CN100578946C - 乘积码的并行迭代译码方法 - Google Patents

Abstract

一种通信技术领域的乘积码的并行迭代译码方法，根据系统中子码译码器的数量和乘积码维数的比例关系，选择采用各维方向同时译码的方法；或各维方向时分轮流译码的方法；或各维方向部分同时译码，部分时分轮流译码的方法，具体是：用N个子码译码器同时在N维乘积码的N个方向分别进行子码的译码；或者用一个子码译码器时分轮流在N维乘积码的N个方向进行子码的译码，时分轮流译码时可以从N维中任意的维方向先开始；或者当子码译码器数量为M个，1＜M＜N时，M个子码译码器同时工作或部分工作，分若干次时分轮流完成在N维乘积码的N个方向的子码的译码。本发明对乘积码的子码码型没有限制，对子码译码器的类型没有限制，对迭代次数没有限制。

Description

乘积码的并行迭代译码方法

技术领域

本发明涉及的是一种用于通信技术领域的译码方法，具体是一种乘积码的并行迭代译码方法。

背景技术

乘积码是Elias于1954年提出的，它是香农信息理论提出后第一个在非零码率时可以实现无误码传输的纠错编码。由于当时的硬件水平限制了它的应用，几十年来它的优越性不能得到有效应用。随着迭代译码算法的应用，乘积码又再一次得到了关注，1994年，Pyndiah等人在Chase译码算法的基础上，提出了一种线性分组码的软输入软输出译码算法，并应用于乘积码子码的译码，从而给出了一种类似于Turbo码译码的乘积码软输入软输出迭代译码算法，称它们为Turbo乘积码。由于Turbo乘积码的译码算法结构简单，便于硬件实现高速译码。乘积码的迭代译码算法，发送的乘积码码字经过信道传输到达接收端，经过解调得到接收信号。一次迭代译码过程如下：译码器根据子码译码算法对接收信号和外部信息(第一次迭代外部信息为0)组成的输入信号进行逐维软输入软输出译码，在一个维内进行逐个子码的软输入译码，并计算软输出，根据软输出计算出传递给下一维的外部信息，该外部信息和接收信号作为下一个维方向译码器的输入，重复同样的过程，直到所有的维都完成一次译码，这时一次迭代译码完成，输出的外部信息作为下一次迭代的外部信息。上述迭代过程重复进行若干次。最后根据末次迭代输出的外部信息和接收信号判决产生译码结果。

经对现有技术的文献检索发现，李宗旺、徐友云、宋文涛、罗汉文等人在《通信技术》，2001年第7期，Pages：5-7，10上发表的“高速通信系统中Turbo乘积码的研究”对乘积码软输入软输出迭代译码算法进行了分析。但其中采用的迭代方法是通常的迭代方法，即每个维方向上的译码过程是逐列(或逐行)进行软译码，然后再进行下一维。迭代译码过程中的信息交换是等待一个维方向上的所有子码译码完成后，才将译码过程中产生的外部信息提供给下一维，而且未考虑子码所受干扰程度的差异性，没有优先处理那些受干扰小的可靠性高的子码，而是对所有的子码按相同的处理方法对待。迭代过程中不能迅速地将各个维在译码过程中产生的最新的外部信息传递到其他的维，当前维的译码仅接受来自前一维输出的译码信息，这些不足都严重影响信息交换的及时性和有效性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提出一种乘积码的并行迭代译码方法，使其各个维方向的子码译码同时或时分轮流进行，各个维方向子码译码过程中输出的外部信息及时地传递到其它维，各个维方向的子码译码器都是在获得其它维译码器输出的最新外部信息的情况下进行。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明根据系统中子码译码器的数量和乘积码维数的比例关系，选择采用各维方向同时译码的方法；或各维方向时分轮流译码的方法；或各维方向部分同时译码，部分时分轮流译码的方法。具体是：用N个子码译码器同时在N维乘积码的N个方向分别进行子码的译码；或者用一个子码译码器时分轮流在N维乘积码的N个方向进行子码的译码，时分轮流译码时可以从N维中任意的维方向先开始；或者当子码译码器数量为M个(1＜M＜N)时，M个子码译码器同时工作或部分工作，分若干次时分轮流完成在N维乘积码的N个方向的子码的译码。时分轮流译码时可以从N维中任意的维方向先开始。

以下对本发明方法作进一步的说明：

当系统中子码译码器的个数有N个，即达到和维数N相同的个数时，可采用各维方向同时译码的方法，具体实现步骤如下：

(1)第一个子码译码器对第一维方向的一个或若干个子码译码，输出已译码完成的子码的外部信息；

(2)在进行(1)的同时，另外N-1个子码译码器对其余的N-1个维方向的一个或若干个子码译码，输出已译码完成的子码的外部信息；

(3)用步骤(1)(2)输出的外部信息更新当前的外部信息；

(4)对本次迭代未译码的子码，重复步骤(1)(2)(3)，直到所有的子码都译码完成；

(5)以上步骤(1)(2)(3)(4)完成一次迭代过程，重复步骤(1)(2)(3)(4)达到设定的迭代次数；

(6)最后根据末次迭代输出的外部信息和接收信号判决产生译码结果。

在同一维方向内译码时选择受干扰小的可靠性高的子码优先译码，具体的选择方法包括但不仅限于以下方法：根据对所接收的子码信号能量的检测，选择子码信号能量大的优先译码；采用信噪比估计方法，选择信噪比高的子码优先译码。

