CN107370491A - 一种高性能低时延的扩展tpc译码方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种高性能低时延的扩展TPC译码方法，该方法结合相关度量值、候选码字的个数与奇偶校验位来确定输入信息比特块每一行每一列的判决码字；若不符合相关的条件，说明噪声音响较大，用硬判决的结果作为判决码字，防止错误扩散。经过迭代多次后最终得到输入信息的译码结果。本发明与原来采用的chase‑2算法相比，明显提高了译码性能与吞吐量，降低了译码时延，而相应的硬件复杂度与计算量并没有明显增加。

Description

一种高性能低时延的扩展TPC译码方法

技术领域

本发明涉及一种高性能低时延的扩展TPC译码方法，属于电子通信领域。

背景技术

TPC码具有强大的纠错能力，译码时可根据实际情况选择硬判决译码算法或者软判决译码算法。目前译码的软判决采用的chase-2算法，chase-2算法没有对校验位的正确与否进行考量，降低了译码器的吞吐量，增大了译码时延，译码性能不高。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种高性能低时延的扩展TPC译码方法，在不增加运算量与硬件复杂度的情况下，对判决码字的选择方式做出了改变，可以明显的降低译码时延，提高了吞吐量与译码性能。

本发明的技术方案是：一种高性能低时延的扩展TPC译码方法，步骤如下：

(1)对输入的信息比特块中每一行码字进行以下操作：

(1.1)对各个比特作硬判决，找出p个可信度最小的不可靠位置，其中p<k，k为信息比特块的行数；

(1.2)在该行p个不可靠位置上，用所有可能的比特排列进行替代，得到2^p个测试图样，对2^p个测试图样进行代数译码，得到该行的2^p个候选码字；

(1.3)根据每个候选码字与该行码字实际输入信息的相关度量和校验位情况，在候选码字中确定判决码字；

(2)对信息比特块中每一列码字进行以下操作：

(2.1)对各个比特作硬判决，找出p个可信度最小的不可靠位置，其中p<k；

(2.2)在该列p个不可靠位置上，用所有可能的比特排列进行替代，得到2^p个测试图样，对2^p个测试图样进行代数译码，得到该列的2^p个候选码字；

(2.3)根据每个候选码字与该列码字实际输入信息的相关度量和校验位情况，在候选码字中确定判决码字；

(3)根据信息比特块的判决码字计算信息比特块的外信息；

(4)利用外信息对输入的信息比特块进行更新；

(5)重复步骤(1)—(4)N次，将第N次信息比特块的判决码字作为译码结果，从而完成TPC译码，其中N大于6。

所述步骤(1.1)或(2.1)中，利用如下公式计算每个比特的可信度：

其中，Λ(y_j)为第j个比特的可信度，r_j为接收端第j个比特接收到的信息，Pr{s_j＝+1/r_j}为接收端第j个比特接收到r_j时，发送端第j个比特发送的s_j为+1的概率，Pr{s_j＝-1/r_j}为接收端第j个比特接收到r_j时，发送端第j个比特发送的s_j为-1的概率，σ²为接收端第j个比特接收到r_j的功率，j＝1,2,3,…,k。

所述步骤(1.3)或(2.3)的实现方式如下：

当候选码字与实际输入信息的相关度量和校验位情况满足如下情况时，与实际输入信息有最大的相关度量值的候选码字便是判决码字：

◆p+1个候选码字与实际输入信息有最大的相关度量值，校验位正确；

◆p+1个候选码字与实际输入信息有最大的相关度量值，校验位错误；

◆1个候选码字与实际输入信息有最大的相关度量值，校验位正确；

当候选码字与实际输入信息的相关度量和校验位情况满足如下情况时，与实际输入信息有次大相关度量值的候选码字便是判决码字：

◆1个候选码字与实际输入信息有最大的相关度量值，校验位错误，但是p+1个候选码字与实际输入信息有次大的相关度量值，校验位正确；

当候选码字出现其余情况，则判决码字选用原来的硬判决信息。

所述步骤(3)的实现方式如下：

对信息比特块每一行以及每一列的判决码字均执行下列操作，得到信息比特块的外信息：

(4.1)计算第j个比特的软输出值时，首先在剩余的候选码字中寻找竞争码字C，当竞争码字存在时，进入步骤(4.2)，否则进入步骤(4.3)；j＝1,2,3,…,k；

