CN105227191A - 基于修正最小和算法的准循环ldpc码译码方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于修正最小和算法的准循环LDPC码译码方法。主要解决现有方法资源消耗大、复杂度高的问题。其实现步骤是：1.根据校验矩阵对信息存储单元进行寻址；2.根据信道获得初始似然信息。3.根据寻取的地址存储变量节点初始化似然信息；4.根据变量节点似然信息更新校验节点信息；5.根据校验节点信息更新变量节点信息以及判决信息；6.循环执行步骤4、5直到达到要求的循环次数；7.根据判决信息进行译码判决。本发明减少了资源消耗，降低了复杂度，可用于通信系统接收端信号的译码。

Description

基于修正最小和算法的准循环LDPC码译码方法

技术领域

本发明属于无线通信领域，特别设计一种准循环LDPC码译码的实现方法，可用于在通信系统接收端进行译码，对接收到的信息进行纠错，提高通信系统的误码性能。

背景技术

随着无线通信中，信道条件的更加恶劣，提高通信系统的误比特性能，从而保障信息的可靠传输显得尤为关键。LDPC码作为具有良好纠错性能的纠错码，被广泛的应用在通信系统中。

低密度奇偶校验码LDPC是一种接近Shannon限的码，其译码算法，是一种基于稀疏矩阵的并行迭代译码算法。相对于其它接近Shannon限的纠错码运算量更小，并且由于其结构并行的特点，降低了译码所需要的时间。因此在通信系统应用中，LDPC码更具有优势。然而实际译码算法在硬件实现时，要耗费大量的存储空间用于相关校验矩阵的存储。其次，对于码长较长的LDPC码进行译码硬件实现时，若全并行运算，将需要耗费大量的硬件资源。

而准循环低密度奇偶校验码QC-LDPC，是根据系统化构造方法构造的一类非常重要的LDPC码，日前已经成为面向硬件实现LDPC码研究的热点。根据其准循环的特性，大大方便了译码阶段的存储器寻址过程。同时，只需要存储校验矩阵的移位次数信息，便可以利用其准循环特性得到整个校验矩阵的信息，从而降低了存储空间。又根据其准循环的特性，在译码过程中可以采用按块并行的方式进行迭代更新，降低了硬件的耗费，同时也能够使译码所耗费的时间在一个较低的水平上，达到一个资源耗费与运算时间花费的一个平衡点。

现有技术在实现准循环LDPC码的译码过程中，首先根据信道获得信道信息，对变量节点存储单元进行初始化赋值；然后根据修正最小和算法进行校验节点存储单元信息的更新；其次是对变量节点存储信息进行更新；最后在循环次数达到既定的条件下进行译码判决。见李示忠《准循环LDPC码编译码的FPGA实现》，第五章QC-LDPC译码器的FPGA实现。这种实现方法，对于校验基矩阵的存储仍然需要耗费一定量的存储空间。并且在校验节点更新过程中，需要找出每个校验节点所获得的传递信息最小值、次小值以及最小值的位置信息，同时需要根据所有传递信息得到每个校验节点的符号信息，这将耗费大量的硬件资源，同时实现的复杂度也很大。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于修正最小和算法的准循环LDPC码译码方法，以克服上述已有技术的不足，减少硬件实现的资源耗费，降低译码复杂度。

为实现上述目的本发明的技术方案如下：

(1)根据编码应用的校验矩阵H对节点信息存储单元进行寻址：

1.1)将校验矩阵H的每一行作为一个校验节点r，每一列作为一个变量节点q，该校验矩阵H的移位信息为k，扩展倍数为b，行重为c，列重为t；每一个校验节点包含c个传递信息存储位置，每一个变量节点包含t个传递信息存储位置，相关的校验节点与变量节点之间进行信息传递；

