一種基于ldpc的信號編解碼方法、及接收端和發(fā)送端的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于LDPC的信號編解碼方法、及發(fā)送端及接收端，所述方法包含：步驟101）將信源編碼后的比特流等分為若干組，每組長度為Kb；步驟102）將Kp個已知導(dǎo)頻比特插入每組中得到待編碼的信息塊，記錄導(dǎo)頻比特在各信息塊中的插入位置并發(fā)送至接收端；步驟103）生成大小為M×N的校驗矩陣H，依據(jù)校驗矩陣H對信息塊進行編碼得到長度為N的碼字；步驟104）從碼字中去除已知的導(dǎo)頻比特，將未知的數(shù)據(jù)比特和校驗比特進行調(diào)制得到發(fā)送符號，將這些符號發(fā)送至接收端；步驟105）在接收端進行與上述步驟相反的操作解碼得出發(fā)送端的發(fā)送信號。本發(fā)明在發(fā)送端插入已知導(dǎo)頻符號提高接收端解碼器性能，克服了解碼器進行消息傳播時，在變量節(jié)點和校驗節(jié)點間存在的誤差傳播現(xiàn)象。
【專利說明】一種基于LDPC的信號編解碼方法、及接收端和發(fā)送端
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，特別涉及信道編碼技術(shù)中的低密度奇偶校驗(LowDensityParity Check, LDPC)碼技術(shù)，具體涉及一種基于LDPC的信號編解碼方法、及接收端和發(fā)送端。
【背景技術(shù)】
[0002]在通信中的信道編碼領(lǐng)域中，低密度奇偶校驗碼(LDPC)碼是最接近Shannon極限的編碼方式之一。它是1962年由Gallager在博士論文中提出的，但是受當(dāng)時技術(shù)水平的限制，未能引起人們的注意。1996年,Mackay和Neal對LDPC碼的重新研究發(fā)現(xiàn),該碼是一種性能接近Shannon限、可以實現(xiàn)的好碼，其性能甚至超過Turbo碼。此后LDPC碼迅速成為編碼領(lǐng)域的熱點。另外的仿真表明，在BPSK調(diào)制下，碼率1/2碼長為IO7的非規(guī)則LDPC碼在AffGN中傳輸，誤碼率(Bit Error Rate，BER)為10-5時的性能距Shannon限僅有0.0045dB,是目前已知最接近Shannon極限的碼。與其他編碼方式相比，LDPC碼有對相關(guān)衰落的衰落速度不敏感；良好的自交織性；譯碼方法簡單；合理構(gòu)造校驗矩陣誤碼平臺較低等特性。
[0003]LDPC碼有很多種譯碼算法，本質(zhì)上大都是基于Tanner圖的消息迭代譯碼算法，其基本思想是:信息節(jié)點向其連接的每一個校驗節(jié)點傳遞所有的已有的消息，包括從其他校驗節(jié)點前一次迭代得到的外部消息和接收的信道消息，使得校驗節(jié)點進行更新；然后由校驗節(jié)點將除接收節(jié)點擁有信息之外的全部外部消息傳向信息節(jié)點，使得信息節(jié)點進行更新，完成一次迭代過程；重復(fù)迭代過程，直到達(dá)到最大迭代次數(shù)或得到正確輸出。
[0004]然而，LDPC譯碼器在迭代中進行消息傳遞時，因為數(shù)據(jù)從有噪的信道中獲得，有可能會傳播錯誤的消息，從而造成誤差傳播現(xiàn)象，最終可能導(dǎo)致比特估計錯誤，因此誤碼率提高。而當(dāng)前對LDPC碼的分析主要集中在LDPC碼本身，如校驗矩陣的構(gòu)造、有效編碼算法、譯碼算法、性能分析及其在實際系統(tǒng)中的應(yīng)用等，而上述相關(guān)措施并沒有對這種問題進行有效的解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于，為克服現(xiàn)有技術(shù)的LDPC譯碼器進行消息傳播時，在變量節(jié)點和校驗節(jié)點間存在的誤差傳播現(xiàn)象，提供一種更為魯棒的實用LDPC碼算法。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于低密度奇偶校驗碼的信號編碼方法，所述方法包含:
