CN109586844B - 一种基于集合的非均等保护译码方法及系统 - Google Patents

一种基于集合的非均等保护译码方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供了一种基于集合的非均等保护译码方法及系统，方法包括：根据符号信息向量中元素的置信度，将所述符号信息向量划分成不同类别；将不同类别中的符号信息向量划分为不同的集合，并以集合为单位进行译码。本发明实施例提供的一种基于集合的非均等保护译码方法及系统，主要降低了在变量节点的计算复杂度。同时本发明通过合理划分集合、采用合适的非均等保护门限在保证译码性能的前提下，可以提高译码效率。

Description

一种基于集合的非均等保护译码方法及系统
技术领域
本发明实施例涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于集合的非均等保护译码方法及系统。
背景技术
差错控制编码又称信道编码，能保证通信系统中数据传输的可靠性。低密度奇偶校验码(LDPC码)是一类性能逼近香农极限的线性纠错码，并广泛应用于对数据要求可靠性高的传输系统中。在过去的十余年里，二进制LDPC码因其出色的表现引起了相当大的关注并得到快速发展。多进制LDPC码可以获得比二进制LDPC码更大的性能增益，然而代价是极其高昂的计算复杂度和存储内存，因此阻碍了多进制LDPC码在实际中的应用和发展。
多进制LDPC码的译码校验矩阵的二分图即Tanner图，由变量节点、校验节点和连接校验节点和变量节点的边构成。现有的多进制LDPC码的译码方法主要有两种：基于置信度传播(BP)的译码算法和扩展最小和(EMS)的译码算法。基于BP的译码算法是译码性能最好的多进制信息传播译码算法，但是其译码复杂度也最大。对于有限域GF(q)(q＝2r)下的多进制LDPC码，基于BP的译码算法在译码过程中，对每个码字符号需要存储该符号全部q个域元素的置信度，并传播长度为q的置信度向量。在每个校验节点的更新运算时需要q2数量级的计算复杂度。基于EMS的译码算法将长度为q置信度向量截断为nm(nm<<q)，在每个校验节点的更新运算时需要nm2数量级的计算复杂度，但是译码性能随着nm的减小而明显下降，限制了译码复杂度的进一步降低。
因此，如何降低变量节点的译码复杂度，成为了亟待解决的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种基于集合的非均等保护译码方法及系统。
第一方面本发明实施例提供一种基于集合的非均等保护译码方法，包括：
根据符号信息向量中元素的置信度，将所述符号信息向量划分成不同类别；
将不同类别中的符号信息向量划分为不同的集合，并以集合为单位进行译码。
第二方面本发明实施例提供了一种基于集合的非均等保护译码系统，包括：
分类模块，用于根据符号信息向量中元素的置信度，将所述符号信息向量划分成不同类别；
译码模块，用于将不同类别中的符号信息向量划分为不同的集合，并以集合为单位进行译码。
第三方面本发明实施例提供了一种电子设备，包括：
处理器、存储器、通信接口和总线；其中，所述处理器、存储器、通信接口通过所述总线完成相互间的通信；所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行上述的基于集合的非均等保护译码方法。
第四方面本发明实施例提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行上述的基于集合的非均等保护译码方法。
本发明实施例提供的一种基于集合的非均等保护译码方法及系统，主要降低了在变量节点的计算复杂度。同时本发明通过合理划分集合、采用合适的非均等保护门限在保证译码性能的前提下，可以提高译码效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种磁盘阵列控制器性能异常检测方法流程示意图；
图2是现有技术提供的基于二分图的迭代译码方法的典型流程示意图；
图3是现有技术提供的EMS算法中变量节点单步信息的更新规则示意图；
图4是本发明实施例提供的一种基于集合的非均等保护译码方法流程示意图；
图5是本发明实施例提供的一种基于集合译码的非均等保护译码方法的更新规则示意图；
图6是本发明实施例提供的一种基于集合的非均等保护译码系统结构示意图；
