本發(fā)明屬于電子、通訊、與信息工程領(lǐng)域，特別涉及無(wú)線通信和信息存儲(chǔ)中LDPC糾錯(cuò)碼的譯碼器設(shè)計(jì)。

背景技術(shù)：

低密度奇偶校驗(yàn)(Low-Density Parity-Check，LDPC)碼是一種基于稀疏矩陣的糾錯(cuò)碼，是繼Turbo碼后又一種性能接近香濃極限的現(xiàn)代糾錯(cuò)碼。置信傳播(Belief Propagation，BP)是LDPC碼常用的譯碼方法。置信傳播根據(jù)信息的更新時(shí)序，可分為同步時(shí)序和動(dòng)態(tài)時(shí)序兩種。

同步時(shí)序的洪泛譯碼(Flooding)：在每一個(gè)譯碼迭代過(guò)程中，先更新所有校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)到變量節(jié)點(diǎn)的邊信息，再更新所有變量節(jié)點(diǎn)到校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的邊信息。每次迭代結(jié)束后，根據(jù)判決條件對(duì)每個(gè)變量節(jié)點(diǎn)進(jìn)行判定。如此反復(fù)，直到滿足譯碼停止條件。

常見(jiàn)的動(dòng)態(tài)時(shí)序有殘差置信傳播(RBP)、校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)殘差置信傳播(NWRBP)和變量到校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)獲知?dú)埐钪眯艂鞑?IVCRBP)。RBP是基于邊更新的譯碼方案，每次選擇具有最大殘差的邊進(jìn)行更新。NW RBP是基于校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)更新的譯碼方案，每次選擇最大殘差邊所在的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行更新。IVCRBP在RBP的基礎(chǔ)上引入了不穩(wěn)定節(jié)點(diǎn)的概念，將變量節(jié)點(diǎn)分為不穩(wěn)定和穩(wěn)定兩類(lèi)，尋找最大殘差所在變量節(jié)點(diǎn)時(shí)，不穩(wěn)定節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級(jí)高于穩(wěn)定節(jié)點(diǎn)。

洪泛譯碼的譯碼復(fù)雜度適中，譯碼延時(shí)較低。相比洪泛譯碼，基于殘差的動(dòng)態(tài)時(shí)序譯碼能有效降低誤幀率，并且其迭代譯碼收斂速度更快。然而由于殘差傳播譯碼需要額外檢測(cè)最大殘差所在邊或節(jié)點(diǎn)，極大地增加了譯碼復(fù)雜度和時(shí)延。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問(wèn)題：下一代通信系統(tǒng)對(duì)通信延時(shí)、穩(wěn)定性、硬件復(fù)雜度的要求越來(lái)越高，作為通信系統(tǒng)中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，LDPC碼仍然存在較大的改進(jìn)空間。本發(fā)明中提及的洪泛譯碼和殘差傳播譯碼都屬于LDPC碼置信傳播譯碼的一種。洪泛譯碼的復(fù)雜度適中，譯碼延時(shí)較低。相比洪泛譯碼，盡管殘差傳播譯碼能有效降低誤碼率，然而其較大的譯碼復(fù)雜度和延時(shí)遠(yuǎn)大于洪泛的弊端，使得殘差傳播譯碼的實(shí)用性較低。

發(fā)明目的：本發(fā)明將洪泛譯碼時(shí)序和殘差傳播譯碼時(shí)序串行多級(jí)級(jí)聯(lián)，并命名為串聯(lián)置信譯碼器。這種級(jí)聯(lián)方式融合了洪泛譯碼的低譯碼延時(shí)和殘差傳播譯碼的低誤碼率的兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)，并且在中高信噪比區(qū)域極大地降低了單獨(dú)使用殘差譯碼的復(fù)雜度和延時(shí)，使得串聯(lián)置信譯碼具有很高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

