基于改进型最小和算法的LDPC译码器及其译码方法技术

本发明专利技术公开了一种基于改进型最小和算法的LDPC译码器及其译码方法，主要针对在高阶调制的情况下，每个Symbol内的Bit不独立，而现有二进制LDPC译码算法基于每个Bit的初始似然比进行译码，没有利用Bit间的相关性。本发明专利技术提出的算法基于Symbol的初始似然比进行译码，更有效的利用信道信息，从而在高阶调制的情况下取得更好的纠错性能和更低的误码率。译码过程先利用信道信息计算出每个Symbol的初始似然比，再用初始似然比初始化每个消息，然后迭代更新消息和Symbol的似然比，最后对Symbol的似然比进行硬判决得到译码结果，本发明专利技术更有效的利用信道信息，相比于传统的最小和译码算法的译码器，译码器的译码性能更优。

LDPC decoder based on improved minimum sum algorithm and its decoding method

The present invention discloses a LDPC decoder based on improved minimum and algorithm and its decoding method. It is mainly aimed at the Bit of each Symbol in the case of high order modulation, and the existing binary LDPC decoding algorithm is decode based on the initial likelihood ratio of each Bit, and the correlation between Bit is not used. The proposed algorithm is based on the initial likelihood ratio of Symbol for decoding, and more efficient use of channel information to achieve better error correction performance and lower bit error rate in the case of high order modulation. The decoding process calculates the initial likelihood ratio of each Symbol first with the channel information, initializes each message with the initial likelihood ratio, then iterates the likelihood ratio of the update message and the Symbol, and finally obtains the decoding result of the likelihood ratio of the Symbol, and the invention is more effective to use the channel information than the traditional minimum. The decoding performance of the decoder is better than that of the decoding algorithm.

