CN103560798A - 一种新型的基于LDPC的混合型Turbo结构码的编、译码方法 - Google Patents

一种新型的基于LDPC的混合型Turbo结构码的编、译码方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新型的基于LDPC的混合型Turbo结构码的编、译码方法。它与通常的基于LDPC的Turbo结构码的编译码方法相比，其特征在于这种新型码的其中一条分路信息不是直接经过LDPC编码输出，而是先经过外码LDPC编码器编码，随后经过交织器，将伪随机化了的信息再经内码LDPC编码器后输出。本发明由于采用这种新型码能够更好地满足Shannon信道编码定理对码长和随机性的要求，因此得到了更好的编码性能。同时采用这种新型码使得输出码字最小码重提高，从而消除了在高信噪比下传统的基于LDPC的Turbo结构码产生的错误平层现象。在相同信道环境下，这种新型码具有更低的误比特率。

Description

一种新型的基于LDPC的混合型Turbo结构码的编、译码方法
（一）技术领域
本发明属于信道编码领域，具体涉及一种新型的基于LDPC的混合型Turbo结构码的编、译码方法。
（二）背景技术
香农定理是信道编码的基础理论，虽然香农定理是存在性定理，并没有提供具体的编码实现方法，但为通信信息的研究指明了方向。以下是定理证明中需要的三个基本条件：
（1）采用随机的边、译码方式；
（2）编码长度足够长；
（3）译码为最佳的最大似然译码法。
因此，寻找满足Shannon条件的好码成为人们努力的方向。到目前为止，在信道编码领域，Turbo码和低密度奇偶校验（LDPC）码是最好的两种码，它们都有接近Shannon限的性能，已经被应用到通信的各个领域。其中Turbo码（并行的）由通过一个内交织器并连的两个递归系统卷积编码器（RSC）产生，作为一种近Shannon限的号码，被用于第三代移动通信标准中发送高数据速率的数据。
H.Behairy等人于2000年提出的基于LDPC的Turbo结构码（PCGC），将LDPC码运用于Turbo结构中，用两个LDPC编码器取代了两个递归系统卷积编码器（RSC）。在相同条件下，已经证明，基于LDPC的并行Turbo结构码（PCGC）相对于以递归系统卷积码（RSC）为分量码时具有极大的编码增益，并且通过采用LDPC码作为简单分量码，利用了其在译码过程中自身迭代的优点，可以获得理想的纠错效果。
参见图1A。基于LDPC的Turbo结构码的编码结构中，信息通过一个内交织器并连的两个简单分量码输出。输入的系统信息a分别一路传递给低密度奇偶校验（LDPC）编码器1进行编码，另一路经过交织器交织后送入低密度奇偶校验（LDPC）编码器2进行编码。由低密度奇偶校验（LDPC）编码器1和低密度奇偶校验（LDPC）编码器2，得到低密度奇偶校验（LDPC）编码器1输出的校验信息Pb和低密度奇偶校验（LDPC）编码器2输出的校验信息Pc。但是这种方法也有不好的方面，由于未充分满足信道编码条件中的随机性使得这种码在高信噪比的条件下，误码曲线趋于平坦，这就是所谓的错误平层效应。
（三）发明内容
本发明的目的，是提供一种新型的基于LDPC的混合型Turbo结构码的编、译码方法。它使Turbo码在高信噪比的条件下，依然有明显的下降趋势，基本消除了错误平层效应；同时提高编码性能。
为达上述目的，与通常的基于LDPC的Turbo结构码的编译码方法相比，这种新型的基于LDPC的混合型Turbo结构码的其中一条分路信息不是直接经过简单的LDPC编码器输出，而是先经过外码LDPC编码器编码，随后经过交织器，将伪随机化了的信息再经内码LDPC编码器编码后输出。
参见图2B。对于这种新型的基于LDPC的混合型Turbo结构码的译码器译码过程如下：
（1）将接受数据（a'，Pb'，Pc'）分解成Yc=（a'，Pc'）和序列Yb=（a'，Pb'）分别作为码字信息送到译码器2和译码器3中；
（2）当迭代次数j=1，对于译码器2，输入译码器2的先验信息
Figure BDA0000367815410000031
均为0，（k=1,…,N），译码器2计算输出软的边信息
Figure BDA0000367815410000032
（3）对于译码器1，输入译码器1的先验信息恒为0，将译码器2计算输出软的边信息
Figure BDA0000367815410000034
经过解交织器输出
Figure BDA0000367815410000035
并且将
Figure BDA0000367815410000036
作为码字信息送入译码器1，计算得到边信息当迭代次数j小于最大迭代次数时，将
Figure BDA0000367815410000038
经交织器后反馈给译码器2作为下一次迭代的先验信息；
（4）将译码器1的边信息
Figure BDA0000367815410000039
经过交织器输出的
Figure BDA00003678154100000310
作为译码器3的先验信息送入译码器3，计算得到码信息L3(k)和边信息当迭代次数j小于最大迭代次数时，将
Figure BDA00003678154100000312
经解交织器后反馈给译码器2作为下一次迭代的先验信息；
（5）当迭代次数j等于最大迭代次数时，迭代停止，将码信息L3(k)直接硬判决输出译码信息
