LDPC码ADMM迭代译码的早停止方法技术

一种低密度奇偶校验LDPC码交替方向乘子法ADMM迭代译码的早停止方法，主要解决现有技术的中低信噪比区域ADMM迭代译码收敛速度慢的问题。本发明专利技术实现方法的步骤：初始化译码参数；计算变量节点初始信息；更新变量节点信息；更新辅助变量；更新拉格朗日乘子向量；获取码字比特的硬判决值；计算ADMM迭代译码中每两次连续迭代之间发生变化的码字比特总数；计算码字比特的硬判决变化率；译码停止判决；停止译码。本发明专利技术根据ADMM迭代译码过程中每两次连续迭代之间码字比特的硬判决变化率CRHD的大小来判断是否能够及早停止迭代，从而减少译码的平均迭代次数，提高译码速度。

An early stop method for iterative decoding of LDPC code ADMM

【技术实现步骤摘要】
LDPC码ADMM迭代译码的早停止方法
本专利技术属于通信
，更进一步涉及信道编码
中低密度奇偶检验码(Low-DensityParity-CheckCodes，LDPC码)交替方向乘子法(AlternatingDirectionMethodofMultipliers，ADMM)迭代译码的一种有效的早停止(EarlyTermination，ET)方法。本专利技术可实现及早停止LDPC码的ADMM迭代译码。
技术介绍
具有低译码复杂度和逼近香农限良好性能的LDPC码已经被广泛应用于现代通信的深空通信、无线通信等领域中，并被802.11n、802.16e、10GBASE-T等各种现代通信标准采纳。因此，LDPC码及其译码方法已经成为近年来信道编码领域普遍关注的研究热点。基于ADMM的LDPC码线性规划译码方法具有最大似然认证特性，但是收敛速度较慢，译码复杂度较高。利用早停止方法可以在ADMM译码过程的早期阶段结束译码，有效降低译码延迟并且提高收敛速度。而目前LDPC码ADMM译码只有两种迭代停止方法。西安电子科技大学在其技术的专利文献“基于加速交替方向乘子法的LDPC码线性规划译码方法”(申请公布日：2014年10月8日，申请公布号：CN104092468A，申请号：2014103209428)中公开了一种基于加速交替方向乘子法的LDPC码线性规划译码方法。该专利申请中的译码方法通过引入加速模块和改变增广拉格朗日分解式的更新次序，减少译码迭代次数，从而提高译码速度。该方法可以在高信噪比区域降低ADMM译码的平均迭代次数，其不足之处是在中低信噪比区域的平均迭代次数仍然较高。Barman等人在其发表的论文“DecompositionmethodsforlargescaleLPdecoding”(IEEETrans.Inf.Theory，2013，59，(12)，pp.7870-7886.)中提出了一种基于大规模低密度奇偶检验LDPC码线性规划译码的分解方法。该方法通过重新设计适用于LDPC码译码的线性规划问题求解方法，针对ADMM迭代译码的标准ε规则，将消息主残差和对偶残差分别与ε比较，若两个值都比ε小，则迭代停止，从而使译码效率大大提高。该方法存在的不足之处是：LDPC码ADMM译码迭代过程中更新校验节点信息需要执行耗时的欧几里德投影运算，译码收敛速度慢。
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LDPC码ADMM迭代译码的一种有效的早停止方法，可实现及早停止LDPC码的ADMM迭代译码，降低译码的平均迭代次数，提高译码器的收敛速度。为了实现上述目的，本专利技术方法的思路是：通过跟踪ADMM迭代译码过程中每两个连续迭代之间码字比特的硬判决变化率(ChangeRateofHardDecision，CRHD)，并根据CRHD值的大小来判断是否及早停止迭代，从而降低译码的平均迭代次数，提高译码器的收敛速度。本专利技术方法的实现包括如下步骤：(1)初始化译码参数：(1a)计算低密度奇偶检验LDPC码的码字比特对应的代价参数；(1b)将交替方向乘子法ADMM译码中的容差值设置为10-5、超松弛参数设置为1.9、初始迭代次数设置为0；(1c)在[1，20]范围内，设置交替方向乘子法ADMM迭代译码停止时的迭代次数，在[0.05，0.10]范围内，设置交替方向乘子法ADMM迭代译码中码字比特的硬判决变化率CRHD的阈值；(1d)将拉格朗日乘子向量λ初始值设置为全0向量、辅助向量z初始值设置为全0向量；(2)计算每个变量节点的初始信息：xq＝γi其中，xq表示第q个变量节点的初始信息，q的取值范围为[1，N]，N表示低密度奇偶校验LDPC码的码字长度，γi表示初始化中计算的低密度奇偶检验LDPC码的码字比特i对应的代价参数，i的取值范围为[1，N]，q与i的取值对应相等；(3)更新每个变量节点的当前信息；(4)更新辅助变量；(5)更新拉格朗日乘子向量；(6)获取每个码字比特的硬判决值：其中，k表示第k次迭代次数，表示第i个码字比特在第k次迭代结束后对应的硬判决HD值，xi表示第i个变量节点的当前信息；(7)计算交替方向乘子法ADMM译码中每两次连续迭代之间发生变化的码字比特总数；(8)计算码字比特的硬判决变化率；(9)判断是否满足早停止译码的条件，若是，则执行步骤(10)，否则，将当前迭代次数加1后执行步骤(3)；(10)停止交替方向乘子法ADMM译码。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：第一，由于本专利技术使用交替方向乘子法ADMM迭代译码过程中码字比特的硬判决HD信息设计译码及早停止的条件，从而克服了现有技术的置信传播(BeliefPropagation，BP)译码中使用信号变化率(Sign-ChangingRate，SCR)设计早停止方法时需要额外计算对数似然比(LogLikelihoodRatios，LLRs)的值，译码延迟较大和译码效率不高的缺点，从而使得本专利技术能够提高译码速度。第二，由于本专利技术通过跟踪ADMM迭代译码过程中每两次连续迭代之间码字比特的硬判决变化率CRHD，并根据CRHD值的大小来判断是否能够及早停止迭代，从而避免了现有技术的ADMM译码迭代过程中需要执行大量欧几里德投影运算的缺点，使得本专利技术能够降低译码复杂度。附图说明图1是本专利技术的流程图；图2是本专利技术取不同Thr值时与现有方法收敛速度和译码性能对比图；图3是本专利技术取不同Ite值时与现有方法收敛速度和译码性能对比图；图4是本专利技术取最佳参数组合时与现有方法收敛速度和译码性能对比图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步描述。下面结合附图1，对本专利技术的具体步骤做进一步描述。步骤1，初始化译码参数。计算低密度奇偶检验LDPC码的码字比特对应的代价参数：其中，γi表示低密度奇偶检验LDPC码的第i个码字比特对应的代价参数，i的取值范围为[1，N]，N表示低密度奇偶校验LDPC码的码字长度，log表示以2为底的对数操作，Pr(·)表示事件发生概率，rw表示加性高斯白噪声信道输出的第w位信息，w的取值范围为[1，N]，Pr(A|B)表示当事件B发生时事件A发生的概率，ct表示发送的第t位信息，t的取值范围为[1，N]，i、w与t的取值对应相等。将交替方向乘子法ADMM译码中的容差值设置为10-5、超松弛参数设置为1.9、初始迭代次数设置为0。在[1，20]范围内，设置交替方向乘子法ADMM迭代译码停止时的迭代次数，在[0.05，0.10]范围内，设置交替方向乘子法ADMM迭代译码中码字比特的硬判决变化率CRHD的阈值。将拉格朗日乘子向量λ初始值设置为全0向量、辅助向量z初始值设置为全0向量。步骤2，计算每个变量节点的初始信息：xq＝γi其中，xq表示第q个变量节点的初始信息，q的取值范围为[1，N]，N表示低密度奇偶校验LDPC码的码字长度，γi表示初始化中计算的低密度奇偶检验LDPC码的码字比特i对应的代价参数，i的取值范围为[1，N]，q与i的取值对应相等；步骤3，更新每个变量节点的当前信息：其中，xq表示第q个变量节点的当前信息，Π[0,1]表示在区间[0，1]内做欧几里德投影操作，dw表示与第w个变量节点相邻的校验节点的总数，∑表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低密度奇偶校验LDPC码交替方向乘子法ADMM迭代译码的早停止方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)初始化译码参数：(1a)计算低密度奇偶检验LDPC码的码字比特对应的代价参数；(1b)将交替方向乘子法ADMM译码中的容差值设置为10

