專利名稱：一種低密度奇偶校驗碼的誤幀率估計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字通信差錯控制編碼領(lǐng)域，尤其涉及ー種低密度奇偶校驗碼的誤幀率估計方法。
背景技術(shù)：
目前，數(shù)字通信中多采用分幀傳輸?shù)姆绞?。誤幀率是信息幀經(jīng)過系統(tǒng)傳輸后發(fā)生錯誤的概率，是數(shù)字通信系統(tǒng)中ー個非常重要的指標，其表征了實際信道的傳輸質(zhì)量，是判斷系統(tǒng)性能的重要依據(jù)，因此準確地估計誤幀率是數(shù)字通信系統(tǒng)設(shè)計與優(yōu)化的基礎(chǔ)。為了降低實際通信系統(tǒng)的誤幀率，糾錯編碼是ー項標準技木。低密度奇偶校驗(LDPC)碼憑借逼近理論極限的性能，低譯碼復雜度以及能夠并行實現(xiàn)等優(yōu)點已經(jīng)在很多通信標準或系統(tǒng)中得到了應用，例如第二代數(shù)字廣播和無線城域網(wǎng)等。LDPC碼的譯碼常采用對數(shù)域置信度傳播譯碼等迭代譯碼算法。迭代譯碼算法的次最優(yōu)性，導致了 LDPC碼在較高信噪比下會出現(xiàn)“錯誤平層”現(xiàn)象。LDPC碼的“錯誤平層”現(xiàn)象是指在信噪比ー錯誤概率曲線的高信噪比區(qū)域，隨著譯碼器輸入信噪比的増加，錯誤概率曲線的下降變得非常緩慢。由于錯誤平層的存在，限制了 LDPC碼在ー些對錯誤概率要求非常低的領(lǐng)域中的應用，例如數(shù)字廣播、高密度存儲或高速光纖通信系統(tǒng)等。到目前為止，還沒有分析工具可以準確地估計出LDPC碼的誤幀率性能，而傳統(tǒng)的蒙特卡洛估計方法，由于需要過長的仿真時間，所以并不適用于LDPC碼錯誤平層區(qū)域的誤幀率估計。因此，一種準確快速的LDPC碼在加性高斯白噪聲(AWGN)信道下的誤幀率估計方法在理論和實際應用中都具有重要意義。通過研究發(fā)現(xiàn)，LDPC碼的誤幀率曲線上的“錯誤平層”現(xiàn)象與LDPC碼結(jié)構(gòu)中的一些易錯的子結(jié)構(gòu)有夫。所謂易錯的子結(jié)構(gòu)就是LDPC碼Tanner圖中導致譯碼器收斂到非傳輸碼字的特定結(jié)構(gòu)，包括在ニ進制擦除信道下的停止集(Stopping Set)、AWGN信道下的陷講集(Trapping Set)和完全吸收集(Fully Absorbing Set)等。陷講集是導致譯碼失敗的錯誤節(jié)點組合，陷阱集的特點是包括多個滿足的校驗節(jié)點，這里滿足的校驗節(jié)點就是與偶數(shù)個錯誤比特相連的校驗節(jié)點。在這類節(jié)點中所有的外在輸出都是不可靠的，其對譯碼器糾正所有的錯誤比特造成困難。而完全吸收集是ー類特殊的陷阱集，其在滿足陷阱集定義的基礎(chǔ)上，還要求每個變量節(jié)點相連的滿足校驗節(jié)點一定嚴格多于不滿足的校驗節(jié)點。下面給出完全吸收集的具體定義，LDPC碼Tanner圖中包括兩類節(jié)點，變量節(jié)點V=Iv1,…，vn}和校驗節(jié)點C=Ic1, ···，cn}。對于任意一個變量節(jié)點子集AeV，定義EAeC和OaqC分別表示與A中偶數(shù)個變量節(jié)點和奇數(shù)個變量節(jié)點相連的校驗節(jié)點集合。定義Ea(v) iEA中與變量節(jié)點V相連的校驗節(jié)點集合，Oa(V)是Oa中與變量節(jié)點V相連的校驗節(jié)點集合。定義(吸收集和完全吸收集)存在一個變量節(jié)點子集Ag V，如果對于所有的V e A，都有
