一种LDPC码的解码方法和解码装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种LDPC码的解码方法和解码装置。该解码方法为消息传递算法的一种子集近似。其解码性能与消息传递算法接近。但是，由于采用了子集近似的原因，其计算和存储的开销远低于消息传递算法。在一些实施例中，该解码方法的计算和存储开销与MinSum算法接近，同时其解码性能与消息传递算法接近。相比MinSum算法，该解码方法在解码性能上有优势。相比消息传递算法，该解码方法在计算和存储开销方面有优势。

A Decoding Method and Device for LDPC Code

【技术实现步骤摘要】
一种LDPC码的解码方法和解码装置
本专利技术涉及通信和存储领域，尤其是一种解码方法和解码装置。
技术介绍
信道编码广泛应用于通信和存储系统，以处理由信道噪声或存储介质缺陷引起的数据错误。1953年，R.Gallager专利技术了低密度奇偶校验码(LDPC)，见学术论文“Low-DensityParity-CheckCodes”(IRETrans.Inf.Theory,Vol.8,pp.21-28)。1997年，M.Luby等人进一步专利技术了不规则LDPC码。后来，T.Richardson等人发现不规则LDPC码的解码性能更优于规则的LDPC码，在码长较长时，其性能可接近香农极限，见学术论文“DesignofCapacity-ApproachingIrregularLow-DensityParity-CheckCodes”(IEEETrans.Inf.Theory,Vol.47,pp.619-637)。由于其突出的性能优势，近年来LDPC码已广泛应用于通信及存储设备中。二进制LDPC码可以用一个维度为M×N的奇偶校验矩阵H来描述。它也可以用一个二分图来表示，其中有N个变量节点与码字中的符号对应，以及M个校验节点与奇偶校验方程相对应。每条边连接一个变量节点和一个校验节点，当且仅当该变量节点参与到与该校验节点对应的奇偶校验方程时。如果每个变量节点连接到dv个校验节点，且每个校验节点连接到dc个变量节点，则该LDPC码称为(dv,dc)-规则。对不规则LDPC码，我们用dv和dc分别表示变量节点和校验节点的最大度。我们用表示与变量节点n相连接的所有校验节点的集合；用表示与校验节点m相连接的所有变量节点的集合；用表示从中扣除变量节点n的子集；用λnm表示从变量节点n发送到校验节点m的消息；用Λmn表示从校验节点m发送到变量节点n的消息。对数似然比(LLR)是节点消息的一种表示形式。一个二进制随机变量X的LLR定义为：这里P(X＝x)表示X取值为x的概率。对两个相互独立的二进制随机变量X和Y，所谓的“tanh规则”如下：定义“框加函数”，f(a,b)，为：当a≥0且b≥0，它简化为f(a,b)＝min(a,b)+log(1+e-(a+b))-log(1+e-|a-b|).(2)使用“框加算符”，方程1可重写为：可以证明，框加算符具有如下性质：方便起见，可用符号来表示基于框加算符的连续求和，简称为“框和”。这类似于用符号Σ表示普通的连续求和。著名的消息传递(BP)解码算法，在LLR表示形式下，其基本过程可概括如下。初始化：根据信道输出，给每个变量节点n设定一个初始的后验对数似然比(LLR)，Ln。对每组满足Hmn＝1的(m,n)，设定λnm＝Ln,Λmn＝0.步骤1.(校验节点更新)：对每个校验节点m，和与其连接的变量节点定义则校验节点消息为：其中Smn是校验节点消息Λmn的符号。定义则方程3简化为Λmn＝Smn×Δmn.(5)其中Δmn是Λmn的幅度。步骤2.(变量节点更新)：对每个变量节点n，计算并对每个与其连接的校验节点计算步骤3.(硬判决)：对码字做出如下硬判决，如果λn≥0则xn＝0，反之则xn＝1。如果则解码结束，并将作为输出结果；否则从步骤1开始重复迭代。如果该算法在给定的最大迭代次数，ITmax，后仍然没有结束，则解码器终止解码并报告解码失败。在硬件LDPC解码器中，通常将λn和Λmn保存在存储器(memory)中，而λnm可根据方程7计算得到。BP算法的首要存储开销是Λmn，其数量级为O(Mdc)或O(Ndv)。BP算法的首要计算开销是校验节点更新。在BP算法的每轮迭代中，校验节点更新步骤中框加函数的计算次数至少为2M(dc-1)。无论是在硬件实现还是软件实现中，大量计算框加函数的成本都是很高的。在使用消息传递(BP)解码算法时，LDPC码的解码性能非常好。但是，BP算法的计算和存储开销非常大，尤其是在码长较长、码率较高的情况下。如何在尽量小的性能损失下，降低BP算法的开销是LDPC码实际应用中的一个重要问题。MinSum解码算法是BP算法的一种近似，见学术论文“Reducedcomplexityiterativede-codingoflowdensityparitycheckcodesbasedonbeliefpropagation”(IEEECommun.Lett.,Vol.4,pp.62-64)。MinSum解码算法大幅地降低了BP算法的计算和存储开销，也是目前通信和存储设备中的LDPC硬件解码器中采用的主流算法。为了减少复杂度，MinSum算法做了如下近似：其中框和计算被min函数替代。当进行校验节点更新时，|λnm|的最小值和第二最小值，以及最小值节点的位置被计算出来，并保存到存储器用于后面计算Λmn。因此，在MinSum算法中，BP算法中框和计算引起的计算开销以及用来保存Δmn的存储开销都被大幅的减少了。MinSum算法通常可以通过加入一个乘积因子修正项来改善近似误差，提高解码性能，或者加入一个偏移因子修正项，Λmn≈Smn×max(Δmn-β,0).(10)但是，只有当除最小值以外的其它的|λn′m|都很大时，方程8中的MinSum近似的误差才比较小。当信噪比较小，或者不规则LDPC码的dc较大时，|λn′m|中的多个值都可能比较小，这时即使是加入修正项后，MinSum近似的误差可能很大。图1通过多个具有不同dv值的不规则LDPC码，(2304,1152)，演示了MinSum算法的解码性能下降的问题。其中，对该dv＝16的LDPC码，在目标块误码率为10-3的情况下，MinSum算法与BP算法的解码性能差异在信噪比上超过了0.4分贝。在给定信噪比为1.5分贝的情况下，MinSum算法的块误码率比BP算法差了两个数量级。由于BP算法的计算和存储开销太大，在LDPC码的硬件解码器中一般采用MinSum算法。但是与基于BP算法的解码器相比，基于MinSum算法的解码器有下列不足。·基于MinSum算法的解码器的解码性能较差。即使在精调了乘积因子或偏移因子修正项参数后，典型情况下，MinSum算法的解码性能与BP算法相比在给定的目标误码率下信噪比(SNR)要差0.1分贝左右。对于一些不规则LDPC码，两者的性能差距甚至可以达到0.4分贝。·基于MinSum算法的解码器的吞吐率较差，尤其是当信噪比较小时或者不规则LDPC码的最大变量节点度dv较大时。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的缺点，本专利技术实施例提供了一种新的解码方法和设备，相比BP算法可以大幅降低计算和存储开销，相比MinSum算法可以改善解码性能并提高吞吐率。根据一实施例，提供了一种解码方法。在本实施例中，所述方法包括：步骤1.根据变量节点更新规则，计算变量节点消息和后验似然比或对数似然比，并对变量节点的取值做出硬判决；步骤2.在每次迭代中，对每个校验节点，选择与其相连接的变量节点的第一子集，使用该子集中变量节点的消息计算校验节点消息的幅度，并忽略其它变量节点的消息；步骤3.在每次迭代中，对每个校验节点，选择与其相连接的变量节点的第二子集，并为该子集的变量节点分别计算并保存校验节点消息的幅度的一个近似表示，对于其它全部相连接变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种LDPC码的解码方法，其特征在于，所述解码方法包括：在每次迭代中更新校验节点消息时，对每个校验节点，根据变量节点消息的幅度，选择相连接变量节点的第一子集，忽略第一子集以外其它变量节点消息对校验节点消息幅度的贡献；在每次迭代中更新校验节点消息时，对每个校验节点，根据第一子集中变量节点的消息的幅度，选择相连接变量节点的第二子集，并为第二子集中的每个变量节点计算相应的该校验节点的消息的幅度的一个近似表示，以及该变量节点的相对位置的表示，而对其它全部相连接变量节点只计算单个校验节点消息幅度的近似表示；在每次迭代中更新校验节点消息时，对每个校验节点的全部相连接变量节点，计算相应的校验节点消息的符号的一个表示；在每次迭代中，对每个校验节点，使用之前计算的校验节点消息的部分幅度值和全部符号值的表示，近似重建出对全部相连接变量节点的校验节点消息。

