技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種polar-ldpc級聯(lián)碼的合并bp解碼算法及裝置，屬于計算機通信領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
：

在awgn信道環(huán)境中，前人已分別對極化碼和lowdensityparitycheck(ldpc)碼的beliefpropagation(bp)譯碼算法有過廣泛且深入的研究。此外，級聯(lián)碼方案也因其誤碼性能具有安全距離較小的優(yōu)點而被廣泛研究。在前人的研究中，很多種不同的碼組合包括本發(fā)明中的極化碼和ldpc碼的不同級聯(lián)方案都被討論過。但是前人未能把兩級解碼器的相似性利用起來，本發(fā)明中，我們利用兩級碼的bp譯碼方法的相似性，提出了一種創(chuàng)新點思路，通過圖的級聯(lián)，將解碼器合并為一個，讓ldpc和極化碼的一碼循環(huán)依次順序進行，形成一個完整的循環(huán)過程。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提出一種polar-ldpc級聯(lián)碼的合并bp解碼算法及裝置，改變信息的迭代路徑，并提高譯碼的精確度。

上述的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種polar-ldpc級聯(lián)碼的合并bp解碼算法，該方法包括如下步驟：

(1)將信道觀察向量y通過公式(1)初始化為每一位碼字的概率信息，

公式(1)中：l(xj)為每一碼比特的對數(shù)似然比，n0為信道的平均噪聲功率；

(2)將l(sj)作為tanner圖上變量節(jié)點的信息，并在校驗節(jié)點上用min-sum方法計算一次，并把計算后的值返回所有變量節(jié)點，變量節(jié)點收集所有與之連接的校驗節(jié)點傳來的信息；

(3)與因子圖相連的一部分變量節(jié)點，將其概率信息作為因子圖最右(n+1)一階的左信息ln+1,j，因子圖根據(jù)公式(2)、公式(3)、公式(4)、公式(5)計算除第一階外因子圖上所有階的左、右信息；

li,j＝g(li+1,2j-1,li+1,2j+ri,j+n/2)，公式(2)，

li,j+n/2＝g(ri,j,li+1,2j-1)+li+1,2j，公式(3)，

ri+1,2j-1＝g(ri,j,li+1,2j+ri,j+n/2)，公式(4)，

和ri+1,2j＝g(ri,j,li+1,2j-1)+ri,j+n/2，公式(5)，

公式(2)、公式(3)、公式(4)、公式(5)中對碼長為n(n＝2ⁿ)的polar碼，每個節(jié)點都有兩種互信息，其n+1階因子圖的第i階的第j個節(jié)點的信息，分別稱為左信息(li,j)和右信息(ri,j)；函數(shù)g(x,y)＝sign(x)sign(y)min(|x|,|y|)；

(4)在圖的連接處通過公式l(sj)＝a×rn+1,j+l(sj)更新碼字的信息，其中a是一個調(diào)整兩部分信息占比的影響因子；

(5)將步驟(2)、步驟(3)、步驟(4)作為一次整體的循環(huán)迭代，計算i次，最后在因子圖左側(cè)計算出第一階的左信息l1,j并對它進行一次硬判決，得到譯碼結(jié)果。

所述的polar-ldpc級聯(lián)碼的合并bp解碼算法，步驟(2)中的l(sj)＝l(xj+m-n)，此l(sj)和l(xj+m-n)仍為之前定義過的對數(shù)似然比。

一種polar-ldpc級聯(lián)碼的合并bp解碼裝置，該裝置包括：初始化模塊、迭代計算模塊和硬判決模塊，所述的初始化模塊包含把信道觀察向量初始化為對數(shù)似然比信息的乘法器；所述迭代計算模塊包含相對于tanner圖和因子圖的變量、校驗節(jié)點、基本計算單元以及影響因子的乘法器組；所述硬判決模塊包含得到譯碼結(jié)果的硬判決單元。

有益效果：

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明的優(yōu)勢在于提出了一種基于圖的合并的譯碼方案，并且保留了bp算法復雜度低的優(yōu)點，在與傳統(tǒng)算法迭代次數(shù)相同的情況下，通過設(shè)置影響因子，能夠獲得明顯優(yōu)于傳統(tǒng)方法的誤碼性能，并且計算復雜度并沒有很大差別。

附圖說明

圖1：本發(fā)明提供的基于polar-ldpc級聯(lián)碼的合并bp解碼算法的合并譯碼示意圖；

圖2：碼率為0.25，內(nèi)碼碼長為1024，外碼碼長為2048時，采用本發(fā)明合并譯碼算法在不同影響因子取值下和傳統(tǒng)譯碼算法的誤碼率曲線圖；

圖3：碼率為0.6，內(nèi)碼碼長為1024，外碼碼長為1280時，采用本發(fā)明合并譯碼算法在不同影響因子取值下和傳統(tǒng)譯碼算法的誤碼率曲線圖；

圖4：本發(fā)明提供的基于polar-ldpc級聯(lián)碼的合并bp解碼算法的合并譯碼硬件架構(gòu)示意圖；

圖5：本發(fā)明合并譯碼算法和傳統(tǒng)分離譯碼算法每次迭代的計算復雜度比較。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施方式，進一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解下述具體實施方式僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。