子码译码器的个数少于维数N时，不失一般性，设子码译码器数量为一个，可采用各维方向时分轮流译码的方法，可以从任意维的方向先开始。具体实现步骤如下：

(1)子码译码器对选定的第一个维方向的一个或若干个子码译码，输出已译码完成的子码的外部信息，并更新当前的外部信息；

(2)依此类推，子码译码器时分轮流对第二个维方向至第N个维方向上的一个或若干个子码译码，输出已译码完成的子码的外部信息，并更新当前的外部信息；

(3)对本次迭代未译码的子码，重复步骤(1)(2)，直到所有的子码都译码完成；

(4)以上步骤(1)(2)(3)完成一次迭代过程，重复步骤(1)(2)(3)达到设定的迭代次数；

(5)最后根据末次迭代输出的外部信息和接收信号判决产生译码结果。

在同一维方向内译码时选择受干扰小的可靠性高的子码优先译码，具体的选择方法包括但不仅限于以下方法：根据对所接收的子码信号能量的检测，选择子码信号能量大的优先译码；采用信噪比估计方法，选择信噪比高的子码优先译码。

本发明提出的利用并行译码结构的乘积码并行迭代译码方法，其主要优点是译码过程中信息的充分交换，将各个维方向子码译码过程中输出的外部信息及时地传递到其它维，因此各个维方向的子码译码器都是在获得其它维译码器输出的最新外部信息的情况下进行。一次迭代过程中外部信息的及时交换有利于将先期译码提取的有效信息传递提供给本次迭代的后续部分进行译码处理。另一方面的优点是由于采用并行译码结构对不同维方向进行并行处理，同一维方向的子码在译码顺序上可以选择先后次序，可优先选择可靠性高的子码译码，优先提取其外部信息，有利于降低误码率。本发明提出的乘积码并行迭代译码方法对乘积码的维数没有限定，可以是二维乘积码、三维乘积码以至任意维数的乘积码。对子码的码型没有限制，不同维可以选用相同的码型，也可以选用不同的码型，选用不同码型时子码译码器应与所选的码型相一致。本发明的并行迭代译码方法对子码译码器的类型没有限制，可以是通用的译码器的类型。本发明的方法对迭代次数没有限制，适用于任意的迭代次数。

具体实施方式

实施例1：

为验证本发明方法的有效性和实际性能，通过对常用的二维乘积码的计算机仿真测试，并行迭代译码方法在相同的迭代次数下，误码率低于通常的方法。

测试采用二维乘积码，其子码均采用扩展汉明码(8，4，4)，采用16QAM调制，信道噪声为高斯噪声，设定的迭代次数为3次。采用一个子码译码器轮流在二个维方向时分译码的方法，子码译码器采用“高速通信系统中Turbo乘积码的研究”中的方法，并根据译码前的子码可靠性程度优先选择高可靠的子码进行译码。

子码译码器数量为一个，采用二维方向时分轮流译码的方法，具体实现步骤如下：

(1)子码译码器对“行方向”的本次迭代过程未译码的子码中能量最大的一个子码译码，输出已译码完成的该子码的外部信息，并更新当前的外部信息；

(2)子码译码器对“列方向”的本次迭代过程未译码的子码中能量最大的一个子码译码，输出已译码完成的该子码的外部信息，并更新当前的外部信息；

(3)对本次迭代未译码的子码，重复步骤(1)(2)7次，直到所有的子码都译码完成；

(4)以上步骤(1)(2)(3)完成一次迭代过程，重复步骤(1)(2)(3)2次达到设定的3次迭代次数；

(5)最后根据末次迭代输出的外部信息和接收信号判决产生译码结果。

误码率具体测试结果如下：

第一次迭代结果：

信噪比(dB)	原方法误码率	本发明方法误码率	本发明方法误码率/原方法误码率(％)
				6.0	1.20×10<sup>-2</sup>	3.61×10<sup>-3</sup>	30.1
6.5	9.17×10<sup>-3</sup>	2.24×10<sup>-3</sup>	24.4
				7.0	6.76×10<sup>-3</sup>	1.38×10<sup>-3</sup>	20.4

第二次迭代结果：

信噪比(dB)	原方法误码率	本发明方法误码率	本发明方法误码率/原方法误码率(％)
				6.0	7.68×10<sup>-4</sup>	3.29×10<sup>-4</sup>	42.8
6.5	3.05×10<sup>-4</sup>	1.06×10<sup>-4</sup>	34.8
				7.0	1.30×10<sup>-4</sup>	3.68×10<sup>-5</sup>	28.3