1.2)根据校验矩阵H的移位信息k对存储单元进行寻址，即：

第a个校验节点获得的传递信息的存储位置为：Locr(a)＝(k+a)mod(b)；

第a个变量节点获得的传递信息的存储位置为：Locq(a)＝(b-k+a)mod(b)；

(2)根据信道的I、Q两路信号获得第a个I路信道信息rec_I(a)、Q路信道信息rec_Q(a)和第a+1个I路信道信息rec_I(a+1)、Q路信道信息rec_Q(a+1)，计算得到第a个初始似然信息LLR(a)，0＜a≤b；

(3)根据第a个初始似然信息LLR(a)，将第a个初始化信息存储为：L_a＝LLR(a)，将，第a个变量节点q_a的所有存储位置的传递信息初始化存储为：Lq_a(Locq(a))＝LLR(a)；

(4)根据存储的变量节点传递信息更新校验节点传递信息：

4.1)将待更新的第j个校验节点r_j传递给第i个变量节点q_i的信息记为L(r_ji)；根据校验矩阵H，获得与校验节点r_j相关的变量节点的集合R_j；根据集合R_j，校验节点r_j获取变量节点的传递信息设定一个修正值，记为β；

4.2)根据获取的变量节点传递信息从中依次取出所有符号位的异或值sign、最小值min和次小值se_min；

4.3)将最小值min、次小值se_min乘以修正值β进行修正，得到修正后的最小值cor_min、修正后的次小值cor_se_min；

4.4)将传递信息L(q_ij)的绝对值与最小值min进行比较：若这两个值相等，则将校验节点传递L(r_ji)的绝对值|L(r_ji)|更新为修正后的次小值cor_se_min；否则，|L(r_ji)|更新为修正后的最小值cor_min；

4.5)将传递信息L(q_ij)的符号位与所有传递信息的符号位信息sign进行异或，得到异或值X；

4.6)将校验节点传递信息L(r_ji)的符号位更新为异或值X；

4.7)根据步骤4.4)、4.5)、4.6)，更新校验节点r_j传递给其它变量节点q_i’的信息L(r_ji')；

(5)根据存储的校验节点的传递信息L(r_ji)，计算得到更新后的第i个变量节点传递的信息L(q_ij)和判决信息L(q_i)；

(6)根据判决信息L(q_i)进行译码判决：若L(q_i)大于0，则判为“1”，否则判为“0”。

本发明有如下优点：

1)本发明只需根据移位信息k，即可对信息存储单元进行寻址。不再存储校验矩阵信息H，降低了存储空间。

2)本发明在校验节点信息的更新过程中，只需通过一次比较得到传递信息绝对值的最小值、次小值和符号位，直接用于校验节点传递信息的更新，降低了实现复杂度，减少了硬件资源的消耗。

附图说明

图1是本发明的实现流程图；

图2是本发明中校验节点信息更新过程的子流程图；

图3是本发明中变量节点信息更新过程和译码输出过程的子流程图。

具体实施方式

参照图1，本发明实现步骤如下：

原始信息用已知校验矩阵H进行编码，将编码信息进行调制，送入信道，在接收端进行解调后，开始译码。

步骤1：根据编码应用的校验矩阵H对节点信息存储单元进行寻址。

1.1)将已知校验矩阵H的每一行作为一个校验节点r，每一列作为一个变量节点q，该校验矩阵H的移位信息为k，扩展倍数为b，行重为c，列重为t；每一个校验节点包含c个传递信息存储位置，每一个变量节点包含t个传递信息存储位置，相关的校验节点与变量节点之间进行信息传递；

1.2)根据校验矩阵H的移位信息k对存储单元进行寻址，即：

第a个校验节点获得的传递信息的存储位置为：Locr(a)＝(k+a)mod(b)；

第a个变量节点获得的传递信息的存储位置为：Locq(a)＝(b-k+a)mod(b)。

步骤2：根据信道的两路信号I、Q计算获得初始似然信息。

以高斯最小相移键控GMSK调制信号为例。根据I路信道获得第a个I路信道信息rec_I(a)和第a+1个I路信道信息rec_I(a+1)；根据Q路信道获得第a个Q路信道信息rec_Q(a)和第a+1个Q路信道信息rec_Q(a+1)；

