專利名稱：一種低復雜度的動態(tài)異步bp譯碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
發(fā)明屬于LDPC碼譯碼技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種能加速BP譯碼算法收斂的低復雜度動態(tài)異步消息更新策略，即低復雜度的動態(tài)異步BP譯碼方法。
背景技術(shù)：
LDPC碼自1996年再次被發(fā)現(xiàn)以來，其譯碼算法(BP算法)以其實現(xiàn)簡單，譯碼復雜度線性增加等特點，成為了編譯碼領(lǐng)域焦點。BP譯碼算法是一個消息迭代算法,節(jié)點間的消息沿著與LDPC碼相對應(yīng)的Tanner 圖中的邊來回傳遞，其消息傳遞主要包括了橫向計算和縱向計算兩個步驟，其中橫向計算就是校驗節(jié)點Ci到變量節(jié)點 ' 的消息傳遞r^j = 2tanh^ ( Π tanh(aiVj,/2)),
VjiNici )\vj縱向計算就是變量節(jié)點Vi到校驗節(jié)點Cj的消息傳遞h=P'+ Σ vt
CjiNiyi )\cj在BP譯碼算法中，我們最終是要依靠每個變量節(jié)點的最大似然比來做OI判定。每
一個變量節(jié)點都將接收來自信道的先驗概率(a Priori)尺=Infg (pv(0), pv(l)分別表示
傳遞的比特為0和I的概率)，還要接收來自與之相連的每一個校驗節(jié)點傳遞的消息。因此變量節(jié)點Vi的似然比就是所有接收到的消息總和Q' =々 + Σ Rcj,Vi
cj 三Ν、ν BP算法迭代過程在滿足以下條件之一時停止(I)所有的校驗方程都滿足。(2)迭代次數(shù)達到設(shè)定的最大值。BP譯碼算法描述如下I)初始化所有Rc, ν = O ；2)初始化所有= K ；3)對每一個校驗節(jié)點Ci和每一個變量節(jié)點Vj e N(Ci),計算消息GviA ;4)對每一個變量節(jié)點Vj校驗節(jié)點Ci和每一個Ci e N(Vj),計算消息;5)如果算法停止迭代的條件不滿足，那么轉(zhuǎn)到步驟3)，否則結(jié)束譯碼。對于消息迭代算法而言，異步消息更新策略的譯碼收斂速度明顯優(yōu)于同步消息更新策略。而對異步消息更新策略，其消息更新的順序又對譯碼算法收斂性重要影響。BP算法是一個同步消息更新算法，其收斂較慢遠遠不能滿足于許多要求較少迭代次數(shù)的應(yīng)用需要。而已有的動態(tài)異步BP算法雖然有不錯的譯碼性能，但是因為復雜度較高給譯碼帶來不小的負擔。因此，設(shè)計復雜度較低的動態(tài)異步算法就必須提上日程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是設(shè)計了一個低復雜度的動態(tài)異步消息更新策略，加速BP譯碼算法的收斂，使BP算法在很少迭代次數(shù)的情況下，加快譯碼速度，從而提升譯碼性能。為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種低復雜度的動態(tài)異步BP譯碼方法，采用動態(tài)異步消息更新策略以及兩步校驗節(jié)點到變量節(jié)點消息計算的消息傳遞形式，亦即，在信息更新時，根據(jù)變量節(jié)點似然比的最大波動，即最大似然比殘差，定位需要首先更新的變量節(jié)點Vi，對所有ca e N(Vi)產(chǎn)生并傳遞消息，以更新變量節(jié)點Vi的LLR值，這是第一步從校驗節(jié)點到變量節(jié)點消息計算及消息傳遞，其次，更新'a Ae7v(K)，使得消息'a,e#(v;)因為接收來自不同校驗節(jié)點的消息而具有更高的置信度，使這些消息的傳遞能把攜帶的高置信度傳播開去，最后， 更新''因更新后的'攜帶了更多的置信度，而能通過消息 U e 影響更多的變量節(jié)點，從而改變變量節(jié)點LLR值使相應(yīng)比特翻轉(zhuǎn)，達到校正目的，這是第二步從校驗節(jié)點到變量節(jié)點消息計算及消息傳遞。