專利名稱：低密度奇偶校驗迭代譯碼提前終止的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及低密度奇偶校驗迭代譯碼提前終止的方法。
背景技術(shù)：
隨著通信技術(shù)的發(fā)展，糾錯編碼技術(shù)已成為現(xiàn)代通信領域不可或缺的一項關鍵技 術(shù)。隨著寬帶數(shù)字通信等領域?qū)ζ渌捎玫募m錯編碼技術(shù)的要求越來越高，LDPC(低密度 奇偶校驗迭代譯碼)信道編碼以其優(yōu)良的譯碼性能受到業(yè)界的重視。LDPC譯碼利用迭代反饋進行譯碼，常見LDPC的迭代譯碼步驟包括利用信息節(jié)點 和校驗節(jié)點之間的聯(lián)系，反復迭代這兩類節(jié)點之間的信息，以信息節(jié)點可靠性程度的更新， 最終達到收斂。收斂即為通過迭代，各信息節(jié)點的置信度會變大，當置信度增大到一定程度 后，就趨于穩(wěn)定不會繼續(xù)增大，此稱之為收斂。迭代終止策略對LDPC譯碼系統(tǒng)的設計具有 關鍵的作用。在硬件設計中，信號均以二進制表示，承載每個信號的信號線寬度是有限的， 如果信號的數(shù)值太大，該信號就不能用該信號線正確表示出，這種情況稱為定點溢出。好的 迭代終止方法可以有效防止在迭代過程中發(fā)生定點溢出，并且對提高系統(tǒng)吞吐量起到非常 重要的作用。目前迭代終止方法主要包括(1)設置固定的迭代次數(shù)。這種方法不具有自適應提前終止迭代的功能。其缺點 為1)可能因為迭代次數(shù)設定的過高，在定點運算過程中發(fā)生溢出；幻可能會因為迭代次 數(shù)設定的過低，譯碼尚未恢復出原始數(shù)據(jù)即結(jié)束譯碼，使得譯碼性能降低；；3)迭代次數(shù)設 定的過高也會導致LDPC譯碼系統(tǒng)的吞吐量下降。(2)提前終止迭代譯碼。如圖1所示，LDPC譯碼每完成一次迭代過程，計算其校驗 矩陣(H*vT = 0)，當校驗矩陣驗證成立或者當?shù)螖?shù)達到迭代門限(n = max_iter)后終 止迭代，將譯碼輸出。這種方法具有自適應提前終止迭代的功能，但是常規(guī)的計算校驗矩陣 是一個很復雜的過程，并且需要消耗大量的資源。比較碼字的變化也因需要很長的周期，需 要經(jīng)過復雜的運算才能獲得正確的迭代終止條件，從而使得碼字讀出很大的時延。C3)通過比較連續(xù)的兩個碼字是否發(fā)生變化，來判斷是否終止迭代。但是這種方法 還是會因為碼字讀出占用太多的時長，導致LDPC譯碼系統(tǒng)的吞吐量低下。

發(fā)明內(nèi)容
針對目前低密度奇偶校驗迭代譯碼(LDPC)的過程過于繁瑣而導致其耗費大量的 資源和時間，本發(fā)明提供了一種低密度奇偶校驗迭代譯碼(LDPC)的方法，該方法具有提前 終止迭代策略，并且方法實現(xiàn)簡單，硬件容易實現(xiàn)，資源消耗很少，每次迭代完成后的判決 幾乎沒有時延，節(jié)約了大量的時間，極大的提高了系統(tǒng)的實際吞吐率。本發(fā)明的低密度奇偶校驗迭代譯碼(LDPC)提前終止的方法，包括步驟a.對接收到的數(shù)字信息通過校驗矩陣進行初始化；b.校驗節(jié)點更新；
c.信息節(jié)點更新；d.對累加門限賦值；設置累加變量，在每次迭代開始時將累加變量的值歸零；e.將信息節(jié)點更新后的置信度絕對值累加，并將累加值賦予累加變量；f.判斷累加變量的值是否達到累加門限，如果達到累加門限，則終止迭代，并將信 息經(jīng)硬判決后輸出；如果未達到累加門限，迭代至步驟b執(zhí)行。LDPC迭代譯碼算法主要是基于置信度傳播(BP又稱Sum-Product最小和算法)算 法，該算法每次迭代主要包括兩步校驗節(jié)點的更新和信息節(jié)點的更新。這種方式對LDPC 迭代譯碼中的所有算法通用，其中步驟a至步驟c可以通過現(xiàn)有的方式以實現(xiàn)。將信息的 置信度進行累加用于判斷是否能夠正確譯碼，其原理是利用了迭代譯碼算法中信息置信度 的收斂性。在正確譯碼的條件下，每次迭代完成后，正確的信息節(jié)點的置信度絕對值會增 加，錯誤的信息節(jié)點的置信度值會向正確的方向遞增，將所有信息節(jié)點的置信度絕對值累 加，當累加值達到預定的條件，即可以判斷能夠正確譯碼。