CN102484483B - 设定迭代译码的迭代次数的方法、迭代译码装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种设定迭代译码的迭代次数的方法、迭代译码装置及方法。所述迭代译码器，包括：SNR估计单元，用于估计接收信号的SNR；迭代译码次数设定单元，用于基于估计出的SNR为所述接收信号设定迭代次数最小值；以及译码单元，用于使用尝试译码和错误校验对所述接收信号进行迭代译码，并基于所述迭代次数最小值选择性地执行所述错误校验。

Description

设定迭代译码的迭代次数的方法、迭代译码装置及方法
技术领域
本发明涉及一种设定迭代译码的迭代次数的方法、迭代译码装置及方法。
背景技术
在第四代(4G)无线移动通信系统中，为了给用户提供各种高级的多媒体业务，就需要在高速移动时提供低错误率的数据传输业务。更具体地，在4G无线移动通信中，为了实现高速数据吞吐量就需要最高100Mbps的数据传输速率，为了实现在低速移动或停止时提供155Mbps到1Gbps范围的数据传输速率。
因此，为了在极端传输条件下进行高质量和高可靠的信道通信，需要应用编码/译码技术。信道编码方案能够根据信道特性以各种方式进行应用。在信道编码方案中，基本上都应用使用纠错码的信号编码/译码方案。
纠错码用于实现在不可靠的信道中进行可靠的通信。一种有代表性的纠错码是低密度奇偶校验(Low Density Parity Check，LDPC)码。使用LDPC码的编码/译码称为“LDPC编码”。
发明内容
技术问题
LDPC编码应用简易概率译码方法，其中通过迭代译码对接收信号进行译码。所述LDPC码被定义为奇偶校验矩阵，其中大部分元素为零值，其他元素为非零值，例如：1。
在LDPC编码方案中，在迭代译码过程中的每次译码运算中，通过尝试译码产生尝试码，并进行奇偶校验以判断所产生的该尝试码是否为有效码字。如果所产生的尝试码不是有效码字，则进行迭代译码运算。如果所产生的尝试码是有效码字，则结束译码运算。在这一点上，随着进行迭代译码的迭代次数的增加，所产生的尝试码为有效码字的概率增加。
如果接收信号进行迭代译码时具有较大的迭代次数，在初始译码阶段产生的尝试码为有效码字的概率非常低，表明在初始译码阶段进行的错误校验可能是冗余步骤。据此，在进行译码时的运算次数大量增加，导致译码的处理速度延迟，并增加功耗。
技术方案
为了解决上述问题，本发明的上的是提供一种迭代译码装置和方法，从而可以减少译码接收信号时的运算次数和功耗。
为了实现本发明的上述目的，本发明一方面提供一种迭代译码器，包括:信噪比(SNR)估计单元，用于估计接收信号的SNR；迭代译码次数设定单元，用于基于估计出的SNR为所述接收信号设定迭代次数最小值；以及译码单元，用于使用尝试译码和错误校验对所述接收信号进行迭代译码，并基于所述迭代次数最小值选择性地执行所述错误校验。
本发明另一方面提供一种设定迭代译码器的迭代次数的方法，所述迭代译码器用于使用尝试译码和错误校验对接收信号进行迭代译码，所述方法包括:估计接收信号的信噪比(SNR)；基于估计出的SNR为所述接收信号设定迭代次数最小值，其中，所述迭代次数最小值为一迭代次数值，用于供所述迭代译码器判断是否执行所述错误校验。
本发明进一方面提供一种迭代译码方法，包括:估计接收信号的信噪比(SNR)；基于估计出的SNR为所述接收信号设定迭代次数最小值；使用尝试译码和错误校验对所述接收信号进行迭代译码，其中，所述迭代译码基于所述迭代次数最小值选择性地执行所述错误校验。
通过本发明可以减少对接收信号进行迭代译码时所需的运算次数和功耗。
附图说明
图1为用于解释LDPC编码概念的图；
图2为本发明实施例所述迭代译码器详细模块图；
图3显示了当使用本发明实施例所述迭代译码器对接收信号进行译码时接收信号的SNR与功耗之间的关系图；