所述的最大似然比殘差為r (mk)，r (mk) = | fk(m)-mk | ^mk e m，其中m表示所有消息，mk和fk(m)分別代表一個變量節(jié)點更新前和更新后的似然比。前述的方法具體實現(xiàn)如下a、初始化所有me,v = O ;b、初始化所有'= Pvi ;c、初始化所有) = mVi= p' ;d、如果有WKOvi )，就找出最大的)，同時設(shè)置&) = O，否則找出最大的)，同時設(shè)置) = O;e、對每一個 ca e N (Vi),計算 ^ ;f、計算變量節(jié)點單位Vi的對數(shù)似然比；g、對每一個Cj e N(Vi),計算wVi,Ci，同時對每一個vb e N(Cj) Xvi計算氣’并計算變量節(jié)點Vb的似然比殘差；h、如果所有校驗方程滿足或是達到設(shè)定的最大迭代次數(shù)，則結(jié)束譯碼，否則返回步驟d。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明利用變量節(jié)點似然比的最大波動簡單直接地定位出需要優(yōu)先更新的變量節(jié)點，然后充分利用相關(guān)的校驗節(jié)點首先更新該變量節(jié)點，進而把更新后的消息再利用這些校驗節(jié)點傳遞給盡可能多的其他變量節(jié)點，希望更多的變量節(jié)點在一個更新過程中得到校正，因此能使算法更快收斂，同時極大提升譯碼性能。


圖I是算法V-RBP的動態(tài)策略示意圖；圖 2 是算法 BP，LBP，EDS-LBP, NW RBP，VC-RBP，IVC-RBP 和 V-RBP 在碼長 576，碼率$ B，至多5次迭代時的FER性能圖；圖3 是在給定 Eb/NQ = 2. 25dB 和 lOOOOOblocks 時，算法 BP，LBP，EDS-LBP，NW RBP, VC-RBP, IVC-RBP和V-RBP在碼長576，碼率-B，至多5次迭代時，每次迭代內(nèi)收斂的block 數(shù)量占總block數(shù)量的百分比示意圖；圖4 是算法 BP，LBP，EDS-LBP, NW RBP，VC-RBP，IVC-RBP 和 V-RBP 在碼長 576，碼率* B，至多5次迭代時的FER性能圖；圖5 是在給定 Eb/NQ = 3. 25dB 和 lOOOOOblocks 時，算法 BP，LBP，EDS-LBP，NW RBP, VC-RBP, IVC-RBP和V-RBP在碼長576，碼率.B，至多5次迭代時，每次迭代內(nèi)收斂的block 數(shù)量占總block數(shù)量的百分比示意圖；圖6 是算法 BP，LBP，EDS-LBP, NW RBP，VC-RBP，IVC-RBP 和 V-RBP 在碼長 2304，碼率$ B，至多5次迭代時的FER性能圖；圖7 是在給定 Eb/NQ = I. 75dB 和 lOOOOOblocks 時，算法 BP，LBP，EDS-LBP，NW RBP, VC-RBP, IVC-RBP和V-RBP在碼長2304，碼率|B，至多5次迭代時，每次迭代內(nèi)收斂的block 數(shù)量占總block數(shù)量的百分比示意圖；圖8 是算法 BP，LBP，EDS-LBP, NW RBP，VC-RBP，IVC-RBP 和 V-RBP 在碼長 2304，碼率.B時，至多5次迭代時的FER性能圖；圖9 是在給定 Eb/NQ = 2. 75dB 和 lOOOOOblocks 時，算法 BP，LBP，EDS-LBP，NW RBP， VC-RBP, IVC-RBP和V-RBP在碼長2304，碼率* B，至多5次迭代時，每次迭代內(nèi)收斂的block 數(shù)量占總block數(shù)量的百分比示意圖；圖 10 是算法 BP, LBP，EDS-LBP, NW RBP，VC-RBP, IVC-RBP 和 V-RBP 在碼長 1152， 碼率|b，并給定信噪比為2. 25dB時的FER性能圖；圖 11 是算法 BP, LBP，EDS-LBP, NW RBP，VC-RBP，IVC-RBP 和 V-RBP 在碼長 1152， 碼率.B，并給定信噪比為3. 25dB時的FER性能圖。