Figure BDA00003678154100000313
本发明提出了一种新型的基于LDPC的混合型Turbo结构码，它的一条分路信息是先经过外码LDPC编码器编码，随后经过交织器，将伪随机化了的信息再经内码LDPC编码器编码。这样充分利用了交织器的随机性，能够很好的满足Shannon信道编码定理对随机性的要求，同时使得这种新型的基于LDPC的混合型Turbo结构码的码字最小码重提高，从而在信噪比高时情况下的基本消除错误平层。另外，新型的基于LDPC的混合型Turbo结构码加强实现了以短码构造长码，满足Shannon信道编码定理对码长的要求。从而，这种新型的基于LDPC的混合型Turbo结构码获得了更加优异的编码性能。
（四）附图说明
图1A:基于LDPC的Turbo结构码的编码器；
图1B：基于LDPC的Turbo结构码的译码器；
图2A：一种新型的基于LDPC的混合型Turbo结构码的编码器；
图2B：一种新型的基于LDPC的混合型Turbo结构码的译码器。
（五）具体实施方式
这种新型的基于LDPC的混合型Turbo结构码与通常的基于LDPC的Turbo结构码的编译码方法相比，其特征在于这种新型的基于LDPC的混合型Turbo结构码的其中一条分路信息不是直接经过LDPC编码输出，而是先经过外码LDPC编码器编码，随后经过交织器，将伪随机化了的信息再经内码LDPC编码器编码后输出。
参见图2A。输入的系统信息a经过外码LDPC编码器1编码后，将得到的输出码字序列经过交织器后形成序列c，进入内码LDPC编码器2编码后，最终产生了校验序列Pc。同时系统信息a经过交织器形成一个新序列b，将得到的序列b传送到LDPC编码器3编码后，产生了校验序列Pb；最后系统信息a和新产生的两个校验序列组成了新的序列（a，Pb，Pc），作为基于LDPC的混合级联Turbo码的全部传输序列。由于交织器的随机性，能够很好的满足Shannon信道编码定理对随机性的要求，同时使得这种新型的基于LDPC的混合型Turbo结构码的距离谱细化，从而在信噪比高时情况下的基本消除错误平层。其中一条分路经过了级联编码，加强实现了以短码构造长码，满足Shannon信道编码定理对码长的要求。从而获得了更加优异的编码性能。这就是这种新型的基于LDPC的混合型Turbo结构码的编码器。
参见图1B。对于基于LDPC的Turbo结构码的译码器，译码过程
如下：
（1）将接受数据（a'，Pb'，Pc'）分解成序列Yb=（a'，Pb'）和Yc=（a'，Pc'）分别作为码字信息送到译码器1和译码器2中；
（2）当迭代次数j=1，对于译码器1，输入译码器1的先验信息
Figure BDA0000367815410000051
均为0，（k=1,…,N），译码器1计算输出软的边信息
（3）对于译码器2，将译码器1计算输出软的边信息
Figure BDA0000367815410000053
经过交织器输出
Figure BDA0000367815410000054
并且将
Figure BDA0000367815410000055
作为先验信息送入译码器2，计算得到码信息L2(k)和边信息当迭代次数j小于最大迭代次数时，将
Figure BDA0000367815410000057
经解交织器后反馈给译码器1作为下一次迭代的先验信息；
（4）当迭代次数j等于最大迭代次数时，迭代停止，将码信息L2(k)经解交织器后直接硬判决输出译码信息
Figure BDA0000367815410000058
参见图2B。对于一种新型的基于LDPC的混合型Turbo结构码的译码器，译码过程如下：
（1）将接受数据（a'，Pb'，Pc'）分解成Yc=（a'，Pc'）和序列Yb=（a'，Pb'）分别作为码字信息送到译码器2和译码器3中；
（2）当迭代次数j=1，对于译码器2，输入译码器2的先验信息均为0，（k=1,…,N），译码器2计算输出软的边信息
Figure BDA0000367815410000062
（3）对于译码器1，输入译码器1的先验信息
Figure BDA0000367815410000063
恒为0，将译码器2计算输出软的边信息
Figure BDA0000367815410000064
经过解交织器输出并且将
Figure BDA0000367815410000066
作为码字信息送入译码器1，计算得到边信息
Figure BDA0000367815410000067
当迭代次数j小于最大迭代次数时，将
Figure BDA0000367815410000068
经交织器后反馈给译码器2作为下一次迭代的先验信息；
（4）将译码器1的边信息
Figure BDA0000367815410000069
经过交织器输出的
Figure BDA00003678154100000610
作为译码器3的先验信息送入译码器3，计算得到码信息L3(k)和边信息
Figure BDA00003678154100000611
当迭代次数j小于最大迭代次数时，将
Figure BDA00003678154100000612
经解交织器后反馈给译码器2作为下一次迭代的先验信息；
（5）当迭代次数j等于最大迭代次数时，迭代停止，将码信息L3(k)直接硬判决输出译码信息
Figure BDA00003678154100000613

