一种LDPC码的硬判决比特翻转译码算法制造技术

本发明专利技术涉及一种LDPC码的硬判决译码算法。该方法包括：在每一次迭代开始时先计算校验和，利用校验和与当前迭代次数判定译码是否完成；对于当前译码码字中的每一个码元，首先，判定其是否与接收码字中对应码元相等；其次，计算与该码元所连接的校验和值之和；第三，基于预设的概率值产生一个值为0或1的随机惩罚项。上述三部分之和为该码元的能量值。能量值反映每个码元的可靠性，对应能量值最大的码元将会被翻转。本发明专利技术的算法只需要利用硬消息进行译码，因此其译码复杂度很低。应用本发明专利技术的算法能够大大降低硬判决译码被困在捕获集中的概率。在软消息无法获得的情况下，如BEC信道，本发明专利技术所公开的译码算法大幅提高了对传输数据的纠错能力。

A Hard Decision Bit Flip Decoding Algorithm for LDPC Codes

The present invention relates to a hard decision decoding algorithm for LDPC codes. The method includes: calculating the sum of checks at the beginning of each iteration, using the sum of checks and the number of iterations to determine whether the decoding is completed; for each symbol in the current decoded codeword, first, determining whether it is equal to the corresponding symbol in the received codeword; secondly, calculating the sum of checks and values connected to the symbol; thirdly, generating a value based on the presupposed probability value. Random penalties of 0 or 1. The sum of the above three parts is the energy value of the symbol. The energy value reflects the reliability of each symbol, and the symbol with the largest corresponding energy value will be flipped. The algorithm of the present invention only needs to decode by using hard messages, so its decoding complexity is very low. The algorithm of the present invention can greatly reduce the probability that hard decision decoding is trapped in the acquisition set. The decoding algorithm disclosed by the present invention greatly improves the error correction ability of the transmitted data when the soft message is not available, such as the BEC channel.

