專利名稱：一種提高標(biāo)準(zhǔn)置信度傳播譯碼性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于無線通信系統(tǒng)中低密度校驗碼的譯碼方法，尤其是一種提高標(biāo)準(zhǔn)置信度傳播譯碼性能的方法。

背景技術(shù)：
置信度傳播譯碼方法以其簡單可并行的特點在低密度校驗碼(LDPC Codes)和渦輪碼(Turbo Codes)的譯碼中廣泛采用。置信度傳播譯碼方法中，變量節(jié)點間通過校驗節(jié)點的約束互相傳遞消息，使得變量節(jié)點的可靠度增強。這些消息的傳遞速度和廣度決定了置信度傳播譯碼的性能。標(biāo)準(zhǔn)置信度傳播譯碼的信息傳遞從變量節(jié)點并行涌向校驗節(jié)點，更新后又從校驗節(jié)點返回變量節(jié)點。由于更新的變量節(jié)點消息傳播較慢，標(biāo)準(zhǔn)置信度傳播譯碼方法輸出正確碼字需要較長延時。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種提高標(biāo)準(zhǔn)置信度傳播譯碼性能的方法即串并行混合置信度傳播譯碼方法，通過變量節(jié)點間串行加強了新消息的傳播速度和廣度，獲得了非常好的譯碼性能，在校驗節(jié)點間并行的情況下，獲得理想的譯碼延時，譯碼性能明顯好于標(biāo)準(zhǔn)置信度傳播譯碼方法。
本發(fā)明方法的技術(shù)方案是一種提高標(biāo)準(zhǔn)置信度傳播譯碼性能的方法，變量節(jié)點間通過校驗節(jié)點的約束互相傳遞消息，其特征是該方法基于校驗節(jié)點與變量節(jié)點并行與串行混合譯碼，通過變量節(jié)點間串行加強新消息的傳播速度和廣度，達到理想的譯碼性能；利用校驗節(jié)點間并行獲得理想的譯碼延時。
所述的提高標(biāo)準(zhǔn)置信度傳播譯碼性能的方法按以下步驟進行 步驟1將變量節(jié)點分組，初始化變量節(jié)點； 步驟2分組間做并行，依次遍歷每組中的變量節(jié)點，對每個遍歷的變量節(jié)點執(zhí)行如下分步驟 a)選出當(dāng)前遍歷變量節(jié)點連接的校驗節(jié)點； b)找出這些校驗節(jié)點集合連接的變量節(jié)點； c)校驗節(jié)點間做并行，變量節(jié)點集合中除當(dāng)前遍歷的變量節(jié)點以外的所有變量節(jié)點的消息通過校驗節(jié)點集合傳遞給當(dāng)前遍歷的變量節(jié)點； d)校驗節(jié)點間做并行，將已更新的當(dāng)前遍歷的變量節(jié)點的消息通過選中的所有的校驗節(jié)點傳遞給所有其他變量節(jié)點； 步驟3對變量節(jié)點的后驗信息值進行硬判決，得到估計碼字，如果估計碼字滿足所有校驗節(jié)點的約束或者循環(huán)步驟2的次數(shù)≥最大次數(shù)，把估計碼字作為最終譯碼碼字輸出；反之，進入步驟2。
本發(fā)明總體方法的描述 我們定義在第k次步驟2的循環(huán)處理中，已經(jīng)被更新s次的變量節(jié)點集合為Vsk，0≤s≤λρ。s＝0時變量節(jié)點未被更新；s＝λρ時變量節(jié)點不再被更新。將碼字分為G個組，每組N/G＝NG個變量節(jié)點。當(dāng)G＝1時，變量節(jié)點遍歷時是完全串行處理，只有λ個校驗節(jié)點同時處理消息；當(dāng)G＝N時，所有的校驗節(jié)點并行處理消息。譯碼步驟如下 1.初始化L(qij0)，循環(huán)次數(shù)k＝0。
