一種基于重要性采樣技術(shù)的ldpc碼打孔算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于重要性采樣技術(shù)的LDPC碼打孔 算法。
【背景技術(shù)】
[0002] 通信信道的信道狀態(tài)通常是隨時(shí)間時(shí)刻變化的。傳統(tǒng)的信道編碼是采用固定的 碼率來傳輸信息，這種做法是不合適的。當(dāng)信道狀態(tài)變差時(shí)，可能會(huì)造成傳輸誤碼率的增 高；當(dāng)信道狀態(tài)變好時(shí)，可能會(huì)造成傳輸速率過慢，資源的浪費(fèi)。通過自適應(yīng)編碼調(diào)制技術(shù) 可有效的克服此缺點(diǎn)。自適應(yīng)編碼調(diào)制技術(shù)可以動(dòng)態(tài)適應(yīng)信道的變化，從而提高傳輸速率 和傳輸可靠性，逼近Shannon容量限。即在信道狀態(tài)較差時(shí)，用低碼率碼字和低階調(diào)制模式 傳輸。信道狀態(tài)變好時(shí)，采用高碼率碼字和高階調(diào)制模式傳輸。自適應(yīng)編碼調(diào)制技術(shù)實(shí)施 的關(guān)鍵就是構(gòu)造一系列碼率不同的碼字。構(gòu)造不同碼率的碼字是通過速率兼容技術(shù)來實(shí)現(xiàn) 的。速率兼容技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)的碼率從低到高，或者從高到低的靈活變換，打孔是速率兼容技 術(shù)的一種，其原理為，給定一個(gè)低碼率母碼碼字，然后通過刪除碼字中部分校驗(yàn)位比特，從 而來提高傳輸碼字的碼率。例如，一個(gè)給定碼長(zhǎng)為η比特的碼字，傳輸?shù)男畔⒈忍財(cái)?shù)為k，則 該碼的碼率為R=k/n，將其作為母碼進(jìn)行打孔操作，假設(shè)一共刪除了d個(gè)校驗(yàn)比特，則升高 后的碼率為R' =k/(n_d)。
[0003] 2006年Ha.J首次提出一種分組排序算法。由于LDPC碼主要通過迭代譯碼。分組 排序算法選擇出具有不同的迭代恢復(fù)次數(shù)的節(jié)點(diǎn)來打孔，根據(jù)選擇的節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，來構(gòu)造 不同碼率的LDPC碼。首先，把LDPC校驗(yàn)矩陣展開成樹圖形式。再根據(jù)節(jié)點(diǎn)在樹圖上的結(jié) 構(gòu)，把所有的節(jié)點(diǎn)分成η組（分別為1步可恢復(fù)節(jié)點(diǎn)，2步可恢復(fù)節(jié)點(diǎn)，...，k步可恢復(fù)節(jié) 點(diǎn)，...），如圖1所示。1步可恢復(fù)節(jié)點(diǎn)就是在迭代譯碼過程中，只需要一次迭代，就能通過 (被）傳遞來的信息所糾正。最后將每一組的所有節(jié)點(diǎn)通過特定的規(guī)則排列順序。所有的 節(jié)點(diǎn)就變成了一個(gè)有序的序列，從第1組排列到第η組。根據(jù)需要構(gòu)造的碼率，從這個(gè)序列 的開始端來選擇打孔節(jié)點(diǎn)。
[0004] 分組排序算法是在樹圖的基礎(chǔ)上來選擇打孔節(jié)點(diǎn)。所有的打孔節(jié)點(diǎn)在譯碼恢復(fù)的 過程中，都是按照已經(jīng)設(shè)計(jì)好的樹圖來恢復(fù)，即在迭代譯碼過程中，通過樹圖中的未打孔節(jié) 點(diǎn)傳遞給打孔節(jié)點(diǎn)正確信息，來糾正打孔節(jié)點(diǎn)。算法在選擇打孔節(jié)點(diǎn)時(shí)，盡量較多地選擇1 步可恢復(fù)節(jié)點(diǎn)或者2步可恢復(fù)節(jié)點(diǎn)。這種恢復(fù)步長(zhǎng)較短的節(jié)點(diǎn)，會(huì)將大量有效的校驗(yàn)信息 集中自己身上。由于大量的有效校驗(yàn)信息被集中在這些節(jié)點(diǎn)附近，那么剩余的較長(zhǎng)恢復(fù)步 長(zhǎng)的節(jié)點(diǎn)周圍的有效校驗(yàn)信息就很少。這就造成了譯碼恢復(fù)時(shí)，較長(zhǎng)恢復(fù)步長(zhǎng)的節(jié)點(diǎn)譯碼 錯(cuò)誤的概率較大，因此，分組排序算法在選擇待刪除節(jié)點(diǎn)時(shí)，形成了一種貪婪選擇的模式， 即局部最優(yōu)化，但整體的譯碼性能并不是很好。
[0005] 近些年來，出現(xiàn)的打孔算法都是在分組排序算法的基礎(chǔ)上改進(jìn)的，有些算法增加 了一些內(nèi)部結(jié)構(gòu)的搜索，例如停止集，環(huán)外來信息度等等。這些新的打孔算法在性能上有所 提高，但算法只局限于某種特定信道，后者忽視了信道的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服了上述分組排序算法性能較差的缺點(diǎn)，提出了一種可以適 應(yīng)各種信道的打孔方法，以改善LDPC碼的誤碼率性能，并有效地降低了打孔碼字錯(cuò)誤平層 的一種基于重要性采樣技術(shù)的LDPC碼打孔算法。
[0007] -種基于重要性采樣技術(shù)的LDPC碼打孔算法，包括以下步驟：
[0008] 1)對(duì)LDPC碼在某一信道下，進(jìn)行仿真，找到LDPC碼的性能曲線進(jìn)入錯(cuò)誤平層時(shí)的 信噪比閾值；
[0009] 3)在此信噪比閾值下，利用重要采樣技術(shù)，對(duì)LDPC碼進(jìn)行錯(cuò)誤沖擊，并記錄下造 成LDPC碼譯碼錯(cuò)誤的節(jié)點(diǎn)位置和錯(cuò)誤次數(shù)；
