基于LDPC的Turbo結(jié)構(gòu)碼混合級聯(lián)編譯碼方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于信道編碼領(lǐng)域，具體涉及一種新型的以LDPC為分量碼的混合級聯(lián) Turbo結(jié)構(gòu)碼的編、譯碼方法。 (二）
【背景技術(shù)】
[0002] 香農(nóng)定理是信道編碼的基礎(chǔ)理論。該理論指出，在前提為信道傳輸速率R小于等 于信道容量C，采用隨機的邊、譯碼方式，并且在接收端采用最大似然譯碼算法時，編碼長度 足夠長，且譯碼為最佳的最大似然譯碼法，才能使誤碼率接近為零。
[0003] 為了尋找滿足Shannon條件的好碼，人們做出很多努力，研制出級聯(lián)碼、軟判決譯 碼以及多種調(diào)制方式，但上述種種方法的編碼增益最好的也與Shannon理論極限有2~3dB 的差距。
[0004] 上世紀90年代，法國的C. Berrou等人提出了一種新型糾錯碼--Turbo碼，這 是一種采用并行級聯(lián)的方法實現(xiàn)的長碼編碼，首次獲得了接近香農(nóng)定理限的譯碼性能，而 1996年重新發(fā)現(xiàn)的LDPC碼也被證實能夠達到接近香農(nóng)限的性能。
[0005] 然而兩種碼字都有各自缺點，比如Turbo碼有較大的譯碼時延，復雜度高，而LDPC 的缺點是錯誤平層較大，編碼增益有限，是否能夠?qū)煞N碼字相結(jié)合，取長補短，獲得復雜 度與編碼性能的最佳結(jié)合點，一直是信道編碼領(lǐng)域的一個課題。 (三）

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的，是要提出一種既能解決傳統(tǒng)并行Turbo碼的BER隨SNR的增加下 降到一定程度時，會出現(xiàn)的下降緩慢甚至不再降低的誤碼平層（error floor)問題，以及傳 統(tǒng)Turbo的分量碼多采用遞歸系統(tǒng)卷積碼造成的對信噪比要求高，編碼增益低，無法滿足 信道條件差時的應用問題。
[0007] 為此，我們基于Turbo碼的并行結(jié)構(gòu)以及近年來得到廣泛關(guān)注的低密度奇偶校驗 碼，公開了一種新型以LDPC碼作為分量碼的混合級聯(lián)Turbo結(jié)構(gòu)碼的編、譯碼方法。
[0008] 參見圖2。對于這種新型的以LDPC碼作為分量碼的混合級聯(lián)Turbo結(jié)構(gòu)碼的譯碼 過程如下：
[0009] (1)編碼器編碼后的（xs，xlp，x2p)經(jīng)過信道傳輸，接收端接收的數(shù)據(jù) (K，)分別乘以信道置信度Le得到系統(tǒng)信息序列Λ k(cs;I)、校驗信息Λ k(clp; I)、校驗信息Ak(C21V)分布送入LDPC內(nèi)碼譯碼器2和3中，其中Λ k(·)表示碼字符號 或信息符號的概率對數(shù)似然比（LLR)信息；
[0010] (2)當?shù)螖?shù)j = 1，對于LDPC內(nèi)碼譯碼器2,輸入譯碼器2的先驗信息A2Juk)， A3a(Uk)均為0,（k= 1，...，N)，譯碼器2計算輸出軟的邊信息Alk(u;0);將譯碼器的輸 出Alk(u;〇)與系統(tǒng)信息Ak(cs;I)，以及步驟⑷獲得的Λ 3a(uk)，進行求和運算，可以得 至Ij Ale(uk)，其中 Ale(Uk) = Alk(u;0)-A5a(Uk)-Ak(c s;I)，將 Λ le(uk)送入交織器后得至Ij A2a(Uk)用于譯碼器3的譯碼；
