一种适用于几乎所有NB－LDPC译码方法的通用简化方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于几乎所有非二进制LDPC(NB‑LDPC)译码方法的通用简化方法，该方法称作基于双阈值的收缩方法(dual‑threshold based shrinking method，DTBS)。该方法中主要利用两个阈值，将信道输入的可靠度信息在初始化阶段进行截断，得到了两个不完整的伽罗华域：一个用于限制整体计算的范围，另一个用于校验节点计算的简化。之后的迭代计算中，所有的步骤只对保留的符号和其可靠度上操作。当阈值选择合适的情况下，在保证所采用的译码方法的性能不损失的情况下，计算复杂度能够得到大幅降低，通常在原基础上的一半以上。 1

A universal simplified method applicable to almost all the N B - to - DC decoding methods

The present invention discloses a universal simplified method suitable for almost all non binary LDPC (NB LDPC) decoding methods, which is called a contraction method based on a double threshold (dual threshold based shrinking method, DTBS). In this method, two thresholds are used to cut the reliability information of the channel input in the initialization stage, and two incomplete galohua domains are obtained: one is used to limit the range of the whole calculation and the other is used to simplify the calculation of the nodes. In subsequent iterations, all steps only operate on reserved symbols and their reliability. When the threshold selection is appropriate, the computational complexity can be greatly reduced in the case of ensuring that the performance of the decoding method is not lost, usually more than half of the original basis. One