(4.2)利用如下公式计算第j个比特的软输出值r′_j：

其中R表示该行或该列码字实际输入信息，D表示该行或该列的判决码字，C表示竞争码字，d_j为该行或该列判决码字中第j个比特的数值；

(4.3)利用如下公式计算第j个比特的软输出值r′_j：

r′_j＝β×d_j,β≥0

其中β是一个大于0的常数，随迭代次数的增加而增大；

(4.4)利用公式w_j＝r′_j-r_j计算第j个比特的外信息w_j。

所述步骤(4.1)中，当某个剩余的候选码字同时满足如下两种情况时，认为该候选码字为竞争码字C：

1)该候选码字第j个比特的值与该行或该列判决码字第j个比特的值不相等；

2)该候选码字与该行或该列码字实际输入信息具有最小欧式距离。

所述步骤(1.1)或(2.1)中，p的取值为3、4或5。

本发明相对于现有技术具有如下优点：

(1)本发明根据每个候选码字与该行或该列码字实际输入信息的相关度量和校验位情况，，根据错误比特的个数与位置不同会导致最大与次大的相关度量值的个数不同的特点，对校验位的正确与否进行充分考量，从而在候选码字中确定判决码字。与原先的chase-2算法比较，运算量与硬件实现的复杂度并没有明显增加，但是在迭代次数相同的条件下，译码性能有了明显的提高，并且在减少迭代次数后，译码性能没有明显的下降，从而有效降低了译码时延，提高了吞吐量。

(2)本发明通过计算外信息对原始信息进行纠正，从而加速收敛找到正确的判决码字，另外为了对判决码字作进一步的确认与修正，选取了竞争码字的，进一步提高了外信息的可靠度。

(3)本发明思想简单，原理清楚，不需要对硬件进行改变，容易实现。

附图说明

图1为本发明方法流程图；

图2为本发明的译码方法与chase-2算法性能的比较。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作详细介绍。

如图1所示，本发明的具体步骤如下：

(1)对输入的信息比特块中每一行码字及每一列码字进行以下操作：

(1.1)寻找不可靠位置

当接收到输入的信息比特块(行列数相等)时，选取一个远小于信息比特块行数或列数k的整数值p(即p<k)，通常取3、4或5。对所有比特作硬判决并找出p个可信度最小的不可靠位置。

每个比特位的可靠性与信噪比、接收到的信号的幅值有关。接收到的信号的幅值越小，信号越不可靠。本发明用对数似然比方法衡量每个比特的可信度，公式如下：

其中，Λ(y_j)为第j个比特的可信度，r_j为接收端第j个比特接收到的信息，Pr{s_j＝+1/r_j}为接收端第j个比特接收到r_j时，发送端第j个比特发送的s_j为+1的概率，Pr{s_j＝-1/r_j}为接收端第j个比特接收到r_j时，发送端第j个比特发送的s_j为-1的概率，σ²为接收端第j个比特接收到r_j的功率，j＝1,2,3,…,k。