2.第k次循環(huán)，同時執(zhí)行以下兩個步驟 a)水平步驟，對0≤l＜NG，對于每個l并行處理與G個變量節(jié)點i＝g·NG+l，0≤g＜G連接的所有校驗節(jié)點cj∈C(vi)。每個校驗節(jié)點對其連接的所有變量節(jié)點i″∈V(C(vi))傳遞消息 b)垂直步驟，對0≤l＜NG，對所有校驗節(jié)點cj∈C(vi)連接的變量節(jié)點vi′∈V(cj)更新消息 3.硬判決和停止準(zhǔn)則 停止準(zhǔn)則如果或者步驟2循環(huán)次數(shù)k≥kmax，停止，輸出

作為譯碼碼字；否則，返回步驟2。
本發(fā)明具體實現(xiàn)方案的描述 我們重新定義一些符號。L(Qi)為第i個變量節(jié)點的后驗消息。L(Qi，new)和L(Qi，old)代表更新的和未更新的第i個變量節(jié)點后驗消息。L(qij)代表第i個變量節(jié)點向第j個校驗節(jié)點傳遞的消息。L(rji，new)和L(rji，old)代表第j個校驗節(jié)點向第i個變量節(jié)點傳送的更新和未更新的消息。這里我們引入文獻的校驗節(jié)點計算方案。
令 L(qij)＝αijβij，αij＝sign[L(qij)]，βij＝|L(qij)|， 使用函數(shù) 我們得到 其中函數(shù)φ(x)的值可以用查表法實現(xiàn)。
完全串行實現(xiàn)方案 變量節(jié)點連接的校驗節(jié)點依次串行處理。遍歷變量節(jié)點間也是串行處理。實現(xiàn)過程 1.初次循環(huán)k＝0。根據(jù)軟解調(diào)或者信道信息初始化所有的變量節(jié)點后驗信息L(Qi)。令所有校驗節(jié)點向變量節(jié)點傳遞的消息L(rji)＝0； 2.在第k次循環(huán)中，按照一定順序，選中第i個變量節(jié)點vi，做如下處理 1)找出vi連接的變量節(jié)點集合C(vi)。列出所有的校驗節(jié)點ci∈C(vi)連接的變量節(jié)點集合V(C(vi))(如果校驗矩陣不存在長度為4的圈，這些變量節(jié)點除了vi都是不同的)。
令 L(Qi，old)＝L(Qi)，i∈V(C(vi))； 2)依次對每一個校驗節(jié)點cj∈C(vi)，做如下處理 a)對i∈V(cj)，計算 φ(L(qij))＝φ(L(Qi，old)-L(ji，old))； b)計算總的校驗和 總的符號 c)對i∈V(ci)，計算 L(ji，new)＝sign(L(qij))·sign(L(rj))·φ(L(rj)-φ(L(qij))) L(rji，old)＝L(rji，new) L(Qi，new)＝L(qij)+L(ri，new) d)對i∈V(ci)，L(Qi)＝L(Qi，new)； 3．硬判決和停止準(zhǔn)則 停止準(zhǔn)則如果或者步驟2循環(huán)次數(shù)k≥kmax，停止，輸出

作為譯碼碼字；否則，返回步驟2。
并行實現(xiàn)方案 完全串行方案垂直步驟中，變量節(jié)點vi連接的校驗節(jié)點是串行處理的，前一個校驗節(jié)點向變量節(jié)點vi傳遞的消息L(rji，new)被用于下一個校驗節(jié)點的處理。最開始的校驗節(jié)點中變量節(jié)點vi的可靠度較低，最后的校驗節(jié)點的變量節(jié)點vi的可靠度較高。如果將變量節(jié)點vi連接的校驗節(jié)點做并行處理。我們可以先對變量節(jié)點vi使用類似單個變量節(jié)點處理的SID方法更新其后驗信息，然后再處理校驗節(jié)點連接的其他變量節(jié)點。這樣每個校驗節(jié)點都能獲得其他校驗節(jié)點傳遞的較為可靠的變量節(jié)點vi的消息。