第三次迭代结果：

信噪比(dB)	原方法误码率	本发明方法误码率	本发明方法误码率/原方法误码率(％)
				6.0	1.68×10<sup>-4</sup>	1.26×10<sup>-4</sup>	75.0
6.5	4.88×10<sup>-5</sup>	3.40×10<sup>-5</sup>	69.6
				7.0	1.34×10<sup>-5</sup>	1.01×10<sup>-5</sup>	75.4

以上误码率的计算机仿真测试结果表明，在相同的迭代次数下，本发明乘积码的并行迭代译码方法的误码率低于通常的方法。

实施例2：

为验证本发明方法的有效性和实际性能，通过对常用的二维乘积码的计算机仿真测试，并行迭代译码方法在相同的迭代次数下，误码率低于通常的方法。

测试采用二维乘积码，其子码均采用扩展汉明码(16，11，4)，采用16QAM调制，信道噪声为高斯噪声，设定的迭代次数为3次。采用一个子码译码器轮流在二个维方向时分译码的方法，子码译码器采用“高速通信系统中Turbo乘积码的研究”中的方法，并根据译码前的子码可靠性程度优先选择高可靠的子码进行译码。

子码译码器数量为一个，采用二维方向时分轮流译码的方法，具体实现步骤如下：

(1)子码译码器对“行方向”的本次迭代过程未译码的子码中能量最大的一个子码译码，输出已译码完成的该子码的外部信息，并更新当前的外部信息；

(2)子码译码器对“列方向”的本次迭代过程未译码的子码中能量最大的一个子码译码，输出已译码完成的该子码的外部信息，并更新当前的外部信息；

(3)对本次迭代未译码的子码，重复步骤(1)(2)15次，直到所有的子码都译码完成；

(4)以上步骤(1)(2)(3)完成一次迭代过程，重复步骤(1)(2)(3)2次达到设定的3次迭代次数；

(5)最后根据末次迭代输出的外部信息和接收信号判决产生译码结果。误码率具体测试结果如下：

第一次迭代结果：

信噪比(dB)	原方法误码率	本发明方法误码率	本发明方法误码率/原方法误码率(％)
				6.0	1.11×10<sup>-2</sup>	6.15×10<sup>-3</sup>	55.4
6.5	7.24×10<sup>-3</sup>	3.38×10<sup>-3</sup>	46.7
				7.0	4.44×10<sup>-3</sup>	1.73×10<sup>-3</sup>	38.9

第二次迭代结果：

信噪比(dB)	原方法误码率	本发明方法误码率	本发明方法误码率/原方法误码率(％)
				6.0	1.04×10<sup>-3</sup>	5.52×10<sup>-4</sup>	53.1
6.5	3.36×10<sup>-4</sup>	1.46×10<sup>-4</sup>	43.4
				7.0	8.87×10<sup>-5</sup>	3.31×10<sup>-5</sup>	37.3

第三次迭代结果：

信噪比(dB)	原方法误码率	本发明方法误码率	本发明方法误码率/原方法误码率(％)
				6.0	1.07×10<sup>-4</sup>	7.54×10<sup>-5</sup>	70.4
6.5	1.90×10<sup>-5</sup>	1.35×10<sup>-5</sup>	71.0

7.0

2.58×10<sup>-6</sup>

1.78×10<sup>-6</sup>

69.0

以上误码率的计算机仿真测试结果表明，在相同的迭代次数下，本发明乘积码的并行迭代译码方法的误码率低于通常的方法。

Claims (2)

1、一种乘积码的并行迭代译码方法，其特征在于，根据系统中子码译码器的数量和乘积码维数的比例关系，选择采用各维方向部分同时译码，部分时分轮流译码的方法，具体是：

所述的子码译码器，子码译码器的个数少于维数N时：

当子码译码器数量为M个，1＜M＜N时，M个子码译码器同时工作或部分工作，分若干次时分轮流完成在N维乘积码的N个方向的子码的译码；

当子码译码器数量为一个时，采用各维方向时分轮流译码的方法，从任意维的方向先开始，具体实现步骤如下：

(1)子码译码器对选定的第一个维方向的一个或若干个子码译码，输出已译码完成的子码的外部信息，并更新当前的外部信息；

(2)依此类推，子码译码器时分轮流对第二个维方向至第N个维方向上的一个或若干个子码译码，输出已译码完成的子码的外部信息，并更新当前的外部信息；

(3)对本次迭代未译码的子码，重复步骤(1)(2)，直到所有的子码都译码完成；

(4)以上步骤(1)(2)(3)完成一次迭代过程，重复步骤(1)(2)(3)达到设定的迭代次数；

(5)最后根据末次迭代输出的外部信息和接收信号判决产生译码结果。

2、如权利要求1所述的乘积码的并行迭代译码方法，其特征是，所述的时分轮流译码时从N维中任意的维方向先开始。