Ea(V) |>Ioa(V) |，那么a就成為ー個吸收集；如果對于所有的VeV，都有Iea(V) >|oa(v) |，那么A就成為ー個完全吸收集。根據(jù)LDPC碼的上述特點，已經(jīng)有一些基于LDPC碼易錯子結(jié)構(gòu)的誤幀率性能估計方法被提出。其中，Richardson利用硬件仿真的方法，通過觀察譯碼錯誤情況，得到了 LDPC碼的主導陷阱集，并利用在主導陷阱集比特上應用均值平移的重點采樣法估計得到了 LDPC碼的誤幀率性能；Cavus等人通過觀察陷阱集的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)陷阱集都是由ー些短環(huán)構(gòu)成，進一歩提出了一種基于最小環(huán)的搜索方法來尋找LDPC碼的主導陷阱集，然后應用相同的重點采樣法估計了誤比特率性能。發(fā)明人在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在以下缺點和不足由于易錯子結(jié)構(gòu)搜索算法的復雜性，現(xiàn)有的基于易錯子結(jié)構(gòu)的估計法都是依靠主導陷阱集或主導吸收集，并沒有考慮其余易錯子結(jié)構(gòu)對誤幀率造成的影響；對于ー些碼字，這可能會導致誤幀率的精度不夠準確；使碼字的使用受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了ー種低密度奇偶校驗碼的誤幀率估計方法，本發(fā)明提高了誤幀率的 精度，并且在同樣的精度下，縮短了仿真時間，詳見下文描述ー種低密度奇偶校驗碼的誤幀率估計方法，所述方法包括以下步驟(I)利用基于分支定界方法的遍歷搜索方法捜索，獲取預設(shè)范圍內(nèi)LDPC碼的多個完全吸收集；(2)將搜索得到的所述多個完全吸收集進行分類；(3)對每類完全吸收集在加性高斯白噪聲信道下分別應用均值平移的重點采樣法，獲取待譯碼碼字；(4)對所述待譯碼碼字進行譯碼，記錄譯碼輸出收斂到完全吸收集的錯誤；(5)通過高斯白噪聲序列的概率密度函數(shù)和偏置后噪聲序列的概率密度函數(shù)獲取權(quán)重函數(shù)Wi ；(6)通過每次仿真中的指示函數(shù)IE(i)和所述權(quán)重函數(shù)Wi獲取收斂于所述完全吸收集的錯誤概率Pis (Aa, b)，通過所述錯誤概率Pis (Aa, b)和這類完全吸收集的個數(shù)N (Aa，b)獲取總的誤幀率性能Pis。所述將搜索得到的所述LDPC碼的多個完全吸收集進行分類的具體方法為I)對得到的第i個LDPC碼完全吸收集統(tǒng)計變量節(jié)點在整個LDPC碼的Tanner圖
中的位置,并加入到集合VM中VM =};其中，Vm1, ···，胃^為變量節(jié)點在Tanner圖中的位置，nv為變量節(jié)點的個數(shù)；2)通過所述集合VM，將LDPC碼對應的校驗矩陣中變量節(jié)點所在列中元素I對應的行數(shù)加入到集合CM中；3)記所述集合CM中出現(xiàn)最多的校驗節(jié)點的次數(shù)為L，記出現(xiàn)次數(shù)為奇數(shù)個的校驗節(jié)點的個數(shù)為η。,記出現(xiàn)次數(shù)為I至L次的校驗節(jié)點的個數(shù)為Ii1至1 ;4)將L，nv，n。，H1至Ik這幾個值都對應相等的完全吸收集歸為ー類。