通過將遍歷的變量節(jié)點分組，我們可以在水平步驟進行并行，從而進一步的減小譯碼延時。實現(xiàn)過程 1.初次循環(huán)k＝0。根據(jù)軟解調(diào)或者信道信息初始化所有的變量節(jié)點后驗信息L(Qi)。令所有校驗節(jié)點向變量節(jié)點傳遞的消息L(rji)＝0； 2.在第k次循環(huán)中，按照一定順序選擇G個分組中每個分組的第i個變量節(jié)點vi。同時對這G個變量節(jié)點做如下處理 1)找出vi連接的變量節(jié)點集合C(vi)。列出所有的校驗節(jié)點cj∈C(vi)連接的變量節(jié)點集合V(C(vi))。
令 L(Qi，old)＝L(Qi)，i∈V(C(vi))； 2)處理變量節(jié)點vi。對所有校驗節(jié)點cj∈C(vi)，同時做如下處理 a)對i′∈V(cj)\i，計算 φ(L(qi′j))＝(L(Qi′，old)-L(rji′old))； b)計算校驗和 符號 c)對i，計算 L(rji，new)=sign(L(rji))·φ(L(rji))； d)對i，計算 L(rji，old)＝L(rji，new)，j∈C(vi)； 3)處理剩下的變量節(jié)點。對所有校驗節(jié)點cj∈C(vi)，同時做如下處理 a)對i，計算 φ(L(qij))＝φ(L(Qi，old)-L(rji，old))； b)計算總的校驗和 L(rj)＝L(rji)+φ(qij) 總的符號 sign(L(rj))＝sign(L(rji))·sign(L(qij))； c)對i′∈V(ci)\i，計算 L(rji′,new)=sign(L(qi′j)·sign(L(rj))·φ(L(rj)-φ(L(qi′j))) L(Qi′，new)=L(qi′j)+L(ri′,new)； d)對i′∈V(cj)\i，計算 L(Qi′)＝L(Qi′，new)； 3．硬判決和停止準(zhǔn)則 停止準(zhǔn)則如果或者步驟2循環(huán)次數(shù)k≥kmax，停止，輸出

作為譯碼碼字；否則，返回步驟2。
本發(fā)明與其他同類譯碼方法區(qū)別 1.標(biāo)準(zhǔn)置信度傳播方法的消息在步驟2中，變量節(jié)點的消息同時涌向校驗節(jié)點，然后校驗節(jié)點的消息再同時涌向變量節(jié)點，如圖2中(a)。兩批不同方向的新舊消息不相互混雜。
2.基于校驗節(jié)點串行置信度傳播譯碼方法在步驟2中不重復(fù)地對每個校驗節(jié)點進行處理，在每個校驗節(jié)點連接的變量節(jié)點間消息進行雙向傳遞，如圖2中(b)。新舊消息混雜。
3.基于變量節(jié)點串行置信度傳播譯碼方法在步驟2中依次對變量節(jié)點所連接的所有校驗節(jié)點作處理，校驗節(jié)點對當(dāng)前變量節(jié)點做單向消息傳遞，如圖2中(c)。在部分并行的情況下，對并行的幾個變量節(jié)點做消息雙向傳遞，但新舊消息的混雜程度減小。
4.本發(fā)明的串并行混合置信度傳播譯碼方法，擁有以上譯碼方法的所有優(yōu)點。在步驟2中，遍歷變量節(jié)點，并處理與其連接的所有校驗節(jié)點，在這些校驗節(jié)點連接的所有變量節(jié)點間做消息的雙向傳遞，新舊消息混雜程度相當(dāng)充分，如圖2中(d)。
本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果 1.同傳統(tǒng)的串行，并行以及串并行置信度傳播譯碼方法相比，新舊消息更加混雜，譯碼速度更快，能夠在很低的循環(huán)步驟2的次數(shù)下達到較高的譯碼性能。