图7是本发明实施例提供的电子设备的结构框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1是现有技术中一个5行10列的LDPC码校验矩阵的二分图示意图，图1也可以称为Tanner图，Tanner图中的节点被分成变量节点VN和校验节点CN两类。其中每一个变量节点VN都对应译码矩阵中的一列，代表码字中的一个符号；每一个校验节点对应译码矩阵中的一行，代表一个校验方程；连接变量节点与校验节点之间的线对应译码矩阵中不为0的元素，称之为边。
图2是现有技术提供的基于二分图的迭代译码方法的典型流程示意图，如图2所示，现有技术提供的基于二分图的迭代译码方法流程如下：由信道接收到的比特信息序列或符号信息向量序列经由变量节点初始化入二分图，传递给对应的校验节点。在校验节点进行校验节点更新计算，同时进行码字判决，若是合法的码字，则终止译码，输出译码结果；否则将校验节点更新计算结果传递给变量节点。然后进行变量节点更新计算，将计算结果传递给校验节点再次进行码字判决。如此反复迭代直到译出正确码字或达到最大迭代次数为止。
在传统的多进制LDPC码迭代译码过程中，计算是基于符号的，以EMS算法中一个变量节点的计算为例，计算公式为：
T[k]＝V[k]+YT[nm+k]＝γV+I[k]，
并且k∈{0,1,2,...,nm-1}，其中
Figure GDA0002450104600000041
其中V和I分别是两个已按照置信度大小排序的变量节点符号信息向量，向量中每个元素都有两个属性：符号和置信度(LLR)，大小为nm维向量。同一个向量中不同元素的符号不同。符号之间的加法遵从伽罗华域的加法运算，置信度之间的加法遵从实数加法运算。T也是一个已按照置信度大小排序的符号信息向量，由V和I向量计算得出，最大含有2nm，再选出置信度最大的nm个不同元素进行下一个单元的计算。βI，βV表示I和V中的符号元素对应的LLR。γ用来表示未出现在输入信息向量中的LLR。根据变量节点更新规则，T就等于对应符号的LLR之和。图3是现有技术提供的EMS算法中变量节点单步信息的更新规则示意图，如图3所示，输入符号信息向量V,I已根据置信度由大到小排序。当输入数据有nm个不同符号时，每步需要计算2nm次。
综合上述内容能够看出，现有技术在进行译码时在变量节点更新过程需要消耗大量的计算复杂度，因此，如何减低变量节点的译码复杂度成为了亟待解决的问题。
针对上述问题，图4是本发明实施例提供的一种基于集合的非均等保护译码方法流程示意图，如图4所示，包括：
401、根据符号信息向量中元素的置信度，将所述符号信息向量划分成不同类别；
402、将不同类别中的符号信息向量划分为不同的集合，并以集合为单位进行译码。
本发明实施例提供了一种基于集合的非均等保护译码方法，根据符号信息向量的不同符号的置信度的不同，将所述变量节点的符号信息向量划分为多个集合，根据每个变量节点信息向量的最可靠元素，对划分的集合非均等划分，并进行译码过程中的计算。图5是本发明实施例提供的一种基于集合译码的非均等保护译码方法的更新规则示意图，参见图5，所述方法具体包括：
S1：直接接收符号信息向量或根据接收的比特信息计算所述符号信息向量；
S2：将所述符号信息向量进行初始化，并将所述符号信息向量的置信度传递给对应的变量节点；
S3：进行校验节点更新计算，将计算结果传递给所述变量节点再次进行判决译码，反复迭代直到译出合法码字或直到达到最大迭代次数为止；
S4：进行变量节点更新计算，将所述变量节点信息向量划分为多个集合，根据每个变量节点信息向量的最大置信度，对划分的集合进行非均等保护，在所述变量节点进行变量更新计算，同时并进行码字判决，若是合法的码字，则终止译码，输出译码结果；若是不合法的码字，则将变量节点更新计算结果传递给校验节点。具体地，将迭代译码过程中符号信息向量的nm个不同符号划分为ns(ns＜nm)个集合，假设第一个集合中的符号个数是n'm，则其他集合的符号个数为nm-n'm/ns-1(取整数)，再以集合为单位进行迭代译码过程中的计算。
在上述实施例的基础上，所述方法还包括：
根据变量节点每个符号信息向量中最可靠符号置信度的不同，设置三个不同的阈值；
对每一个符号信息向量的置信度进行划分，根据划分的结果将校验节点传递给变量节点的符号信息向量划分为不同的集合进行非均等保护；
若变量节点的符号信息向量中最可靠符号的置信度在第一个阈值上，则保留所有集合中的元素；
若信道输入的每个符号的最大置信度将所述置信度介于第一阈值和第二阈值之间，则只留下第一个集合中的元素和其他集合中的第一个元素；
若剩下信道输入的每个符号对应的变量节点信息向量，只留下第一个集合中的元素。
可以理解的是，本发明实施例在进行译码过程中使用的是对变量节点信息向量划分成多个集合并进行非均等保护。对变量节点信息向量划分成多个集合并进行非均等保护采用的是变量节点信息向量中的最大置信度。
