基于SOR的LDPC译码方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于SOR的LDPC译码方法及系统，来进一步提高通信系统的稳定性，降低误码率。该方法通过将SOR检测和LDPC译码穿插起来，使得他们之间的概率信息可以流通，进而使得概率信息可以具有更高精度而且可以更快的收敛速度。

LDPC decoding method and system based on SOR

The invention discloses a LDPC decoding method and system based on SOR to further improve the stability of the communication system and reduce the bit error rate. By embedding SOR detection and LDPC decoding, the probability information between them can be circulated, which makes probabilistic information more accurate and converges faster.

【技术实现步骤摘要】
基于SOR的LDPC译码方法及系统
本专利技术涉及空时编码和信道编码
，尤其涉及一种LDPC的基于SOR的联合迭代检测译码方法及系统。
技术介绍
面对5G对于通信需求，传输速率，可靠性和频谱利用率都有很大需求。大规模多输入多输出(Multiple-InputMultiple-Output，MIMO)面对该挑战，可以帮助提高传输速率和频谱利用率。而低密度奇偶校验码(LowDensityParityCheckCode，LDPC)长时间作为通信协议中的标准码，其对差错控制的可靠性一度得到认可。最近，LDPC又被确定为5G中长码标准。
技术实现思路
专利技术目的：为了满足一些对误码率有更高要求的场合，本专利技术提出了LDPC编码的大规模MIMO的基于超松弛迭代(successiveoverrelaxation，SOR)检测联合迭代检测译码方法及系统。该专利技术通过将大规模MIMO的SOR检测和LDPC译码结合，从而使得误码率降低，并且提高收敛速度。技术方案：本专利技术所述的基于SOR的LDPC译码方法包括：(1)对信道矩阵H和接收信号y进行预处理，得到匹配滤波器输出yMF＝HHy和MMSE滤波矩阵W＝G+σ2IM，并将W分解为W＝D+L+LH；其中，G表示Gram矩阵，且G＝HHH，σ2为噪声方差，IM为单位阵，(.)H为共轭转置操作，D为对角阵，L为下三角阵；(2)设置迭代次数k＝1；(3)将匹配滤波器输出yMF、MMSE滤波矩阵分解结果D、L和LH以及修正因子ω作为输入，采用SOR算法更新得到第k次迭代时待检测信号估计结果sk；其中，SOR迭代公式为式中，()k表示第k次迭代对应的值，s0为全0向量；(4)通过MAP模块将待检测信号估计结果转化为比特概率的对数似然比；(5)采用转换的对数似然比初始化LDPC中变量节点j的固有信息和变量节点j向校验节点i传输的信息其中，j＝1,2,...,n，i＝1,2,...,m，n、m分别为变量节点和校验节点的个数；(6)根据下式计算第k次迭代时校验节点i向变量节点j传输的信息式中，j＝1,2,...,n，i＝1,2,...,m，N(i)表示所有与校验节点i连接的变量节点的集合，表示变量节点l到校验节点i传输的信息的符号；(7)根据采用下式对变量节点j的固有信息和变量节点j向校验节点i传输的信息进行更新：式中，j＝1,2,...,n，i＝1,2,...,m，M(j)表示所有与变量节点j连接的校验节点的集合；(8)通过MAP-1模块将变量节点j的固有信息转化为Δsk，并通过加权平均更新待检测信号估计结果sk，其中：sk＝αsk+βΔsk式中，α、β是加权系数，并满足α+β＝1；(9)将k值加1，并返回步骤(3)进行迭代，直至达到预设次数；并做硬判决然后输出对码字的估计，判决方法为：如果Lj大于0，则第j个比特为0，否则第j个比特为1。其中，步骤(4)具体包括：(4-1)采用下式计算sk是由第u个符号发射得来的概率式中，sk(h)表示sk的第h个符号，cu表示第u个符号；(4-2)根据上式计算得到P(0)和P(1)，并采用ln(P(0)/p(1))计算得到对数似然比。本专利技术所述的基于SOR的LDPC译码系统包括：匹配滤波器单元，用于对信道矩阵H和接收信号y进行预处理，得到匹配滤波器输出yMF＝HHy；Gram矩阵计算单元，用于根据信道矩阵H计算得到Gram矩阵G＝HHH；MMSE滤波矩阵计算单元，用于计算得到MSE滤波矩阵W＝G+σ2IM，其中，σ2为噪声方差，IM为单位阵；MMSE滤波矩阵分解单元，用于将W分解为W＝D+L+LH；其中，(.)H为共轭转置操作，D为对角阵，L为下三角阵；SOR迭代单元，用于将匹配滤波器输出yMF、MMSE滤波矩阵分解结果D、L和LH以及修正因子ω作为输入，采用SOR算法更新得到第k次迭代时待检测信号估计结果sk；其中，SOR迭代公式为式中，()k表示第k次迭代对应的值，s0为全0向量；MAP模块，用于将待检测信号估计结果转化为比特概率的对数似然比；变量节点，用于采用转换的对数似然比初始化LDPC中变量节点j的固有信息和变量节点j向校验节点i传输的信息其中，j＝1,2,...,n，i＝1,2,...,m，n、m分别为变量节点和校验节点的个数；校验节点，用于根据下式计算第k次迭代时校验节点i向变量节点j传输的信息式中，j＝1,2,...,n，i＝1,2,...,m，N(i)表示所有与校验节点i连接的变量节点的集合，表示变量节点l到校验节点i传输的信息的符号；变量节点，还用于根据Rij采用下式对变量节点j的固有信息和变量节点j向校验节点i传输的信息进行更新：式中，j＝1,2,...,n，i＝1,2,...,m，M(j)表示所有与变量节点j连接的校验节点的集合；MAP-1模块，用于将变量节点j的固有信息转化为Δsk，并通过加权平均更新待检测信号估计结果sk，其中：sk＝αsk+βΔsk式中，α、β是加权系数，并满足α+β＝1；循环迭代执行模块，用于将k值加1，并返回SOR迭代单元，按顺序进行迭代，直至达到预设次数；判决单元，用于硬判决然后输出对码字的估计，判决方法为：如果Lj大于0，则第j个比特为0，否则第j个比特为1。进一步的，MAP模块具体用于：采用下式计算sk是由第u个符号发射得来的概率式中，sk(h)表示sk的第h个符号，cu表示第u个符号；根据上式计算得到P(0)和P(1)，并采用ln(P(0)/p(1))计算得到对数似然比。有益效果：本专利技术与现有技术相比，其显著优点是：本专利技术通过把SOR检测LDPC译码联合起来，把SOR检测快速的优势和LDPC译码准确的优势结合，并进一步提高，取得一加一大于二的效果。传统分离检测译码(separateddetectionanddecoding，SDD)，仅仅是把SOR检测若干次迭代后的结果送给LDPC译码器译码。而本专利技术通过把LDPC译码器输出的概率信息再传回给SOR进行再次迭代，在不增加时间复杂的条件下取得更好的差错性能。附图说明图1是本专利技术的信道模型框图；图2是本专利技术的译码系统整体架构；图3是本专利技术的SOR检测模块的框图；图4是本专利技术的时序图。具体实施方式信道模型本部分着重介绍本实施例所适用的模型，如图1所示。在极化码编码的MIMO系统中，需要传输的一串比特会首先被LDPC码编码。设码长为N，信息位长度为K，LDPC码编码过程可以表示为x＝Gu其中x是N×1的编码后的序列，u是K×1的信息比特序列，G是N×N的生成矩阵。x经过MIMO发射端调制映射后变成符号序列s通过MIMO天线阵列传输，MIMO规格为NT发射信道NR接收信道，W-QAM调制，调制后信号为上式中接收向量是NR×1的复向量，是NR×NT的信道矩阵，是NT×1的发送向量，是NR×1的信道噪声服从N～(0，σ2)分布。经过实数分解后，该模型变为y＝Hs+w式中接收向量y是2NR×1的复向量，H是2NR×2NT的信道矩阵，s是2NT×1的发送向量，w是2NR×1的信道噪声服从N～(0，σ2)分布。因此译码的整个过程就是通过y解u的过程。译码方法本实施例提供了一种基于SOR的LDPC译码方法，包括以下步骤：(1)对信道矩阵H和接收信号y进行预处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于SOR的LDPC译码方法，其特征在于该方法包括：(1)对信道矩阵H和接收信号y进行预处理，得到匹配滤波器输出y