[0011] (3)對于譯碼器3,輸入三個變量，分別是校驗信息Ak(C2M)，Λ 2a(Uk)，以及系統(tǒng) 信息Ak(cs;I)經(jīng)過交織器2輸出Λ I〇i)(c(s);I)，譯碼器3的先驗信息Λ 2a(uk)初始為0,將 譯碼器3計算輸出軟的邊信息Λ2Ι〇?) (u ;〇)經(jīng)過解交織器2輸出A2k(u ;〇)，再經(jīng)過解交織 器1輸出A3k(u ;〇)，在通過LDPC外碼譯碼器1譯碼之后，經(jīng)過交織器1輸出A3k(u ;〇)作 為碼字信息送入LDPC內(nèi)碼譯碼器2參與譯碼；
[0012] (4)將譯碼器3的邊信息A2I〇i)(u ;〇)，系統(tǒng)信息Ak(cs;I)經(jīng)過交織器2輸出Λ Ι〇?)(c(s);I)和 Λ 2a(uk)進行求和運算，得至Ij A2e(uk)，其中 A2e(Uk) = A2k(u;0)-AI(k)(c(s); I)-A2a(uk)，當?shù)螖?shù)j小于最大迭代次數(shù)時，將A&(u k)送入解交織器2得到A3a(Uk) 反饋給LDPC內(nèi)碼譯碼器2作為下一次迭代的先驗信息；
[0013] (5)當?shù)螖?shù)j等于最大迭代次數(shù)時，迭代停止，將碼信息Ak (U ;〇)直接硬判決 輸出譯碼信息#。
[0014] 本發(fā)明提出了一種以LDPC碼為分量碼的混合級聯(lián)Turbo結(jié)構(gòu)碼，這種碼首次采用 LDPC作為分量碼，經(jīng)過外碼LDPC編碼器編碼之后，將輸出分為直接輸出，以及相互并聯(lián)且 交織的兩路。通過引入交織，使碼字具有近似隨機的特性，能有效地消除傳統(tǒng)并行級聯(lián)碼的 誤碼平臺，同時LDPC良好的稀疏性既能在低SNR下獲得較好的譯碼性能，又因為每個分量 碼的譯碼模塊的輸入和輸出都為軟信息，該種算法可取得較高的編碼增益。在相同信道環(huán) 境下，這種LDPC碼作為分量碼的混合級聯(lián)Turbo結(jié)構(gòu)較傳統(tǒng)Turbo碼具有更低的誤比特率 和更低的信噪比要求。 (四）
【附圖說明】
[0015] 圖1 :一種新型的基于LDPC的混合型Turbo碼的編碼器；
[0016] 圖2 :-種新型的基于LDPC的混合型Turbo碼的譯碼器。 (五）
【具體實施方式】
[0017] 這種新型的一種以LDPC碼為分量碼的混合級聯(lián)Turbo結(jié)構(gòu)碼與通常的Turbo碼 的編譯碼方法相比，其特征在于經(jīng)過外碼LDPC編碼器編碼之后，通過交織器，沒有直接通 過LDPC內(nèi)碼編碼輸出，而是分成了相互并聯(lián)的兩路，其中一路經(jīng)過LDPC內(nèi)碼編碼器后輸 出，另一路先經(jīng)過交織器再經(jīng)過LDPC內(nèi)碼編碼器后輸出。
[0018] 參見圖1。輸入的系統(tǒng)信息叫經(jīng)過外碼LDPC編碼器1編碼后，將得到的輸出碼字 序列經(jīng)過交織器1后形成序列Xs，之后一路進入內(nèi)碼LDPC編碼器2編碼后，最終產(chǎn)生了校 驗序列xlp。同時系統(tǒng)信息Xs經(jīng)過交織器形成一個新序列傳送到LDPC編碼器3編碼后，產(chǎn) 生了校驗序列x2p;最后系統(tǒng)信息a和新產(chǎn)生的兩個校驗序列組成了新的序列（X % xlp，x2p)， 作為以LDPC碼為分量碼的混合級聯(lián)Turbo結(jié)構(gòu)碼的全部傳輸序列。這就是該以LDPC碼為 分量碼的混合級聯(lián)Turbo結(jié)構(gòu)碼的編碼過程。
[0019] 參見圖2。對于一種新型的基于LDPC的混合型Turbo碼的譯碼器，譯碼過程如下：