(1.2)确定候选码字

在该行p个不可靠位置上，用所有可能的比特排列进行替代，得到2^p个测试图样，对2^p个测试图样进行代数译码，得到该行的2^p个候选码字。

(1.3)根据每个候选码字与该行码字实际输入信息的相关度量和校验位情况，在候选码字中确定判决码字；

当候选码字与实际输入信息的相关度量和校验位情况满足如下情况时，与实际输入信息有最大的相关度量值的候选码字便是判决码字：

◆p+1个候选码字与实际输入软信息有最大的相关度量值，校验位正确；

◆p+1个候选码字与实际输入软信息有最大的相关度量值，校验位错误；

◆1个候选码字与实际输入软信息有最大的相关度量值，校验位正确；

上面第一种情况是最常见的现象，第二种认为是校验位不可靠，第三种认为有一个错误码字不在不可置信位置上。

当候选码字与实际输入信息的相关度量和校验位情况满足如下情况时，认为错误码字在p个不可置信位置上，由于噪声的影响，相关度量值不是最大，与实际输入信息有次大相关度量值的候选码字便是判决码字：

◆1个候选码字与实际输入软信息有最大的相关度量值，校验位错误，但是p+1个候选码字与实际输入软信息有次大的相关度量值，校验位正确；

当候选码字出现其余的情况，则可能至少有两个错误码字在p个不可置信位置之外，此时本次迭代无法纠正错误，此时无法判断哪种正确的概率大，判决码字选用原来的硬判决信息，防止汉明译码纠错后，错误比特扩散，错误的比特数更多。

(3)根据信息比特块的判决码字计算信息比特块的外信息，具体方法如下：

对信息比特块每一行以及每一列的判决码字均执行下列操作，得到信息比特块的外信息：

计算第j个比特的软输出值时，需要在剩余的候选码字中寻找竞争码字C，C为在第j个比特满足d_j≠c_j,1≤j≤n的候选码字中与接收向量R具有最小欧式距离的码字。接收向量R为接收端本次接收的该行或该列码字(即该行或该列码字实际输入信息)。d_j为该行或该列判决码字D中第j个比特的值。

利用如下公式计算第j个比特的软输出值r′_j：

若D与C之间的距离大，则软输出值变大，表明D的正确度高；反之软输出值变小，表明D的正确度低。如果第j个比特的竞争码字C不存在，则D的正确度很高，第j个比特的软输出值r′_j可近似为：

r′_j＝β×d_j,β≥0

其中，β是一个大于0的常数，它是判决可靠度的平均值，随着迭代次数的增加而增大。

得到软输出r′_j后，即可计算第j个比特的外信息为：

按照上述方法得到整个信息比特块的外信息。

(4)利用外信息对输入的信息比特块进行更新；

(5)重复步骤(1)—(4)N次，将第N次信息比特块的判决码字作为译码结果，从而完成TPC译码，其中N大于6。

本发明结合相关度量值、候选码字的个数与奇偶校验位来确定输入信息比特块每一行每一列的判决码字；若不符合相关的条件，说明噪声音响较大，用硬判决的结果作为判决码字，防止错误扩散。经过迭代多次后最终得到输入信息的译码结果。

实施例：

设接收的信息比特块编码前为26*26的矩阵，编码后为32*32的矩阵。

(1)分别对每一行及每一列码字进行以下操作，这里以第一行为例：

(1.1)寻找不可靠位置

取p＝4，即寻找4个可信度最小的值作为不可靠位置。

(1.2)确定候选码字

在(1.1)中的不可靠位置上，用所有可能的比特排列进行替代，得到16个测试图样。对16个测试图样进行代数译码，得到16个候选码字。表1为16个测试图样，X表示硬判决后的数据，第4、10、17、24列为不可靠位置。

表1 16个测试图样

(1.3)判决码字选取

对于判决码字的选取，有以下几种情况：

表2选取判决码字的几种情况

上面的数据由matlab仿真得到：

假设仿真后为第一种情况，即5个候选码字与第一行输入信息有最大的相关度量值，校验位正确，则从该5个候选码字中选取一个候选码字作为第一行输入信息的判决码字。

假设仿真后为第二种情况，即5个候选码字与第一行输入信息有最大的相关度量值，校验位错误，则从该5个候选码字中选取一个候选码字作为第一行输入信息的判决码字。

假设仿真后为第三种情况，即1个候选码字与第一行输入信息有最大的相关度量值，校验位正确，则该候选码字为第一行输入信息的判决码字。

假设仿真后为第四种情况，即1个候选码字与第一行输入信息有最大的相关度量值，校验位错误，但是5个候选码字与第一行输入信息有次大的相关度量值，校验位正确，从有次大相关度量值的候选码字中选择一个作为第一行输入信息的判决码字。

