專利名稱：Ldpc碼固定比特位的編譯碼設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，如無線通信、移動通信、光通信，特別涉及采用 LDPC(LowDensity Parity Check，低密度校驗)碼為信道糾錯碼的通信系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在未來無線通信中，高速和可靠的數(shù)據(jù)傳輸是通信的兩個最基本要求，信道編譯 碼技術(shù)是實現(xiàn)這一目標的重要途徑。LDPC碼具有逼近shannon限的優(yōu)異性能，而且譯碼復 雜度較低，結(jié)構(gòu)設(shè)計、碼參數(shù)選擇靈活，目前，LDPC碼已經(jīng)廣泛應用于深空通信、光纖通信、 衛(wèi)星通信和廣播電視等領(lǐng)域，設(shè)計性能優(yōu)良的LDPC碼以及研究好的低復雜度譯碼方法是 近年來人們研究的熱點問題。本發(fā)明提供了一種降低LDPC碼錯誤平層(error floor)的編、譯碼方法，在信噪 比相對較高的情況下，LDPC碼的誤比特率(BER)達到一定值，此時很多LDPC碼由于陷阱集 (trapping set)的影響，出現(xiàn)了錯誤平層，隨著信噪比的升高其BER不再降低。此時，若利 用仿真找出引起錯誤平層的關(guān)鍵陷阱集比特位置，在確定滿足編碼速率的條件下，固定這 些比特位進行信息傳輸，有了這些固定位確定的軟信息，再利用本發(fā)明的新譯碼算法，使得 譯碼時能跳出陷阱集，從而錯誤平層將被減低或消除，LDPC碼的譯碼性能將大大的提高。目前，LDPC碼譯碼方式主要分為軟判決譯碼與硬判決譯碼兩種，本發(fā)明提供了一 種降低LDPC碼錯誤平層(error floor)的編譯碼方法，本專利方法適合在軟判決譯碼方式 中應用，其中心思想是在LDPC編碼時，固定傳輸信息中的某些比特位，即收發(fā)雙方都確知 某些比特位為0或1 ( 二元LDPC碼)，這些固定比特位的選取旨在打破陷阱集；在譯碼時， 能得到確知位的準確信息，從而改進原有的迭代譯碼算法，以達到降低或消除錯誤平層的 目的；并且有了這些固定位確定的軟信息，譯碼迭代次數(shù)將減少，譯碼速度將加快。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種降低LDPC碼錯誤平層的編、譯碼方法，提供了一種靈活、高效、 低復雜度的編、譯碼方法，該方案能利用較小的帶寬、在不明顯增加系統(tǒng)復雜度的同時能夠 顯著提高系統(tǒng)傳輸性能。在確定滿足編碼速率的條件下，對引起錯誤平層的關(guān)鍵陷阱集比 特位置進行固定，有了這些固定位確定的軟信息，使得譯碼時能跳出陷阱集，從而達到錯誤 平層減低或消除、以提高LDPC碼譯碼性能的目的。以(13299，11285)LDPC碼為例，該碼是由1023X 1023的子矩陣構(gòu)成的準循環(huán)碼， 其仿真性能曲線如圖1示，在3. 8dB開始出現(xiàn)錯誤平層，表1給出了 3. 7dB到3. 9dB的錯誤 比特位置，我們看到3.8dB和3.9dB的錯誤都是由(4，4)陷井集在譯碼中帶來不可糾正的 錯誤而產(chǎn)生，如果能使得譯碼時能跳出(4，4)陷井集，那么錯誤平層是可以降低和消除的， 這是本發(fā)明提出的依據(jù)。表1 (13299，11285)碼的錯誤比特位置
