LDPC码Tanner图环结构的评估方法及其所应用的两种优化方法技术

本发明专利技术涉及LDPC码对应的Tanner图中环结构的一种评估方法，通过该方法计算得出Tanner图整体的环度量值，该环度量值体现了不同长度的环的数量，以及对Tanner图整体性能影响的权重，避免了计算短环中具体节点数目，直接对Tanner图中的短环数目进行计算，因为短环数目比具体节点的数目要少，因此该方法能够快速计算出环度量值对Tanner图整体的环结构是否最优进行评估。

Evaluation method of LDPC code Tanner graph ring structure and two optimization methods applied

【技术实现步骤摘要】
LDPC码Tanner图环结构的评估方法及其所应用的两种优化方法
本专利技术涉及通信
，具体涉及一种评估Tanner图环结构的方法及其所应用的两种优化方法。
技术介绍
LDPC码最早由Gallager于1962年在其博士论文中首次提出，但受限于当时的计算机硬件水平，沉寂了许多年，在1996年又被人们重新发现，其被证明具有接近香农极限的纠错性能。相对于Turbo码，LDPC码具有以下优势：具有较低的误码平底，译码复杂度相对较低，可以实现完全的并行译码操作，抗干扰能力强，吞吐量较大。因此，LDPC码应用十分广泛，其在光纤通信，深空通信，数字水印，磁/光/闪存等方面得到广泛的应用，特别地，第五代移动通信标准的中长码编码方案已经确定为LDPC码。在LDPC码的构造领域，如果一个LDPC码的校验矩阵有统一的列重γ和统一的行重ρ，则称此LDPC码为(γ,ρ)规则码，否则称为非规则LDPC码。绝大部分的LDPC码的构造方法都可以分为两类，即基于代数方法的结构化构造和基于图的随机化构造。其中代数方法主要是基于有限域或有限几何的，而图方法主要较为流行的有渐进边增长(progressiveedgegrowth,PEG)方法以及原模图(protograph)方法。另外，X.Mu等人提出了将代数方法和随机方法结合的构造方法。通常，随机化方法构造的LDPC码在构造的过程中会尽可能地减少短环，因此由比较好的译码性能。PEG方法是其中最具代表性的，许多基于PEG的改进方法也相继被提出，这些方法引入了外信息度数(extrinsicmessagedegree,EMD)或者近似环外信息度数(approximatecycleEMD,ACE)等属性[30][31]来进一步提升LDPC码的性能。EMD与ACE强调除了环的长度还有其与剩余图的连通性会影响着误码平底。在构造的过程中，一些连通性较好的短环是准许存在的，同时，连通性差的较长的环是禁止生成的。在构造过程中加入EMD或ACE属性，PEG等随机方法可以减少Tanner图中的停止集(stoppingset,SS)和陷阱集(trappingset,TS)等和环有关的结构，降低LDPC码的误码平底。然而，几乎所有的基于图的随机方法在构造的过程中，都具有一定的贪婪性，以PEG方法为例，其在添加边时尽可能地去增大当前节点的本地围长(localgirth)，每一次添加的边只对当前Tanner图是最优的，先添加的那些边在添加时有更多的可选检验节点，而后添加的那些边的可选校验节点十分有限，这会使得有些变量节点的本地围长非常小，这一点在高码率情况下尤为突出。相比随机LDPC码，准循环LDPC(quasi-cyclicLDPC,QC-LDPC)码由于其特殊结构，有着更低的编译码硬件实现复杂度。准循环LDPC码的编码可用简单的移位寄存器实现，同时，其准循环结构简化了译码器中的布线和消息传递，而且，好的准循环LDPC码有着比肩随机LDPC码的纠错性能，这些优点使得准循环LDPC码也成为LDPC码应用的主流之一。