專(zhuān)利名稱(chēng)：基于最小均方差準(zhǔn)則的ldpc分層bp譯碼算法及譯碼器結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多媒體無(wú)線傳感網(wǎng)通信系統(tǒng)，特別涉及多媒體無(wú)線傳感網(wǎng)基帶信號(hào)處 理中的LDPC作為信道糾錯(cuò)碼的譯碼方法及譯碼器結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。
背景技術(shù)：
WMSN(多媒體無(wú)線傳感網(wǎng))是在傳統(tǒng)WSN(無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò))基礎(chǔ)上引入了音頻、 視頻、圖像等多媒體信息感知功能的一種新型傳感器網(wǎng)絡(luò)。它借助于節(jié)點(diǎn)上多媒體傳感器 感知周邊環(huán)境的多媒體信息，通過(guò)多跳中繼方式將數(shù)據(jù)傳到信息匯聚中心。它綜合了現(xiàn)代 傳感器技術(shù)，微電子技術(shù)，通信技術(shù)，嵌入式計(jì)算技術(shù)和分布式信息處理技術(shù)等多個(gè)學(xué)科， 是新興的交叉研究領(lǐng)域。并且由于其在軍事國(guó)防，工農(nóng)業(yè)，環(huán)境監(jiān)測(cè)，生物醫(yī)療等重要領(lǐng)域 具有十分廣闊的應(yīng)用前景，已經(jīng)引起許多國(guó)家學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視。LDPC碼是Villager于1962年首先提出來(lái)的，近年來(lái)被Mackay等人重新發(fā)現(xiàn)，是 繼Turbo碼后又一種性能接近香農(nóng)限的糾錯(cuò)碼，它的某些分類(lèi)已經(jīng)超過(guò)了 Turbo碼的性能 并且無(wú)Turbo碼的平層效應(yīng)。LDPC碼是一種線性糾錯(cuò)碼，它的校驗(yàn)矩陣是一個(gè)稀疏矩陣， 因而它的碼字之間具有很好的距離特性。QC-LDPC(準(zhǔn)循環(huán)低密度校驗(yàn)碼)碼，不同于一 般的LDPC碼，使用了準(zhǔn)循環(huán)子矩陣來(lái)構(gòu)造奇偶校驗(yàn)矩陣H(如下圖所示)，也就是說(shuō)奇偶校 驗(yàn)矩陣H包含JXK個(gè)循環(huán)置換的單位子矩陣，每個(gè)子矩陣的大小都是mXm。其中々，,表示一個(gè)大小為mXm的單位矩陣每行向右循環(huán)sx, y得到的新矩陣。位置偏移量sx, y是由公式 ^rfXb(M)計(jì)算得到，其中a和b是(ialois域(GF(m))元素。QC-LDPC碼結(jié)合了一般LDPC 碼隨機(jī)性的特點(diǎn)，又具有準(zhǔn)循環(huán)結(jié)構(gòu)的特性，其信道性能接近隨機(jī)構(gòu)造的LDPC碼，其編譯 碼電路大為簡(jiǎn)化，成為L(zhǎng)DPC碼走向應(yīng)用的一種重要手段。QC-LDPC碼在眾多領(lǐng)域得到了廣 泛采用，許多工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)采用或提案采用QC-LDPC碼作為信道編碼方案，同時(shí)還有望成 為第四代移動(dòng)通信的信道編碼標(biāo)準(zhǔn)。本專(zhuān)利的具體實(shí)施將面向IEEE802. 16e標(biāo)準(zhǔn)中使用的 QC-LDPC碼，包括1/2，2/3，3/4，5/6等多種碼率。其單位子矩陣的大小從24到96，間隔為 4，共19種，同時(shí)其碼長(zhǎng)從576到2304，間隔為96，共19種
權(quán)利要求
1.一種基于最小均方差準(zhǔn)則的LDPC分層BP譯碼算法，其特征是包括步驟1)將LDPC碼校驗(yàn)矩陣的行從上往下劃分為組，每組包含相同數(shù)目的行，劃分得到的組 稱(chēng)為層；2)然后依次在每層中進(jìn)行譯碼，每層的輸出以及信道信息作為下一層的輸入進(jìn)行譯碼；3)最后一層譯碼結(jié)束后進(jìn)行奇偶校驗(yàn)來(lái)判決譯碼是否結(jié)束；變量定義表示第q次迭代中從變量節(jié)點(diǎn)Π傳遞給校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)m的信息，記為變量信息； Kn表示第q次迭代中從校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)m傳遞給變量節(jié)點(diǎn)η的信息，記為校驗(yàn)信息； An表示變量節(jié)點(diǎn)η的判決信息； 其中，對(duì)于某一層的譯碼，步驟包括 0" =A -R"1 (1)
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于最小均方差準(zhǔn)則的LDPC分層BP譯碼算法，其特征是 β。，β L，β p最優(yōu)值的確定步驟包括現(xiàn)有的BP算法中校驗(yàn)信息的計(jì)算方法，如式0)，
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于最小均方差準(zhǔn)則的LDPC分層BP譯碼算法，其特征是所 述β C1，β L，β p的最優(yōu)值獲得具體步驟包括第一步計(jì)算(6)式和(4)式差值的均方差