本專利考慮二元LDPC碼，令矩陣H = [hi, j]MXN是LDPC碼的校驗矩陣，LDPC碼的 編碼碼字為C = {ci，c2，. . .，cN}，固定比特位集合為S = {ci1，ci2,···cij,···cip}, ≤ij≤Ncij的 取值固定為“0”(或、的取值固定為“1”)，則本專利的改進編碼方式為 也就是在 的位置即不傳輸信息位也不傳輸校驗位，僅傳輸固定值“0” (或固 定值“1”)。固定比特位集合S由出現(xiàn)概率高的陷阱集位置決定。LDPC碼譯碼方式主要分為軟判決譯碼與硬判決譯碼兩種，本專利提出的方法適合 軟判決譯碼，在軟判決譯碼方式中，和積譯碼算法是理論上性能最優(yōu)的譯碼方法，但其譯碼 復雜度較大，于是，在其基礎(chǔ)上有改進的最小和譯碼算法、Normalized最小和譯碼算法與 Offset最小和譯碼算法，本發(fā)明提出的譯碼過程以Normalized最小和譯碼算法為例，本發(fā) 明提出的譯碼過程描述如下若編碼器輸出的“0”和“1”序列碼字C，經(jīng)BPSK調(diào)制映射為{+1，-1}信號序列X = Ix1, x2，…，xN}通過AWGN信道傳送，的接收向量為r = Ir1, r2，…，rN}，r = Χ+ν，ν為 零均值噪聲向量，其單邊噪聲功率譜密度為Ntj =2σ 2，設(shè)碼率為R，則單位信息比特信噪比 為 設(shè)一個N長LDPC碼的校驗矩陣為H = 0^)ΜΧΝ。令集合M(j) = {i ^ij = 1}表示 信息節(jié)點Xj參加的校驗集，M(j)\i表示M(j)不包含i的子集，N⑴={j ^ij = 1}表示 校驗節(jié)點Zi約束的局部碼元信息集，N(i)\j表示N(i)不包含j的子集，Um為校驗節(jié)點傳 給信息節(jié)點的消息，Vu為信息節(jié)點傳給校驗節(jié)點的消息，譯碼器接收到的軟信息初始值Lj =Yj, 0≤j≤N-l，Y1是乘積因子
第1步初始化(l)t = 0;Imax = MaX(MaX為設(shè)定的譯碼最大迭代次數(shù))；(2)對滿足Iii,」=1 :0≤i≤M-I，0≤j≤N-I的每對(i，j)所對應的j，若j e S， 則令
(2)否則，令V^=Lj :0< j<N-l ；(3)第2步校驗節(jié)點更新對i = 0，1，· · ·，M-I，分別做
(5)第3步信息節(jié)點更新對每一個j = 0，1，· · ·，Ν-1，若 j e S，則令
(6)否則，令
(7)第4步進行判決，獲得本次迭代的譯碼碼字
對 j = 0，1，· · ·，N-I，分別做若j G S，則令
(8)否則，令 進行判決
(l0)第5步判斷譯碼是否正確(1)判斷χΗτ = 0是否成立，若成立，譯碼結(jié)束，輸出碼字X，否則進行下一步；(2)判斷t > Ifflax是否成立，若成立，譯碼結(jié)束，輸出此時的χ作為碼字，否則進行 下一步；(3) t — t+Ι，轉(zhuǎn)入第2步，進入下一輪迭代。其中ν·為固定比特位的最大軟信息值。
本發(fā)明的有益效果還是以(13299，11285)LDPC碼為例，(13299，11285)LDPC碼為26個 1023X 1023 的
子矩陣構(gòu)成的準循環(huán)碼，其校驗矩陣可表示為 其中Hiij是1023X 1023的子矩陣。圖表1給出了兩類陷阱集，其雙向圖如圖2所 示，并且仿真實驗證明當十比特向量
j+373，Vj+426，Vj+518，Vj+813，Vj+1089，Vj+1319，Vj+1356，
VJ+1531中有五比特位于Hlij，而另外五比特位于H2,」時，Ci,，Ci+2191 ‘ ···，Ci+4237' · ，Ci+10230 為出現(xiàn)概率最高的陷阱集，十比特向量Vj，VJ+92，VVJ+1953也有相同的特性。因此我們用(13299，11285) LDPC碼陷阱集的這個特性來構(gòu)造固定 比特位集合S，運用本專利提出的改進Normalized最小和譯碼算法對(13299，11284)進行 了仿真，并與原有Normalized最小和譯碼算法進行了比較，其性能曲線如圖3所示。由圖 3可知，改進的算法較之原譯碼算法在低信噪比處，BER和FER都有很大的改善，獲得了更好 的譯碼性能。


圖1是(13299，11285)碼的仿真性能曲線。該碼是由1023X 1023的子矩陣構(gòu)成 的準循環(huán)碼，其仿真性能曲線如圖1示，在3. SdB開始出現(xiàn)錯誤平層，圖2是兩類陷阱集的雙向圖。圖3是(13299，11285) LDPC碼兩種譯碼仿真結(jié)果，改進的算法較之原譯碼算法在 低信噪比處，BER和FER都有很大的改善，獲得了更好的譯碼性能。