[0010] 3)根據(jù)步驟2)記錄的錯(cuò)誤次數(shù)，由大到小，對(duì)相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行排序。這些節(jié)點(diǎn)都 是對(duì)LDPC碼譯碼性能危害較大的點(diǎn)。隨著此序列的順序，節(jié)點(diǎn)危害性逐步降低。將此序列 分成m組，分別為Sm,Smu…，S1;
[0011] 4)依據(jù)目標(biāo)碼率R'，計(jì)算需要?jiǎng)h除的校驗(yàn)比特個(gè)數(shù)
為母碼的長(zhǎng)度，K為信息位長(zhǎng)度；
[0012] 5)按照一定規(guī)則選擇出符合要求的節(jié)點(diǎn)，構(gòu)成集合Ω2;
[0013] 6)如果集合Ω2與集合S"的交集不為空，則在它們的交集中隨機(jī)選擇一個(gè)節(jié)點(diǎn)作 為打孔節(jié)點(diǎn)，否則就持續(xù)尋找集合Ω2與集合的交集。如果直到集合Ω2與集合Sl的交 集也為空，就在集合〇2中隨機(jī)選擇一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為打孔節(jié)點(diǎn)；
[0014] 7)重復(fù)操作步驟5、6，直至符合刪除比特的個(gè)數(shù)Np，達(dá)到目標(biāo)碼率。
[0015] 在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，所述步驟5)中按照一定規(guī)則選擇出符合要求的節(jié)點(diǎn)， 構(gòu)成集合Ω2，按如下步驟進(jìn)行：
[0016] a)把所有的連接打孔節(jié)點(diǎn)最少的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)存入到集合(Τ;
[0017] b)把集合(T中所有的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)中，每個(gè)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)展開的恢復(fù)樹中未打孔節(jié)點(diǎn)數(shù)量 最少的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)存入到集合C'中；
[0018] c)把與集合C中的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)相連的所有變量節(jié)點(diǎn)存入到集合Ω中；
[0019] d)把集合Ω中，與每個(gè)變量節(jié)點(diǎn)相連同一個(gè)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的打孔節(jié)點(diǎn)總數(shù)最少的變 量節(jié)點(diǎn)存入到集合中；
[0020] e)把集合Ω ，與每個(gè)變量節(jié)點(diǎn)相連的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)，以這些校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)展開的恢復(fù)樹 中的未打孔節(jié)點(diǎn)總數(shù)之和最少的變量節(jié)點(diǎn)存入到集合Ω2中。
[0021] 在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，所述步驟7)中按如下步驟進(jìn)行：
[0022] a)從所有變量節(jié)點(diǎn)V,，je{1，L，η}中刪除步驟6所選擇的那個(gè)節(jié)點(diǎn)；
[0023] b)將Νρ的值減一。如果Νρ為零，則算法結(jié)束，否則重復(fù)步驟3、步驟4、步驟5。
[0024] 本發(fā)明中的基于重要性采樣技術(shù)的LDPC碼打孔算法首先利用重要性采樣技術(shù)搜 索出LDPC碼譯碼過程中陷入陷阱集的錯(cuò)誤比特位置，然后將這些錯(cuò)誤比特位置做為一個(gè) 新的選擇標(biāo)準(zhǔn)，加入到之前的打孔算法中，由新設(shè)計(jì)的打孔算法構(gòu)造的不同速率的碼字， 該LDPC碼打孔算法可以適應(yīng)各種信道的打孔方法，以改善LDPC碼的誤碼率性能，在瀑布區(qū) 和錯(cuò)誤平層區(qū)都有較好的譯碼性能，能有效地降低了打孔碼字的錯(cuò)誤平層。
【附圖說明】
[0025] 圖1是分組排序算法分組示意圖；
[0026] 圖2是本發(fā)明對(duì)規(guī)則LDPC碼打孔方案與傳統(tǒng)方法系統(tǒng)誤碼率仿真結(jié)果的對(duì)比示 意圖；
[0027] 圖3是本發(fā)明對(duì)非規(guī)則LDPC碼打孔方案與傳統(tǒng)方法系統(tǒng)誤碼率仿真結(jié)果的對(duì)比 示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明，
[0029] 對(duì)于一個(gè)碼長(zhǎng)為N，信息位長(zhǎng)為K的母碼，其校驗(yàn)矩陣為H^，（m=Ν-Κ，η=N)， 本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：
[0030] 步驟1，對(duì)LDPC碼在高斯信道下，進(jìn)行仿真，找到LDPC碼的性能曲線進(jìn)入錯(cuò)誤平層 時(shí)的信噪比閾值X;
[0031] 步驟2,利用重要采樣技術(shù)，對(duì)LDPC碼進(jìn)行錯(cuò)誤沖擊，沖擊信號(hào)為nbit高斯噪聲， 即在LDPC碼編碼調(diào)制后的碼字上，加入nbit高斯噪聲，測(cè)試其譯碼性能。信噪比設(shè)定為 信噪