综上，如何在不改变码长、码率和度分布的前提下有效地改善Tanner图中的环结构，并且提升LDPC码的纠错性能是亟待技术人员解决的技术问题，现有的LDPC码广泛采用基于迭代的译码思想，译码时的软信息在环特别是短环内进行传递，使得节点之间传递的外部信息的独立性减小，错误的软信息快速变大，而相对有限的环的外信息难以对其进行平衡，这样在进行译码判决时就会出错，所以必须尽可能减少短环的形成，而现有的构造方法都是保证局部形成的环最少，具有一定的贪婪性，不能保证其所构造的LDPC码是最优的，具体原因是在LDPC码校验矩阵对应的Tanner图中，环的存在是影响其纠错性能的重要因素，特别是在码率较高的情况下，校验节点个数相对有限，Tanner图中的每个节点或者说每条边都会在一个环或多个环中，是不存在孤立的环的，这样就不能简单地找到这些环然后对他们进行消除，因为这些环与环之间都是有重叠部分的，所以在构造过程中，每一步操作尽可能地避免环，现有技术无法保证Tanner图整体的环结构是最优的，避免了一个环可能对以后的构造步骤有影响，产生更多的环，而且环的数目与长度没有一个统一的衡量标准。而计算Tanner图整体的环结构本身也是是一个复杂度较高的问题。
技术实现思路
为了解决现有技术的缺陷，本专利技术提供一种能够快速计算Tanner图中的短环数目而避免计算短环中具体节点数目的能够快速评估Tanner图整体环结构的方法。针对上述技术问题，本专利是这样加以解决的：一种评估Tanner图环结构的方法，包括如下步骤：S1、初始化：将各个不同种类的初始矢量消息分别从所有变量节点vj传递给校验节点ci；S2、迭代消息传递：S21、更新所有校验节点到变量节点的消息；S22、更新所有变量节点到校验节点的消息；S23、迭代循环：如果达到了指定的迭代次数l，则进入步骤S3，否则返回步骤S21；S3、除边Ej,i以外连接着变量节点vj的边的初始矢量消息在边Ej,i上的出现次数等同于边Ej,i参与的长度为2l的环的数目，且2≤l≤g-2，g是Tanner图的围长，Ej,i表示Tanner图中连接着编号为j的变量节点vj与编号为i的校验节点ci的边；S4、计算环度量值：根据边Ej,i参与的长度为2l的环的数目以及每个长度为2l的环对Tanner图整体性能影响的权重计算与变量节点vj连接的所有边的环度量值再根据上述环度量值计算变量节点vj的环度量值最后根据所有变量节点的环度量值计算Tanner图整体的环度量值MT。在初始化时一共有Ne种初始矢量消息，假设Tanner图中连着同一个变量节点的两条边为和如果它们共同参与了1个或多个长度为2l的环，那么经过l次迭代后，边的初始矢量消息将会出现在边上，同理，边的初始矢量消息将会出现在边上，而出现的次数等于这两条边共同参与的长度为2l的环的数目，本专利技术通过上述原理计算出边Ej,i参与的长度为2l的环的数目，且根据上述环数目推导计算得出Tanner图整体的环度量值，该环度量值体现了不同长度的环的数量，以及对Tanner图整体性能影响的权重，能够有效评估Tanner图的环结构优劣，避免了计算短环中具体节点数目，直接对Tanner图中的短环数目进行计算，因为短环数目比具体节点的数目要少，因此该方法能够快速计算出环度量值来对Tanner图整体的环结构是否最优进行评估，Ne为Tanner图中边的总数。进一步地，所述步骤S1具体为：这里，j＝J且i＝I，表示为从变量节点vj传递给校验节点ci的消息；Xk(J,I)代表Tanner图中边EJ,I所对应的初始矢量消息，[JI]为索引行矢量，且0≤k≤Ne-1，初始化时一共有Ne种索引行矢量，与每条边一一对应，公式中的上标1表示Xk(J,I)的数量为1，也表示[JI]的数量为1，Ej,i表示Tanner图中连接着编号为j的变量节点vj与编号为i的校验节点ci的边。因为该步骤为初始化，因此中只包括边EJ,I的初始矢量消息，而不包括其他边的初始矢量消息，也即Xk(J,I)的数量为1，[JI]的数量为1。