【技术实现步骤摘要】
一种LDPC码的硬判决比特翻转译码算法所属
本专利技术涉及通信编码
的译码算法，特别涉及到通信领域中一种针对于LDPC码的高性能低复杂度的硬判决比特翻转译码算法。
技术介绍
在目前的通信系统中，信号由发生源产生，在经过有噪信道传输后到达接收端。因此接收到的信号是经过干扰的，噪声会使得接受信号中的一些消息与发射信号不符，导致接收到的信息并不是所希望得到的。为了保证接受信息与发射信息的一致性，在通信系统中引入了信道编码技术来克服有噪信道对传输消息的影响。该技术在发送信号中加入一些冗余校验位，接收端通过这些校验位来判定哪些消息是错误的并对其进行纠正。低密度奇偶校验(LDPC)码是由Gallager在1963年提出的。由于其比较高的译码复杂度以及当时较低的科技水平，在很长一段时间内都没有受到人们的关注。在上世纪九十年代，D.MacKay重新将LDPC码带回公众的视线，很快引起了广泛的研究热潮。目前，LDPC码由于其具有接近香农限的译码性能，已经被广泛应用于光纤通信、以太网、微波通信、SSD、硬盘通信、5G通信等无线通信标准中。LDPC码遵循迭代消息传递的译码过程，其译码算法主要分为软判决和硬判决两大类。软判决利用从信道中得到的软消息，在迭代中不断的对其进行修正，最终得到译码判决输出。软判决常用的算法为置信传播算法。由于其非常高的计算复杂度，最小和算法作为其一种简化版被更加广泛地使用在实际应用当中。偏差值和分层结构的引入保证了最小和译码算法的译码性能。虽然软判决译码算法可以以高复杂度为代价来获得很好的译码性能，但随之而来的问题是高复杂度对译码器吞吐率的限制，这使得软判决译码算法在需要很高吞吐率的应用场景下具有很大的缺陷。并且，在很多情况下，得到软消息所需要的延时和计算是无法接受的，因此译码器端只能得到二进制的硬消息，这也使得软判决译码无法正常执行。与软判决译码算法相对的是硬判决译码算法。这一类算法在译码过程中只迭代传递硬消息，因此硬判决译码算法的译码复杂度很低，但译码性能也远逊于软判决译码算法。由于低复杂度带来的高吞吐率，在要求高速处理的环境下硬判决译码算法具有广阔的应用前景。目前常用的硬判决译码算法是比特翻转算法。为了提高比特翻转算法的译码性能，近些年提出了一种基于梯度下降的比特翻转算法。在该算法中首先定义了一个目标函数，之后将译码的过程看作是对这个目标函数的最大化过程，梯度下降算法被用于求解这个最大化问题。为了确定每次迭代中被翻转的比特，在该算法中定义了一个翻转方程，该方程的值表征了每个比特的能量值，每次迭代中能量值最大的比特将会被翻转。尽管如此，在无法获得软消息的环境下，如二进制对称信道(BSC)，该算法的译码性能仍然较差，不能满足实际通信需求。
技术实现思路
本专利技术针对上述问题，提出了一种基于用于LDPC码的硬判决比特翻转译码算法，在保证低复杂度的前提下，提升了目前比特翻转译码算法的译码性能，使之具有更加广阔的应用前景。具体
技术实现思路
如下：一种LDPC码的硬判决译码算法，其特征在于，当译码码字c不满足校验方程时，所述的译码方法包括：对于译码码字中的每一个码元，根据接收到的消息计算其可靠性值，在每一次迭代时将最不可靠的码字进行翻转。所述的方法还包括：在计算每个码字对应的可靠性值之前，根据s＝cHT计算出校验和向量s。若s＝0则停止译码并宣告译码成功并输出当前译码码字c，否则继续译码过程。所述的方法还包括：在进行译码前预设最大迭代次数Tmax，并将当前迭代次数t初始化为0。在完成每次迭代后将当前迭代次数t加1。所述的方法还包括：在计算出校验和向量s之后，若s≠0，则判定当前迭代次数t是否等于Tmax。若t＝Tmax，则判定译码失败并输出当前译码码字c，否则继续译码过程。所述的方法还包括：在进行译码前预设用于产生随机惩罚项的概率值p，其中0＜p＜1。p的最优数值通过仿真遍历搜索得到。所述的方法还包括：对于译码码字中的每一个码元，其可靠性值由对应该码元的能量值反映。能量值计算公式包含三部分信息，分别是：a)该码元与接收向量中对应码元的相似程度；b)与该码元相关联的校验方程的满足程度；c)随机生成的惩罚项。所述的方法还包括：对于译码码字中的任一码元ck，其与接收向量中对应码元rk的相似程度由判定。若ck＝rk则结果为1，反之结果为0。所述的方法还包括：对于译码码字中的任一码元ck，用与其连接的校验节点的校验和的累加和来反映与之相关联的校验方程的满足程度。所述的方法还包括：对于译码码字中的任一码元ck，分配给该码元的随机惩罚项λk的取值范围为0或1。其中λk＝1的概率为p，λk＝1的概率为1-p。所述的方法还包括：能量值计算公式为能量值越大则反映对应码元最不可靠。在每次译码迭代中，将译码码字中拥有最大能量值的所有码元进行翻转，即ck＝1-ck。本专利技术上述提出的译码算法，具有以下的有益效果：首先，本专利技术的译码算法属于硬判决译码算法，只利用了接收到的硬判决消息进行计算，因此其译码复杂度非常之低；其次，本专利技术的译码算法在翻转方程中首创性的加入了随机惩罚项，这一改变打破了原有译码过程的规则性，减少了译码被捕获集捕获的概率，降低了其对译码性能造成的影响；第三，本专利技术的译码算法十分易于硬件实现；第四，本专利技术的译码算法的译码性能远胜于目前的硬判决译码算法，这一可观的改进具有很大的意义，使得硬判决译码算法成为了一种更加可靠的译码算法。附图说明图1是本专利技术译码算法流程图示意图；图2是二向图的示意图；图3是捕获集示意图；图4是译码状态示意图；图5是本专利技术实施例的误帧率(FER)性能仿真示意图；具体实施方式下面将结合附图对本专利技术所提出的算法作更进一步的说明。特别说明的是参考附图描述的实施是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。图1是本专利技术译码算法流程图示意图。首先，将从信道接收到的码字向量r保存起来，向量r中只含有0或1两个数值，将其赋给当前译码码字c。预先设定最大的迭代次数Tmax和用于生成随机惩罚项序列的概率值p。注意p的最优值是通过仿真遍历搜索得到的。在大多数情况下，p的值可以被设置为0.9。将当前迭代数目t的值初始化为0。第二，利用当前译码码字计算出每一个校验节点的校验和。校验和的计算方式为通过将在二向图中与该校验节点相连接的码元的值进行异或操作来得到。图2是二向图的示意图，如图所示，与校验节点c1连接的比特为v1，v2，v3，v4，因此该校验节点的校验和为这四个比特的值进行异或操作得到的结果。例如若这四个比特的值分别为0，0，0，1，则该校验位的校验和为1；若这四个比特的值分别为1，0，0，1，则该校验位的校验和为0。第三，判断计算得到的校验和向量s是不是全零码字，若是，则退出译码并宣告译码成功，否则，继续执行下一步骤。第四，判断当前迭代数目t是否等于预先设定的最大迭代数目Tmax，若是，则退出译码并宣告译码失败，否则，继续执行下一步骤。第五，计算当前译码码字c中每一个码元的能量值，能量值通过下述翻转方程计算：其中，Nv(k)表示在二向图中与第k个比特相连的校验节点，表示异或操作，λk代表随机惩罚项。可以看到，该方程主要包括三部分，从左到右依次是接收信息，校验信息以及随机惩罚项λ。本专利技术在翻转方程本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种LDPC码的硬判决译码算法，其特征在于，当译码码字c不满足校验方程时，所述的译码方法包括：对于译码码字中的每一个码元，根据接收到的消息计算其可靠性值，在每一次迭代时将最不可靠的码字进行翻转。

