一种改进的匹配追踪LDPC码的译码方法技术

本发明专利技术公开了一种改进的匹配追踪LDPC码的译码方法，包括以下步骤：步骤1：根据接收码字计算伴随式，并对译码器初始化；步骤2：计算残差与校验矩阵每一列的內积，作为匹配度量；3、选择內积最小的首个列作为最佳匹配，并记录该列在校验矩阵中的序号即为差错位置；步骤4：检查选出匹配的列是否存在误配；步骤5：根据选出的列，进行残差处理和迭代更新处理；步骤6：根据差错位置求出差错图案，计算译码输出码字。本发明专利技术提高了译码过程中匹配的准确度，降低了误码率；加快了残差的收敛速度，减少了实际迭代次数，加快了译码速度；本译码方法空间复杂度和时间复杂度低，容易硬件实现，因此，本发明专利技术适用于高速通信和存储系统的纠错码译码方案。

【技术实现步骤摘要】
一种改进的匹配追踪LDPC码的译码方法
本专利技术涉及通信信道编码领域，尤其涉及一种改进的匹配追踪LDPC码的译码方法。
技术介绍
空间激光通信、水下光通信、灯光通信等无线光通信技术一直是研究的热点。在无线光通信中，由于背景光、湍流的影响，通信环境十分恶劣，突发错误严重，需要纠错码来提高抗干扰能力。LDPC(LowDensityParityCheck)码性能优异，被广泛研究应用于光通信中。LDPC码有硬判决和软判决两种译码方案，其中软判决译码性能接近香农限，但译码复杂，延时大；硬判决译码只涉及二进制整数运算，译码简单，延时小，但性能和前者差距较大。除此以外，软判决译码(包括软信息译码)要求光模块输出原始电压或电流，然后进行模数转换，大大增加了硬件实现难度和成本；而在硬判决译码中，光模块只需输出“0”或“1”信号，大大降低了系统的复杂度。因此，探索好的硬判决译码方法，提高LDPC码的纠错能力，且保持较低的译码复杂度，以满足不同通信系统的要求，是长期研究的课题。近年来提出的基于匹配追踪的LDPC译码算法就是一种性能好、复杂度低的硬判决译码方法。匹配追踪算法以內积作为匹配度量，每次挑选与残差內积最大的原子(校验矩阵的列)作为最佳匹配，并以此列所在校验矩阵中的位置序号为差错位置的序号，继而求出差错图案。GF(2)域上的匹配追踪算法不同于实数域，它有以下两个特点：(1)由于LDPC码校验矩阵的稀疏性，在求匹配时会以大概率出现多个列与残差的內积相同，即匹配度量相同，甚至包括没有出错的列，这给二进制匹配选择带来了困难；(2)因为求残差是模2和运算，若匹配出错一次，则残差计算的可导致后面多次出错(即出现差错传播)，从而差错位置和差错图案都出错，无法纠正误码。综上所述，选择匹配是该译码方法最关键的环节。本专利技术就是要提出一种方法，从这些度量相同的匹配中选择正确的匹配，剔除错误的匹配，以降低误码率。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种改进的匹配追踪LDPC码的译码方法，这种方法的核心在于降低误配率，提高译码准确率。经典的匹配追踪算法建立在希尔伯特空间，在求稀疏解时，不存在误配的问题。基于匹配追踪的LDPC译码是建立在GF(2)域上，且校验矩阵是稀疏的，容易出现內积相同而发生误配。误配容易导致差错传播，只有每一步都选出正确的匹配，残差才会逐渐减小最终收敛为0；若出现一次误配，则导致残差出错，继而导致后续误配，经过多次迭代，残差不收敛，还会出现某些列被反复匹配。针对上述问题和现象，本专利技术提出一种改进的方法：设置一个列表或向量，用来存放差错位置的序号，这些序号与校验矩阵的列标相对应。在后续的匹配迭代中，如果再出现这一序号，则表示它是误配，我们从差错列表中将该序号删去，将残差与该序号对应的矩阵的列进行模2和运算，以还原误配前的残差，然后将检验矩阵对应的列置零，以后匹配将不会再选到这一列。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：本专利技术提供一种改进的匹配追踪LDPC码的译码方法，该方法包括以下步骤：步骤1：接收待译码的码字，并输入校验矩阵；根据接收码字计算伴随式，并以此作为残差初值对译码器初始化；步骤2：计算残差与校验矩阵每一列的內积，作为匹配度量；步骤3：选择內积最小的首个列作为最佳匹配，并记录该列在校验矩阵中的序号即为差错位置；步骤4：检查选出匹配的列是否存在误配；步骤5：根据选出的列，进行残差处理和迭代更新处理；步骤6：根据差错位置求出差错图案，计算译码输出码字。进一步地，本专利技术的步骤1中所述根据接收码字计算伴随式，并对译码器初始化的具体过程包括以下步骤：步骤1.1：根据码字向量计算伴随式s为：其中，是码字向量的转置，H是校验矩阵；步骤1.2：译码器的初始化包括，将残差R0初始化为伴随式s,记为R0＝S，差错位置向量差错图案E初始化为全零向量，h＝H,其中h会随着迭代而更新，而校验矩阵H保持不变，最大迭代次数为t。进一步地，本专利技术的步骤2中所述计算残差与校验矩阵每一列內积的具体过程为：在第k(1≤k≤t)轮迭代中，求残差Rk-1与检验矩阵每一列的內积dk，为n维行向量，残差Rk-1与的內积的计算公式为：其中，符号<,>表示求两个向量的內积运算，內积用来度量残差和检验矩阵每列之间的匹配程度，內积越大，匹配度就越高。进一步地，本专利技术的步骤3中所述选择內积最小的首个列作为最佳匹配，并记录该列在校验矩阵中的序号的具体过程为：在第k轮迭代中，从中选出最小內积对应的列作为匹配的列，并记录序号i*；若內积最小的列有多个，即存在对应的列为则从这组列中选取第一个列并记录序号i*，其对应的比特为进一步地，本专利技术的步骤4中所述检查选出匹配的列是否存在误配的具体过程为：在第k轮迭代中，对于选出的列检查序号i*和差错位置向量Λ，如果i*∈Λ，则存在误配；如果则认为没有误配。进一步地，本专利技术的步骤5中所述根据选出的列，对残差进行处理和迭代更新处理的具体过程包括以下步骤：步骤5.1：在第k轮迭代中，在无误配时，根据匹配挑选出来的列和上一轮的残差Rk-1，计算残差Rk，更新差错位置列表Λ＝Λ∪{i*}，残差的计算方法如下：其中符号表示模2和运算。步骤5.2：在第k轮迭代中，有误配时，根据匹配挑选出来的列和上一轮的残差Rk-1，恢复残差Rk并更新。恢复残差和更新内容有三项，包括差错位置列表更新，校验矩阵更新，残差恢复。差错位置列表的更新方法为将列表Λ中元素i*去掉；校验矩阵更新的方法为将列置零；残差恢复的方法为：步骤5.3：判断是否满足迭代终止条件Rk＝0或迭代次数k≥t，若满足，则退出迭代循环，否则重复步骤2，进行下一轮迭代。进一步地，本专利技术的步骤6中所述根据差错位置求出差错图案，计算译码输出码字的具体过程包括以下步骤：步骤6.1：根据前面迭代选出的差错位置向量Λ，求解差错图案，求解方法是将差错图案即E中对应位置的元素置1，而其他元素为0，即转置步骤6.2：根据差错图案，计算译码输出的码字，计算方法为：本专利技术产生的有益效果是：本专利技术对基于匹配追踪的LDPC硬判决译码方法进行改进，提出一种降低误配的方法，大大提高了译码过程中匹配的准确度，从而降低了误码率。同时，降低误配也加快了残差的收敛速度，减少的实际迭代次数，加快了译码速度。此外，除了计算內积外，本译码方法的核心操作都是在GF(2)域，空间复杂度和时间复杂度低，容易硬件实现，因此，本专利技术提供的方法很适合高速通信和存储系统的纠错码译码方案。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是本专利技术实施例的方法流程图；图2是本专利技术实施例的算法与常用经典算法的纠错性能对比图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改进的匹配追踪LDPC码的译码方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/n步骤1：接收待译码的码字，并输入校验矩阵；根据接收码字计算伴随式，并以此作为残差初值对译码器初始化；/n步骤2：计算残差与校验矩阵每一列的內积，作为匹配度量；/n步骤3：选择內积最小的首个列作为最佳匹配，并记录该列在校验矩阵中的序号即为差错位置；/n步骤4：检查选出匹配的列是否存在误配；/n步骤5：根据选出的列，进行残差处理和迭代更新处理；/n步骤6：根据差错位置求出差错图案，计算译码输出码字。/n

