專利名稱：迭代解映射解碼方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字信息傳輸技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種迭代解映射解碼方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
數(shù)字通信系統(tǒng)，包括典型的無線移動通信系統(tǒng)和地面數(shù)字廣播系統(tǒng)，其根本任務(wù)之一是實現(xiàn)數(shù)字信息的高效可靠傳輸。利用信道編碼進(jìn)行差錯控制是實現(xiàn)這一根本任務(wù)的有效方法和手段。為了適應(yīng)數(shù)字信息在常見模擬信道環(huán)境下的傳輸需求，信道編碼技術(shù)通常需要與數(shù)字調(diào)制技術(shù)結(jié)合。信道編碼與調(diào)制結(jié)合構(gòu)成的編碼調(diào)制系統(tǒng)，是數(shù)字通信系統(tǒng)發(fā)射端的子系統(tǒng)，也是其核心模塊之一，對應(yīng)的編碼調(diào)制技術(shù)是數(shù)字通信系統(tǒng)的核心技術(shù)。與編碼調(diào)制系統(tǒng)相對應(yīng)，解調(diào)和信道解碼的結(jié)合構(gòu)成數(shù)字通信系統(tǒng)接收端的解調(diào)解碼系統(tǒng)，對應(yīng)的解調(diào)解碼技術(shù)也是數(shù)字通信系統(tǒng)的核心技術(shù)。低密度奇偶校驗(Low-Density Parity-Check7LDPC)碼通常由校驗矩陣H進(jìn)行描述，校驗矩陣H的化零空間即LDPC碼的碼字空間，其主要特點是校驗矩陣具有稀疏性。LDPC碼不僅有逼近香農(nóng)限的優(yōu)異性能，而且解碼復(fù)雜度較低，結(jié)構(gòu)靈活，是近年來信道編碼領(lǐng)域的研究熱點，目前已廣泛應(yīng)用于深空通信、光纖通信、地面及衛(wèi)星數(shù)字電視廣播等領(lǐng)域。LDPC (N, K)碼具有(N_K) XN維的H矩陣，其中，N為碼字長度(簡稱碼長)，K為信息位長度，N-K—般稱作校驗位長度,對應(yīng)碼率為K/N。H矩陣的每一行代表一個校驗方程，在Tanner圖中稱為校驗節(jié)點(Check Node)，共(N_K)個；每一列代表一個信息比特，在Tanner圖中稱為變量節(jié)點(Variable Node)，共N個；H矩陣中的元素I表示其所在行的校驗節(jié)點和所在列的變量節(jié)點之間的連接關(guān)系，在Tanner圖中稱為邊(edge)。

圖1表示傳統(tǒng)的LDPC碼編碼調(diào)制及解調(diào)解碼系統(tǒng)。如圖1所示，在發(fā)射端，輸入信息比特經(jīng)LDPC編碼得到編碼比特，再經(jīng)星座映射(即調(diào)制)得到輸出符號，完成編碼調(diào)制。在接收端，通常采用軟入軟出的星座解映射(即解調(diào)，后文簡稱解映射)和LDPC解碼技術(shù)，此時，比特軟信息通常以對數(shù)似然比(Logarithm Likelihood Ratio, LLR)表示。包含信道狀態(tài)信息的接收符號，經(jīng)解映射得到對應(yīng)的待解碼比特軟信息，再經(jīng)LDPC解碼得到輸出信息比特，完成解調(diào)解碼。LDPC碼迭代解碼過程通?？梢砸暈閮蓚€分量碼解碼器的迭代解碼過程，即內(nèi)碼為一組重復(fù)碼(Repetition Code)、外碼為一組奇偶校驗碼(Parity Check Code)的兩個分量碼解碼器的級聯(lián)，二者之間通過邊的交織(edge interleaving)形成迭代解碼結(jié)構(gòu)，完成LDPC解碼。