4. 一種基于權(quán)利要求1 3任一所述的分層譯碼算法的部分并行譯碼器結(jié)構(gòu)，其特征 是包括控制模塊、輸入輸出緩存、減法器、分層信息處理模塊、加法器、第一存儲(chǔ)器、第二存 儲(chǔ)器、奇偶校驗(yàn)?zāi)K和用來(lái)傳遞消息的互連BENES網(wǎng)絡(luò)；控制模塊，用來(lái)控制整個(gè)譯碼器的工作過(guò)程，各個(gè)模塊的工作狀態(tài)及時(shí)序，包括信道 信息的輸入控制、迭代是否繼續(xù)的控制、信息處理模塊的使能控制、譯碼器結(jié)果的輸出控制 和BENES網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)設(shè)置；輸入緩存用來(lái)存儲(chǔ)信道傳來(lái)的對(duì)數(shù)似然比信息；輸出緩存用來(lái)存儲(chǔ)譯碼器的輸出判決 比特，并完成譯碼數(shù)據(jù)打包；第一存儲(chǔ)器用來(lái)保存分層信息處理模塊產(chǎn)生的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)信息；第二存儲(chǔ)器用來(lái)保存每 次迭代譯碼產(chǎn)生的節(jié)點(diǎn)判決信息；分層信息處理模塊完成式(4)中的運(yùn)算，將和當(dāng)前校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)相連的變量節(jié)點(diǎn)信息，根 據(jù)權(quán)利要求1所述算法進(jìn)行處理，處理完的信息將存入第一存儲(chǔ)器中； 奇偶校驗(yàn)?zāi)K用來(lái)判斷迭代譯碼過(guò)程是否終止； BENES網(wǎng)絡(luò)用來(lái)在分層信息處理單元和存儲(chǔ)器之間傳遞信息； 本譯碼器的譯碼過(guò)程，步驟包括(1)初始化將輸入緩存中的信道對(duì)數(shù)似然比信息讀入第二存儲(chǔ)器的相應(yīng)位置 ’第一 存儲(chǔ)器值均初始設(shè)為零；同時(shí)根據(jù)LDPC碼的校驗(yàn)矩陣來(lái)配置BENES網(wǎng)絡(luò)。(2)減法器運(yùn)算第二存儲(chǔ)器中各節(jié)點(diǎn)判決信息通過(guò)BENES網(wǎng)絡(luò)傳遞到減法器輸入端， 從第一存儲(chǔ)器中讀取相應(yīng)的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)信息，兩者相減可以得到變量節(jié)點(diǎn)信息；(3)分層信息處理對(duì)步驟O)的結(jié)果進(jìn)行如式(4)運(yùn)算，得到校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)信息，寫(xiě)入第 一存儲(chǔ)器相應(yīng)位置；(4)加法器運(yùn)算將步驟(3)的結(jié)果和相應(yīng)變量節(jié)點(diǎn)信息相加，得到節(jié)點(diǎn)判決信息，并 通過(guò)BENES網(wǎng)絡(luò)寫(xiě)入第二存儲(chǔ)器；(5)奇偶校驗(yàn)每次迭代譯碼的結(jié)果通過(guò)奇偶校驗(yàn)單元來(lái)判斷是否滿(mǎn)足校驗(yàn)方程；如 果滿(mǎn)足，則譯碼過(guò)程結(jié)束；如果不滿(mǎn)足，如果未達(dá)到最大迭代次數(shù)，則迭代過(guò)程繼續(xù)。(本內(nèi)容是原來(lái)權(quán)利要求8合并而來(lái)，考慮到技術(shù)方案完整性，把這條并入權(quán)利要求4。)
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的部分并行譯碼器結(jié)構(gòu)，其特征是處理模塊包括10個(gè)輸入和 10個(gè)輸出，每個(gè)輸出由其相應(yīng)的輸入之外的9個(gè)輸入值中的最小值經(jīng)過(guò)R = β # β ^fflin得 到。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的部分并行譯碼器結(jié)構(gòu)，其特征是所述BENES網(wǎng)絡(luò)由三個(gè)參數(shù) 決定P、C和PM;其中，P代表QC-LDPC碼子矩陣擴(kuò)展因子的大小；C代表子矩陣的循環(huán)移位數(shù)；Pm代表 當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)允許的最大輸入數(shù)目，初始值設(shè)為96 ；BENES網(wǎng)絡(luò)通過(guò)配置網(wǎng)絡(luò)中的2X2開(kāi)關(guān)和3X3開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)輸入輸出間的任意循環(huán)移 位變換，從而實(shí)現(xiàn)譯碼器支持多種碼率碼長(zhǎng)LDPC碼譯碼的功能；所述2X2開(kāi)關(guān)是BAR狀態(tài) 和CROSS狀態(tài)的選擇開(kāi)關(guān)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的部分并行譯碼器結(jié)構(gòu)，其特征是所述BENES網(wǎng)絡(luò)控制信號(hào)生 成算法I 對(duì)于指定的(P，c，Pm)，如果Pm = 3，則調(diào)用算法B ；否則調(diào)用算法A ； 算法A步驟如下步驟AO:檢測(cè)參數(shù)ρ和c的最低位，計(jì)算Ceil(p/2)和Ceil ((p_c)/2)； 