图4显示了本发明实施例所述迭代译码方法和设定迭代译码中的迭代次数的方法的流程图；以及
图5显示了LDPC译码运算的算法图，作为本发明实施例所述迭代译码的举例。
具体实施方式
以下，首先简要描述作为举例迭代编码方案的LDPC编码，并参照附图详细说明本发明的实施例。在本说明中，为了更好地理解本发明，在整个附图中，相同的参考编号用于指示相同的元件。
图1为用于解释LDPC编码概念的图，其中显示了奇偶校验矩阵的例子和对应于奇偶校验矩阵的因子图。
LDPC码为分组码(block code)，通过奇偶校验矩阵被定义。为了减小译码运算的复杂性，LDPC码采用具有较少数量的1的奇偶校验矩阵。在LDPC码中,可以通过应用软判决译码技术来进行译码，如：乘积和(sum-product)算法或最小和(min-sum)算法。
假设源数据有k个比特而基于LDPC码的编码数据有n比特。此处，n比特的编码数据具有k比特数据及(n-k)比特奇偶校验位。此处，假设所述k比特数据和(n-k)比特奇偶校验位对应于变量结点，校验比特对应于校验结点，则所述奇偶校验矩阵可以基于连接于校验结点的变量结点之间的关系进行定义。
LDPC译码器能够使用以下等式(1)表示的限制条件产生编码数据:
Hx＝0
x＝GuT
其中，H表示m x n维度的奇偶校验矩阵，m表示校验结点的数量，X表示n比特编码数据(码字)，u表示k比特源数据，G分别表示n x k维生成矩阵。
所述奇偶校验矩阵的各列中的1的数量对应变量结点的阶数。另外，奇偶校验矩阵的各行中的1的数量对应检验结点的阶数。如果各列的变量结点的阶数彼此相等，或者各行的校验结点的阶数彼此相等，则LDPC码为规则LDPC码。如果各列的变量结点的阶数彼此不相等，或者各行的校验结点的阶数彼此不相等，则LDPC码为非规则LDPC码。
参见图1，基于变量结点v1，v2，…v10与相应的校验结点c1，c2，…c5定义了奇偶校验矩阵H。所述变量结点v1，v2，…v10对应于具有数据比特和奇偶检验比特的编码数据，所述校验结点c1，c2，…c5对应于校验比特。奇偶校验矩阵H的维度是指变量结点v1，v2，…v10的数量与校验结点c1，c2，…c5的数量的乘积，即5x 10。
在因子图中显示了变量结点v1，v2，…v10与校验结点c1，c2，…c5之间的关系，由于在奇偶校验矩阵H中，v1连接c1和c3，列1-行1的元素和列1-行3的元素均为“1”，属于列1的其他元素均为“0”。类似地，由于v2连接c1和c2，列2-行1的元素和列2-行2的元素均为“1”，且属于列2的其他元素均为“0”。在上述方式中，奇偶校验矩阵H中的全部元素的值为1或0。
变量结点的阶数等于连接各个变量结点的行数，校验结点的阶数等于连接校验结点的行数。也就是说，如图1所示的因子图所示，因为每个变量结点连接有两行，则可以认为变量结点的阶数全为“2”。所述校验结点的阶数为“4”。
当对使用前述编码方法编码的数据进行译码时，变量结点和校验结点将译码结果发送给相连的其他结点，或者从其他结点接收译码结果。例如，当第一结点从第二结点接收该第二结点的译码结果时，所述结点使用第二结点的译码结果执行译码，并将其自身的译码结果发送给其所连接的第三结点。
关于这一点，在校验结点中执行的译码运算被称为校验结点运算，在变量结点执行的译码运算被称为变量结点运算。
通过校验结点运算和变量结点运算产生尝试码，并执行奇偶校验来判断所产生的尝试码是否为有效码字。
如果所产生的尝试码为有效码字，则终止译码运算。如果所产生的尝试码不是有效码字，则迭代执行所述译码运算。
图2为本发明实施例所述迭代译码器200的详细模块图。
参见图2，本发明实施例所述迭代译码器200包括译码单元210、信噪比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)估计单元220、以及迭代译码次数设定单元230，其功能将在后续内容进行详细介绍。