【技术特征摘要】
1.一种改进的匹配追踪LDPC码的译码方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1：接收待译码的码字，并输入校验矩阵；根据接收码字计算伴随式，并以此作为残差初值对译码器初始化；
步骤2：计算残差与校验矩阵每一列的內积，作为匹配度量；
步骤3：选择內积最小的首个列作为最佳匹配，并记录该列在校验矩阵中的序号即为差错位置；
步骤4：检查选出匹配的列是否存在误配；
步骤5：根据选出的列，进行残差处理和迭代更新处理；
步骤6：根据差错位置求出差错图案，计算译码输出码字。


2.根据权利要求1所述的改进的匹配追踪LDPC码的译码方法，其特征在于，步骤1中所述根据接收码字计算伴随式，并对译码器初始化的具体过程包括以下步骤：
步骤1.1：根据码字向量计算伴随式s为：



其中，是码字向量的转置，H是校验矩阵；
步骤1.2：译码器的初始化包括，将残差R0初始化为伴随式s，记为R0＝S，差错位置向量差错图案E初始化为全零向量，h＝H，其中h会随着迭代而更新，而校验矩阵H保持不变，最大迭代次数为t。


3.根据权利要求1所述的改进的匹配追踪LDPC码的译码方法，其特征在于，步骤2中所述计算残差与校验矩阵每一列內积的具体过程为：
在第k轮迭代中，1≤k≤t，求残差Rk-1与检验矩阵每一列的內积dk，为n维行向量，残差Rk-1与的內积的计算公式为：



其中，符号<,>表示求两个向量的內积运算，內积用来度量残差和检验矩阵每列之间的匹配程度。


4.根据权利要求3所述的改进的匹配追踪LDPC码的译码方法，其特征在于，步骤3中所述选择內积最小的首个列作为最佳匹配，并记录该列在校验矩阵中的序号的具体过程为：
在第k轮迭代中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晶，单欣，郭建中，张宇，艾勇，
申请(专利权)人：武汉大学，上海航天电子通讯设备研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42