CN107204778A - 一种有效改善ldpc码误码平台处性能的低复杂度译码算法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可有效改善LDPC码误码平台处性能的低复杂度译码算法，算法主要包括擦除判决准则和用于解出擦除码字的查找解码算法。其中，擦除判决准则通过将码字后验概率与预设阈值比较，选取最不可信的小部分擦除码字；查找解码算法利用LDPC码校验矩阵的稀疏特性，只通过查找的方式来解出擦除部分码字，大大降低了译码复杂度。由于本发明公开的算法只在常规译码算法并未求解出正确码字时再对其输出码字进行再次译码，而目前常用的译码算法未解出正确码字的概率很低，因此本发明所提出的译码算法并不会增加很多的资源消耗。仿真结果显示，本发明公开的译码算法可以大大改善目前常用译码算法在误码平台附近的FER和BER，改善译码性能。

Description

一种有效改善LDPC码误码平台处性能的低复杂度译码算法

所属技术领域

本发明涉及通信编码技术领域的译码算法，特别涉及到通信编码技术领域中一种可有效改善LDPC码误码平台处性能的低复杂度的后处理译码算法。

背景技术

在通信系统中，由于信道中存在各种各样的噪声，来自信源的发送消息在经过信道后或多或少的会受到信道噪声产生的不良影响，因此为了选择合适的编译码方法，能够实现消息的可靠重现，引入了信道编码技术。信道编码通过在发送码字中引入一定数量的冗余位，使得能够在信道输出端通过译码的方式解出正确的消息位，来实现在有噪信道上的可靠传输。

LDPC码在1963年由Gallager博士在他的博士论文中提出，可获得接近香农限的性能。虽然由于技术条件所限，LDPC码被忽视了三十多年，但最终还是以其优良的性能成为了编码领域的研究热点，目前已广泛应用于光纤通信、以太网 (10G)、微波通信、SSD、硬盘通信、5G通信等无线通信标准中。在二进制LDPC 码中，常用的译码算法是置信传播(BP)译码算法，通过在连接校验节点和变量节点的边上迭代传递码字的置信度值，在校验方程的限制下来逐步实现对码字的可靠判决，在达到最大迭代次数或满足校验方程时即可退出译码。仿真结果显示 BP译码算法在译码性能上存在着错误平台，因此不能获得更好的性能提升。在BEC 信道下，常通过最大似然(ML)译码算法来对LDPC码进行译码，可以获得较好的译码性能。相较于ML算法，BP算法的性能较差，而ML算法使用条件受限且译码复杂度较高，因此如何进一步改善BP译码算法，改善在误码平台附近的译码性能，是一个很有研究意义的课题。

发明内容

本发明针对上述问题，提出了一种利用LDPC码校验矩阵稀疏特性来进行译码的后处理算法，该算法计算复杂度很低且在误码平台附近能够获得较为明显的性能提升。具体发明内容如下：

基于LDPC码的可有效改善误码平台区域性能的后处理译码算法，其算法核心内容在于：

1)擦除判决准则，用于擦除常规译码器输出码字中最不可信的部分码字；

2)查找解码算法，用于解出擦除码字的值。

后处理译码算法的擦除判决准则，其特征在于只选取输出码字中很小的一部分进行擦除。当常规译码器输出码字不满足校验方程是进入擦出判决，擦除部分的选取通过将码字对应后验概率的对数似然比绝对值与预设阈值作比较，若码字对应后验概率的对数似然比绝对值小于阈值则认为该码字的值是未知，反之则认为该码字的值是正确的。阈值的选择通过只擦除很小数量码字这一条件限定，由仿真得到具体数值。

后处理译码算法的查找解码算法，其特征在于利用LDPC码校验矩阵的稀疏性，只通过查找算法来完成对擦除码字的求解。解出擦除码字的步骤包括：

1)利用校验方程列出关于擦除码字的方程组；

2)从第一个方程开始查找方程组中只含有一个未知码字的方程，则可直接得到该码字的值；

3)查找完所有方程组后将解出的未知码字代入方程组中，完成对方程组的更新；

4)跳到步骤2继续执行，直到解出所有未知码字或不能解出新的未知码字时进行下一步骤；

5)若存在未知码字，则将常规译码器的输出值赋给该码字，得到的新的码字序列即为后处理算法的输出码字序列。

本发明上述提出的译码算法，具有以下的有益效果：

首先，本发明的译码算法仅仅利用阈值比较来选取擦除码字，大大降低了选取擦除的计算量；

其次，本发明的译码算法利用BP译码器输出码字的可靠性和LDPC码校验矩阵的稀疏性，在求解方程组时只涉及查找赋值，并未涉及到计算量大的计算步骤，降低了译码复杂度；

第三，本发明的译码算法大大改善了BP译码算法在误码平台附近的译码性能。

附图说明

图1是本发明译码算法与现存算法的性能仿真比较示意图；

图2是本发明译码算法流程图示意图；

图3是本发明译码算法查找求解过程示意图；

具体实施方式

下面将结合附图1，附图2对本发明所提出的算法作更进一步的说明。特别说明的是参考附图描述的实施是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，具体步骤为：