所述译码单元210对接收信号进行迭代译码，以便从接收信号中恢复出有效码字。
此处，所述迭代译码的各个译码运算包括尝试译码和错误校验。
所述尝试译码是指一种对接收信号或此前被译出的尝试码执行的译码运算，所述错误校验是指一种用于判断被译出的尝试码是否为有效码字的检验运算。
在举例实施例中，当所述迭代译码器200为使用LDPC译码对接收信号进行译码的LDPC译码器时，所述尝试译码包括校验结点运算和变量结点运算，所述错误校验包括奇偶校验。
如本发明实施例所述，所述译码单元210基于迭代次数最小值选择性地执行错误校验，将在后续内容进行详细描述。
所述SNR估计单元220估计接收信号的SNR。
在此情形中，所述SNR估计单元220可以使用已知的SNR估计方法来估计接收信号的SNR。
所述迭代译码次数设定单元230基于估计出的SNR为所述接收信号设定迭代次数最小值。
一般地，用于从接收信号中恢复出有效码字的迭代译码运算的次数，也就是迭代译码的迭代次数会根据接收信号的SNR的不同而有所不同。
以下参见表1，说明在对基于LDPC译码的接收信号进行译码情况下，说明迭代译码运算的次数与接收信号的SNR的关系。
表1
根据接收信号的SNR，对于1,000,000个符号的迭代译码运算次数的最大值Max、最小值Min及平均值显示在表1中，其中，以1/2的译码速率对使用LDPC码进行编码的接收信号(信息块的长度为4608，维度为9216)进行迭代译码。
参见表1，随着接收信号的SNR的增加，迭代译码运算的最大值Max、最小值Min、平均值Avg减小。
换言之，当接收信号的SNR的值较大时，所述译码单元210可以进行少量的译码运算。然而，当接收信号的SNR的值较小时，所述译码单元210应当进行大量的译码运算。
例如，参见表1，当接收信号的SNR的值为2dB时，所述译码单元210应当执行迭代次数最小值为6、最大值为19的迭代译码。
因此，在译码运算次数小于迭代译码运算最小值的译码阶段(方便起见，称为“初始阶段”)，通过尝试译码而恢复的尝试码满足错误校验条件的概率较低(也就是说，该尝试码是有效码字的概率较低)，因此在初始译码阶段执行错误校验是冗余运算。
如本发明实施例所述，当尝试译码的迭代次数小于等于所设定的迭代次数最小值时，所述译码单元210并不执行错误校验；也就是说，所述译码单元210仅执行尝试译码。当尝试译码的迭代次数大于所设定的迭代次数最小值时，所述译码单元210可以执行尝试译码及错误校验。
例如，当接收信号的SNR的值为2dB时，为了从接收信号恢复有效码字而执行的迭代译码运算次数的最小值为6，所述译码单元210仅在第1～5个译码步骤执行尝试译码，然后从第6个译码步骤开始执行尝试译码及错误校验。
据此，由于省略了在初始阶段进行的冗余的错误校验，减少了译码运算的次数，从而减少了处理时间和功耗。尤其当接收信号的SNR较小时，迭代译码运算次数的最小值(Min)很大，从而有效减少了处理时间和功耗。
以下，对采用本发明实施例所述迭代译码器200所产生的功耗与采用传统迭代译码器所产生的功耗进行比较，并对功耗与接收信号的SNR之间的关系进行说明。
图3显示了使用本发明实施例所述迭代译码器200对接收信号进行译码时的功耗与接收信号的SNR之间的关系。
例如，当接收信号的SNR的值为2.5dB时，采用本发明所述奇偶校验会产生557mW的功耗，而采用传统奇偶校验时会产生766mW的功耗。因此，通过本发明可以节省208mW的功率。
参见图3，当接收信号的SNR处于2dB～6.5dB的范围内时，会产生功耗的差别。然而，当接收信号的SNR的值大于等于6.5dB时，本发明所述迭代译码器200与传统迭代译码器相比，几乎不产生功耗的。这是因为，当接收信号的SNR值较大时，可以以较小的迭代译码的迭代次数从接收信号中恢复有效码字。
再次参考图2，对本发明实施例所述迭代译码器200进行更详细说明。