[0007]步驟101)將信源編碼后的比特流等分為若干組，每組有固定長度Kb ；
[0008]步驟102)將Kp個已知的導(dǎo)頻比特插入每組中得到待編碼的信息塊，記錄導(dǎo)頻比特在各信息塊中的插入位置并發(fā)送至接收端；
[0009]步驟103)生成大小為MXN的校驗矩陣H，依據(jù)校驗矩陣H對信息塊進行編碼得到長度為N的碼字；
[0010]步驟104)從碼 字中去除已知的導(dǎo)頻比特，將未知的數(shù)據(jù)比特和校驗比特進行調(diào)制得到發(fā)送符號，將這些符號經(jīng)由信道發(fā)送至接收端；
[0011]其中，所述步驟102)具體采用如下方式之一向每組中插入導(dǎo)頻比特:
[0012]連續(xù)方式，即將Kp個導(dǎo)頻比特相鄰放置；
[0013]交織方式，即將Kp個導(dǎo)頻比特等間距插入數(shù)據(jù)比特中；或
[0014]隨機方式，即將Kp個導(dǎo)頻比特隨機插入數(shù)據(jù)比特中。
[0015]本發(fā)明還提供一種基于低密度奇偶校驗碼的信號解碼方法，該解碼方法用于解碼采用上述編碼方法編碼的信號，所述方法包含:進一步包含:
[0016]步驟105-1)接收端首先接收數(shù)據(jù)，其中數(shù)據(jù)包含發(fā)送的已調(diào)制符號和噪聲，在按照固定長度分組后，采用與發(fā)送端相同的策略將與發(fā)送端相同的導(dǎo)頻插入其接收的數(shù)據(jù)中；
[0017]步驟105-2)將包括導(dǎo)頻和接收的未知數(shù)據(jù)在內(nèi)的所有N個數(shù)據(jù)進行后驗似然信息的初始化，然后根據(jù)后驗似然信息對變量節(jié)點從校驗節(jié)點中得到的信息進行初始化；
[0018]步驟105-3)啟動迭代程序:
[0019]首先更新從變量節(jié)點到校驗節(jié)點的消息，消息從與它相連的變量節(jié)點中獲取，然后進行所有變量節(jié)點的消息更新，消息從與它相連的校驗節(jié)點中獲?。?br> [0020]步驟105-4)對接收的未知的比特進行似然比估計和判決，然后將已知的導(dǎo)頻比特插入到判決結(jié)果中，得到所有N個比特的估計￡;
[0021]步驟105-5)如果Hc = O,或者達(dá)到最大迭代次數(shù)，則退出迭代并輸出判決結(jié)果；否則返回步驟105-3)繼續(xù)迭代過程，其中H為LDPC碼的校驗矩陣，當(dāng)解碼輸出的比特估計c無誤時，He = O。
[0022]上述步驟105-2)進一步包含如下步驟:
[0023]首先，
[0024]對導(dǎo)頻的后驗似然信息計算如下:
[0025]對于Kp個導(dǎo)頻有Xi = Yi, i e P，即導(dǎo)頻數(shù)據(jù)的后驗概率等于先驗概率；從而可知當(dāng)導(dǎo)頻為Xi = +1時，后驗似然信息u(i) = In (1/0) = + 00，當(dāng)導(dǎo)頻為Xi = -1時，Ltl⑴=In(0/1) = - c?，其中P為導(dǎo)頻在數(shù)據(jù)塊中的位置；
[0026]對未知數(shù)據(jù)的后驗似然信息的計算如下:
[0027]
==A..，她。

