桂龍, 賀雙梅
【申請人】華南理工大學(xué)