基于BADMM的低密度奇偶检验码线性规划译码方法技术

一种基于BADMM的低密度奇偶检验码线性规划译码方法，解决了现有技术的低密度奇偶检验码译码方法译码速率慢，迭代次数多的问题。本发明专利技术实现方法的步骤：计算对数似然比值；初始化译码参数；利用布雷格曼拉格朗日公式，计算当前交替方向迭代的待译码的低密度奇偶校验码每个码元的值；利用布雷格曼拉格朗日公式，计算当前交替方向迭代的低密度奇偶校验码校验矩阵每个检验节点对应的校验向量；利用布雷格曼拉格朗日公式，计算当前交替方向迭代的低密度奇偶校验码校验矩阵每个检验节点对应的拉格朗日乘子向量；译码终止判决；译码结果输出。本发明专利技术收敛速度快，减少了迭代次数，提高了译码速率。

【技术实现步骤摘要】
基于BADMM的低密度奇偶检验码线性规划译码方法
本专利技术属于通信
，更进一步涉及信道编码
中一种基于布雷格曼交替方向乘子法BADMM(BregmanAlternatingDirectionMethodofMultipliers)的低密度奇偶检验LDPC(Low-DensityParity-Check)码线性规划译码方法。本专利技术可用于深空通信、光纤通信和音频广播等领域对所传递的消息进行译码。
技术介绍
低密度奇偶检验LDPC(Low-DensityParity-Check)码译码方法分为两类：消息传递类方法和线性规划译码方法。消息传递类方法，如置信传播BP(BeliefPropagation)，具有实现简单、译码复杂度较低等优势，但是存在易受短环影响、难以数学分析，在高信噪比区域会出现错误平层等缺点。线性规划译码方法基于凸优化理论，具有最大似然特点，便于数学分析，但是由于没有充分利用低密度奇偶检验LDPC(Low-DensityParity-Check)码校验矩阵稀疏的特点，译码复杂度较高，译码速度慢。山东大学在其拥有的专利技术“一种应用于LDPC码的自适应线性规划译码算法”(授权公告日：2013年6月5日，授权公告号：CN102148619B)中公开了一种自适应的低密度奇偶检验LDPC(Low-DensityParity-Check)码线性规划译码方法。该专利申请中的译码方法是，通过自适应地对当前错误解添加有效的奇偶校验，有目的的收紧线性规划的可行域范围，因此相对于传统的低密度奇偶检验LDPC(Low-DensityParity-Check)码线性规划译码，整个译码过程中所用到的奇偶校验大大减少。该方法虽然解决了低密度奇偶检验LDPC(Low-DensityParity-Check)码的线性规划译码方法译码速率低的问题，但是仍然存在的不足之处是，译码过程中需要多次对标准线性规划求解，计算量大，复杂度高，不利于硬件实现。Barman等人在其发表的论文“DecompositionmethodsforlargescaleLPdecoding”(IEEEInternationalConferenceonDataEngineering,Hannover,2011:253-260.)中提出了一种基于交替方向乘子法ADMM(AlternatingDirectionMethodofMultiplier)的低密度奇偶检验LDPC(Low-DensityParity-Check)码线性规划译码方法。该方法通过对低密度奇偶检验LDPC(Low-DensityParity-Check)码建立线性规划模型，再通过交替方向乘子法ADMM(AlternatingDirectionMethodofMultiplier)对待译码的码元和校验节点对应的向量进行交替方向迭代求解，使译码效率相对于利用标准线性规划求解的译码方法大大提高。但是，该方法仍然存在的不足之处是：当前交替方向迭代的待译码码元的值没有利用上次交替方向迭代的待译码码元的值，并且，当前交替方向迭代的低密度奇偶校验码校验矩阵中检验节点对应的校验向量没有利用上次交替方向迭代的低密度奇偶校验码校验矩阵中检验节点对应的校验向量，需要进行多次迭代才能达到收敛条件，导致译码速度慢，译码效率不高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种基于布雷格曼交替方向乘子法BADMM的低密度奇偶检验码线性规划译码方法，可实现低密度奇偶检验码线性规划译码方法的快速收敛，减少译码迭代次数，提高译码速率。实现本专利技术目的的基本思路是：通过布雷格曼拉格朗日公式，根据上次交替方向迭代的待译码码元的值来计算当前交替方向迭代的待译码码元的值，根据上次交替方向迭代的校验节点对应的校验向量来计算当前交替方向迭代的校验节点对应的校验向量，加快了收敛速度，从而减少译码迭代次数，提高译码速率。实现本专利技术目的的具体步骤包括如下：(1)计算低密度奇偶校验码中每个码元的对数似然比值；(2)初始化译码参数：(2a)将低密度奇偶校验码校验矩阵中每个检验节点的消息设置为0.5，得到初始的校验向量，将低密度奇偶校验码校验矩阵中每个校验节点对应的拉格朗日乘子设置为0，得到初始的拉格朗日乘子向量；(2b)将对数似然比值大于0时所对应的低密度奇偶校验码初始码元的值设置为1，其余的低密度奇偶校验码初始码元的值设置为0；(3)利用布雷格曼拉格朗日公式，计算当前交替方向迭代的待译码的低密度奇偶校验码每个码元的值：其中，xk表示当前交替方向迭代的待译码的低密度奇偶校验码中第k个码元，k表示待译码的码元序号，k的取值范围为1到n的正整数，n的值等于低密度奇偶校验码中所有码元的长度，Π表示投影操作，μ表示取值为1.8的惩罚参数，da表示低密度奇偶校验码校验矩阵第a列中1的总数，α表示取值为0.1的惩罚参数，m的值等于低密度奇偶校验码校验矩阵中校验节点的总数，∑表示求和操作，j表示低密度奇偶校验码校验矩阵的校验节点序号，j的取值范围为1到m的正整数，zj表示上次交替方向迭代的低密度奇偶校验码校验矩阵的第j个校验节点对应的校验向量，λh表示上次交替方向迭代的低密度奇偶校验码校验矩阵的第h个校验节点对应的拉格朗日乘子向量，γi表示接收的低密度奇偶校验码中第i个码元的对数似然比值，xs表示上次交替方向迭代的待译码的低密度奇偶校验码中第s个码元，a、i和s的取值都与k相等，h的取值与j相等；(4)利用布雷格曼拉格朗日公式，计算当前交替方向迭代的低密度奇偶校验码校验矩阵每个检验节点对应的校验向量：其中，zt表示当前交替方向迭代的低密度奇偶校验码校验矩阵的第t个校验节点对应的校验向量，PPv表示低密度奇偶校验码校验矩阵的第v个检验节点对应的奇偶校验多面体，β表示取值为0.2的惩罚参数，Pw表示低密度奇偶校验码校验矩阵的第w个检验节点对应的选择矩阵，x表示当前交替方向迭代的待译码的低密度奇偶校验码的码元向量，t、v和w的取值与j相等；(5)利用布雷格曼拉格朗日公式，计算当前交替方向迭代的低密度奇偶校验码校验矩阵每个检验节点对应的拉格朗日乘子向量；(6)判断当前交替方向迭代的待译码的低密度奇偶校验码每个码元是否满足译码终止条件，若是，则执行步骤(7)，否则，执行步骤(3)；(7)输出译码的低密度奇偶校验码每个码元的值。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：第一，由于本专利技术利用布雷格曼拉格朗日公式，计算当前交替方向迭代的待译码的低密度奇偶校验码每个码元的值，克服了现有技术的线性规划译码方法中，当前交替方向迭代的待译码码元的值，没有利用上次交替方向迭代的待译码码元的值而导致的收敛速度慢的缺点，使得本专利技术具有更快的收敛速度，提高了译码速率。第二，由于本专利技术利用布雷格曼拉格朗日公式，计算当前交替方向迭代的低密度奇偶校验码校验矩阵每个检验节点对应的校验向量，克服了现有技术的线性规划译码方法中，当前交替方向迭代的低密度奇偶校验码校验矩阵中检验节点对应的校验向量，没有利用上次交替方向迭代的低密度奇偶校验码校验矩阵中检验节点对应的校验向量而导致迭代次数多的缺点，使得本专利技术具有很少的迭代次数，减少了译码时间。附图说明图1是本专利技术方法的流程图；图2是本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于布雷格曼交替方向乘子法BADMM的低密度奇偶检验码线性规划译码方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)计算低密度奇偶校验码中每个码元的对数似然比值；(2)初始化译码参数：(2a)将低密度奇偶校验码校验矩阵中每个检验节点的消息设置为0.5，得到初始的校验向量，将低密度奇偶校验码校验矩阵中每个校验节点对应的拉格朗日乘子设置为0，得到初始的拉格朗日乘子向量；(2b)将对数似然比值大于0时所对应的低密度奇偶校验码初始码元的值设置为1，其余的低密度奇偶校验码初始码元的值设置为0；(3)利用布雷格曼拉格朗日公式，计算当前交替方向迭代的待译码的低密度奇偶校验码每个码元的值：