Claims (2)

1.一种新型的基于LDPC的混合型Turbo结构码的编、译码方法，其特征在于它与通常的基于LDPC的Turbo结构码的编译码方法相比，其特征在于这种新型的基于LDPC的混合型Turbo结构码的其中一条分路信息不是直接经过LDPC编码输出，而是先经过外码LDPC编码器编码，随后经过交织器，将伪随机化了的信息再经内码LDPC编码器编码后输出。
2.一种如权利要求1所述的新型的基于LDPC的混合型Turbo结构码的译码方法，其特征在于：对于这种新型的基于LDPC的混合型Turbo结构码的译码器译码过程如下：
（1）将接受数据（a'，Pb'，Pc'）分解成Yc=（a'，Pc'）和序列Yb=（a'，Pb'）分别作为码字信息送到译码器2和译码器3中；
（2）当迭代次数j=1，对于译码器2，输入译码器2的先验信息
Figure FDA0000367815400000011
均为0，（k=1,…,N），译码器2计算输出软的边信息
（3）对于译码器1，输入译码器1的先验信息
Figure FDA0000367815400000013
恒为0，将译码器2计算输出软的边信息
Figure FDA0000367815400000014
经过解交织器输出
Figure FDA0000367815400000015
，并且将
Figure FDA0000367815400000016
作为码字信息送入译码器1，计算得到边信息
Figure FDA0000367815400000017
当迭代次数j小于最大迭代次数时，将
Figure FDA0000367815400000018
经交织器后反馈给译码器2作为下一次迭代的先验信息；
（4）将译码器1的边信息经过交织器输出的
Figure FDA00003678154000000110
作为译码器3的先验信息送入译码器3，计算得到码信息
Figure FDA00003678154000000111
和边信息
Figure FDA0000367815400000021
当迭代次数j小于最大迭代次数时，将
Figure FDA0000367815400000022
经解交织器后反馈给译码器2作为下一次迭代的先验信息；
（5）当迭代次数j等于最大迭代次数时，迭代停止，将码信息L3(k)直接硬判决输出译码信息
Figure FDA0000367815400000023
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