實施例1：

一種polar-ldpc級聯(lián)碼的合并bp解碼算法，該方法包括如下步驟：

(1)將信道觀察向量y通過公式(1)初始化為每一位碼字的概率信息，

公式(1)中：l(xj)為每一碼比特的對數(shù)似然比，

n0為信道的平均噪聲功率；

(2)將l(sj)作為tanner圖上變量節(jié)點的信息，并在校驗節(jié)點上用min-sum方法計算一次，并把計算后的值返回所有變量節(jié)點，變量節(jié)點收集所有與之連接的校驗節(jié)點傳來的信息；

(3)與因子圖相連的一部分變量節(jié)點，將其概率信息作為因子圖最右(n+1)一階的左信息ln+1,j，因子圖根據(jù)公式(2)、公式(3)、公式(4)、公式(5)計算除第一階外因子圖上所有階的左、右信息；

li,j＝g(li+1,2j-1,li+1,2j+ri,j+n/2)，公式(2)，

li,j+n/2＝g(ri,j,li+1,2j-1)+li+1,2j，公式(3)，

ri+1,2j-1＝g(ri,j,li+1,2j+ri,j+n/2)，公式(4)，

和ri+1,2j＝g(ri,j,li+1,2j-1)+ri,j+n/2，公式(5)，

公式(2)、公式(3)、公式(4)、公式(5)中對碼長為n(n＝2ⁿ)的polar碼，每個節(jié)點都有兩種互信息，其n+1階因子圖的第i階的第j個節(jié)點的信息，分別稱為左信息(li,j)和右信息(ri,j)；函數(shù)g(x,y)＝sign(x)sign(y)min(|x|,|y|)；

(4)在圖的連接處通過公式l(sj)＝a×rn+1,j+l(sj)更新碼字的信息，其中a是一個調(diào)整兩部分信息占比的影響因子；

(5)將步驟(2)、步驟(3)、步驟(4)作為一次整體的循環(huán)迭代，計算i次，最后在因子圖左側(cè)計算出第一階的左信息l1,j并對它進行一次硬判決，得到譯碼結(jié)果。

所述的polar-ldpc級聯(lián)碼的合并bp解碼算法，步驟(2)中的l(sj)＝l(xj+m-n)，此l(sj)和l(xj+m-n)仍為之前定義過的對數(shù)似然比。

一種polar-ldpc級聯(lián)碼的合并bp解碼裝置，該裝置包括：初始化模塊、迭代計算模塊和硬判決模塊，所述的初始化模塊包含把信道觀察向量初始化為對數(shù)似然比信息的乘法器；所述迭代計算模塊包含相對于tanner圖和因子圖的變量、校驗節(jié)點、基本計算單元以及影響因子的乘法器組；所述硬判決模塊包含得到譯碼結(jié)果的硬判決單元。

本實施例中建立一個在awgn信道上的polar-ldpc級聯(lián)碼編碼和譯碼模型進行模擬操作。在此編譯碼模型中，內(nèi)碼(polar碼)s的碼長為n，待編碼向量u中信息位數(shù)量為k，因此內(nèi)碼碼率為k/n，其余n-k位作為凍結(jié)位(frozenbits)全部設(shè)置為0。因子圖的階數(shù)為n+1，其中n＝2ⁿ。內(nèi)碼的編碼過程可以表示為

s＝ugn，

其生成矩陣gn可以用因子圖表示，構(gòu)造生成矩陣的公式為(是n次kronecker積運算)。外碼x的編碼需要構(gòu)造用于ldpc碼的m×m的校驗矩陣h，其中m為外碼碼長，m為校驗位數(shù)量(m＝m-n)。校驗矩陣的構(gòu)造我們采用單位陣循環(huán)移位的方法構(gòu)造。碼字通過bpsk調(diào)制并在awgn信道上傳輸，在模擬信道環(huán)境的時候，選取幾種eb/n0的情況作為仿真信道環(huán)境參數(shù)。譯碼時，把同一碼字分別通過兩個分離的譯碼器的譯碼情況和在幾種不同影響因子取值的合并譯碼器的情況下的譯碼情況進行比較，比較仿真下的誤碼率情況(如圖2、3)。

硬件架構(gòu)方面，本實施例中采用的基于polar-ldpc級聯(lián)碼的合并bp解碼算法的硬件架構(gòu)見圖1，其中包括信道觀察信息初始化部分、迭代計算部分和硬判決部分。

具體來說，譯碼器接收到信道觀察信息后，先對他們進行一次初始化，對每一位乘以-4/n0以獲得其對數(shù)似然比信息的初始值。

在迭代計算部分，碼字的信息首先傳給右側(cè)的tanner圖模塊進行一次校驗計算，再向左傳入因子圖中的基本計算單元進行每一節(jié)點左、右信息的計算，其中，第一階的右信息通過編碼時信道容量信息進行初始化，凍結(jié)位的信息初始化為無窮大，信息位初始化為0。當信息回到圖的連接處時，要在碼字的節(jié)點處做一次所有信息的收集，在這里設(shè)置一個影響因子，調(diào)節(jié)兩部分信息占比，并以此信息作為下一次迭代的初始值。