LDPC码的时序串联置信译码方法技术

本发明专利技术公开了LDPC码的时序串联置信译码方法。洪泛译码和动态残差译码属于LDPC码的两种译码时序：洪泛译码复杂度适中、延时低，而误码率高；动态残差译码则误码率较低，但因译码复杂度和延时高，使得实用性极低。该发明专利技术将洪泛译码与动态残差译码时序进行多级串联，并且主要以洪泛译码作为第一级子译码器。这种方法仍然以洪泛译码为主导，融合了洪泛译码的低延时、低复杂度和动态残差传播译码的低误码率、快速收敛的优点，在中高信噪比区域极大地降低了单独使用残差译码的复杂度和延时，使得串联置信译码具有很高的实际应用价值。

【技术实现步骤摘要】
LDPC码的时序串联置信译码方法
本专利技术属于电子、通讯、与信息工程领域，特别涉及无线通信和信息存储中LDPC纠错码的译码器设计。
技术介绍
低密度奇偶校验(Low-DensityParity-Check，LDPC)码是一种基于稀疏矩阵的纠错码，是继Turbo码后又一种性能接近香浓极限的现代纠错码。置信传播(BeliefPropagation，BP)是LDPC码常用的译码方法。置信传播根据信息的更新时序，可分为同步时序和动态时序两种。同步时序的洪泛译码(Flooding)：在每一个译码迭代过程中，先更新所有校验节点到变量节点的边信息，再更新所有变量节点到校验节点的边信息。每次迭代结束后，根据判决条件对每个变量节点进行判定。如此反复，直到满足译码停止条件。常见的动态时序有残差置信传播(RBP)、校验节点残差置信传播(NWRBP)和变量到校验节点获知残差置信传播(IVCRBP)。RBP是基于边更新的译码方案，每次选择具有最大残差的边进行更新。NWRBP是基于校验节点更新的译码方案，每次选择最大残差边所在的校验节点进行更新。IVCRBP在RBP的基础上引入了不稳定节点的概念，将变量节点分为不稳定和稳定两类，寻找最大残差所在变量节点时，不稳定节点的优先级高于稳定节点。洪泛译码的译码复杂度适中，译码延时较低。相比洪泛译码，基于残差的动态时序译码能有效降低误帧率，并且其迭代译码收敛速度更快。然而由于残差传播译码需要额外检测最大残差所在边或节点，极大地增加了译码复杂度和时延。
技术实现思路
技术问题：下一代通信系统对通信延时、稳定性、硬件复杂度的要求越来越高，作为通信系统中一个重要的环节，LDPC码仍然存在较大的改进空间。本专利技术中提及的洪泛译码和残差传播译码都属于LDPC码置信传播译码的一种。洪泛译码的复杂度适中，译码延时较低。相比洪泛译码，尽管残差传播译码能有效降低误码率，然而其较大的译码复杂度和延时远大于洪泛的弊端，使得残差传播译码的实用性较低。专利技术目的：本专利技术将洪泛译码时序和残差传播译码时序串行多级级联，并命名为串联置信译码器。这种级联方式融合了洪泛译码的低译码延时和残差传播译码的低误码率的两个优点，并且在中高信噪比区域极大地降低了单独使用残差译码的复杂度和延时，使得串联置信译码具有很高的实际应用价值。本专利技术提出的LDPC码串联置信译码器的具体实施方案如图1所示。本专利技术中，第一级译码器使用同步更新的洪泛时序，之后的第2至第N级译码器使用动态残差传播译码时序(如本专利技术方案采用的NWRBP和IVCRBP译码时序都属于动态残差译码)。本专利技术包括以下几种译码方案：方案1：二级串联译码器NWRBP+IVCRBP，即节点残差置信传播作为第一级子译码器，变量到校验获知残差置信传播为第二级子译码器；方案2：二级串联译码器Flooding+NWRBP，即洪泛时序作为第一级子译码器，节点残差置信传播作为第二级子译码器；方案3：二级串联译码器Flooding+IVCRBP，即洪泛时序作为第一级子译码器，变量到校验获知残差置信传播作为第二级子译码器；方案4：三级串联译码器Flooding+NWRBP+IVCRBP，即洪泛时序作为第一级子译码器，节点残差置信传播作为第二级子译码器，变量到校验获知残差置信传播作为第三级子译码器。其中，方案1-3为二级串联译码器，方案4为三级串联译码器。需要注意的是，二级串联译码器IVCRBP+NWRBP和三级串联译码器Flooding+IVCRBP+NWRBP因为其性能分别与方案1和方案4相近似，在本专利技术中并未详细阐述。所述方案1、方案2、方案3、方案4包括以下步骤：(1)确定串联译码器中子译码器数量，并设置各级子译码器的最大译码迭代数；(2)为串联译码器中各子译码器选择合适的译码时序，涉及的译码时序包括洪泛即Flooding、残差置信传播即RBP、校验节点残差置信传播即NWRBP、变量到校验节点获知残差置信传播即IVCRBP；(3)选择Flooding作为第一级子译码器的译码时序(方案1例外,方案1以节点残差置信传播NWRBP作为第一级子译码器的译码时序)；(4)选择RBP、NWRBP、IVCRBP作为剩余子译码器的译码时序；(5)依次运行每一级子译码器，直到成功译码或者到达最后一级子译码器。有益效果本专利技术将洪泛译码与动态残差译码两种时序进行串联，并且以洪泛译码作为第一级子译码器。这种方法融合了洪泛译码的低延时、低复杂度和动态残差传播译码的低误码率、快速收敛的优点，在中高信噪比区域极大地降低了单独使用残差译码的复杂度和延时，使得串联置信译码在LDPC译码方面具有很高的实际应用价值。附图说明图1:本专利技术提出的时序串联置信译码器技术方案。图2:码A在高斯白噪声信道环境下，各译码方案误帧率和信噪比的关系。图3:码B在高斯白噪声信道环境下，各译码方案误帧率和信噪比的关系。图4:码A在高斯白噪声信道环境下，各译码方案平均译码迭代数和信噪比的关系。图5:码B在高斯白噪声信道环境下，各译码方案平均译码迭代数和信噪比的关系。图6:码A在高斯白噪声信道环境下，各译码方案近似译码复杂度和信噪比的关系。图7:码B在高斯白噪声信道环境下，各译码方案近似译码复杂度和信噪比的关系。变量E：LDPC码H矩阵中1的数量总和或者LDPC码二分图中边的数量总和。用于仿真的码A：码率为0.4且码长为155的准循环LDPC码。用于仿真的码B：Wi802.16e标准中码率为0.5且码长为576的准循环LDPC码。平均译码复杂度：定义为置信译码过程中传送的边信息的数量和涉及残差计算的边数量总和，单位是E。具体实施方式以下结合附图具体说明。LDPC码的时序串联置信译码方法的实施包括五个步骤：步骤1：如图1所示，确定串联译码器中子译码器数量，并设置各级子译码器的最大迭代数；步骤2：为串联译码器中各子译码器选择合适的译码时序，本专利技术中涉及的译码时序包括洪泛(Flooding)、残差置信传播(RBP)、校验节点残差置信传播(NWRBP)、变量到校验节点获知残差置信传播(IVCRBP)；步骤3：选择Flooding作为第一级子译码器的译码时序(方案1例外,方案1以节点残差置信传播NWRBP作为第一级子译码器的译码时序)；步骤4：选择RBP、NWRBP、IVCRBP作为剩余子译码器的译码时序；步骤5：依次运行每一级子译码器，直到成功译码或者到达最后一级子译码器。下面结合实例及附图，对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限与此。本专利技术实验所用计算机的配置为内存8GB，CPU是IntelCorei5-34703.2GHz的台式计算机，所用代码是Matlab2012b语言开发。用于测试专利技术方案的LDPC编码有A和B两种：码A是码率为0.4且码长为155的准循环LDPC码；码B是Wi802.16e标准中使用的码率为0.5且码长为576的准循环LDPC码。仿真过程中，图1方案的各级子译码器的最大译码迭代次数设置为20，该参数可根据具体的通信环境和技术要求而改变。经分析各译码方案的性能，得出以下结论：第一，多级译码器的误帧率明显优于(低于)单级译码器。如图2和图3所示，分别为码A和码B在高斯白噪声环境下，各译码方案的误帧率和信噪比关系。观察图2和图3本文档来自技高网...