【技术实现步骤摘要】
基于改进型最小和算法的LDPC译码器及其译码方法
本专利技术属于通信系统和数字存储系统，具体涉及基于改进型最小和算法的LDPC译码器及其译码方法。
技术介绍
LDPC码(LowDensityParityCheckCode)最初由Calleger在1961年提出，并在1996年Makey和Neal等人对LDPC重新进行了研究。研究表明，LDPC码既具有逼近Shannon的译码性能，又使得译码具有低的线性译码复杂度且结构灵活。目前，LDPC码相关技术已经广泛应用于光纤通信、卫星通信和非易失性存储器等领域。同时，LDPC码也成为了WiFi和DVB-S2标准。在2016年，LDPC被3GPP接纳为5G系统eMBB业务数据信息的长码块编码方案。LDPC码译码算法对于译码器的纠错起着至关重要的作用，主要分为以下两种方向：(1)硬判决译码算法(2)软判决译码算法。后者虽有较好的性能，但是复杂度太高。后来出现了置信传播算法(BeliefPropagation，BP)算法，在此基础上进行了近似改进，比如最小和译码，归一化最小和译码算法等，在复杂度和性能上有一个折中。对于软判决译码算法，采用迭代译码的方式不断更新C2V信息(ChecktoVariableMessages)和V2C信息(VariabletoCheckMessages)，采用C2V信息计算出的后验信息进行判决，判决码字满足校验则完成迭代译码。其核心是信息计算方式和信息调度方式。信息计算方式决定C2V信息和V2C信息如何转换，信息调度方式决定C2V信息和V2C信息更新的顺序。信息计算方式有SP(Sum-Product)，MS(Min-Sum)等，信息调度方式有TPMP(TwoPhaseMessagePassing),VSS(VN-centricSequenceScheduling)等。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术针对目前最小和译码算法的不足，提出一种基于改进型最小和算法的LDPC译码器及其译码方法，所述的译码器提高信道有效信息的利用率和提高译码性能。技术方案：本专利技术提出一种基于改进型最小和译码算法的LDPC译码器及其译码方法。对于基于改进型最小和算法的LDPC译码器，所述的译码器采取按列分组的改进的最小和译码算法，包括Symbol数据存储器、Bit似然比计算单元、Bit数据存储器、Symbol处理单元、校验节点处理单元、选择器、寄存器、输出数据存储器和符号存储器，所述的译码器译码过程包括如下步骤：(1)初始化处理：首先将输入译码器的Symbol的初始似然比数据存放在Symbol数据存储器中，并计算其对应的Bit似然比，再把Bit初始似然比数据存放在Bit数据存储器中；(2)开始译码后，Symbol处理单元接收Symbol数据存储器中的Symbol初始对数似然比，Bit数据存储器中的相应Bit初始对数似然比，以及寄存器中的C2V相关信息，计算出V2C信息；同时Symbol处理单元还对当前变量节点所连接的校验节点是否满足校验进行了硬判决，根据硬判结果决定是否提前结束译码；为了进行下一次迭代的C2V信息，需要把更新后的V2C信息的符号输入到符号存储器中进行存储；(3)校验节点处理单元接收来自Symbol处理单元的V2C信息和上一次迭代的V2C信息的符号，来更新计算C2V信息；并将更新后的C2V信息输入到寄存器和存储器中；(4)当所有列的信息均被更新，我们称之为完成了一次迭代，同时将迭代计数自加1；(5)如果译码器在预设的最大迭代次数之前完成了译码，译码器将提前终止迭代，并把译码结果输出到输出数据存储器中，同时宣告译码成功；反之，如果译码在达到最大迭代次数仍未译码成功，译码器将终止迭代，同时宣告译码失败。进一步的，所述的译码器采取按列分组的最小和译码算法，所述按列分组的宽度为子矩阵的维度，且变量节点处理单元按照Symbol的位列宽为单位更新。进一步的，所述最小和译码算法的每组SVNU单元并行计算个数NUM为更进一步的，所述译码器的每个校验节点处理单元包括一个及其以上个子校验节点单元，最多为列重数，所述的子校验节点单元并行计算更新C2V信息，且并行度是子矩阵的维度。本专利技术还提供一种基于改进型最小和算法的LDPC译码方法，所述的方法包括以下步骤：(a)初始化过程：首先根据接收到的每个Symbol的初始对数似然比来计算Bit的对数似然比即初始化的V2C(变量节点传给校验节点)信息，表达式如下：式中，每个Symbol可能取的值有个，所以x的取值范围是的整数；k表示Symbol中Bit标记，取值范围是0～SymWid-1的整数；j表示Symbol标记，j＝0～(N/SymWid)-1，N为码长。(b)设置最大迭代次数MAX，迭代次数k＝1；(c)校验节点的信息处理：首先根据V2C信息找到每行第一最小值min1，第二最小值min2，第一最小值的索引min1_idx，全局符号globalsign以及当前V2C信息符号V2C_sign来更新C2V信息；(d)每个变量节点收集与它相连的校验节点的对数似然比信息来进行硬判决得到输出码字out，其表达式如下：(e)变量节点的信息处理：对所有的变量节点和其相邻的校验节点做迭代计算校验节点传给变量节点的消息时，以Symbol为单位进行更新，表达式如下：x1＝x0＝outj(4)其中，表示与当前位置变量节点相连的校验节点的集合；表示每个变量节点的后验信息；(f)停止迭代：判断译码结果是否满足校验，若满足则停止迭代，输出译码结果；否则返回步骤(c)继续迭代，迭代次数k自加1，直到达到最大迭代次数MAX，同时给出译码失败标志。进一步的，步骤(a)包括对获得的Symbol的初始对数似然比进行预处理；步骤(c)所述的C2V信息更新包括如下步骤：若V2C_idx＝min1_idx，则abs(C2V)＝min2，否则abs(C2V)＝min1；sign(C2V)＝sign(V2C_idx)·globalsign；其中，V2C_idx表示当前V2C信息的索引，sign(V2C_idx)表示当前V2C信息的符号。更进一步的，步骤(c)的C2V信息即每行中的第一最小值min1、第二最小值min2、第一最小值的索引min1_idx、以及全局符号globalsign；其中，第一最小值的索引表示的是其在本行的位置。基于以上改进型最小和译码算法的译码器，译码开始后，首先读取本帧，第一个Symbol的对数似然比，并把读取的信息存放在Symbol数据存储器中。然后根据Symbol的对数似然比计算出Bit的对数似然比并存储在Bit数据存储器中。当本帧所有的Symbol对数似然比处理完毕后，开始进行迭代译码。具体工作过程如下：从数据存储器取出的Bit对数似然比和Symbol对数似然比，以及C2V信息输入到Symbol处理单元(SVNU)，将求和得到的V2C信息输入到VCbarrelshifter(桶形移位器)，同时将它们的符号存储起来；VCbarrelshifter对接收到的数据进行移位，使移位后的数据按校验矩阵H中的校验节点对齐；校验节点处理单元CNU更新最小值以及索引，最终通过选择器将C2V信息存入到寄存器或者存储器中，完成本列的信息更新。直到所以列都按照上述过程更本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于改进型最小和算法的LDPC译码器，其特征在于：所述的译码器采取按列分组的改进的最小和译码算法，包括Symbol数据存储器、Bit似然比计算单元、Bit数据存储器、Symbol处理单元、校验节点处理单元、选择器、寄存器、输出数据存储器和符号存储器，所述的译码器译码过程包括如下步骤：(1)初始化处理：首先将输入译码器的Symbol的初始似然比数据存放在Symbol数据存储器中，并计算其对应的Bit似然比，再把Bit初始似然比数据存放在Bit数据存储器中；(2)开始译码后，Symbol处理单元接收Symbol数据存储器中的Symbol初始对数似然比，Bit数据存储器中的相应Bit初始对数似然比，以及寄存器中的C2V相关信息，计算出V2C信息；同时Symbol处理单元还对当前变量节点所连接的校验节点是否满足校验进行了硬判决，根据硬判结果决定是否提前结束译码，为了进行下一次迭代的C2V信息，需要把更新后的V2C信息的符号输入到符号存储器中进行存储；(3)校验节点处理单元接收来自Symbol处理单元的V2C信息和上一次迭代的V2C信息的符号，来更新计算C2V信息；并将更新后的C2V信息输入到寄存器和存储器中；(4)当所有列的信息均被更新，我们称之为完成了一次迭代，同时将迭代计数自加1；(5)如果译码器在预设的最大迭代次数之前完成了译码，译码器将提前终止迭代，并把译码结果输出到输出数据存储器中，同时宣告译码成功；反之，如果译码在达到最大迭代次数仍未译码成功，译码器将终止迭代，同时宣告译码失败。...