具体的，本发明实施例会根据所述符号信息向量的不同符号的置信度的不同，将所述符号信息向量划分为ns个集合。若输入的变量节点中最大置信度大于设定的第一个阈值，则保留当前节点中的所有集合；若输入的变量节点最大置信度介于第一阈值和第二阈值之间，则保留第一个集合，并将保留第一个集合中的所有符号的LLR，其他集合保留集合中最小的LLR，其他符号舍去；若输入的变量节点最大置信度小与第二阈值，则保留第一个集合中的LLR，其他集合的符号都舍去，以nm＝8,ns＝3为例，一种可能的划分方式如图5所示，原始符号信息向量中置信度较高的前4个符号划分为一个集合Vset1，其他两个集合都有两个符号，分别为Vset2,Vset3。
根据不同集合置信度的不同，在迭代译码计算过程中，我们可以只选择置信度较高的集合进行运算，从而进一步降低计算复杂度。优选地，所述以集合为单位进行译码过程中的计算包括：将一个符号信息向量中含有多个符号的集合与另一个符号信息向量中置信度最高的集合进行计算。具体的，以之前的划分为例，符号信息向量V，I分别被划分为四个集合Vset1,Vset2,Vset3及Iset1,Iset2,Iset3，其中集合Vset1,Iset1中都含有四个符号，Vset2,Vset3,Iset2,Iset3中都含有两个元素，即含有两个符号。因此在计算过程中，设置三个不同的阈值δ1,δ2,δ3，当变量节点的最大置信度大于δ1，则保护该变量节点中所有集合的符号，如果最大置信度处于δ1和δ2之间，则保护集合Vset1中的所有符号和Vset2,Vset3中具有最大置信度的LLR，其他的符号都舍去，若变量节点的置信度处于δ2和δ3之间，则只保留Vset1中的符号，其他符号舍去。由此可知，阈值越大，计算的复杂度越低，当所有变量节点符号的最大置信度都处于δ2和δ3之间，此时所有的变量节点都只保留Vset1中的符号，此时的复杂度最低。
在上述实施例基础上，所述进行译码包括：
根据不同符号向量置信度的不同，将多个符号信息向量之间的集合按照设置的路径进行计算。
优选的，为了降低计算复杂度，合理的设计不同的阈值对变量节点的LLR进行划分，在降低译码复杂度的同时保证了译码的准确率。具体的，在基于符号的译码方法中，不同符号可能拥有不同的置信度，而本发明中是基于集合的非均等译码方法，集合根据置信度进行划分，对于每一个的集合，为了降低计算复杂度，根据阈值对不同集合的符号进行非均等保护。以图5中的划分为例，如果该变量节点的最大置信度处于δ2和δ3之间，只保留集合Vset1中的符号的LLR，删除其他的集合。
为了降低译码复杂度，所述将一个符号信息向量中含有多个符号的集合与另一个符号信息向量中置信度最高的集合进行计算包括：将一个符号信息向量中含有多个符号的集合的编号与另一个符号信息向量中置信度最高的集合的符号进行加和运算。具体地，将含有多个符号的集合根据不同的阈值进行非均等保护，如果在进行加和运算过程中另一个集合不存在该集合的符号，则给该符号的LLR增加一个offset，由此得出来的新集合参与接下来的运算。仍以图5中的划分为例，集合Vset1包含四个元素v1,v2,v3,v4；集合Iset1中包含四个元素i1,i2,i3,i4。运算结果为集合T，将集合Vset1+Iset1表示T，若集合Vset1,Iset1的符号完全不同，则集合T中有八个符号，若两集合中出现相同符号，则将它们的LLR直接相加。
图6是本发明实施例提供的一种基于集合的非均等保护译码系统结构示意图，如图6所示，包括：分类模块601和译码模块602，其中：
分类模块601用于根据符号信息向量中元素的置信度，将所述符号信息向量划分成不同类别；
译码模块602用于将不同类别中的符号信息向量划分为不同的集合，并以集合为单位进行译码。
具体的如何通过分类模块601和译码模块602对基于集合的非均等保护译码可用于执行图4所示的基于集合的非均等保护译码方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
本发明实施例提供一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：
图7是本发明实施例提供的电子设备的结构框图，参照图7，所述电子设备，包括：处理器(processor)701、通信接口(Communications Interface)702、存储器(memory)703和总线704，其中，处理器701，通信接口702，存储器703通过总线704完成相互间的通信。处理器701可以调用存储器703中的逻辑指令，以执行如下方法：根据符号信息向量中元素的置信度，将所述符号信息向量划分成不同类别；将不同类别中的符号信息向量划分为不同的集合，并以集合为单位进行译码。