【技术特征摘要】
1.一种LDPC码的硬判决译码算法，其特征在于，当译码码字c不满足校验方程时，所述的译码方法包括：对于译码码字中的每一个码元，根据接收到的消息计算其可靠性值，在每一次迭代时将最不可靠的码字进行翻转。2.根据权利要求1所述的LDPC码的硬判决译码算法，其特征在于，所述的方法还包括：在计算每个码字对应的可靠性值之前，根据s＝cHT计算出校验和向量s。若s＝0则停止译码并宣告译码成功并输出当前译码码字c，否则继续译码过程。3.根据权利要求1所述的LDPC码的硬判决译码算法，其特征在于，所述的方法还包括：在进行译码前预设最大迭代次数Tmax，并将当前迭代次数t初始化为0。在完成每次迭代后将当前迭代次数t加1。4.根据权利要求2或3所述的LDPC码的硬判决译码算法，其特征在于，所述的方法还包括：在计算出校验和向量s之后，若s≠0，则判定当前迭代次数t是否等于Tmax。若t＝Tmax，则判定译码失败并输出当前译码码字c，否则继续译码过程。5.根据权利要求1所述的LDPC码的硬判决译码算法，其特征在于，所述的方法还包括：在进行译码前预设用于产生随机惩罚项的概率值p，其中0＜p＜1。p的最优数值通过仿真遍历搜索得到。6.根据权利要求1至5任一项所述的LDPC码的硬判决译码算法，其特征在于，所述的方法还包...

【专利技术属性】
技术研发人员：王中风，崔航轩，林军，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32