【技术特征摘要】
1.一种基于布雷格曼交替方向乘子法BADMM的低密度奇偶检验码线性规划译码方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)计算低密度奇偶校验码中每个码元的对数似然比值；(2)初始化译码参数：(2a)将低密度奇偶校验码校验矩阵中每个检验节点的消息设置为0.5，得到初始的校验向量，将低密度奇偶校验码校验矩阵中每个校验节点对应的拉格朗日乘子设置为0，得到初始的拉格朗日乘子向量；(2b)将对数似然比值大于0时所对应的低密度奇偶校验码初始码元的值设置为1，其余的低密度奇偶校验码初始码元的值设置为0；(3)利用布雷格曼拉格朗日公式，计算当前交替方向迭代的待译码的低密度奇偶校验码每个码元的值：其中，xk表示当前交替方向迭代的待译码的低密度奇偶校验码中第k个码元，k表示待译码的码元序号，k的取值范围为1到n的正整数，n的值等于低密度奇偶校验码中所有码元的长度，Π表示投影操作，μ表示取值为1.8的惩罚参数，da表示低密度奇偶校验码校验矩阵第a列中1的总数，α表示取值为0.1的惩罚参数，m的值等于低密度奇偶校验码校验矩阵中校验节点的总数，∑表示求和操作，j表示低密度奇偶校验码校验矩阵的校验节点序号，j的取值范围为1到m的正整数，zj表示上次交替方向迭代的低密度奇偶校验码校验矩阵的第j个校验节点对应的校验向量，λh表示上次交替方向迭代的低密度奇偶校验码校验矩阵的第h个校验节点对应的拉格朗日乘子向量，γi表示接收的低密度奇偶校验码中第i个码元的对数似然比值，xs表示上次交替方向迭代的待译码的低密度奇偶校验码中第s个码元，a、i和s的取值都与k相等，h的取值与j相等；(4)利用布雷格曼拉格朗日公式，计算当前交替方向迭代的低密度奇偶校验码校验矩阵每个检验节点对应的校验向量：其中，zt表示当前交替方向迭代的低密度奇偶校验码校验矩阵的第t个校验节点对应的校验向量...

【专利技术属性】
技术研发人员：王勇超，杜倩，白晶，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，西安中电科西电科大雷达技术协同创新研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61