所述對每類完全吸收集在加性高斯白噪聲信道下分別應用均值平移的重點采樣法，獲取待譯碼碼字的具體方法為I)隨機產(chǎn)生一個信息序列，經(jīng)過編碼得到LDPC編碼碼字，再經(jīng)過ニ進制相移鍵控調(diào)制后得到長度為η的發(fā)送序列；2)產(chǎn)生ー個長度為η的序列U，判斷所述發(fā)送序列中完全吸收集中包括的變量節(jié)點位置的取值，如果為1，則令序列u中的對應位11禮為I ;如果為-1，則令序列u中的對應位11W ,—的值為-I,令序列u其余位的值為O ;3)生成長度為η的高斯白噪聲序列，將所述高斯白噪聲序列和所述序列u對應位相減得到偏置后噪聲序列；4)將所述偏置后噪聲序列加到所述發(fā)送序列上，得到所述待譯碼碼字。所述對所述待譯碼碼字進行譯碼，記錄譯碼輸出收斂到完全吸收集的錯誤的具體方法為I)根據(jù)所述待譯碼碼字進行譯碼，觀察輸出碼字，統(tǒng)計錯誤比特數(shù)nb，判斷所述輸出碼字中的完全吸收集比特是否與所述發(fā)送序列中的完全吸收集比特一致，記錄不一致的
數(shù)量ne ；2)如果所述錯誤比特數(shù)nb等于完全吸收集中變量節(jié)點的個數(shù)，且ne等于完全吸收集中變量節(jié)點的個數(shù)，那么，令指示函數(shù)IE(i)=l，如果nb或Iiei與完全吸收集中的變量節(jié)點個數(shù)不一致，那么指示函數(shù)Ie⑴=0 ;重復M次，M為仿真的次數(shù)。所述通過高斯白噪聲序列的概率密度函數(shù)和偏置后噪聲序列的概率密度函數(shù)獲取權(quán)重函數(shù)的具體方法為
權(quán)利要求
1.ー種低密度奇偶校驗碼的誤幀率估計方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟(1)利用基于分支定界方法的遍歷搜索方法捜索，獲取預設(shè)范圍內(nèi)LDPC碼的多個完全吸收集；(2)將搜索得到的所述多個完全吸收集進行分類；(3)對每類完全吸收集在加性高斯白噪聲信道下分別應用均值平移的重點采樣法，獲取待譯碼碼字；(4)對所述待譯碼碼字進行譯碼，記錄譯碼輸出收斂到完全吸收集的錯誤；(5)通過高斯白噪聲序列的概率密度函數(shù)和偏置后噪聲序列的概率密度函數(shù)獲取權(quán)重函數(shù)Wi ；(6)通過每次仿真中的指示函數(shù)Ie(i)和所述權(quán)重函數(shù)Wi獲取收斂于所述完全吸收集的錯誤概率Pis (Aa,b)，通過所述錯誤概率Pis (Aa,b)和這類完全吸收集的個數(shù)N(Aa,b)獲取總的誤幀率性能Pis。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種低密度奇偶校驗碼的誤幀率估計方法，其特征在于，所述將搜索得到的所述多個完全吸收集進行分類的具體方法為1)對得到的第i個LDPC碼完全吸收集統(tǒng)計變量節(jié)點在整個LDPC碼的Tanner圖中的位置，并加入到集合VM中，VM =·[■”…,麗^ ;其中，Vm1,…，《\,為變量節(jié)點在Tanner圖中的位置，nv為變量節(jié)點的個數(shù)；2)通過所述集合VM，將LDPC碼對應的校驗矩陣中變量節(jié)點所在列中元素I對應的行數(shù)加入到集合CM中；3)記所述集合CM中出現(xiàn)最多的校驗節(jié)點的次數(shù)為L，記出現(xiàn)次數(shù)為奇數(shù)個的校驗節(jié)點的個數(shù)為η。,記出現(xiàn)次數(shù)為I至L次的校驗節(jié)點的個數(shù)為Ii1至1 ;4)將L，nv，n。，H1至Ik這幾個值都對應相等的完全吸收集歸為ー類。