假设仿真后为第五种情况，则判决码字选用原来的硬判决信息。

按照上述方法完成每一行每一列的判决码字确定。

(2)根据信息比特块的判决码字计算信息比特块的外信息，利用外信息对输入的信息比特块进行更新。

(3)重复上述步骤N次，将第N次信息比特块的判决码字作为译码结果，从而完成TPC译码，其中N大于6。

本实施例中，选取N为8次半或12次半进行两次实验，当N为8次半时，β值为：[0.2，0.4，0.6，0.8，1，1，1，1]，即第1次迭代时，一旦不存在竞争码字C，则取β值为0.2，第2次迭代时，一旦不存在竞争码字C，则取β值为0.4，依次类推，第8次迭代时，一旦不存在竞争码字C，则取β值为1。当当N为12次半时，β值为：[0.2，0.4，0.6，0.8，1，1，1，1，1，1，1，1]，即第1次迭代时，一旦不存在竞争码字C，则取β值为0.2，第2次迭代时，一旦不存在竞争码字C，则取β值为0.4，第3次迭代时，一旦不存在竞争码字C，则取β值为0.6，依次类推，第12次迭代时，一旦不存在竞争码字C，则取β值为1。8次半或12次半是指最后一次迭代时只对行(或列)确定判决码字。

如图2所示为传统Chase-2算法以及本发明方法对应的误码率曲线，从图中可以看出，迭代次数同为12次半时，本发明方法的误码率明显低于传统Chase-2算法，迭代次数为8次半时，本发明方法的误码率仍然明显低于传统Chase-2算法，但仍略高于迭代次数12次半时的误码率。说明在迭代次数相同的条件下，本发明方法的译码性能有了明显的提高。减少迭代次数后，译码性能没有明显的下降，从而有效地降低译码时延，提高吞吐量。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知技术。

Claims (6)

1.一种高性能低时延的扩展TPC译码方法，其特征在于步骤如下：

(1)对输入的信息比特块中每一行码字进行以下操作：

(1.1)对各个比特作硬判决，找出p个可信度最小的不可靠位置，其中p<k，k为信息比特块的行数；

(1.2)在该行p个不可靠位置上，用所有可能的比特排列进行替代，得到2^p个测试图样，对2^p个测试图样进行代数译码，得到该行的2^p个候选码字；

(1.3)根据每个候选码字与该行码字实际输入信息的相关度量和校验位情况，在候选码字中确定判决码字；

(2)对信息比特块中每一列码字进行以下操作：

(2.1)对各个比特作硬判决，找出p个可信度最小的不可靠位置，其中p<k；

(2.2)在该列p个不可靠位置上，用所有可能的比特排列进行替代，得到2^p个测试图样，对2^p个测试图样进行代数译码，得到该列的2^p个候选码字；

(2.3)根据每个候选码字与该列码字实际输入信息的相关度量和校验位情况，在候选码字中确定判决码字；

(3)根据信息比特块的判决码字计算信息比特块的外信息；

(4)利用外信息对输入的信息比特块进行更新；

(5)重复步骤(1)—(4)N次，将第N次信息比特块的判决码字作为译码结果，从而完成TPC译码，其中N大于6。

2.根据权利要求1所述的一种高性能低时延的扩展TPC译码方法，其特征在于：所述步骤(1.1)或(2.1)中，利用如下公式计算每个比特的可信度：

<mrow> <mi>&amp;Lambda;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>y</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mi>l</mi> <mi>n</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <mi>Pr</mi> <mo>{</mo> <msub> <mi>s</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>=</mo> <mo>+</mo> <mn>1</mn> <mo>/</mo> <msub> <mi>r</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>}</mo> </mrow> <mrow> <mi>Pr</mi> <mo>{</mo> <msub> <mi>s</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>=</mo> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>/</mo> <msub> <mi>r</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>}</mo> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mn>2</mn> <msup> <mi>&amp;sigma;</mi> <mn>2</mn> </msup> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <msub> <mi>r</mi> <mi>j</mi> </msub> </mrow>