具體實施例方式本發(fā)明是針對LDPC碼的低復雜度動態(tài)異步BP譯碼方法(V-RBP)，該方法中的動態(tài)異步消息更新策略包含了利用變量節(jié)點似然比最大波動的定位方法，和最大程度利用校驗節(jié)點到變量節(jié)點消息計算的消息傳遞形式。設(shè)N(Vi)代表與變量節(jié)點Vi相連的所有校驗節(jié)點，N(Vi) Xcj則表示除去校驗節(jié)點 Cj之外與變量節(jié)點Vi相連的所有校驗節(jié)點A(Ci)代表與校驗節(jié)點(校驗方程)Ci相連的所有變量節(jié)點，N(Ci) \ν」則表示除去變量節(jié)點Vj之外與校驗節(jié)點Ci相連的所有變量節(jié)點?；ハ噙B接的變量節(jié)點和校驗節(jié)點消息函數(shù)可定義為'& =/%( 0 ’mVpCi =/VM(m)，其中m 表示所有消息。信道的先驗概率(aPriori) Pv=\n^^ (pv(0), pv(l)分別表示傳遞的比特
為O和I的概率)。似然比殘差計算公式r (mk) = I |fk(m)-mk| I ^mk e m,其中m表示所有消息，分別代表一個變量節(jié)點更新前和更新后的似然比。一個變量節(jié)點不穩(wěn)定是指該變量節(jié)點在更新前后的比值符號相反。在LDPC碼BP譯碼中，殘差范數(shù)由r(mk) = | fk (m) -mk |給出，如果mk和fk (m)分別帶別代表一個變量節(jié)點更新前后的LLR值，我們稱r(mk)似然比殘差。如果一個變量節(jié)點似然比值更新前后的符號相反，那么r(mk)稱為異號殘差(Reverse Sign Residual),記為RSR(mk)。如果一個變量節(jié)點似然比值更新前后的符號不變，那么Hmk)稱為同號殘差 (Identical Sign Residual),記為 ISR (mk)。我們假設(shè)變量節(jié)點Vi具有最大RSR，該譯碼算法的動態(tài)策略包括如下三個步驟首先，對所有Ca e N(Vi)產(chǎn)生并傳遞消息'^,，目的就是為了更新變量節(jié)點Vi的 LLR 值。其次，更新e#(v;)，這樣的更新使得消息'A，ca e#(v;)因為接收來自不同校驗節(jié)點的消息而具有了更高的置信度，因此這些消息的傳遞能把攜帶的高置信度傳播開去。最后，更新'^，V, e N(ca)\vt,由于更新后的'&攜帶了更多的置信度，因而通過消息《^&% e影響更多的變量節(jié)點，從而改變變量節(jié)點LLR值使相應(yīng)比特翻轉(zhuǎn)， 達到校正的目的。因此能使算法更快收斂，同時極大提升譯碼能力。具體而言，本發(fā)明的算法迭代過程如下a、初始化所有me,v = O ;b、初始化所有wViA =Pvi ;c、初始化所有) = mVi= p' ;d、如果有WKOvi )，就找出最大的)，同時設(shè)置&) = O，否則找出最大的)，同時設(shè)置) = O;e、對每一個 ca e N (Vi),計算 ^ ;f、計算變量節(jié)點Vi的對數(shù)似然比；g、對每一個Cj e N(Vi),計算wVi,Ci，同時對每一個vb e N(Cj) Xvi計算氣’并計算變量節(jié)點Vb的似然比殘差；h、如果所有校驗方程滿足或是達到設(shè)定的最大迭代次數(shù)，則結(jié)束譯碼，否則返回步驟d。在動態(tài)的BP算法的一次迭代過程中，要么校驗節(jié)點到變量節(jié)點的消息計算量與 BP算法相同，要么變量節(jié)點到校驗節(jié)點的消息計算量與BP算法相同，所有的仿真都將嚴格遵守這個規(guī)則。下表給出對此算法一次迭代過程的消息計算量，其中，<和(1。分別表示規(guī)則碼中變量節(jié)點和校驗節(jié)點的度，e表示Tanner圖中邊的數(shù)量，同時有e = dv · N = d。· M 成立，其中N