2.同傳統(tǒng)的串行，并行以及串并行置信度傳播譯碼方法相比，各種節(jié)點單元間的消息傳遞更加有序，有利于并行實現(xiàn)。
3.同傳統(tǒng)的串行，并行以及串并行置信度傳播譯碼方法相比，通過部分并行，能夠達到與其他譯碼方法相同或接近的譯碼延時。
4.同統(tǒng)計排序譯碼方法相比，本發(fā)明的譯碼方法能夠在線性復(fù)雜度下逼近高復(fù)雜度O(N3)的1階統(tǒng)計排序譯碼方法的性能。
本發(fā)明適用于各種低密度校驗碼和可以使用置信度傳播譯碼的渦輪碼，主要包括 1.MacKay低密度校驗碼。
2.Gallager低密度校驗碼。
3.Progressive Edge Growth低密度校驗碼。
4.Quasi-Cyclic低密度校驗碼。
5.WiMAX(IEEE Std 802.16e)協(xié)議規(guī)定的低密度校驗碼。
6.DVB-S2標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定Quasi-Cyclic碼。
7.現(xiàn)有的可以使用置信度傳播譯碼方法的渦輪碼。



圖1是本發(fā)明中主要譯碼單元的結(jié)構(gòu)圖； 圖2是本發(fā)明與其他譯碼方法的區(qū)別，其中 (a)是標(biāo)準(zhǔn)置信度傳播譯碼； (b)是基于校驗節(jié)點串行置信度傳播譯碼； (c)是基于變量節(jié)點串行置信度傳播譯碼； (d)是本發(fā)明串并行混合置信度傳播譯碼。

具體實施例方式 本發(fā)明串并行混合置信度傳播譯碼方法，通過變量節(jié)點間串行加強了新消息的傳播速度和廣度，獲得了非常好的譯碼性能，在校驗節(jié)點間并行的情況下，獲得理想的譯碼延時，譯碼性能明顯好于標(biāo)準(zhǔn)置信度傳播譯碼方法。具體步驟是在初始化變量節(jié)點的后驗信息后，通過把變量節(jié)點分組，分組間做并行，依次遍歷每組中的變量節(jié)點，選出當(dāng)前遍歷的變量節(jié)點連接的校驗節(jié)點集合，再找出這些校驗節(jié)點集合連接的變量節(jié)點集合，校驗節(jié)點間做并行，先將變量節(jié)點集合中除當(dāng)前遍歷的變量節(jié)點以外的所有變量節(jié)點的消息通過校驗節(jié)點集合傳遞給當(dāng)前遍歷的變量節(jié)點，再將已更新的當(dāng)前遍歷的變量節(jié)點的消息通過校驗節(jié)點集合傳遞給所有其他變量節(jié)點。
參看圖1，譯碼單元包括，位于中間位置的用于依次遍歷的當(dāng)前變量節(jié)點(中間虛線圓圈)，位于當(dāng)前遍歷變量節(jié)點四周的連接當(dāng)前遍歷變量節(jié)點的校驗節(jié)點集合(三個實線方框)，以及位于最外圍的校驗節(jié)點集合連接的其他變量節(jié)點集合(外圍實線圓圈)，消息傳遞方向1(圖中直線旁標(biāo)識為1的箭頭指明的方向，有多個)，消息傳遞方向2(圖中直線旁標(biāo)識為2的箭頭指明的方向，有多個)。
圖2中為主要譯碼單元的結(jié)構(gòu)比較，其中 (a)標(biāo)準(zhǔn)置信度傳播譯碼方法在步驟2中，變量節(jié)點的消息同時涌向校驗節(jié)點，然后校驗節(jié)點的消息再同時涌向變量節(jié)點，如圖2中(a)。兩批不同方向的新舊消息不相互混雜。
(b)基于校驗節(jié)點串行置信度傳播譯碼方法在步驟2中不重復(fù)地對每個校驗節(jié)點進行處理，在每個校驗節(jié)點連接的變量節(jié)點間消息進行雙向傳遞，如圖2中(b)。新舊消息混雜。