重復(fù)碼解碼器一般又被稱為變量節(jié)點解碼器(Variable Node Decoder, VND)，奇偶校驗碼解碼器一般又被稱為校驗節(jié)點解碼器(Check Node Decoder, CND)。LDPC解碼算法較多，目前應(yīng)用比較廣泛的是最小和算法(Min-Sum Algorithm)及其改進(jìn)算法。最小和算法作為基于LLR軟信息的置信度傳播算法(Belief Propagation Algorithm)的一種近似簡化算法，雖然在性能上有所損失，但是大大降低了硬件實現(xiàn)復(fù)雜度，因此十分適合工程實現(xiàn)。傳統(tǒng)最小和解碼算法的主要流程可簡單表示為:I)初始化
Znm = Cn(I)2)校驗節(jié)點解碼運算(Check Node Decoding Process，CNDP)，或稱水平運算(HorizontalProcess, HP)
權(quán)利要求
1.一種迭代解映射解碼方法，其特征在于，包括以下步驟: S1:初始化控制單元和包括解映射器、變量節(jié)點解碼器和校驗節(jié)點解碼器在內(nèi)的各運算單元； 52:解映射器達(dá)到啟動條件時，控制單元啟動解碼流程； 53:在控制單元的控制下運行解碼流程，其中所有運算單元中至少部分運算單元并行地執(zhí)行各自的運算； 54:達(dá)到解碼停止條件時，控制單元停止解碼流程，輸出解碼結(jié)果碼字。
2.如權(quán)利要求1所述的迭代解映射解碼方法，其特征在于，所述控制單元控制運算資源在各運算單元之間的動態(tài)分配。
3.如權(quán)利要求1所述的迭代解映射解碼方法，其特征在于，所述步驟S3中包括解映射器、變量節(jié)點解碼器和校驗節(jié)點解碼器在內(nèi)的各運算單元根據(jù)各自的輸入并行地執(zhí)行各自的運算。
4.如權(quán)利要求1所述的迭代解映射解碼方法，其特征在于，所述步驟S3中所述變量節(jié)點解碼器和校驗節(jié)點解碼器串行交替執(zhí)行運算，并且所述解映射器的運算與所述變量節(jié)點解碼器和校驗節(jié)點解碼器串行交替執(zhí)行的運算并行地執(zhí)行。
5.如權(quán)利要求1所述的迭代解映射解碼方法，其特征在于，所述步驟S3中所述變量節(jié)點解碼器和校驗節(jié)點解碼器并行地執(zhí)行各自的運算，并且所述解映射器的運算與所述變量節(jié)點解碼器和校驗節(jié)點解碼器并行執(zhí)行的運算串行地執(zhí)行。
6.如權(quán)利要求1所述的迭代解映射解碼方法，其特征在于，所述步驟S3中所述解映射器的運算包括:由接收符號、信道狀態(tài)信息和解映射先驗信息運算得到解映射外信息，所述解映射外信息通過比特軟信息解交 織后作為第一解碼先驗信息送給所述變量節(jié)點解碼器。
7.如權(quán)利要求1所述的迭代解映射解碼方法，其特征在于，所述步驟S3中所述變量節(jié)點解碼器的運算包括:由第一解碼先驗信息和第二解碼先驗信息運算得到第一解碼外信息和第二解碼外信息，所述第一解碼外信息通過比特軟信息交織后作為解映射先驗信息送給所述解映射器，所述第二解碼外信息通過邊的解交織后作為第三解碼先驗信息送給所述校驗節(jié)點解碼器。
8.如權(quán)利要求1所述的迭代解映射解碼方法，其特征在于，所述步驟S3中所述校驗節(jié)點解碼器的運算包括:由第三解碼先驗信息運算得到第三解碼外信息，所述第三解碼外信息通過邊的交織后作為第二解碼先驗信息送給所述變量節(jié)點解碼器。