【技术实现步骤摘要】
一种适用于几乎所有NB-LDPC译码方法的通用简化方法
本专利技术涉及一种通信
的通用简化方法；特别针对通信系统中基于几乎所有的NB-LDPC码译码方法的简化方法。
技术介绍
通信系统中，传输的数据源可能是数字信号，例如来自计算机、移动设备、键盘等。而在数字信道中存在各种各样的噪声，因此，在数据传输过程中，需要引进前向纠错(FEC)或者叫信道编码，发送端通过加入冗余位，进行纠错码编码，编码过后的信号经过有噪信道到达接收端后，再进行译码，可以直接进行一定程度的纠错。非二进制LDPC(NB-LDPC)码最先于1998年被Davey和Mackey提出，因该码在中短码长中比二进制的LDPC码具有更好的译码性能，并且拥有更广泛的应用场景，比如高阶调制、中短码长、纠突发错误等，但未像二进制LDPC码一样得到迅速推广，其主要原因在于该码的译码复杂度一直是其应用的瓶颈。基于最原始的置信度传播方法q基和积方法(QSPA)，各种不改变译码性能而能使复杂度降低的方法被提出，比如：基于傅里叶变换的和积方法(FFT-SPA)、基于对数的和积方法(log-SPA)等，这些方法仍然不适用于实际应用。此后，基于对数域的一些次优方法被提出，例如：扩展的最小和方法(EMSA)、最小最大值方法(MMA)等，在这些方法中，彻底取消了复杂乘法和除法运算，仅包括加法和比较运算，这大大降低了计算复杂度，但与二进制LDPC译码算法相比，仍复杂度仍然很高。因这些方法的主要计算量集中在校验节点处理(CNP)上，基于CNP的简化方法也提出了很多，主要可以分为两类：1)基于前向后向的简化方法(FBA)；和2)基于网格的简化方法(TBA)，这些改进的方法中，需要在复杂度和性能上取一个折中，若降低的复杂度太多，则会有较大的性能损失，或反之。为了获得大福度的复杂度降低，部分研究者将注意力集中到了硬解码方法上，基于大数逻辑译码方法和比特翻转方法，提出了一些低复杂度的译码方法，但这些方法的译码性能严重受到了影响，因此也失去了研究的必要性和实用性。注意到，在已有的译码方法中，其译码过程均在完整的伽罗华域上进行，也就是说，在为了找出一个正确的码字，需要将全部接收到的符号信息进行考虑，也意味着q较大时，将会有更多的冗余信息被包括在内，之前的学者也注意到了该问题的存在，但是大家均把目光聚焦到了CNP上，通过将每次校验节点更新输入的信息进行压缩，获得复杂度降低的目的，比如：改进的EMSA、X-EMSA、μ-EMSA等，这些方法存在两个问题：1)只是针对EMSA的CNP进行简化；2)在每次迭代输入时，均需要额外的输入信息处理操作(比如：截断、压缩等)，之后的输出信息也要进行相应逆处理，这又使得计算量增加了。
技术实现思路
基于以上存在的问题，本专利技术中主要探索：在保证译码性能的前提下，获得复杂度的大幅降低的方法。因此，本专利技术公开了一种适用于几乎所有NB-LDPC译码方法的通用简化方法，该方法称作基于双阈值的收缩方法(dual-thresholdbasedshrinkingmethod，DTBS)。该方法中主要利用两个阈值，将信道输入的可靠度信息在初始化阶段进行截断，得到了两个不完整的伽罗华域：一个用于限制整体计算的范围，另一个用于校验节点计算的简化。之后的迭代计算中，所有的步骤只对保留的符号和其可靠度上操作。当阈值选择合适的情况下，在保证所采用的译码方法的性能不损失的情况下，计算复杂度能够得到大幅降低，通常在原基础上的一半以上。具体
技术实现思路
如下：一种适用于几乎所有NB-LDPC译码方法的通用简化方法，称作DTBS方法，包括两个阈值：1)第一个阈值T1，用于简化整体的计算。该阈值在初始化阶段使用，用于获得不完整伽罗华域，并用于简化整个译码过程的计算。其过程为：不失一般性，假设接收到的信道先验概率Pj(a)转换为对数似然比(log-likelihoodratio，LLR)Lj(a)，其转换过程为：其中zj为硬判断码字符号，a∈GF(q)；基于阈值T1和先验对数似然比Lj(a)，可以获得不完整域Fj(T1)，其定义为：所有的迭代计算均基于该阈值进行。2)第二个阈值T2，用于校验节点计算的简化。该阈值可以在初始化阶段实施，用于构成不完整伽罗华域，并用于简化校验节点计算。其过程为，基于T2和先验对数似然比Lj(a)，可以获得不完整伽罗华域Fj(T2)，其定义为：所有校验节点输入信息均被限制在该阈值内。T1和T2只与NB-LDPC码的码率相关，与译码算法无关，当码字确定后，T1和T2为常数值。本专利技术的有益效果为：本专利技术的DTBS方法能够有效助于几乎所有的NB-LDPC码译码进行大幅降低计算复杂度，并能保证修正后的译码方法与原始译码方法的性能基本上一致。附图说明图1是本专利技术方法协助译码流程与文献中流程的对比示意图；图2是本专利技术实施例的FER性能仿真曲线图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的具体实施作更进一步的说明。首先介绍DTBS方法的实施，然后对其降低复杂度可行性分析，最后用两个译码方法进行仿真对照示例。下面通过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。DTBS方法的实施：如
技术实现思路
所述，本方法中包括两个阈值T1和T2，基于这两个阈值和信道信息，可以获得两个不完整伽罗华域Fj(T1)和Fj(T2)，下面将详细叙述该方法如何应用在译码方法中。图1中是本专利技术方法协助译码流程与文献中流程的对比示意图，在虚线上方是文献中译码流程，下方是基于DTBS方法的译码流程。传统的流程是：将完整信道信息直接输入到译码器中，译码处理后，将译码结果输出；在专利技术的流程中：信道信息先通过阈值T1和T2进行压缩，获得非均匀压缩信息，然后将这些信息输入到译码器中，之后的译码过程只利用和针对保留的信息进行操作，最后译码输出，此外，对于CNP的处理中，需要采取一定的近似方式以避免不被更新的情况，一般采用的方式是，将未被更新的CNP输出值直接用T2赋值。实施例1：确定T1和T2通常，对于T1和T2选择采用蒙特卡罗仿真获取，以T1的选取为例：针对(837，726)非二进制准循环LDPC(NBQC-LDPC)码，基于GF(32)，其行重为27、列重为4，采用BPSK调整后经过AWGN信道，接收到的LLR信息Lj(a)(0≤j＜837，a∈GF(32))经过方程(2)的处理，将105帧随机码字作为输入，分别设置T1为10、18和20，信噪比(SNR)从3.5dB到4.5dB变化，假设码字信息被错误截掉的数量为α(总的码字个数为837×105)，以及保留在Fj(T1)中的平均个数为β，其计算公式如下：其中|Fj(T1)|表示在Fj(T1)中的元素(符号)个数，β与伽罗华域阶数q的比值为仿真和计算结果统计见表1.表1测试基于(837，726)码的不同T1值的适应性从表中结果显示，用阈值T1做截断后，可大幅降低信息冗余度，一般均在一半以上，换言之，可节省一半以上的资源消耗，但是T1的值不能太小，若太小(比如T1＝10)，在信道信息接收时就把正确码字扔掉，在之后的译码过程中，永远不会获得正确的译码码字，则会使得译码错误率上升，较早出现译码平底，因此，针对该码，最好选择T1＝20。对于不同的码，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于几乎所有NB‑LDPC译码方法的通用简化方法，其特征在于，通用简化方法

【技术特征摘要】
1.一种适用于几乎所有NB-LDPC译码方法的通用简化方法，其特征在于，通用简化方法包括两个阈值：1)第一个阈值T1，用于简化整体的计算；2)第二个阈值T2，用于校验节点计算的简化。2.根据权利1所述的两个阈值T1和T2，其特征在于，T1和T2只与NB-LDPC码的码率相关，与译码算法无关，当码字确定后，T1和T2为常数值。3.根据权利1所述的通用简化方法的阈值T1，其特征在于，该阈值在初始化阶段使用，用于获得不完整伽罗华域，并用于简化整个译码过程的计算。其过程为：不失一般性，假设接收到的信道先验概率Pj(a)转...

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