进一步地，所述步骤S21具体为：其中表示从校验节点ci传递给变量节点vj的消息；则表示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种评估Tanner图环结构的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、初始化：将各个不同种类的初始矢量消息分别从所有变量节点vj传递给校验节点ci；S2、迭代消息传递：S21、更新所有校验节点到变量节点的消息；S22、更新所有变量节点到校验节点的消息；S23、迭代循环：如果达到了指定的迭代次数l，则进入步骤S3，否则返回步骤S21；S3、除边Ej,i以外连接着变量节点vj的边的初始矢量消息在边Ej,i上的出现次数等同于边Ej,i参与的长度为2l的环的数目，且2≤l≤g‑1，g是Tanner图的围长，Ej,i表示Tanner图中连接着编号为j的变量节点vj与编号为i的校验节点ci的边；S4、计算环度量值：根据边Ej,i参与的长度为2l的环的数目以及每个长度为2l的环对Tanner图整体性能影响的权重，计算与变量节点vj连接的所有边的环度量值

【技术特征摘要】
1.一种评估Tanner图环结构的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、初始化：将各个不同种类的初始矢量消息分别从所有变量节点vj传递给校验节点ci；S2、迭代消息传递：S21、更新所有校验节点到变量节点的消息；S22、更新所有变量节点到校验节点的消息；S23、迭代循环：如果达到了指定的迭代次数l，则进入步骤S3，否则返回步骤S21；S3、除边Ej,i以外连接着变量节点vj的边的初始矢量消息在边Ej,i上的出现次数等同于边Ej,i参与的长度为2l的环的数目，且2≤l≤g-1，g是Tanner图的围长，Ej,i表示Tanner图中连接着编号为j的变量节点vj与编号为i的校验节点ci的边；S4、计算环度量值：根据边Ej,i参与的长度为2l的环的数目以及每个长度为2l的环对Tanner图整体性能影响的权重，计算与变量节点vj连接的所有边的环度量值再根据上述环度量值计算变量节点vj的环度量值最后根据所有变量节点的环度量值计算Tanner图整体的环度量值MT。2.根据权利要求1所述的一种评估Tanner图环结构的方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：这里，j＝J且i＝I，表示为从变量节点vj传递给校验节点ci的消息；Xk(J,I)代表Tanner图中边EJ,I所对应的初始矢量消息，[JI]为索引行矢量，且0≤k≤Ne-1，初始化时一共有Ne种索引行矢量，与每条边一一对应，公式中的上标1表示Xk(J,I)的数量为1，也表示[JI]的数量为1，Ej,i表示Tanner图中连接着编号为j的变量节点vj与编号为i的校验节点ci的边，Ne为Tanner图中边的总数。3.根据权利要求1所述的一种评估Tanner图环结构的方法，其特征在于，所述步骤S21具体为：其中表示从校验节点ci传递给变量节点vj的消息；则表示中包含Xk(J,I)的数目，相当于V(ci)\vj中变量节点传递给校验节点ci的Xk(J,I)的数目之和；Xk(J,I)代表Tanner图中边EJ,I所对应的初始矢量消息，V(ci)\vj表示为除去vj后与校验节点ci连接的变量节点组成的集合，可计算为：其中代表中包含Xk(J,I)的数目，表示从变量节点vj′传递给校验节点ci的消息。4.根据权利要求1所述的一种评估Tanner图环结构的方法，其特征在于，所述步骤S22具体为：其中表示从变量节点vj传递给校验节点ci的消息；则表示中包含Xk(J,I)的数目，相当于C(vj)\ci中校验节点传递给变量节点vj的Xk(J,I)的数目之和；Xk(J,I)代表Tanner图中边EJ,I所对应的初始矢量消息，C(vj)\ci表示为除去ci后与变量节点vj连接的校验节点组成的集合，可计算为：其中代表中包含Xk(J,I)的数目,表示从校验节点c...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘星成，熊丰，谢穗鹏，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东,44