9.一種迭代解映射解碼系統(tǒng)，其特征在于，包括: 解映射器，與外部接收機(jī)前級模塊、存儲器和控制單元連接，用于在控制單元的控制下，結(jié)合從前級模塊輸入的信道狀態(tài)信息和從存儲器讀出的解映射先驗信息，對接收符號進(jìn)行軟解映射運算，得到解映射外信息，寫入存儲器； 變量節(jié)點解碼器，與存儲器和控制單元連接，用于在控制單元的控制下，對從存儲器讀出的第一解碼先驗信息和第二解碼先驗信息進(jìn)行變量節(jié)點解碼運算，得到第一解碼外信息、第二解碼外信息和解碼結(jié)果碼字寫入存儲器； 校驗節(jié)點解碼器，與存儲器和控制單元連接，用于在控制單元的控制下，對從存儲器讀出的第三解碼先驗信息進(jìn)行校驗節(jié)點解碼運算，得到第三解碼外信息寫入存儲器；同時，完成解碼校驗，并將結(jié)果反饋給控制單元；控制單元，用于控制各運算單元的啟動和停止，產(chǎn)生存儲器的讀寫控制信號和地址信號，控制解碼流程的啟動及結(jié)束，控制解碼結(jié)果碼字的輸出； 存儲器，用于在控制單元的控制下存儲和輸送對應(yīng)的信息、完成比特軟信息的交織和解交織、邊的交織和解交織功能； 其中，當(dāng)達(dá)到解碼結(jié)束條件時，解碼結(jié)果碼字可以從所述變量節(jié)點解碼器、存儲器和校驗節(jié)點解碼器三者中的任意一個單元輸出。
10.如權(quán)利要求9所述的迭代解映射解碼系統(tǒng)，其特征在于，所述存儲器包括: 解映射外信息存儲器，與解映射器、變量節(jié)點解碼器和控制單元連接，用于存儲從解映射器寫入的解映射外信息，通過控制單元控制解映射外信息存儲器的讀寫控制信號和地址信號，完成比特軟信息解交織的功能，將所述解映射外信息完成所述比特軟信息解交織后作為第一解碼先驗信息送至變量節(jié)點解碼器； 第一解碼外信息存儲器，與解映射器、變量節(jié)點解碼器和控制單元連接，用于存儲從變量節(jié)點解碼器寫入的第一解碼外信息，通過控制單元控制第一解碼外信息存儲器的讀寫控制信號和地址信號，完成比特軟信息交織的功能，將所述第一解碼外信息完成所述比特軟信息交織后作為解映射先驗信息送至解映射器； 第二解碼外信息存儲器，與變量節(jié)點解碼器、校驗節(jié)點解碼器和控制單元連接，用于存儲從變量節(jié)點解碼器寫入的第二解碼外信息和解碼結(jié)果碼字，通過控制單元控制第二解碼外信息存儲器的讀寫控制信號和地址信號，完成邊的解交織的功能，將所述第二解碼外信息完成所述邊的解交織后作為第三解碼先驗信息送至校驗節(jié)點解碼器，并將解碼結(jié)果碼字同時送至校驗節(jié)點解碼器； 第三解碼外信息存儲器，與變量節(jié)點解碼器、校驗節(jié)點解碼器和控制單元連接，用于存儲從校驗節(jié)點解碼器寫入的第三解碼外信息，通過控制單元控制第三解碼外信息存儲器的讀寫控制信號和地址信號，完成邊的交織的功能，將所述第三解碼外信息完成所述邊的交織后作為第二解碼先驗信息送至變量節(jié)點解碼器。
11.如權(quán)利要求9所述的迭代解映射解碼系統(tǒng)，其特征在于，所述存儲器包括: 解映射外信息存儲器，與解映射器、變量節(jié)點解碼器和控制單元連接，用于存儲從解映射器寫入的解映射外信息，通過控制單元控制解映射外信息存儲器的讀寫控制信號和地址信號，完成比特軟信息解交織的功能，將所述解映射外信息完成所述比特軟信息解交織后作為第一解碼先驗信息送至變量節(jié)點解碼器； 第一解碼外信息存儲器，與解映射器、變量節(jié)點解碼器和控制單元連接，用于存儲從變量節(jié)點解碼器寫入的第一解碼外信息，通過控制單元控制第一解碼外信息存儲器的讀寫控制信號和地址信號，完成比特軟信息交織的功能，將所述第一解碼外信息完成所述比特軟信息交織后作為解映射先驗信息送至解映射器； 第二及第三解碼外信息存儲器，與變量節(jié)點解碼器、校驗節(jié)點解碼器和控制單元連接，一方面，在變量節(jié)點解碼器運算而校驗節(jié)點解碼器等待的周期段，用于存儲從變量節(jié)點解碼器寫入的第二解碼外信息和解碼結(jié)果碼字，通過控制單元控制第二及第三解碼外信息存儲器的讀寫控制信號和地址信號，完成邊的解交織的功能，將所述第二解碼外信息完成所述邊的解交織后作為第三解碼先驗信息送至校驗節(jié)點解碼器，并將解碼結(jié)果碼字同時送至校驗節(jié)點解碼器；另一方面，在校驗節(jié)點解碼器運算而變量節(jié)點解碼器等待的周期段，用于存儲從校驗節(jié)點解碼器寫入的第三解碼外信息，通過控制單元控制第二及第三解碼外信息存儲器的讀寫控制信號和地址信號，完成邊的交織的功能，將所述第三解碼外信息完成所述邊的交織后作為第二解碼先驗信息送至變量節(jié)點解碼器。