其中，Λ(y_j)为第j个比特的可信度，r_j为接收端第j个比特接收到的信息，Pr{s_j＝+1/r_j}为接收端第j个比特接收到r_j时，发送端第j个比特发送的s_j为+1的概率，Pr{s_j＝-1/r_j}为接收端第j个比特接收到r_j时，发送端第j个比特发送的s_j为-1的概率，σ²为接收端第j个比特接收到r_j的功率，j＝1,2,3,…,k。

3.根据权利要求1所述的一种高性能低时延的扩展TPC译码方法，其特征在于：所述步骤(1.3)或(2.3)的实现方式如下：

当候选码字与实际输入信息的相关度量和校验位情况满足如下情况时，与实际输入信息有最大的相关度量值的候选码字便是判决码字：

◆p+1个候选码字与实际输入信息有最大的相关度量值，校验位正确；

◆p+1个候选码字与实际输入信息有最大的相关度量值，校验位错误；

◆1个候选码字与实际输入信息有最大的相关度量值，校验位正确；

当候选码字与实际输入信息的相关度量和校验位情况满足如下情况时，与实际输入信息有次大相关度量值的候选码字便是判决码字：

◆1个候选码字与实际输入信息有最大的相关度量值，校验位错误，但是p+1个候选码字与实际输入信息有次大的相关度量值，校验位正确；

当候选码字出现其余情况，则判决码字选用原来的硬判决信息。

4.根据权利要求3所述的一种高性能低时延的扩展TPC译码方法，其特征在于：所述步骤(3)的实现方式如下：

对信息比特块每一行以及每一列的判决码字均执行下列操作，得到信息比特块的外信息：

(4.1)计算第j个比特的软输出值时，首先在剩余的候选码字中寻找竞争码字C，当竞争码字存在时，进入步骤(4.2)，否则进入步骤(4.3)；j＝1,2,3,…,k；

(4.2)利用如下公式计算第j个比特的软输出值r′_j：

<mrow> <msubsup> <mi>r</mi> <mi>j</mi> <mo>&amp;prime;</mo> </msubsup> <mo>=</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <mo>|</mo> <mi>R</mi> <mo>-</mo> <mi>C</mi> <msup> <mo>|</mo> <mn>2</mn> </msup> <mo>-</mo> <mo>|</mo> <mi>R</mi> <mo>-</mo> <mi>D</mi> <msup> <mo>|</mo> <mn>2</mn> </msup> </mrow> <mn>4</mn> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <msub> <mi>d</mi> <mi>j</mi> </msub> </mrow>

其中R表示该行或该列码字实际输入信息，D表示该行或该列的判决码字，C表示竞争码字，d_j为该行或该列判决码字中第j个比特的数值；

(4.3)利用如下公式计算第j个比特的软输出值r′_j：

r′_j＝β×d_j,β≥0

其中β是一个大于0的常数，随迭代次数的增加而增大；

(4.4)利用公式w_j＝r′_j-r_j计算第j个比特的外信息w_j。

5.根据权利要求4所述的一种高性能低时延的扩展TPC译码方法，其特征在于：所述步骤(4.1)中，当某个剩余的候选码字同时满足如下两种情况时，认为该候选码字为竞争码字C：

1)该候选码字第j个比特的值与该行或该列判决码字第j个比特的值不相等；

2)该候选码字与该行或该列码字实际输入信息具有最小欧式距离。

6.根据权利要求1所述的一种高性能低时延的扩展TPC译码方法，其特征在于：所述步骤(1.1)或(2.1)中，p的取值为3、4或5。