本發(fā)明提出的LDPC碼串聯(lián)置信譯碼器的具體實(shí)施方案如圖1所示。本發(fā)明中，第一級(jí)譯碼器使用同步更新的洪泛時(shí)序，之后的第2至第N級(jí)譯碼器使用動(dòng)態(tài)殘差傳播譯碼時(shí)序(如本發(fā)明方案采用的NW RBP和IVC RBP譯碼時(shí)序都屬于動(dòng)態(tài)殘差譯碼)。本發(fā)明包括以下幾種譯碼方案：

方案1：二級(jí)串聯(lián)譯碼器NWRBP+IVCRBP，即節(jié)點(diǎn)殘差置信傳播作為第一級(jí)子譯碼器，變量到校驗(yàn)獲知?dú)埐钪眯艂鞑榈诙?jí)子譯碼器；

方案2：二級(jí)串聯(lián)譯碼器Flooding+NWRBP，即洪泛時(shí)序作為第一級(jí)子譯碼器，節(jié)點(diǎn)殘差置信傳播作為第二級(jí)子譯碼器；

方案3：二級(jí)串聯(lián)譯碼器Flooding+IVCRBP，即洪泛時(shí)序作為第一級(jí)子譯碼器，變量到校驗(yàn)獲知?dú)埐钪眯艂鞑プ鳛榈诙?jí)子譯碼器；

方案4：三級(jí)串聯(lián)譯碼器Flooding+NWRBP+IVCRBP，即洪泛時(shí)序作為第一級(jí)子譯碼器，節(jié)點(diǎn)殘差置信傳播作為第二級(jí)子譯碼器，變量到校驗(yàn)獲知?dú)埐钪眯艂鞑プ鳛榈谌?jí)子譯碼器。

其中，方案1-3為二級(jí)串聯(lián)譯碼器，方案4為三級(jí)串聯(lián)譯碼器。需要注意的是，二級(jí)串聯(lián)譯碼器IVCRBP+NWRBP和三級(jí)串聯(lián)譯碼器Flooding+IVCRBP+NWRBP因?yàn)槠湫阅芊謩e與方案1和方案4相近似，在本發(fā)明中并未詳細(xì)闡述。

所述方案1、方案2、方案3、方案4包括以下步驟：

(1)確定串聯(lián)譯碼器中子譯碼器數(shù)量，并設(shè)置各級(jí)子譯碼器的最大譯碼迭代數(shù)；

(2)為串聯(lián)譯碼器中各子譯碼器選擇合適的譯碼時(shí)序，涉及的譯碼時(shí)序包括洪泛即Flooding、殘差置信傳播即RBP、校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)殘差置信傳播即NWRBP、變量到校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)獲知?dú)埐钪眯艂鞑ゼ碔VCRBP；

(3)選擇Flooding作為第一級(jí)子譯碼器的譯碼時(shí)序(方案1例外,方案1以節(jié)點(diǎn)殘差置信傳播NWRBP作為第一級(jí)子譯碼器的譯碼時(shí)序)；

(4)選擇RBP、NWRBP、IVCRBP作為剩余子譯碼器的譯碼時(shí)序；

(5)依次運(yùn)行每一級(jí)子譯碼器，直到成功譯碼或者到達(dá)最后一級(jí)子譯碼器。

有益效果

本發(fā)明將洪泛譯碼與動(dòng)態(tài)殘差譯碼兩種時(shí)序進(jìn)行串聯(lián)，并且以洪泛譯碼作為第一級(jí)子譯碼器。這種方法融合了洪泛譯碼的低延時(shí)、低復(fù)雜度和動(dòng)態(tài)殘差傳播譯碼的低誤碼率、快速收斂的優(yōu)點(diǎn)，在中高信噪比區(qū)域極大地降低了單獨(dú)使用殘差譯碼的復(fù)雜度和延時(shí)，使得串聯(lián)置信譯碼在LDPC譯碼方面具有很高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1:本發(fā)明提出的時(shí)序串聯(lián)置信譯碼器技術(shù)方案。