【技术特征摘要】
1.一种LDPC码的解码方法，其特征在于，所述解码方法包括：在每次迭代中更新校验节点消息时，对每个校验节点，根据变量节点消息的幅度，选择相连接变量节点的第一子集，忽略第一子集以外其它变量节点消息对校验节点消息幅度的贡献；在每次迭代中更新校验节点消息时，对每个校验节点，根据第一子集中变量节点的消息的幅度，选择相连接变量节点的第二子集，并为第二子集中的每个变量节点计算相应的该校验节点的消息的幅度的一个近似表示，以及该变量节点的相对位置的表示，而对其它全部相连接变量节点只计算单个校验节点消息幅度的近似表示；在每次迭代中更新校验节点消息时，对每个校验节点的全部相连接变量节点，计算相应的校验节点消息的符号的一个表示；在每次迭代中，对每个校验节点，使用之前计算的校验节点消息的部分幅度值和全部符号值的表示，近似重建出对全部相连接变量节点的校验节点消息。2.根据权利要求1所述的解码方法，其特征在于，所述解码方法中的调度方案，可以为洪水式、纵向分层式或横向分层式。3.根据权利要求2所述的解码方法，其特征在于，所述第一和第二变量节点子集分别为与该校验节点相连接的整数k个和整数k0个变量节点。4.根据权利要求1至3中任一项所述的解码方法，其特征在于，所述校验节点消息的计算中包含一乘积因子或/和偏移因子修正项，以改善解码性能。5.一种LDPC码的解码装置，包括：一个或多个变量节点处理单元(210)，每个变量节点处理单元(210)根据信道输出结果和校验节点消息，更新变量节点消息、变量节点的后验对数似然比、以及硬判决结果；一个或多个第一存储器(200)...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈惕生，
申请(专利权)人：本征信息技术上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31