(一)初始化阶段。首先判断BP译码器输出码字是否满足校验方程，若满足校验方程则跳转至步骤(六)，不满足进入下一步骤；

(二)将输出码字每一位对应的后验概率对数似然比与预设阈值作比较，小于阈值则将该码字位标记，将其值视为未知的，反之则认为该位码字时可靠的。需要重点说明的是由于BP算法的输出码字中所包含的错误位数已经非常少了，因此选取的阈值应保证只有很小一部分码字后验概率的对数似然比小于阈值；

(三)列出所有关于处理后码字的校验方程，并将包含未知码字部分与可靠码字部分通过移项分别放在等式的两端。可以发现方程组中所有码字的系数即为该码字所对应校验矩阵的列，因此可将校验矩阵分为未知码字对应部分与可靠码字对应部分，得到表达式：

(四)求出表达式右端关于可靠部分码字的校验和，接下来的工作便是求解出未知码字的值。查找只含有一个未知码字的方程的过程等同于查找未知码字对应校验矩阵中只含有一个‘1’的行，从未知码字对应校验方程的第一行开始查找只含有一个‘1’的行，该行对应的校验和的值即为‘1’所对应的未知码字，将该校验和的值赋给对应的未知码字，赋值完成后认为该未知码字已解出，将其视为可靠码字。查找完成矩阵的所有行后就完成了一次查找求解过程。需要重点说明的是因为校验矩阵具有稀疏特性，所以矩阵中每一行所含‘1’的数目远小于‘0’的数目，而选取的未知码字数目又很少，所以未知码字对应的校验矩阵部分每一行中含有‘1’的个数非常少，找到只含有一个‘1’的行会比较容易。

(五)若所有未知码字已解出或没有解出新的未知码字时，继续执行下一步骤。反之将所有解出的未知码字代入方程组，完成对方程组和对应矩阵的更新后跳转到步骤(四)继续执行。

(六)若所有的未知码字全部解出，则直接输出码字，否则认为未解出的未知码字的值等于BP译码器该位的输出值后再输出码字。

实施例：以WiMAX标准下码长为2304，码率为1/2的码字为例说明，将该码字经过AWGN信道后到达接收端。为了确保本发明所提出算法的有效性，我们选用的比较算法是BP算法变形中性能较好的Min-Sum-Layered算法，为了让算法充分迭代，选取最大迭代次数为60次，将算法的性能与经过Min-Sum-Layered算法后再经过本发明所提出的后处理译码算法的性能进行比较，考虑到硬件实现，所有的算法都经过了量化处理，得到的FER和BER性能仿真曲线如图1。从图1 中可以看到，在Min-Sum-Layered算法到达误码平台时，经过本发明所提出算法的性能曲线还远未到达误码平台，明显改善了目前算法在误码平台附近的性能。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以进行若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中为明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (4)

1.一种基于LDPC码的可有效改善误码平台区域性能的后处理译码算法，其特征在于：

1)擦除判决准则，用于擦除常规译码器输出码字中最不可信的部分码字；

2)查找解码算法，用于解出擦除码字的值。

2.根据权利1所述的后处理译码算法的擦除判决准则，其特征在于只选取输出码字中很小的一部分进行擦除。当常规译码器输出码字不满足校验方程是进入擦除判决，擦除部分的选取通过将码字对应后验概率的对数似然比绝对值与预设阈值作比较，若码字对应后验概率的对数似然比绝对值小于阈值则认为该码字的值是未知，反之则认为该码字的值是正确的。阈值的选择通过只擦除很小数量码字这一条件大致限定，由仿真得到具体数值。

3.根据权利1所述的后处理译码算法的查找解码算法，其特征在于利用LDPC码校验矩阵的稀疏性，只通过查找算法来完成对擦除码字的求解。解出擦除码字的步骤包括：

1)利用校验方程列出关于擦除码字的方程组；

2)从第一个方程开始查找方程组中只含有一个未知码字的方程，则可直接得到该码字的值；

3)查找完所有方程组后将解出的未知码字代入方程组中，完成对方程组的更新；

4)跳到步骤2继续执行，直到解出所有未知码字或不能解出新的未知码字时进行下一步骤；

5)码字判决。若存在未知码字，则将常规译码器的输出值赋给该码字，得到的新的码字序列即为后处理算法的输出码字序列。

4.根据权利1所述的码字判决，若存在未解出码字时也可采用比特反转方法遍历所有可能，采用汉明距离准则选择最好的一种输出作为输出码字。