按照下式计算得到第a个初始似然信息LLR(a)，0＜a≤b：

LLR(a)＝rec_I(a)×rec_Q(a+1)-rec_I(a+1)×rec_Q(a)。

步骤3：对初始化似然信息LLR(a)进行存储。

根据第a个初始似然信息LLR(a)，将第a个初始化信息存储为：L_a＝LLR(a)，第a个变量节点的所有存储位置的传递信息初始化存储为：Lq_a(Locq(a))＝LLR(a)；

步骤4：根据存储的变量节点传递信息更新校验节点传递信息。

参照图2，本步骤的实现如下：

4.1)将待更新的第j个校验节点r_j传递给第i个变量节点q_i的信息记为L(r_ji)；根据已知校验矩阵H，获得与校验节点r_j相关的变量节点集合为R_j；校验节点r_j获取的变量节点传递信息为

4.2)根据变量节点传递信息获取所有符号位的异或值sign；

4.3)取得变量节点传递信息的绝对值，将绝对值进行比较，取得最小值min和次小值ce_min；

4.4)将最小值min和次小值se_min乘以修正值β进行修正，得到修正后的最小值cor_min、修正后的次小值cor_se_min；

4.5)获取变量节点传递信息L(q_ij)的取绝对值|L(q_ij)|，将|L(q_ij)|与最小值min进行比较：若这两个值相等，则将校验节点传递信息L(r_ji)的绝对值|L(r_ji)|更新为修正后的次小值cor_se_min；否则，将校验节点传递信息L(r_ji)的绝对值|L(r_ji)|更新为修正后的最小值cor_min；

4.6)取得校验节点传递信息L(r_ji)的符号位sign_j，将sign_j与sign进行异或，得到异或值X；

4.7)对异或值X进行判断：若X等于1，则将校验节点传递信息L(r_ji)的符号更新为“负”，否则更新为“正”。

4.8)根据步骤4.5)、4.6)、4.7)，更新校验节点r_j传递给其它变量节点q_i’的信息L(r_ji')；

步骤5：根据校验节点传递信息更新变量节点传递信息和判决信息。

参照图3，本步骤的实现如下：

5.1)将待更新的第i个变量节点q_i传递给第j个校验节点r_j的信息记为L(q_ij)；根据已知校验矩阵H，获得与变量节点q_i相关的校验节点集合为C_i；

根据集合C_i和变量节点q_i获取的校验节点传递信息为

除校验节点r_j以外的其它相关校验节点的集合为C_i\j，根据集合C_i\j，变量节点q_i获取的校验节点传递信息为

5.2)初始化似然信息为L_i；

5.3)按如下公式计算第i个变量节点的传递信息L(q_ij)：

$L\left(q_{ij}\right)=L_i+\underset{j^{\′}\∈C_i\backslash j}{\Σ}L\left(r_{j^{\′}i}\right);$

5.4)按如下公式计算第i个变量节点的判决信息L(q_i)：

$L\left(q_i\right)=L_i+\underset{j\∈C_i}{\Σ}L\left(r_{ji}\right).$

步骤6：循环执行步骤5、步骤6直到达到设定的循环次数，然后执行步骤7；

步骤7：根据判决信息L(q_i)进行译码判决。

若判决信息L(q_i)大于0，则输出结果为“1”，否则输出结果为“0”，完成译码过程。

以上实例仅用于说明本发明的技术方案，并不构成对本发明的任何限制。

Claims (4)

1.基于修正最小和算法的准循环LDPC码译码方法，包括如下步骤：

(1)根据编码应用的校验矩阵H对节点信息存储单元进行寻址：

1.1)将校验矩阵H的每一行作为一个校验节点r，每一列作为一个变量节点q，该校验矩阵H的移位信息为k，扩展倍数为b，行重为c，列重为t；每一个校验节点包含c个传递信息存储位置，每一个变量节点包含t个传递信息存储位置，相关的校验节点与变量节点之间进行信息传递；