【技术特征摘要】
1.基于改进型最小和算法的LDPC译码器，其特征在于：所述的译码器采取按列分组的改进的最小和译码算法，包括Symbol数据存储器、Bit似然比计算单元、Bit数据存储器、Symbol处理单元、校验节点处理单元、选择器、寄存器、输出数据存储器和符号存储器，所述的译码器译码过程包括如下步骤：(1)初始化处理：首先将输入译码器的Symbol的初始似然比数据存放在Symbol数据存储器中，并计算其对应的Bit似然比，再把Bit初始似然比数据存放在Bit数据存储器中；(2)开始译码后，Symbol处理单元接收Symbol数据存储器中的Symbol初始对数似然比，Bit数据存储器中的相应Bit初始对数似然比，以及寄存器中的C2V相关信息，计算出V2C信息；同时Symbol处理单元还对当前变量节点所连接的校验节点是否满足校验进行了硬判决，根据硬判结果决定是否提前结束译码，为了进行下一次迭代的C2V信息，需要把更新后的V2C信息的符号输入到符号存储器中进行存储；(3)校验节点处理单元接收来自Symbol处理单元的V2C信息和上一次迭代的V2C信息的符号，来更新计算C2V信息；并将更新后的C2V信息输入到寄存器和存储器中；(4)当所有列的信息均被更新，我们称之为完成了一次迭代，同时将迭代计数自加1；(5)如果译码器在预设的最大迭代次数之前完成了译码，译码器将提前终止迭代，并把译码结果输出到输出数据存储器中，同时宣告译码成功；反之，如果译码在达到最大迭代次数仍未译码成功，译码器将终止迭代，同时宣告译码失败。2.根据权利1所述的基于改进型最小和算法的LDPC译码器，其特征在于，所述的译码器采取按列分组的最小和译码算法，所述按列分组的宽度为子矩阵的维度，且变量节点处理单元按照Symbol的位列宽为单位更新。3.根据权利2所述的基于改进型最小和算法的LDPC译码器，其特征在于，所述最小和译码算法的每组SVNU单元并行计算个数NUM为4.根据权利1所述的基于改进型最小和算法的LDPC译码器，其特征在于，所述译码器的每个校验节点处理单元包括一个及其以上个子校验节点单元，最多为列重数，所述的子校验节点单元并行计算更新C2V信息，且并行度是子矩阵的维度。5.一种基于改进型最小和算法的LDPC译码方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：沙金，郑张笑，袁劲飏，刘晓真，闫锋，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32