【技术保护点】
LDPC码的时序串联置信译码方法，其特征在于，第一级译码器使用同步更新的洪泛时序，之后的第2至第N级译码器使用动态残差传播译码时序，包括以下几种译码方案：方案1：二级串联译码器NWRBP+IVCRBP，即节点残差置信传播作为第一级子译码器，变量到校验获知残差置信传播为第二级子译码器；方案2：二级串联译码器Flooding+NWRBP，即洪泛时序作为第一级子译码器，节点残差置信传播作为第二级子译码器；方案3：二级串联译码器Flooding+IVCRBP，即洪泛时序作为第一级子译码器，变量到校验获知残差置信传播作为第二级子译码器；方案4：三级串联译码器Flooding+NWRBP+IVCRBP，即洪泛时序作为第一级子译码器，节点残差置信传播作为第二级子译码器，变量到校验获知残差置信传播作为第三级子译码器。

【技术特征摘要】
1.LDPC码的时序串联置信译码方法，其特征在于，第一级译码器使用同步更新的洪泛时序，之后的第2至第N级译码器使用动态残差传播译码时序，包括以下几种译码方案：方案1：二级串联译码器NWRBP+IVCRBP，即节点残差置信传播作为第一级子译码器，变量到校验获知残差置信传播为第二级子译码器；方案2：二级串联译码器Flooding+NWRBP，即洪泛时序作为第一级子译码器，节点残差置信传播作为第二级子译码器；方案3：二级串联译码器Flooding+IVCRBP，即洪泛时序作为第一级子译码器，变量到校验获知残差置信传播作为第二级子译码器；方案4：三级串联译码器Flooding+NWRBP+IVCRBP，即洪泛时序作为第一级子译码器，节点...

【专利技术属性】
技术研发人员：周华，李鹏，冯姣，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32