1.2)根据校验矩阵H的移位信息k对存储单元进行寻址，即：

第a个校验节点获得的传递信息的存储位置为：Locr(a)＝(k+a)mod(b)；

第a个变量节点获得的传递信息的存储位置为：Locq(a)＝(b-k+a)mod(b)；

(2)根据信道的I、Q两路信号获得第a个I路信道信息rec_I(a)、Q路信道信息rec_Q(a)和第a+1个I路信道信息rec_I(a+1)、Q路信道信息rec_Q(a+1)，计算得到第a个初始似然信息LLR(a)，0＜a≤b；

(3)根据第a个初始似然信息LLR(a)，将第a个初始化信息存储为：L_a＝LLR(a)，将第a个变量节点q_a的所有存储位置的传递信息初始化存储为：Lq_a(Locq(a))＝LLR(a)；

(4)根据存储的变量节点传递信息更新校验节点传递信息：

4.1)将待更新的第j个校验节点r_j传递给第i个变量节点q_i的信息记为L(r_ji)；根据校验矩阵H，获得与校验节点r_j相关的变量节点的集合R_j；根据集合R_j，校验节点r_j获取变量节点的传递信息设定一个修正值，记为β；

4.2)根据获取的变量节点传递信息从中依次取出所有符号位的异或值sign、最小值min和次小值se_min；

4.3)将最小值min、次小值se_min乘以修正值β进行修正，得到修正后的最小值cor_min、修正后的次小值cor_se_min；

4.4)将传递信息L(q_ij)的绝对值与最小值min进行比较：若这两个值相等，则将校验节点传递L(r_ji)的绝对值|L(r_ji)|更新为修正后的次小值cor_se_min；否则，|L(r_ji)|更新为修正后的最小值cor_min；

4.5)将传递信息L(q_ij)的符号位与所有传递信息的符号位信息sign进行异或，得到异或值X；

4.6)将校验节点传递信息L(r_ji)的符号位更新为异或值X；

4.7)根据步骤4.4)、4.5)、4.6)，更新校验节点r_j传递给其它变量节点q_i’的信息L(r_ji′)；

(5)根据存储的校验节点的传递信息L(r_ji)，计算得到更新后的第i个变量节点传递的信息L(q_ij)和判决信息L(q_i)；

(6)根据判决信息L(q_i)进行译码判决：若L(q_i)大于0，则判为“1”，否则判为“0”。

2.根据权利要求1所述的方法，步骤(2)中计算第a个初始似然信息LLR(a)按如下公式计算：

LLR(a)＝rec_I(a)×rec_Q(a+1)-rec_I(a+1)×rec_Q(a)；

其中rec_I(a)、rec_Q(a)分别为根据信道的I、Q两路信号获得的第a个I路信道信息和第a个Q路信道信息；rec_I(a+1)、rec_Q(a+1)分别为根据信道的I、Q两路信号获得的第a+1个I路信道信息和第a+1个Q路信道信息。

3.根据权利要求书1所述的方法，步骤(5)中，更新后的第i个变量节点传递的信息L(q_ij)，按如下公式计算：

$L\left(q_{ij}\right)=L_i+\underset{j^{\′}\∈C_i\backslash j}{\Σ}L\left(r_{j^{\′}i}\right);$

其中，C_i\j为除校验节点r_j以外，其它相关校验节点的集合；为变量节点q_i获取的校验节点传递信息；L_i为初始化似然信息。

4.根据权利要求书1所述的方法，步骤(5)中第i个变量节点的判决信息L(q_i)，按如下公式计算：

$L\left(q_i\right)=L_i+\underset{j\∈C_i}{\Σ}L\left(r_{ji}\right);$

其中，C_i为所有相关校验节点的集合；为变量节点q_i获取的校验节点传递信息；L_i为初始化似然信息。