將BENES網(wǎng)絡(luò)中的所有2X2開(kāi)關(guān)都默認(rèn)設(shè)置為BAR狀態(tài)； 步驟Al 將當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的第一級(jí)和最后一級(jí)的2X2開(kāi)關(guān)按如下設(shè)置 如果P為偶數(shù)并且c為偶數(shù)，則調(diào)用算法I (p/2, c/2, Pm/2)和算法I (p/2, c/2, ΡΜ/2)； 如果P為偶數(shù)并且c為奇數(shù)，則將當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)第一級(jí)的前Ceil (p/2)個(gè)開(kāi)關(guān)設(shè)置為CROS 狀態(tài)；調(diào)用算法 I (p/2, Ceil (c/2)，Pm/2)和算法 I (p/2, Floor (c/2)，PM/2)；如果P為奇數(shù)并且c為偶數(shù)，則將當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)第一級(jí)的第Ceil ((p-c)/2)個(gè)開(kāi)關(guān)和第 Ceil (p/2)個(gè)開(kāi)關(guān)之間的所有開(kāi)關(guān)，包括這兩個(gè)開(kāi)關(guān)在內(nèi)設(shè)置為CROSS狀態(tài)；將最后一級(jí)的 第Ceil (p/2)個(gè)開(kāi)關(guān)設(shè)置為CROSS狀態(tài)；調(diào)用算法 I (Floor (p/2)，c/2, PM/2)和算法 I (Ceil (p/2)，c/2, PM/2)； 如果P為奇數(shù)并且c為奇數(shù)，則當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)第一級(jí)的前Ceil ((p-c)/2)-1個(gè)開(kāi)關(guān)設(shè)置為 CROSS 狀態(tài)；調(diào)用算法 I (Ceil (p/2)，Ceil (c/2)，PM/2)和算法 I (Floor (p/2)，F(xiàn)loor (c/2)， Pm/2)；Floor (χ)為向下取整，Ceil(A)為向上取整； 算法B步驟包括步驟BO 將3X3開(kāi)關(guān)按如下規(guī)則設(shè)置 如果0，1，3)，則將3 X 3開(kāi)關(guān)中的開(kāi)關(guān)1設(shè)置為CROSS狀態(tài)； 如果(3，1，3)，則將3 X 3開(kāi)關(guān)中的開(kāi)關(guān)2和3設(shè)置為CROSS狀態(tài)； 如果(3，2，3)，則將3 X 3開(kāi)關(guān)中的開(kāi)關(guān)1和3設(shè)置為CROSS狀態(tài)； 否則將所有開(kāi)關(guān)設(shè)置為BAR狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的部分并行譯碼器結(jié)構(gòu)，其特征是分層信息處理模塊采取流水 線的工作方式，其劃分為四級(jí)流水線處理，第一級(jí)用來(lái)獲取輸入的絕對(duì)值，第二級(jí)計(jì)算出其 中最小的兩個(gè)絕對(duì)值，第三級(jí)通過(guò)比較選擇獲取除了和本次輸出相應(yīng)的輸入之外的最小絕 對(duì)值，第四級(jí)通過(guò)添加符號(hào)和輸出運(yùn)輸?shù)玫叫ｒ?yàn)節(jié)點(diǎn)處理單元的輸出值。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的部分并行譯碼器結(jié)構(gòu)，其特征是在分層譯碼器結(jié)構(gòu)中，當(dāng)相 鄰兩層在相同列上都有非零元素時(shí)，上一層的信息處理模塊結(jié)果直接送給下一層使用。
全文摘要
一種基于最小均方差準(zhǔn)則的LDPC分層BP譯碼算法，該算法通過(guò)構(gòu)造線性方程來(lái)逼近BP算法中校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)處的運(yùn)算公式來(lái)降低算法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度，并且使用最小均方差準(zhǔn)則求得線性方程系數(shù)的最優(yōu)解來(lái)提高算法的譯碼性能。同時(shí)該算法引入分層譯碼的思想，可以提高算法的收斂性，減小對(duì)存儲(chǔ)空間的需求。基于該算法，本發(fā)明提出一種用于多媒體無(wú)線傳感網(wǎng)中，具有部分并行結(jié)構(gòu)的LDPC碼譯碼器結(jié)構(gòu)。該譯碼器支持多種碼長(zhǎng)碼率的LDPC碼譯碼，并且具有占用系統(tǒng)資源少，數(shù)據(jù)吞吐率高，系統(tǒng)功耗低等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H03M13/11GK102055484SQ20101059809
公開(kāi)日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2010年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月21日
發(fā)明者丁小軍, 吳建輝, 周傳海, 張萌, 徐勐, 時(shí)龍興, 王濤 申請(qǐng)人:東南大學(xué)