圖3中表示出了在LDPC迭代之 前各信息節(jié)點的置信度，此時置信度的絕對值很低。如圖4所示，如果各信息節(jié)點置信度的 最小絕對值預定為20即可正確譯碼，在經(jīng)過若干次迭代，各節(jié)點置信度的絕對值都得到了 提高，其中最小絕對值(信息節(jié)點10)已達到20的水平，此時即將所有信息節(jié)點置信度的 絕對值相加設為累加門限，作為判決能夠正確譯碼的條件。硬判決是根據(jù)信號判決空間或 信號的代數(shù)結(jié)構(gòu)將信號數(shù)據(jù)處理成為離散值，如“0”和“ 1 ”，這是一種在譯碼中是常見的算 法。進一步的方案為，系統(tǒng)中設置迭代門限和迭代次數(shù)變量，并對迭代次數(shù)變量賦初 值，每迭代一次將迭代次數(shù)變量的值加1，如果迭代次數(shù)變量加1后的值達到了迭代門限， 便將信息經(jīng)硬判決后輸出。如果信號的傳輸環(huán)境很差，LDPC譯碼器可能出現(xiàn)不能正確譯碼 的情況，在迭代的過程中所有信息節(jié)點的置信度都不會增加，而是在某一范圍內(nèi)擺動，不能 達到收斂。為了節(jié)約功耗等資源，避免無謂的浪費，可以在系統(tǒng)中設置迭代門限，以限制譯 碼中迭代的最多次數(shù)，同時還應設置有迭代次數(shù)變量用于記錄迭代次數(shù)。為了避免迭代次 數(shù)變量出現(xiàn)空指針等問題，應對迭代次數(shù)變量賦初值(通常為0)，在每次迭代時將迭代次 數(shù)變量的值累加1，在每次迭代完成后進行判斷，如果迭代次數(shù)變量的值達到了迭代門限， 便將信息經(jīng)硬判決后輸出，如果迭代次數(shù)變量的值未達到迭代門限并且累加變量的值也未 達到累加門限，便繼續(xù)進行迭代譯碼。進一步的方案為，步驟c所述的信息節(jié)點更新為分層更新方式，每一層信息節(jié)點 更新后返回至步驟b，直到所有的信息節(jié)點都被更新。通常全部信息節(jié)點的更新不是一次性 統(tǒng)一更新的，而是分層更新的，即每次更新一部分信息節(jié)點，經(jīng)過多次的更新迭代后才將全 部信息節(jié)點更新完畢，再進入步驟d。一種優(yōu)選的方案為，步驟d所述的累加門限通過仿真測試設定。累加門限決定了 能夠正確譯碼的所有信息節(jié)點的置信度的最小累加值，當譯碼結(jié)果的值達到或超過累加門 限時，即能夠正確譯碼。如果累加門限設置過高，在譯碼中迭代次數(shù)便會大量增加，浪費功 耗、資源和時間，設置過低則不能正確譯碼。因此設置一個合適的累加門限對系統(tǒng)的優(yōu)化非 常重要。通過大量的仿真測試得出的累加門限是針對具體的環(huán)境和設備在近似真實環(huán)境中 綜合了大量的測試數(shù)據(jù)后得到的，其準確性非常高，有利于節(jié)省系統(tǒng)資源。設定累加門限的 另一種方式可以通過估計預期的信息節(jié)點平均置信度，然后根據(jù)信息節(jié)點的數(shù)量對平均置信度累加求和計算獲得，但是由于各點的置信度水平不一樣，計算出的門限值需要通過仿 真驗證。一種確定累加門限的優(yōu)選方式為，在迭代譯碼前通過仿真測試，每次仿真測試的 迭代完成后查看各節(jié)點的置信度絕對值，如果所有節(jié)點的置信度絕對值都達到了預定值， 則將各節(jié)點置信度的絕對值累加值設為累加門限。仿真測試在仿真平臺上進行，仿真平臺 是由譯碼算法的開發(fā)人員開發(fā)，然后根據(jù)該平臺再進行硬件設計。一種設迭代門限的優(yōu)選方式為，設定的迭代門限與系統(tǒng)的最大吞吐率相適應，當 能夠正確譯碼時，根據(jù)達到累加門限的迭代次數(shù)對迭代門限進行縮放調(diào)整。不同的系統(tǒng)對 信息量的最大吞吐率不同。迭代門限設定過大會當不能正確譯碼時進行多余的迭代，迭代 門限設定過小會在還未譯出碼時即終止迭代了。針對具體的系統(tǒng)設定迭代門限，更能夠符 合具體的環(huán)境，避免資源和時間的浪費。累加門限的大小決定了迭代的次數(shù)，當能夠正確譯 碼時，根據(jù)達到累加門限的迭代次數(shù)對迭代門限進行縮放調(diào)整，能夠更有效的利用資源，提 高效率。由此可知，通過本發(fā)明的低密度奇偶校驗迭代譯碼(LDPC)的方法，該方法具有提 前終止迭代策略，并且方法實現(xiàn)簡單，硬件容易實現(xiàn)，資源消耗很少，因為每次迭代完成后 的判決幾乎沒有時延，節(jié)約了大量的時間，因此極大的提高了系統(tǒng)的實際吞吐率。以下結(jié)合由附圖所示實施例的具體實施方式