根据本发明的实施例，所述迭代译码器200可以进一步包括存储单元240。
所述存储单元240将至少一个SNR与至少一个迭代次数最小值相关联保存。
在此情况中，所述迭代译码次数设定单元可以从存储单元240读出与SNR测量单元220测量到的接收信号的SNR相对应(也就是最接近或最类似)的迭代次数最小值，并将读出的迭代次数最小值设定为所述接收信号的迭代次数最小值。
此处，对应于接收信号的SNR的迭代次数最小值可以通过实验方式确定。
在本发明的举例实施例中，对1,000,000个符号，当以1/2的译码速率对使用LDPC码进行编码的接收信号(信息块的长度为4608，维度为9216)进行迭代译码时，所述存储单元240可以存储如表2所示的查询表(Look UpTable，LUT)。在此情况中，所述迭代译码次数设定单元230可以基于LUT为接收信号设定迭代次数最小值。
表2
在前述讨论中，所述迭代译码器200使用LDPC译码对接收信号进行译码，为了便于解释，本领域技术人员应当理解，该方案也可以应用于使用尝试译码和错误校验的迭代译码的译码器。
以下参照图4说明本发明实施例所述对迭代译码中的迭代次数进行设定的方法以及迭代译码方法。
图4为显示本发明实施例所述以及迭代译码方法的流程图。
参见图4，本发明实施例所述迭代译码方法包括步骤S410～S430。此处，本发明实施例所述设定迭代译码迭代次数的方法可以由步骤S410和S420组成。
在步骤S410中，对接收信号的SNR进行估计。
在步骤S420中，基于估计出的SNR设定迭代译码的迭代次数最小值。
最后，在步骤S430中，使用尝试译码和错误校验对接收信号进行迭代译码。在该步骤中，可以基于迭代译码的迭代次数最小值选择性地执行错误校验。
例如，当尝试译码的迭代次数小于迭代次数最小值时，在步骤S430的迭代译码中不执行错误校验。当尝试译码的迭代次数大于迭代次数最小值时，可以在步骤S430执行尝试译码及错误校验。
在此情况下，根据本发明实施例，迭代次数最小值与接收信号的SNR成反比例。
另外，根据本发明实施例，在步骤S420中，迭代译码的迭代次数最小值可以使用存储单元进行设定，该存储单元将SNR与迭代次数最小值相关联保存。在此情况下，在S430中，可以从存储单元中读出与估计出的SNR相对应的迭代次数最小值，并将读出的该迭代次数最小值设定为用于接收信号的迭代次数最小值。
进一步地，如前所述，本发明实施例所述迭代译码方法也可以应用于基于LDPC译码方案的LDPC译码。
本发明实施例所述迭代译码方法结合前述实施例进行了说明，图2所示迭代译码器200的结构也可以应用于本实施例，不再详述。
图5显示了一种LDPC译码过程算法，作为本发明另一个实施例所述迭代译码的举例。
在图5所示LDPC译码算法中，行3和4表示校验结点运算过程，行5和6表示变量结点运算过程，行8～9表示尝试译码过程，行10～11表示奇偶校验过程。在图5所示的该LDPC译码算法中，i表示迭代译码的迭代次数的值，Fn表示包含在接收信号中的符号数据，Hmn表示奇偶校验矩阵中位于列m行n的元素，Zmn表示变量结点的数据矩阵元素，imax表示迭代译码的迭代次数的最大值，imin表示迭代译码的迭代次数的最小值，Lmn表示校验结点的数据矩阵元素，表示尝试码，Zn表示用于产生所述尝试码的尝试值。
图5所示的LDPC译码算法与传统的LDPC译码算法大致相同，区别在于额外提供了行7～12。
额外提供了行7～12用于选择性地进行奇偶校验。在行7中，判断i值，也就是判断迭代次数的值，在当前译码过程中是否大于迭代译码imin的迭代次数最小值。如前所述，迭代译码imin的迭代次数最小值根据接收信号的SNR确定。