【技术特征摘要】
1.一种基于SOR的LDPC译码方法，其特征在于该方法包括：(1)对信道矩阵H和接收信号y进行预处理，得到匹配滤波器输出yMF＝HHy和MMSE滤波矩阵W＝G+σ2IM，并将W分解为W＝D+L+LH；其中，G表示Gram矩阵，且G＝HHH，σ2为噪声方差，IM为单位阵，(.)H为共轭转置操作，D为对角阵，L为下三角阵；(2)设置迭代次数k＝1；(3)将匹配滤波器输出yMF、MMSE滤波矩阵分解结果D、L和LH以及修正因子ω作为输入，采用SOR算法更新得到第k次迭代时待检测信号估计结果sk；其中，SOR迭代公式为式中，()k表示第k次迭代对应的值，s0为全0向量；(4)通过MAP模块将待检测信号估计结果转化为比特概率的对数似然比；(5)采用转换的对数似然比初始化LDPC中变量节点j的固有信息和变量节点j向校验节点i传输的信息其中，j＝1,2,...,n，i＝1,2,...,m，n、m分别为变量节点和校验节点的个数；(6)根据下式计算第k次迭代时校验节点i向变量节点j传输的信息式中，j＝1,2,...,n，i＝1,2,...,m，N(i)表示所有与校验节点i连接的变量节点的集合，表示变量节点l到校验节点i传输的信息的符号；(7)根据采用下式对变量节点j的固有信息和变量节点j向校验节点i传输的信息进行更新：式中，j＝1,2,...,n，i＝1,2,...,m，M(j)表示所有与变量节点j连接的校验节点的集合；(8)通过MAP-1模块将变量节点j的固有信息转化为Δsk，并通过加权平均更新待检测信号估计结果sk，其中：sk＝αsk+βΔsk式中，α、β是加权系数，并满足α+β＝1；(9)将k值加1，并返回步骤(3)进行迭代，直至达到预设次数；并做硬判决然后输出对码字的估计，判决方法为：如果Lj大于0，则第j个比特为0，否则第j个比特为1。2.根据权1所述的基于SOR的LDPC译码方法，其特征在于，步骤(4)具体包括：(4-1)采用下式计算sk是由第u个符号发射得来的概率式中，sk(h)表示sk的第h个符号，cu表示第u个符号；(4-2)根据上式计算得到P(0)和P(1)，并采用ln(P(0)/p(1))计算得到对数似然比。3.一种基于SOR的LDPC译码系统，其特征在于该系统包括：匹配滤波器单元，用于对信道矩阵H...

【专利技术属性】
技术研发人员：张川，俞安澜，景树森，尤肖虎，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32