圖2:碼A在高斯白噪聲信道環(huán)境下，各譯碼方案誤幀率和信噪比的關(guān)系。

圖3:碼B在高斯白噪聲信道環(huán)境下，各譯碼方案誤幀率和信噪比的關(guān)系。

圖4:碼A在高斯白噪聲信道環(huán)境下，各譯碼方案平均譯碼迭代數(shù)和信噪比的關(guān)系。

圖5:碼B在高斯白噪聲信道環(huán)境下，各譯碼方案平均譯碼迭代數(shù)和信噪比的關(guān)系。

圖6:碼A在高斯白噪聲信道環(huán)境下，各譯碼方案近似譯碼復(fù)雜度和信噪比的關(guān)系。

圖7:碼B在高斯白噪聲信道環(huán)境下，各譯碼方案近似譯碼復(fù)雜度和信噪比的關(guān)系。

變量E：LDPC碼H矩陣中1的數(shù)量總和或者LDPC碼二分圖中邊的數(shù)量總和。

用于仿真的碼A：碼率為0.4且碼長(zhǎng)為155的準(zhǔn)循環(huán)LDPC碼。

用于仿真的碼B：Wi802.16e標(biāo)準(zhǔn)中碼率為0.5且碼長(zhǎng)為576的準(zhǔn)循環(huán)LDPC碼。

平均譯碼復(fù)雜度：定義為置信譯碼過(guò)程中傳送的邊信息的數(shù)量和涉及殘差計(jì)算的邊數(shù)

量總和，單位是E。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖具體說(shuō)明。

LDPC碼的時(shí)序串聯(lián)置信譯碼方法的實(shí)施包括五個(gè)步驟：

步驟1：如圖1所示，確定串聯(lián)譯碼器中子譯碼器數(shù)量，并設(shè)置各級(jí)子譯碼器的最大迭代數(shù)；

步驟2：為串聯(lián)譯碼器中各子譯碼器選擇合適的譯碼時(shí)序，本發(fā)明中涉及的譯碼時(shí)序包括洪泛(Flooding)、殘差置信傳播(RBP)、校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)殘差置信傳播(NWRBP)、變量到校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)獲知?dú)埐钪眯艂鞑?IVCRBP)；

步驟3：選擇Flooding作為第一級(jí)子譯碼器的譯碼時(shí)序(方案1例外,方案1以節(jié)點(diǎn)殘差置信傳播NWRBP作為第一級(jí)子譯碼器的譯碼時(shí)序)；

步驟4：選擇RBP、NWRBP、IVCRBP作為剩余子譯碼器的譯碼時(shí)序；

步驟5：依次運(yùn)行每一級(jí)子譯碼器，直到成功譯碼或者到達(dá)最后一級(jí)子譯碼器。

下面結(jié)合實(shí)例及附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限與此。

本發(fā)明實(shí)驗(yàn)所用計(jì)算機(jī)的配置為內(nèi)存8GB，CPU是Intel Core i5-3470 3.2GHz的臺(tái)式計(jì)算機(jī)，所用代碼是Matlab2012b語(yǔ)言開(kāi)發(fā)。用于測(cè)試發(fā)明方案的LDPC編碼有A和B兩種：碼A是碼率為0.4且碼長(zhǎng)為155的準(zhǔn)循環(huán)LDPC碼；碼B是Wi802.16e標(biāo)準(zhǔn)中使用的碼率為0.5且碼長(zhǎng)為576的準(zhǔn)循環(huán)LDPC碼。仿真過(guò)程中，圖1方案的各級(jí)子譯碼器的最大譯碼迭代次數(shù)設(shè)置為20，該參數(shù)可根據(jù)具體的通信環(huán)境和技術(shù)要求而改變。經(jīng)分析各譯碼方案的性能，得出以下結(jié)論：