，對本發(fā)明的上述內(nèi)容再作進一步的 詳細說明。但不應將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實例。在不脫離本發(fā)明 上述技術(shù)思想情況下，根據(jù)本領域普通技術(shù)知識和慣用手段做出的各種替換或變更，均應 包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。


圖1是傳統(tǒng)LDPC譯碼提前終止的流程圖。圖2是本發(fā)明低密度奇偶校驗迭代譯碼的方法的流程圖。圖3是LDPC迭代之前各信息節(jié)點置信度的示意圖。圖4是LDPC迭代之后各信息節(jié)點置信度的示意圖。
具體實施例方式如圖2所示，本發(fā)明的低密度奇偶校驗迭代譯碼(LDPC)提前終止的方法，包括步 驟a.對接收到的數(shù)字信息通過校驗矩陣進行初始化；b.校驗節(jié)點更新；c.信息節(jié)點更新；d.對累加門限iter_limit賦值；設置累加變量ets_reg，在每次迭代開始時將累 加變量的值歸零；e.將所有信息節(jié)點更新后的置信度絕對值累加，并將累加值賦予累加變量；f.判斷累加變量的值是否達到累加門限iter_limit，如果達到累加門限iter_ limit，則終止迭代，并將信息經(jīng)硬判決后輸出；如果未達到累加門限iter_limit，迭代至 步驟b執(zhí)行。
在系統(tǒng)中還設置有迭代門限maxjter和迭代次數(shù)變量iter，迭代門限maxjter 根據(jù)系統(tǒng)的最大吞吐率確定。先對迭代次數(shù)變量iter賦初值(通常為0)，避免出現(xiàn)空指針 錯誤。每迭代一次將迭代次數(shù)變量iter的值加1，如果迭代次數(shù)變量iter加1后的值達到 了迭代門限maX_iter，便將信息經(jīng)硬判決后輸出。如果信號的傳輸環(huán)境很差，LDPC譯碼器可能出現(xiàn)不能正確譯碼的情況，在迭代的 過程中所有信息節(jié)點的置信度都不會增加，而是在某一范圍內(nèi)擺動，不能達到收斂。為了節(jié) 約功耗等資源，避免無謂的浪費，在系統(tǒng)中設置有迭代門限maX_iter，以限制譯碼中迭代的 最多次數(shù)，同時設置有迭代次數(shù)變量iter用于記錄迭代次數(shù)。為了避免迭代次數(shù)變量iter 出現(xiàn)空指針等問題，應對迭代次數(shù)變量iter賦初值(通常為0)。在每次迭代時將迭代次數(shù) 變量iter的值累加1，在每次迭代完成后進行判斷，如果迭代次數(shù)變量iter的值=迭代門 限maX_iter，便將信息經(jīng)硬判決后輸出，如果迭代次數(shù)變量iter的值<迭代門限maxjter 并且累加變量ets_reg的值也未達到累加門限iter_limit，便繼續(xù)進行迭代譯碼。圖2所示的方法原理是利用迭代譯碼算法中信息置信度的收斂性。在迭代譯碼 前通過在仿真平臺上進行仿真測試，每次仿真測試的迭代完成后查看各節(jié)點的置信度絕對 值，如果所有節(jié)點的置信度絕對值都達到了某一預定值，則將各節(jié)點置信度的絕對值累加 值設為累加門限iter_limit。在正確譯碼的條件下，每次迭代完成后，正確的信息節(jié)點的置 信度絕對值會增加，錯誤的信息節(jié)點的置信度值會向正確的方向遞增，將所有信息節(jié)點的 置信度絕對值累加，當累加值達到預定的條件，即可以判斷能夠正確譯碼。圖3中表示出了在LDPC迭代之前各信息節(jié)點的置信度，此時置信度的絕對值很 低。