12.—種獨立解映射解碼系統(tǒng)，其特征在于，包括: 解映射器，與外部接收機(jī)前級模塊、存儲器和控制單元連接，用于在控制單元的控制下，結(jié)合從前級模塊輸入的信道狀態(tài)信息，對接收符號進(jìn)行軟解映射運算，得到解映射外信息，寫入存儲器； 變量節(jié)點解碼器，與存儲器和控制單元連接，用于在控制單元的控制下，對從存儲器讀出的第一解碼先驗信息和第二解碼先驗信息進(jìn)行變量節(jié)點解碼運算，得到第二解碼外信息和解碼結(jié)果碼字寫入存儲器。
校驗節(jié)點解碼器，與存儲器和控制單元連接，用于在控制單元的控制下，對從存儲器讀出的第三解碼先驗信息進(jìn)行校驗節(jié)點解碼運算，得到第三解碼外信息寫入存儲器；同時，完成解碼校驗，并將結(jié)果反饋給控制單元； 控制單元，用于控制各運算單元的啟 動和停止，產(chǎn)生存儲器的讀寫控制信號和地址信號，控制解碼流程的啟動及結(jié)束，控制解碼結(jié)果碼字的輸出； 存儲器，用于在控制單元的控制下存儲和輸送對應(yīng)的信息、完成比特軟信息解交織、邊的交織和解交織功能； 其中，當(dāng)達(dá)到解碼結(jié)束條件時，解碼結(jié)果碼字可以從所述變量節(jié)點解碼器、存儲器和校驗節(jié)點解碼器三者中的任意一個單元輸出。
13.如權(quán)利要求12所述的獨立解映射解碼系統(tǒng)，其特征在于，所述存儲器包括: 解映射外信息存儲器，與解映射器、變量節(jié)點解碼器和控制單元連接，用于存儲從解映射器寫入的解映射外信息，通過控制單元控制解映射外信息存儲器的讀寫控制信號和地址信號，完成比特軟信息解交織的功能，將所述解映射外信息完成所述比特軟信息解交織后作為第一解碼先驗信息送至變量節(jié)點解碼器； 第二解碼外信息存儲器，與變量節(jié)點解碼器、校驗節(jié)點解碼器和控制單元連接，用于存儲從變量節(jié)點解碼器寫入的第二解碼外信息和解碼結(jié)果碼字，通過控制單元控制第二解碼外信息存儲器的讀寫控制信號和地址信號，完成邊的解交織的功能，將所述第二解碼外信息完成所述邊的解交織后作為第三解碼先驗信息送至校驗節(jié)點解碼器，并將解碼結(jié)果碼字同時送至校驗節(jié)點解碼器； 第三解碼外信息存儲器，與變量節(jié)點解碼器、校驗節(jié)點解碼器和控制單元連接，用于存儲從校驗節(jié)點解碼器寫入的第三解碼外信息，通過控制單元控制第三解碼外信息存儲器的讀寫控制信號和地址信號，完成邊的交織的功能，將所述第三解碼外信息完成所述邊的交織后作為第二解碼先驗信息送至變量節(jié)點解碼器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種迭代解映射解碼方法及系統(tǒng)，所述迭代解映射解碼方法包括以下步驟S1初始化控制單元和包括解映射器、變量節(jié)點解碼器和校驗節(jié)點解碼器在內(nèi)的各運算單元；S2解映射器達(dá)到啟動條件時，控制單元啟動解碼流程；S3在控制單元的控制下運行解碼流程，其中所有運算單元中至少部分運算單元并行地執(zhí)行各自的運算；S4達(dá)到解碼停止條件時，控制單元停止解碼流程，輸出解碼結(jié)果碼字。所述迭代解映射解碼系統(tǒng)包括實現(xiàn)上述方法的控制單元、存儲器、解映射器、變量節(jié)點解碼器和校驗節(jié)點解碼器。本發(fā)明解決實際系統(tǒng)面臨的運算效率較低、復(fù)雜度較高以及吞吐能力受限等問題。
文檔編號H04L1/00GK103188035SQ20111045746
公開日2013年7月3日 申請日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者彭克武, 劉在爽, 宋健, 潘長勇, 楊知行 申請人:清華大學(xué)