(c)基于變量節(jié)點串行置信度傳播譯碼方法在步驟2中依次對變量節(jié)點所連接的所有校驗節(jié)點作處理，校驗節(jié)點對當(dāng)前變量節(jié)點做單向消息傳遞，如圖2中(c)。在增加并行度的情況下，對并行的幾個變量節(jié)點做消息雙向傳遞，但新舊消息的混雜程度減小。
(d)本發(fā)明的串并行混合置信度傳播譯碼方法，擁有以上譯碼方法的所有優(yōu)點。在步驟2中，遍歷變量節(jié)點，并處理與其連接的所有校驗節(jié)點，在這些校驗節(jié)點連接的所有變量節(jié)點間做消息的雙向傳遞，新舊消息混雜程度相當(dāng)充分，如圖2中(d)。串并行混合置信度傳播譯碼方法可用于無線通信系統(tǒng)的串并行混合置信度傳播譯碼。
權(quán)利要求
1.一種提高標(biāo)準(zhǔn)置信度傳播譯碼性能的方法，變量節(jié)點間通過校驗節(jié)點的約束互相傳遞消息，其特征是該方法基于校驗節(jié)點與變量節(jié)點并行與串行混合譯碼，通過變量節(jié)點間串行加強新消息的傳播速度和廣度，達到理想的譯碼性能；利用校驗節(jié)點間并行獲得理想的譯碼延時。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高標(biāo)準(zhǔn)置信度傳播譯碼性能的方法，其特征是按以下步驟
步驟1將變量節(jié)點分組，初始化變量節(jié)點；
步驟2分組間做并行，依次遍歷每組中的變量節(jié)點，對每個遍歷的變量節(jié)點執(zhí)行如下分步驟
a)選出當(dāng)前遍歷變量節(jié)點連接的校驗節(jié)點；
b)找出這些校驗節(jié)點集合連接的變量節(jié)點；
c)校驗節(jié)點間做并行，變量節(jié)點集合中除當(dāng)前遍歷的變量節(jié)點以外的所有變量節(jié)點的消息通過校驗節(jié)點集合傳遞給當(dāng)前遍歷的變量節(jié)點；
d)校驗節(jié)點間做并行，將已更新的當(dāng)前遍歷的變量節(jié)點的消息通過選中的所有的校驗節(jié)點傳遞給所有其他變量節(jié)點；
步驟3對變量節(jié)點的后驗信息值進行硬判決，得到估計碼字，如果估計碼字滿足所有校驗節(jié)點的約束或者循環(huán)步驟2的次數(shù)≥最大次數(shù)，把估計碼字作為最終譯碼碼字輸出；反之，進入步驟2。
全文摘要
本發(fā)明是用于無線通信系統(tǒng)中低密度校驗碼的譯碼方法，尤其是一種提高標(biāo)準(zhǔn)置信度傳播譯碼性能的方法，它是基于校驗節(jié)點與變量節(jié)點并行與串行混合譯碼，在初始化變量節(jié)點的后驗信息后，通過把變量節(jié)點分組，分組并行，依次遍歷每組中的變量節(jié)點，選出當(dāng)前遍歷的變量節(jié)點連接的校驗節(jié)點集合，再找出這些校驗節(jié)點集合連接的變量節(jié)點集合，先將變量節(jié)點集合中除當(dāng)前遍歷的變量節(jié)點以外的所有變量節(jié)點的消息通過校驗節(jié)點集合傳遞給當(dāng)前遍歷的變量節(jié)點，再將已更新的當(dāng)前遍歷的變量節(jié)點的消息通過校驗節(jié)點集合傳遞給所有其他變量節(jié)點。該方法加強了新消息傳播的速度和廣度；利用檢驗節(jié)點間并行達到合理譯碼延時，變量節(jié)點間串行達到理想譯碼性能。
文檔編號H03M13/00GK101202549SQ20071002568
公開日2008年6月18日 申請日期2007年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月14日
發(fā)明者高西奇, 沐 周 申請人:東南大學(xué)