尸O', = —11 Vi)( 0;/+1>% 爐



2σ?
[0028]對N個導(dǎo)頻數(shù)據(jù)和未知數(shù)據(jù)的后驗似然信息計算公式為:
[0029]


+00, /ei5 且.^ =+1

LG(i) = ^ -go, f e 尸且 Xj = -1

IyiIa2, 其他
[0030]其中，Xi表示將比特進行調(diào)制后的符號，Yi表示接收的數(shù)據(jù)，包括發(fā)送符號和噪聲，σ 2表示信道中的噪聲功率；
[0031]然后，對N個變量節(jié)點從校驗節(jié)點中獲取的信息利用上面計算的后驗似然信息進行初始化，具體為:變量節(jié)點i從與它相連的校驗節(jié)點j中得到的似然信息依據(jù)如下公式進行初始化:L(gu) =U(i)，其中i = 1，2，".，Ν，j為與變量節(jié)點i相連的校驗節(jié)點，當(dāng)所有N個變量節(jié)點的似然信息L (gu)用后驗似然信息進行賦值后，就完成了初始化過程。
[0032]上述步驟105-3)進一步包含如下步驟:
[0033]每次迭代中，
[0034]首先，對所有M個校驗節(jié)點進行消息更新，消息從與它相連的變量節(jié)點中獲取，計算如下:
[0035]=
【權(quán)利要求】
1.一種基于低密度奇偶校驗碼的信號編碼方法，所述方法包含: 步驟101)將信源編碼后的比特流等分為若干組，每組有固定長度Kb ； 步驟102)將Kp個已知的導(dǎo)頻比特插入每組中得到待編碼的信息塊，記錄導(dǎo)頻比特在各信息塊中的插入位置并發(fā)送至接收端； 步驟103)生成大小為MXN的校驗矩陣H，依據(jù)校驗矩陣H對信息塊進行編碼得到長度為N的碼字； 步驟104)從碼字中去除已知的導(dǎo)頻比特，將未知的數(shù)據(jù)比特和校驗比特進行調(diào)制得到發(fā)送符號，將這些符號經(jīng)由信道發(fā)送至接收端； 其中，所述步驟102)具體采用如下方式之一向每組中插入導(dǎo)頻比特: 連續(xù)方式，即將Kp個導(dǎo)頻比特相鄰放置； 交織方式，即將Kp個導(dǎo)頻比特等間距插入數(shù)據(jù)比特中；或 隨機方式，即將Kp個導(dǎo)頻比特隨機插入數(shù)據(jù)比特中。
2.一種基于低密度奇偶校驗碼的信號解碼方法，該解碼方法用于解碼采用權(quán)利要求1所述的編碼方法編碼的信號，所述方法包含: 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于低密度奇偶校驗碼的信號編碼方法，其特征在于，所述步驟105)進一步包含: 步驟105-1)接收端首先接收數(shù)據(jù)，其中數(shù)據(jù)包含發(fā)送的已調(diào)制符號和噪聲，在按照固定長度分組后，采用與發(fā)送端相同的策略將與發(fā)送端相同的導(dǎo)頻插入其接收的數(shù)據(jù)中；步驟105-2)將包括導(dǎo)頻和接收的未知數(shù)據(jù)在內(nèi)的所有N個數(shù)據(jù)進行后驗似然信息的初始化，然后根據(jù)后驗似然信息對變量節(jié)點從校驗節(jié)點中得到的信息進行初始化； 步驟105-3)啟動迭代程序: 首先更新從變量節(jié)點到校驗節(jié)點的消息，消息從與它相連的變量節(jié)點中獲取，然后進行所有變量節(jié)點的消息更新，消息從與它相連的校驗節(jié)點中獲取； 步驟105-4)對接收的未知的比特進行似然比估計和判決，然后將已知的導(dǎo)頻比特插入到判決結(jié)果中，得到所有N個比特的估計￡; 步驟105-5)如果Hc = O,或者達(dá)到最大迭代次數(shù)，則退出迭代并輸出判決結(jié)果；否則返回步驟105-3)繼續(xù)迭代過程，其中H為LDPC碼的校驗矩陣，當(dāng)解碼輸出的比特估計￡無誤時，H￡ = 0。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于低密度奇偶校驗碼的信號解碼方法，其特征在于，所述步驟105-2)進一步包含如下步驟: 首先， 對導(dǎo)頻的后驗似然信息計算如下: 對于Kp個導(dǎo)頻有Xi = Yi, i e P，即導(dǎo)頻數(shù)據(jù)的后驗概率等于先驗概率；從而可知當(dāng)導(dǎo)頻為Xi = +1時，后驗似然信息U(i) = In (1/0) = + 00，當(dāng)導(dǎo)頻為Xi = -1時，L0 (i)=In (0/1) =-C?，其中P為導(dǎo)頻在數(shù)據(jù)塊中的位置； 對未知數(shù)據(jù)的后驗似然信息的計算如下:
L (/) = lnf(y.=+1|3--)=1η Ρ<: 2ο~) )=Μ.i = l...,NRiiP

Ρ(χ,.exp( (jj+ )2) σ2



2<τ2對N個導(dǎo)頻數(shù)據(jù)和未知數(shù)據(jù)的后驗似然信息計算公式為:

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于低密度奇偶校驗碼的信號解碼方法，其特征在于，所述步驟105-3)進一步包含如下步驟: 每次迭代中， 首先，對所有M個校驗節(jié)點進行消息更新，消息從與它相連的變量節(jié)點中獲取，計算如下:
5.一種基于低密度奇偶校驗碼的發(fā)送端，該發(fā)送端包含:信源模塊，信源編碼模塊，信道編碼模塊和調(diào)整模塊，其特征在于，所述信道編碼模塊進一步包含: 等分子模塊，用于將信源編碼后的比特流等分為若干組，每組有固定長度Kb ； 導(dǎo)頻比特插入子模塊，用于將Kp個已知的導(dǎo)頻比特插入每組中得到待編碼的信息塊，記錄導(dǎo)頻比特在各信息塊中的插入位置并發(fā)送至接收端； 校驗矩陣生成子模塊，用于生成大小為MXN的校驗矩陣H ； 編碼子模塊，用于依據(jù)校驗矩陣H對信息塊進行編碼得到長度為N的碼字； 調(diào)制子模塊，用于從碼字中去除已知的導(dǎo)頻比特，將未知的數(shù)據(jù)比特和校驗比特進行調(diào)制發(fā)送至接收端。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于低密度奇偶校驗碼的發(fā)送端，其特征在于，所述導(dǎo)頻比特插入子模塊進一步包含: 插入策略選擇單元，用于從連續(xù)、交織和隨機方式中選擇一種插入策略，將導(dǎo)頻比特插入信息塊中； 第一插入子模塊，用于依據(jù)選擇的插入策略將導(dǎo)頻比特插入等分的比特信息中； 插入位置記錄單元，用于記錄導(dǎo)頻比特在信息塊中的位置； 發(fā)送單元，用于將記錄的位置信息發(fā)送至接收端并將插入導(dǎo)頻信息的信息塊發(fā)送至編碼子模塊進行編碼。
7.一種基于低密度奇偶校驗碼的接收端，該接收端包含:解調(diào)模塊，信道解碼模塊，信源解碼模塊，其特征在于，所述信道解碼模塊進一步包含: 第二插入子模塊，用于依據(jù)插入位置記錄單元記錄的位置信息將導(dǎo)頻比特插入接收符號中； 初始化子模塊，用于將接收的所有數(shù)據(jù)的后驗似然信息初始化； 迭代執(zhí)行子模塊，用于啟動如下迭代程序:首先更新從變量節(jié)點到校驗節(jié)點的消息，然后進行所有變量節(jié)點的消息更新，消息從與它相連的校驗節(jié)點中獲取； 估計和判決子模塊，用于對接收的未知的符號進行似然比估計和判決，如果Hc = O，或者達(dá)到最大迭代次數(shù)，則退出迭代并輸出判決結(jié)果；否則返回迭代執(zhí)行子模塊繼續(xù)迭代過程。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于低密度奇偶校驗碼的接收端，其特征在于，所述初始化子模塊進一步包含: 導(dǎo)頻初始化子模塊，用于對已知的導(dǎo)頻進行后驗似然信息的初始化； 未知數(shù)據(jù)初始化子模塊，用于對未知數(shù)據(jù)進行后驗似然信息的初始化； 變量節(jié)點迭代初始化子模塊，用于對變量節(jié)點從與它相連的校驗節(jié)點中獲取的信息進行初始化。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于低密度奇偶校驗碼的接收端，其特征在于，所述迭代執(zhí)行子模塊進一步包含: 校驗節(jié)點更新子模塊，用于校驗節(jié)點從變量節(jié)點中獲取的信息更新； 變量節(jié)點更新子模塊，用于變量節(jié)點從校驗節(jié)點中獲取的信息更新。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于低密度奇偶校驗碼的接收端，其特征在于，所述估計和判決子模塊進一步包含: 軟信息估計子模塊，用于對解碼的信息進行準(zhǔn)確估計； 比特判決子模塊，用于獲取比特估計； 迭代判決子模塊，用于確定是否解碼成功并及時退出迭代。
【文檔編號】H03M13/11GK103973314SQ201310027477
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年1月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月24日
【發(fā)明者】戚肖克, 李宇, 黃海寧 申請人:中國科學(xué)院聲學(xué)研究所