【技术特征摘要】
1.一种低密度奇偶校验LDPC码交替方向乘子法ADMM迭代译码的早停止方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)初始化译码参数：(1a)计算低密度奇偶检验LDPC码的码字比特对应的代价参数；(1b)将交替方向乘子法ADMM译码中的容差值设置为10-5、超松弛参数设置为1.9、初始迭代次数设置为0；(1c)在[1，20]范围内，设置交替方向乘子法ADMM迭代译码停止时的迭代次数，在[0.05，0.10]范围内，设置交替方向乘子法ADMM迭代译码中码字比特的硬判决变化率CRHD的阈值；(1d)将拉格朗日乘子向量λ初始值设置为全0向量、辅助向量z初始值设置为全0向量；(2)计算每个变量节点的初始信息：xq＝γi其中，xq表示第q个变量节点的初始信息，q的取值范围为[1，N]，N表示低密度奇偶校验LDPC码的码字长度，γi表示初始化中计算的低密度奇偶检验LDPC码的码字比特i对应的代价参数，i的取值范围为[1，N]，q与i的取值对应相等；(3)更新每个变量节点的当前信息；(4)更新辅助变量；(5)更新拉格朗日乘子向量；(6)获取每个码字比特的硬判决值：其中，k表示第k次迭代次数，表示第i个码字比特在第k次迭代结束后对应的硬判决HD值，xi表示第i个变量节点的当前信息；(7)计算交替方向乘子法ADMM译码中每两次连续迭代之间发生变化的码字比特总数；(8)计算码字比特的硬判决变化率；(9)判断是否满足早停止译码的条件，若是，则执行步骤(10)，否则，将当前迭代次数加1后执行步骤(3)；(10)停止交替方向乘子法ADMM译码。2.根据权利要求1所述的低密度奇偶校验LDPC码交替方向乘子法ADMM迭代译码的早停止方法，其特征在于，步骤(1a)中所述的计算低密度奇偶检验LDPC码的码字比特对应的代价参数公式如下：其中，γi表示低密度奇偶检验LDPC码的第i个码字比特对应的代价参数，i的取值范围为[1，N]，log表示以2为底的对数操作，Pr(·)表示事件发生概率，rw表示加性高斯白噪声信道输出的第w位信息，w的取值范围为[1，N]，Pr(A|B)表示当事件B发生时事件A发生的概率，ct表示发送的第t位信息，t的取值范围为[1，N]，i、w与t的取值对应相等。3.根据权利要求1所述的低密度奇偶校验LDPC码交替方向乘子法ADMM迭代译码的早停止方法，其特征在于，步骤(3)中所述的更新每个变量节点的当前信息是按照下述公式实现的：其中，xq表示第q个变量节点的当前信息，Π[0,1]表示在区间[0，1]内...

【专利技术属性】
技术研发人员：慕建君，赵展展，王彪，焦晓鹏，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61