当i值小于迭代译码imin的迭代次数最小值时，不执行从行8～11所表示的过程，也就是不进行奇偶校验，而当i值大于迭代译码imin的迭代次数最小值时，执行从行8～11所表示的过程，也就是进行奇偶校验。使得在i值小于迭代译码的迭代次数最小值时的译码过程中不进行奇偶校验。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
为了实现本发明实施例的所述运算，前述硬件设备也可以作为软件模块运行，并可以被配置为相反的顺序。
尽管参照附图对本发明实施例进行了详细描述，但应当的理解的是，本发明并不受这些具体实施例的限制，本领域技术人员可以进行各种变化及修改而不脱离本发明的范围和精神。因此，应当理解的是，前述内容仅是本发明的示例，而不应当被认为受到所公开的具体实施例的限制，对所公开的实施例的修改以及其他实施例都包含在本发明所请求保护的范围内。
产业上的可应用性
由于省略了在初始阶段进行的冗余的错误校验，减少了译码运算的次数，从而减少了处理时间和功耗。尤其当接收信号的SNR较小时，迭代译码运算次数的最小值(Min)很大，从而有效减少了处理时间和功耗。

Claims (8)

1.一种低密度奇偶校验译码器，包括：信噪比估计单元，用于估计接收信号的信噪比；迭代译码次数设定单元，用于基于估计出的信噪比为所述接收信号设定迭代次数最小值；以及译码单元，用于使用尝试译码和奇偶校验对所述接收信号进行迭代译码，并基于所述迭代次数最小值选择性地执行所述奇偶校验，其中，当所述迭代译码的迭代次数小于或等于所述迭代次数最小值时，所述译码单元不执行所述奇偶校验，所述尝试译码包括校验结点运算和变量结点运算。
2.根据权利要求1所述的低密度奇偶校验译码器，其中，当所述尝试译码的迭代次数大于所述迭代次数最小值时，所述译码单元执行所述尝试译码及所述奇偶校验。
3.根据权利要求1所述的低密度奇偶校验译码器，其中，所述迭代次数最小值与所述信噪比成反比例。
4.根据权利要求1所述的低密度奇偶校验译码器，进一步包括存储单元，用于将至少一个信噪比与至少一个迭代次数最小值相关联保存，其中，所述迭代译码次数设定单元从所述存储单元中读出与估计出的信噪比相对应的迭代次数最小值，并设定所述迭代次数最小值。
5.根据权利要求1所述的低密度奇偶校验译码器，其中，所述接收信号基于低密度奇偶校验编码算法而被编码，所述译码单元使用低密度奇偶校验译码算法对所述接收信号进行译码，其中，所述尝试译码包括校验结点运算和变量结点运算。
6.一种设定低密度奇偶校验译码器的迭代次数的方法，低密度奇偶校验译码器用于使用尝试译码和奇偶校验对接收信号进行迭代译码，所述方法包括:估计接收信号的信噪比；基于估计出的信噪比为所述接收信号设定迭代次数最小值，其中，所述迭代次数最小值为一迭代次数值，用于供所述低密度奇偶校验译码器判断是否执行所述奇偶校验，其中，当所述迭代译码的迭代次数小于或等于所述迭代次数最小值时，不执行所述奇偶校验，所述尝试译码包括校验结点运算和变量结点运算。
7.一种低密度奇偶校验译码方法，包括:估计接收信号的信噪比；基于估计出的信噪比为所述接收信号设定迭代次数最小值；使用尝试译码和奇偶校验对所述接收信号进行迭代译码，其中，所述迭代译码基于所述迭代次数最小值选择性地执行所述奇偶校验，其中，当所述迭代译码的迭代次数小于或等于所述迭代次数最小值时，不在所述迭代译码中执行所述奇偶校验，所述尝试译码包括校验结点运算和变量结点运算。
8.一种低密度奇偶校验译码器，包括：
迭代译码次数设定单元，其为接收信号设定迭代次数最小值，该迭代次数最小值与所述接收信号的估计出的信噪比成反比，所述接收信号使用低密度奇偶校验译码算法进行译码；
译码单元，其采用尝试译码和奇偶校验对接收信号进行迭代译码；
其中，当所述迭代译码的迭代次数小于或等于所述迭代次数最小值时，所述译码单元执行校验结点运算和变量结点运算，不执行奇偶校验，所述尝试译码包括校验结点运算和变量结点运算。
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