[0020] (1)編碼器編碼后的（xs，xlp，x2p)經(jīng)過信道傳輸，接收端接收的數(shù)據(jù) (W，yf，rf )分別乘以信道置信度Le得到系統(tǒng)信息序列λ k(cs;I)、校驗信息Λ k(clp; I)、校驗信息Ak(C21V)分布送入LDPC內(nèi)碼譯碼器2和3中，其中Λ k(·)表示碼字符號 或信息符號的概率對數(shù)似然比（LLR)信息；
[0021] (2)當?shù)螖?shù)j = 1，對于LDPC內(nèi)碼譯碼器2,輸入譯碼器2的先驗信息A2>k)， A3a(Uk)均為0,（k= 1，...，N)，譯碼器2計算輸出軟的邊信息Alk(u;0);將譯碼器的輸 出Alk(u;〇)與系統(tǒng)信息Ak(cs;I)，以及步驟⑷獲得的Λ 3a(uk)，進行求和運算，可以得 至Ij Ale(uk)，其中 Ale(Uk) = Alk(u;0)-A5a(Uk)-Ak(c s;I)，將 Λ le(uk)送入交織器后得至Ij A2a(Uk)用于譯碼器3的譯碼；
[0022] (3)對于譯碼器3,輸入三個變量，分別是校驗信息Ak(C2M)，Λ 2a(Uk)，以及系統(tǒng) 信息Ak(cs;I)經(jīng)過交織器2輸出Λ I〇i)(c(s);I)，譯碼器3的先驗信息Λ 2a(uk)初始為0,將 譯碼器3計算輸出軟的邊信息Λ2Ι〇?) (u ;〇)經(jīng)過解交織器2輸出A2k(u ;〇)，再經(jīng)過解交織 器1輸出A3k(u ;〇)，在通過LDPC外碼譯碼器1譯碼之后，經(jīng)過交織器1輸出A3k(u ;〇)作 為碼字信息送入LDPC內(nèi)碼譯碼器2參與譯碼；
[0023] (4)將譯碼器3的邊信息A2I〇i)(u ;〇)，系統(tǒng)信息Ak(cs;I)經(jīng)過交織器2輸出Λ Ι〇?)(c(s);I)和 Λ 2a(uk)進行求和運算，得至Ij A2e(uk)，其中 A2e(Uk) = A2k(u;0)-AI(k)(c(s); I)-A2a(uk)，當?shù)螖?shù)j小于最大迭代次數(shù)時，將A&(u k)送入解交織器2得到A3a(Uk) 反饋給LDPC內(nèi)碼譯碼器2作為下一次迭代的先驗信息；
[0024] (5)當?shù)螖?shù)j等于最大迭代次數(shù)時，迭代停止，將碼信息Λ k (u ;0)直接硬判決 輸出譯碼信息秦。
[0025] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明。對于本領(lǐng)域的技 術(shù)人員來說，對于本發(fā)明的多種修改將是顯而易見的，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做 的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明保護的范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種新型的LDPC碼作為分量碼的混合級聯(lián)Turbo結(jié)構(gòu)碼，其特征在于它采用了 LDPC作為分量碼，首先經(jīng)過LDPC編碼器外碼編碼，再通過交織器后沒有直接通過LDPC內(nèi)碼 編碼輸出，而是分成了相互并聯(lián)的兩路，其中一路經(jīng)過LDPC內(nèi)碼編碼器后輸出，另一路先 經(jīng)過交織器再經(jīng)過LDPC內(nèi)碼編碼器后輸出。