權(quán)利要求
1.一種低復雜度的動態(tài)異步BP譯碼方法，其特征在于采用動態(tài)異步消息更新策略以及兩步校驗節(jié)點到變量節(jié)點消息計算的消息傳遞形式，亦即，在信息更新時，根據(jù)變量節(jié)點似然比的最大波動，即最大似然比殘差，定位需要首先更新的變量節(jié)點Vi,對所有 Ca G N(Vi)產(chǎn)生并傳遞消息^^,Vi，以更新變量節(jié)點Vi的LLR值,這是第一步從校驗節(jié)點到變量節(jié)點消息計算及消息傳遞，其次，更新使得消息因為接收來自不同校驗節(jié)點的消息而具有更高的置信度，使這些消息的傳遞能把攜帶的高置信度傳播開去，最后，更新，因更新后的'^cae#(v;)攜帶了更多的置信度，而能通過消息'影響更多的變量節(jié)點，從而改變變量節(jié)點LLR值使相應(yīng)比特翻轉(zhuǎn)，達到校正目的，這是第二步從校驗節(jié)點到變量節(jié)點消息計算及消息傳遞。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低復雜度的動態(tài)異步BP譯碼方法，其特征在于所述的最大似然比殘差為r (mk)，r (mk) = | | fk (m) _mk | | , mk G m,其中m表示所有消息，mk和fk (m)分別代表一個變量節(jié)點更新前和更新后的似然比。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低復雜度的動態(tài)異步BP譯碼方法，其特征在于具體實現(xiàn)如下a、初始化所有me,v= 0 ;b、初始化所有';C、初始化所有) = m' = P' ;d、如果有RSRimvi)，就找出最大的RSRimvi)，同時設(shè)置RSR—')= 0，否則找出最大的 ISRim')，同時設(shè)置 ) = 0;e、對每一個ca G N (Vi), TYM-mVi ;f、計算變量節(jié)點單位Vi的對數(shù)似然比；g、對每一個 GN(Vi),計算'&，同時對每一個vb G N(Cj)Xvi計算^%巧’并計算變量節(jié)點Vb的似然比殘差；h、如果所有校驗方程滿足或是達到設(shè)定的最大迭代次數(shù)，則結(jié)束譯碼，否則返回步驟d0
全文摘要
本發(fā)明針對LDPC碼的BP譯碼算法，提出了一種低復雜度的動態(tài)異步消息更新策略，包括了基于變量節(jié)點對數(shù)似然比(LLR)最大波動的簡單直接定位方法和最大程度利用校驗節(jié)點的兩步校驗節(jié)點到變量節(jié)點消息計算的消息傳遞形式，利用了不動點迭代算法誤差估計中控制相鄰兩次計算結(jié)果的差值能控制收斂的原理，選取變量節(jié)點的似然比計算作為迭代函數(shù)，最大程度地利用了校驗節(jié)點的校驗功能。本發(fā)明簡單直接地定位出需要優(yōu)先更新的變量節(jié)點，并能更快地克服LDPC碼字中的陷阱集，從而減少譯碼時所需的迭代次數(shù)，達到使算法快速收斂的目的，同時大大提升譯碼性能。
文檔編號H03M13/11GK102594367SQ201210050958
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月29日
發(fā)明者劉星成, 龔怡 申請人:中山大學