第一，多級(jí)譯碼器的誤幀率明顯優(yōu)于(低于)單級(jí)譯碼器。如圖2和圖3所示，分別為碼A和碼B在高斯白噪聲環(huán)境下，各譯碼方案的誤幀率和信噪比關(guān)系。觀察圖2和圖3的結(jié)果表明：1)單級(jí)譯碼器Flooding、NWRBP、IVCRBP中，基于殘差動(dòng)態(tài)的單級(jí)譯碼器NWRBP和IVCRBP的誤幀率明顯優(yōu)于(低于)同步譯碼Flooding；2)二級(jí)串聯(lián)譯碼器NWRBP+IVCRBP、Flooding+NWRBP、Flooding+IVCRBP的誤幀率普遍優(yōu)于(低于)單級(jí)譯碼器；3)三級(jí)串聯(lián)譯碼器Flooding+NWRBP+IVCRBP的誤幀率比二級(jí)串聯(lián)譯碼器Flooding+NWRBP和Flooding+IVCRBP更低；且和二級(jí)串聯(lián)譯碼器NWRBP+IVCRBP的誤幀率近似。但圖6和圖7表明，F(xiàn)looding+NWRBP+IVCRBP的近似譯碼復(fù)雜度在中高信噪比區(qū)域比NWRBP+IVCRBP更低。

第二，隨著信噪比數(shù)值的增加，多級(jí)譯碼器的收斂速度逼近以其第一級(jí)子譯碼器作為單級(jí)譯碼器的收斂速度。如圖4和圖5所示，分別為碼A和碼B在高斯白噪聲環(huán)境下，各譯碼方案的平均譯碼迭代數(shù)和信噪比的關(guān)系。觀察圖4和圖5的結(jié)果表明：1)多級(jí)串聯(lián)譯碼器的平均收斂速度要低于單級(jí)譯碼器；2)但是隨著信噪比的增加，在高信噪比區(qū)域，無(wú)論是二級(jí)串聯(lián)譯碼器還是三級(jí)串聯(lián)譯碼器的收斂速度都逼近于單級(jí)譯碼器的收斂速度。

第三，在中高信噪比區(qū)域，多級(jí)譯碼器的近似譯碼復(fù)雜度接近單級(jí)譯碼器。如圖6和圖7所示，分別為碼A和碼B在高斯白噪聲環(huán)境下，各譯碼方案的近似譯碼復(fù)雜度和信噪比的關(guān)系。觀察圖6和圖7的結(jié)果表明：1)單級(jí)譯碼器Flooding的近似復(fù)雜度最低，然而如圖2和圖3所示，其誤幀率也是最差(最高)的；2)通過(guò)將Flooding分別與NWRBP和IVCRBP串聯(lián)，得到二級(jí)串聯(lián)譯碼器Flooding+NWRBP和Flooding+IVCRBP，該方案有效降低了單級(jí)譯碼器NWRBP和IVCRBP的近似復(fù)雜度。例如，如圖6所示在信噪比為3.5dB時(shí)，單級(jí)譯碼器NWRBP和IVCRBP的近似譯碼復(fù)雜度分別為18.7E和15.3E，該值在二級(jí)串聯(lián)譯碼器Flooding+NWRBP和Flooding+IVCRBP中分別降低到8.02E和8.39E；3)值得注意的是，和二級(jí)串聯(lián)譯碼器NWRBP+IVCRBP相比，三級(jí)串聯(lián)譯碼器Flooding+NWRBP+IVCRBP的近似復(fù)雜度得到極大地降低。且在高信噪比區(qū)域，二級(jí)串聯(lián)譯碼器Flooding+NWRBP、Flooding+IVCRBP和三級(jí)串聯(lián)譯碼器Flooding+NWRBP+IVCRBP的近似譯碼復(fù)雜度逼近單級(jí)譯碼器Flooding。

綜上所述，以Flooding作為第一級(jí)子譯碼器和以動(dòng)態(tài)譯碼做為后續(xù)子譯碼器的LDPC碼串聯(lián)置信譯碼器，不僅繼承了單級(jí)譯碼器Flooding的低譯碼復(fù)雜度、低延時(shí)的優(yōu)點(diǎn)，而且保持了動(dòng)態(tài)譯碼低誤幀率的優(yōu)良特性。在中高信噪比區(qū)域，本發(fā)明公開(kāi)的LDPC碼串聯(lián)置信譯碼器以較小的復(fù)雜度代價(jià)，極大地提高了LDPC碼的譯碼性能。