2. -種如權(quán)利要求1所述的新型的LDPC碼作為分量碼的混合級聯(lián)Turbo結(jié)構(gòu)碼的譯 碼方法，對于這種新型的LDPC碼作為分量碼的混合級聯(lián)Turbo結(jié)構(gòu)碼的譯碼器譯碼過程如 下： (1) 編碼器編碼后的（xs，xlp，x2p)經(jīng)過信道傳輸，接收端接收的數(shù)據(jù)（M, 分別乘以信道置信度Le得到系統(tǒng)信息序列Ak(cs;I)、校驗信息Ak(clp;I)、校驗信息Ak(c2、I)分布送入LDPC內(nèi)碼譯碼器2和3中，其中Ak( ?)表示碼字符號或信息符號的 概率對數(shù)似然比（LLR)信息； (2) 當?shù)螖?shù)j= 1，對于LDPC內(nèi)碼譯碼器2,輸入譯碼器2的先驗信息A2Juk),A3a(Uk)均為0,（k= 1，...，N)，譯碼器2計算輸出軟的邊信息Alk(u;0);將譯碼器的輸 出Alk(u;〇)與系統(tǒng)信息Ak(cs;I)，以及步驟⑷獲得的A3a(uk)，進行求和運算，可以得 至IjAle(uk)，其中Ale(Uk) =Alk(u;0)-A5a(Uk)-Ak(cs;I)，將Ale(uk)送入交織器后得至Ij A2a(Uk)用于譯碼器3的譯碼； (3) 對于譯碼器3,輸入三個變量，分別是校驗信息Ak(c2p;I)，A2a(Uk)，以及系統(tǒng)信息 Ak(cs;I)經(jīng)過交織器2輸出Ai(k)(c(s);I)，譯碼器3的先驗信息A2a(uk)初始為0,將譯碼 器3計算輸出軟的邊信息A2I〇i)(u;〇)經(jīng)過解交織器2輸出A2k(u;〇)，再經(jīng)過解交織器1 輸出A3k(u;〇)，在通過LDPC外碼譯碼器1譯碼之后，經(jīng)過交織器1輸出A3k(u;〇)作為碼 字信息送入LDPC內(nèi)碼譯碼器2參與譯碼； (4) 將譯碼器3的邊信息A2I〇i)(u;〇)，系統(tǒng)信息Ak(cs;I)經(jīng)過交織器2輸出AI〇i) (c(s);I)和A2a(uk)進行求和運算，得至IjA2e(Uk)，其中A2e(Uk) =A2k(u;0)-AI(k)(c(s); I)-A2a(uk)，當?shù)螖?shù)j小于最大迭代次數(shù)時，將A2Juk)送入解交織器2得到A3a(Uk) 反饋給LDPC內(nèi)碼譯碼器2作為下一次迭代的先驗信息； (5) 當?shù)螖?shù)j等于最大迭代次數(shù)時，迭代停止，將碼信息Ak(u;0)直接硬判決輸出 譯碼信息i。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型的信道編碼，這是一種基于LDPC的Turbo結(jié)構(gòu)碼混合級聯(lián)編譯碼方法。這種碼首次采用LDPC作為分量碼，經(jīng)過外碼LDPC編碼器編碼之后，通過交織器，分成相互并聯(lián)的兩路，其中一路經(jīng)過LDPC內(nèi)碼編碼器后輸出，另一路先經(jīng)過交織器再經(jīng)過LDPC內(nèi)碼編碼器后輸出。本發(fā)明由于采用了混合級聯(lián)的方式，通過使用LDPC作為分量碼，并采用了交織技術(shù)，使碼字具有近似隨機的特性，既能在低SNR下獲得較好的譯碼性能，又能有效地消除傳統(tǒng)并行級聯(lián)碼的誤碼平臺，考慮到每個分量碼的譯碼模塊的輸入和輸出都為軟信息，該種算法可取得較高的編碼增益。
【IPC分類】H03M13/29
【公開號】CN105227193
【申請?zhí)枴緾N201510633385
【發(fā)明人】張麗佳, 忻向軍, 劉博 , 張琦, 王擁軍, 尹霄麗, 肖飛, 田清華, 李博文, 田鳳
【申請人】北京郵電大學
【公開日】2016年1月6日
【申請日】2015年9月29日