本发明实施例公开一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：根据符号信息向量中元素的置信度，将所述符号信息向量划分成不同类别；将不同类别中的符号信息向量划分为不同的集合，并以集合为单位进行译码。
本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：根据符号信息向量中元素的置信度，将所述符号信息向量划分成不同类别；将不同类别中的符号信息向量划分为不同的集合，并以集合为单位进行译码。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行每个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种基于集合的非均等保护译码方法，其特征在于，包括：
根据符号信息向量中元素的置信度，将所述符号信息向量划分成不同类别；
将不同类别中的符号信息向量划分为不同的集合，并以集合为单位进行译码；
其中，所述方法还包括：
根据变量节点每个符号信息向量中最可靠符号置信度的不同，设置三个不同的阈值；
对每一个符号信息向量的置信度进行划分，根据划分的结果将校验节点传递给变量节点的符号信息向量划分为不同的集合进行非均等保护；
若变量节点的符号信息向量中最可靠符号的置信度在第一个阈值上，则保留所有集合中的元素；
若信道输入的每个符号的最大置信度将所述置信度介于第一阈值和第二阈值之间，则只留下第一个集合中的元素和其他集合中的第一个元素；
若输入的变量节点的最大置信度小于第二阈值，只留下第一个集合中的元素。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括：
S1：直接接收符号信息向量或根据接收的比特信息计算所述符号信息向量；
S2：将所述符号信息向量进行初始化，并将所述符号信息向量的置信度传递给对应的变量节点；
S3：进行校验节点更新计算，将计算结果传递给所述变量节点再次进行判决译码，反复迭代直到译出合法码字或直到达到最大迭代次数为止；
S4：进行变量节点更新计算，将所述变量节点的符号信息向量划分为多个集合，根据每个变量节点的符号信息向量的最大置信度，对划分的集合进行非均等保护，在所述变量节点进行变量更新计算时，同时进行码字判决，若是合法的码字，则终止译码，输出译码结果；若是不合法的码字，则将变量节点更新计算结果传递给校验节点。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述进行译码为：
对变量节点的符号信息向量划分成多个集合并进行非均等保护。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对变量节点的符号信息向量划分成多个集合并进行非均等保护采用的是变量节点的符号信息向量中的最大置信度。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述进行译码包括：
根据不同符号信息向量置信度的不同，将多个符号信息向量之间的集合按照设置的路径进行计算。
6.一种基于集合的非均等保护译码系统，其特征在于，包括：
分类模块，用于根据符号信息向量中元素的置信度，将所述符号信息向量划分成不同类别；
译码模块，用于将不同类别中的符号信息向量划分为不同的集合，并以集合为单位进行译码；
其中，所述基于集合的非均等保护译码系统，还用于根据变量节点每个符号信息向量中最可靠符号置信度的不同，设置三个不同的阈值；对每一个符号信息向量的置信度进行划分，根据划分的结果将校验节点传递给变量节点的符号信息向量划分为不同的集合进行非均等保护；若变量节点的符号信息向量中最可靠符号的置信度在第一个阈值上，则保留所有集合中的元素；若信道输入的每个符号的最大置信度将所述置信度介于第一阈值和第二阈值之间，则只留下第一个集合中的元素和其他集合中的第一个元素；若输入的变量节点的最大置信度小于第二阈值，只留下第一个集合中的元素。
7.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述处理器和所述存储器通过总线完成相互间的通信；所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如权利要求1至5任一所述的方法。
8.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行如权利要求1至5任一项所述的方法。
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