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ー種低密度奇偶校驗碼的誤幀率估計方法，其特征在于，所述對每類完全吸收集在加性高斯白噪聲信道下分別應用均值平移的重點采樣法，獲取待譯碼碼字的具體方法為O隨機產(chǎn)生一個信息序列，經(jīng)過編碼得到LDPC編碼碼字，再經(jīng)過ニ進制相移鍵控調(diào)制后得到長度為η的發(fā)送序列；2)產(chǎn)生ー個長度為η的序列U，判斷所述發(fā)送序列中完全吸收集中包括的變量節(jié)點位置的取值，如果為1，則令序列u中的對應位11值為I ;如果為-1，則令序列u中的對應位u胃#的值為-I,令序列u其余位的值為O ;3)生成長度為η的高斯白噪聲序列，將所述高斯白噪聲序列和所述序列u對應位相減得到偏置后噪聲序列；4)將所述偏置后噪聲序列加到所述發(fā)送序列上，得到所述待譯碼碼字。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的ー種低密度奇偶校驗碼的誤幀率估計方法，其特征在于，所述對所述待譯碼碼字進行譯碼，記錄譯碼輸出收斂到完全吸收集的錯誤的具體方法為I)根據(jù)所述待譯碼碼字進行譯碼，觀察輸出碼字，統(tǒng)計錯誤比特數(shù)nb，判斷所述輸出碼字中的完全吸收集比特是否與所述發(fā)送序列中的完全吸收集比特一致，記錄不一致的數(shù)量ne ;2)如果所述錯誤比特數(shù)nb等于完全吸收集中變量節(jié)點的個數(shù)，且ne等于完全吸收集中變量節(jié)點的個數(shù)，那么，令指示函數(shù)IE(i)=l，如果nb或Iiei與完全吸收集中的變量節(jié)點個數(shù)不一致，那么指示函數(shù)Ie⑴=O ;重復M次，M為仿真的次數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的ー種低密度奇偶校驗碼的誤幀率估計方法，其特征在干，所述通過高斯白噪聲序列的概率密度函數(shù)和偏置后噪聲序列的概率密度函數(shù)獲取權(quán)重函數(shù)的具體方法為
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的ー種低密度奇偶校驗碼的誤幀率估計方法，其特征在于，所述通過每次仿真中的指示函數(shù)Ie (i)和所述權(quán)重函數(shù)Wi獲取收斂于所述完全吸收集的錯誤概率Pis (Aa,b)，通過所述錯誤概率Pis (Aa,b)和這類完全吸收集的個數(shù)N(Aa,b)獲取總的誤幀率性能Pis的具體方法為1)將每次仿真中的指示函數(shù)IeQ)和權(quán)重函數(shù)Wi相乘再累加最后除以仿真次數(shù)M，獲取收斂于完全吸收集的錯誤概率Pis (Aa,b)；
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低密度奇偶校驗碼的誤幀率估計方法，利用基于分支定界方法的遍歷搜索方法搜索，獲取預設(shè)范圍內(nèi)LDPC碼的多個完全吸收集；將搜索得到的多個完全吸收集進行分類；對每類完全吸收集在加性高斯白噪聲信道下分別應用均值平移的重點采樣法，獲取待譯碼碼字；對待譯碼碼字進行譯碼，記錄譯碼輸出收斂到完全吸收集的錯誤；通過高斯白噪聲序列的概率密度函數(shù)和偏置后噪聲序列的概率密度函數(shù)獲取權(quán)重函數(shù)wi；通過每次仿真中的指示函數(shù)IE(i)和權(quán)重函數(shù)wi獲取收斂于完全吸收集的錯誤概率PIS(Aa，b)，通過錯誤概率PIS(Aa，b)和這類完全吸收集的個數(shù)N(Aa，b)獲取總的誤幀率性能PIS。
文檔編號H03M13/11GK102832950SQ20121028897
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月14日
發(fā)明者陳為剛, 賈啟勝, 楊晉生 申請人:天津大學