具體實施例方式若編碼器輸出的“0”和“1”序列碼字C，經(jīng)BPSK調(diào)制映射為{+1，-1}信號序列X = Ix1, x2，…，xN}通過AWGN信道傳送，的接收向量為r = Ir1, r2，…，rN}，r = Χ+ν，ν為 零均值噪聲向量，其單邊噪聲功率譜密度為
，設(shè)碼率為R，則單位信息比特信噪比 為 設(shè)一個N長LDPC碼的校驗矩陣為H = Qiij) ΜΧΝ。令集合M(j) = {i ^ij = 1}表示 信息節(jié)點Xj參加的校驗集，M(j)\i表示M(j)不包含i的子集，N⑴={j ^ij = 1}表示 校驗節(jié)點Zi約束的局部碼元信息集，N(i)\j表示N(i)不包含j的子集，Um為校驗節(jié)點傳 給信息節(jié)點的消息，Vu為信息節(jié)點傳給校驗節(jié)點的消息，譯碼器接收到的軟信息初始值Lj =Yj, 0彡j彡N-l，Y1是乘積因子第1步初始化(l)t = 0;Imax = MaX(MaX為設(shè)定的譯碼最大迭代次數(shù))；(2)對滿足Iii,」=1 :0≤i≤M-I，0≤j≤N-I的每對(i，j)所對應的j，若j e S， 則令
(2)否則，令
vj(t)=Lj:0≤j≤N-1(3)第2步校驗節(jié)點更新對i = 0，1，· · ·，M-I，分別做 第3步信息節(jié)點更新對每一個j = 0，1，· · ·，N-1，若 j e S，則令
(6)否則，令 第4步進行判決，獲得本次迭代的譯碼碼字對j = 0，1，· · ·，N-I，分別做若j G S，則令 否則，令 進行判決 第5步判斷譯碼是否正確(1)判斷xHT = 0是否成立，若成立，譯碼結(jié)束，輸出碼字X，否則進行下一步；(2)判斷t > Ifflax是否成立，若成立，譯碼結(jié)束，輸出此時的Χ作為碼字，否則進行 下一步；(3) t — t+Ι，轉(zhuǎn)入第2步，進入下一輪迭代。其中Vsure為固定比特位的最大軟信息值。
權(quán)利要求
提供了一種降低LDPC碼錯誤平層的編、譯碼方法。該方法包含以下步驟在確定滿足編碼速率的條件下，固定引起錯誤平層的關(guān)鍵陷阱集比特位置進行信息傳輸，即收發(fā)雙方都確知某些比特位為0或1(二元LDPC碼)；在譯碼時，固定比特位置軟信息采用確定值，而不是信道輸入值進行譯碼。
2.該編、譯碼方法適合在軟判決譯碼方式中應用，該編、譯碼方法中固定比特位置集合 的選取是由高概率出現(xiàn)的關(guān)鍵陷阱集來確定。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種降低LDPC碼錯誤平層的編、譯碼方法，提供了一種靈活、高效、低復雜度的編、譯碼方法，該方案能利用較小的帶寬、在不明顯增加系統(tǒng)復雜度的同時能夠顯著提高系統(tǒng)傳輸性能，易于實現(xiàn)。在LDPC碼出現(xiàn)錯誤平層的信噪比下，利用仿真找出引起錯誤平層的關(guān)鍵陷阱集比特位置，在確定滿足編碼速率的條件下，固定這些比特位進行信息傳輸，有了這些固定位確定的軟信息，再利用更新譯碼算法，使得譯碼時能跳出陷阱集，從而達到錯誤平層減低或消除、以提高LDPC碼譯碼性能的目的。本發(fā)明是基于LDPC碼的軟判決譯碼算法。其中心思想是在LDPC編碼時，固定傳輸信息中的某些比特位，即收發(fā)雙方都確知某些比特位為0或1(二元LDPC碼)，這些固定比特位的選取旨在打破陷阱集；在譯碼時，能得到確知位的準確信息，從而改進原有的迭代譯碼算法，以達到降低或消除錯誤平層的目的；并且有了這些固定位確定的軟信息，譯碼迭代次數(shù)將減少，譯碼速度將加快。
文檔編號H04L1/00GK101873197SQ20101019938
公開日2010年10月27日 申請日期2010年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月12日
發(fā)明者周亮, 徐芬, 文紅, 趙乾, 黃辰 申請人:電子科技大學