如圖4所示，如果各信息節(jié)點置信度的最小絕對值預定為20即可正確譯碼，在經(jīng)過若 干次迭代，各節(jié)點置信度的絕對值都得到了提高，其中最小絕對值(信息節(jié)點10)已達到20 的水平，此時即將所有信息節(jié)點置信度的絕對值相加設為累加門限iter_limit，作為判決 能夠正確譯碼的條件。得到累加門限iter_limit以后，開始進行迭代譯碼。其中迭代譯碼的步驟a、步驟 b和步驟c可以利用傳統(tǒng)的方法進行，其中需要應用的變量包括L (un)傳遞給LDPC信息節(jié)點的初始化信息(似然比信息)。M(η)與信息節(jié)點η相連的校驗節(jié)點的集合。M(n)\m:與信息節(jié)點η相連的校驗節(jié)點的集合，但不包含第m個校驗節(jié)點。N(m)與校驗節(jié)點m相連的信息節(jié)點的集合。N (m) \n 與校驗節(jié)點m相連的信息節(jié)點的集合，但不包含第η個信息節(jié)點。qn^ffl(x)，χ e {0，1}信息從信息節(jié)點η傳入校驗節(jié)點m的概率。rmi(x)，χ e {0，1}信息從校驗節(jié)點m傳入信息節(jié)點η的概率。
def q (0)
權(quán)利要求
1.低密度奇偶校驗迭代譯碼提前終止的方法，其特征為包括步驟a.對接收到的數(shù)字信息通過校驗矩陣進行初始化；b.校驗節(jié)點更新；c.信息節(jié)點更新；d.對累加門限賦值；設置累加變量，在每次迭代開始時將累加變量的值歸零；e.將信息節(jié)點更新后的置信度累加，并將累加值賦予累加變量；f.判斷累加變量的值是否達到累加門限，如果達到累加門限，則終止迭代，并將信息經(jīng) 硬判決后輸出；如果未達到累加門限，迭代至步驟b執(zhí)行。
2.如權(quán)利要求1所述的低密度奇偶校驗迭代譯碼提前終止的方法，其特征為系統(tǒng)中設 置迭代門限和迭代次數(shù)變量，并對迭代次數(shù)變量賦初值，每迭代一次將迭代次數(shù)變量的值 加1，如果迭代次數(shù)變量加1后的值達到了迭代門限，便將信息經(jīng)硬判決后輸出。
3.如權(quán)利要求1所述的低密度奇偶校驗迭代譯碼提前終止的方法，其特征為步驟c所 述的信息節(jié)點更新為分層更新方式，每一層信息節(jié)點更新后返回至步驟b，直到所有的信息 節(jié)點都被更新。
4.如權(quán)利要求1至3之一所述的低密度奇偶校驗迭代譯碼提前終止的方法，其特征為 步驟d所述的累加門限通過仿真測試設定。
5.如權(quán)利要求4所述的低密度奇偶校驗迭代譯碼提前終止的方法，其特征為所述的累 加門限，其設定方式為在迭代譯碼前通過仿真測試，每次仿真測試的迭代完成后查看各節(jié) 點的置信度絕對值，如果所有節(jié)點的置信度絕對值都達到了預定值，則將各節(jié)點置信度的 絕對值累加值設為累加門限。
6.如權(quán)利要求2至4之一所述的低密度奇偶校驗迭代譯碼提前終止的方法，其特征為 設定的迭代門限與系統(tǒng)的最大吞吐率相適應，當能夠正確譯碼時，根據(jù)達到累加門限的迭 代次數(shù)對迭代門限進行縮放調(diào)整。
全文摘要
本發(fā)明涉及低密度奇偶校驗迭代譯碼提前終止的方法，包括步驟a.信息初始化；b.校驗節(jié)點更新；c.信息節(jié)點更新；d.對累加門限賦值；設置累加變量；e.將所有信息節(jié)點更新后的置信度累加，并將累加值賦予累加變量；f.判斷累加變量的值是否達到累加門限，如果達到累加門限，則終止迭代，并將信息經(jīng)硬判決后輸出；如果未達到累加門限，迭代至步驟b執(zhí)行。針對目前低密度奇偶校驗迭代譯碼(LDPC)的過程過于繁瑣而導致其耗費大量的資源和時間，本發(fā)明的方法，具有提前終止迭代策略，并且方法實現(xiàn)簡單，硬件容易實現(xiàn)，資源消耗很少，因為每次迭代完成后的判決幾乎沒有時延，節(jié)約了大量的時間，因此極大的提高了系統(tǒng)的實際吞吐率。
文檔編號H04L1/00GK102111241SQ201110052448
公開日2011年6月29日 申請日期2011年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月4日
發(fā)明者劉光輝, 吳亮明, 李傳磊 申請人:四川虹微技術(shù)有限公司