一种卷积码基于逃逸机制的次优译码算法

文档序号:7542739阅读:260来源:国知局
一种卷积码基于逃逸机制的次优译码算法
【专利摘要】本发明提出了一种卷积码基于逃逸机制的次优译码算法,其包括如下步骤:建立(2,1,l)快检卷积码的编码与状态转移;采用复接、相加、去冗余、衰减和幸存路径度量存储器构成的环路完成加比选以及幸存路径度量的衰减和更新操作,从而完成M算法译码器的构建;进行硬判决快检序列的恢复、置信度的评估、快检序列的扩展,建立新的逃逸机制。本发明实现了M算法的全矩阵化,设计了一种单一结构、并行处理的译码器,提出了一种新的逃逸机制,有效抑制了局部最优解,改善了M算法。
【专利说明】一种卷积码基于逃逸机制的次优译码算法
【技术领域】
[0001]本发明涉及卷积码算法,特别涉及一种卷积码基于逃逸机制的次要译码算法。
【背景技术】
[0002]卷积码是差错控制编码的一种,可获得半无限长的线状记忆链,具有优良的距离特性,包括可正交码、快检卷积码、凿孔卷积码、咬尾卷积码、网格编码调制、递归系统卷积码以及计算机搜索得到的随机卷积码等诸多亚类。卷积码的译码算法包括大数逻辑译码、序列译码和Viterbi译码等,其中Viterbi译码算法前人借助栅格图,通过计算局部时间的分支度量获取总体时间的路径度量,可逼近最优译码。从整个时间轴上看,Viterbi算法是分而治之的,但具体到当前时间点,须对所有状态节点的路径进行全局搜索,仍属于穷举模式,导致译码器的计算复杂度与卷积码的约束长度呈指数增长。为了降低复杂度,一些学者提出各种次优译码算法,例如在栅格图上向前搜索时仅保留M条具有较高似然度路径的M算法,以及根据信道条件动态调整M值的自适应维特比算法。M算法及其改进算法仅在格栅图的局部区域进行搜索,一旦搜索过程偏离正确轨道,将会导致陷入局部最优解,虽然M值越小,译码器复杂度越低,但陷入局部最优解的概率会越大,摆脱的耗时会越长,目前围绕如何解决这一矛盾是对M算法的改进研究的热点。
[0003]M算法通过路径度量降排序,择优选择幸存路径,这本身可一定程度降低陷入局部最优解的概率,所以对M算法的改进主要归结为如何快速有效摆脱局部最优解。

【发明内容】

[0004]本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题,特别创新地提出了一种卷积码基于逃逸机制的次优译码算法。
[0005]为了实现本发明的上述目的,本发明提供了一种卷积码基于逃逸机制的次优译码算法,其包括如下步骤:
[0006]S1:快检卷积码编码器的设计,建立(2,1,I)快检卷积码的编码与状态转移;
[0007]S2:译码器由M算法的矩阵实现和逃逸机制的建立过程构成;
[0008]S3:M算法的矩阵实现包含如下步骤:
[0009]a:加比选,路径度量的衰减与更新;
[0010]b:幸存路径保存与更新操作;
[0011]S4:逃逸机制的建立过程包含如下步骤:
[0012]a:进行硬判决快检序列的恢复;
[0013]b:硬判决快检序列的置信度的评估;
[0014]c:进行硬判决快检序列的扩展与注入。
[0015]本发明引入一种快检卷积码,利用各种矩阵模块,给出一种M算法的矩阵实现方案,通过进行硬判决快检序列的恢复、硬判决快检序列置信度的评估以及硬判决快检序列的扩展与注入,建立起一种逃逸机制,加快了 M算法译码器返回正确路径的速度,实现了 M算法的有效改进。
[0016]本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
【专利附图】

【附图说明】
[0017]本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:
[0018]图1是本发明用于卷积码基于逃逸机制的次优译码算法流程图;
[0019]图2是本发明快检卷积码的编码器图;
[0020]图3是本发明采用的状态转移图;
[0021 ] 图4是M算法矩阵译码器图;
[0022]图5是扩展序列数量误码性能的影响图;
[0023]图6是M算法及其改进算法的对比图;
[0024]图7是(2,1,24)快 检卷积码不同m值误比特率与信噪比关系曲线图。
【具体实施方式】
[0025]下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
[0026]本发明公开了一种卷积码基于逃逸机制的次优译码算法,如图1所示,其包括如下步骤:
[0027]S1:快检卷积码编码器的设计,建立(2,1,I)快检卷积码的编码与状态转移;
[0028]S2:译码器由M算法的矩阵实现和逃逸机制的建立过程构成;
[0029]S3:M算法的矩阵实现包含如下步骤:
[0030]a:加比选,路径度量的衰减与更新;
[0031]b:幸存路径保存与更新操作;
[0032]S4:逃逸机制的建立过程包含如下步骤:
[0033]a:进行硬判决快检序列的恢复;
[0034]b:硬判决快检序列的置信度的评估;
[0035]c:进行硬判决快检序列的扩展与注入。
[0036]本发明设计了一种单一结构、并行处理的译码器,实现了 M算法的全矩阵化;提出了一种新的逃逸机制,有效抑制了局部最优解,改善了 M算法。
[0037]本发明采用的(2, 1,I)快检卷积码是一种能够快速获取信息序列的非系统卷积码,其生成多项式矩阵为:
[0038]G(D)= ^
U=。 」⑴
[0039]其中D为延迟算子,gj和hj取值为I或O,且满足如下的约束关系:[0040]
【权利要求】
1.一种卷积码基于逃逸机制的次优译码算法,其特征在于,包括如下步骤: 51:快检卷积码编码器的设计,建立(2,1,I)快检卷积码的编码与状态转移; 52:译码器由M算法的矩阵实现和逃逸机制的建立过程构成; 53:M算法的矩阵实现包含如下步骤: a:加比选,路径度量的衰减与更新; b:幸存路径保存与更新操作; 54:逃逸机制的建立过程包含如下步骤: a:硬判决快检序列的恢复; b:硬判决快检序列的置信度评估; c:硬判决快检序列的扩展与注入。
2.如权利要求1所述的卷积码基于逃逸机制的次优译码算法,其特征在于,该算法基于一种能够快速获取信息序列的(2,1,I)快检卷积码,其生成多项式矩阵为:
3.如权利要求1所述的卷积码基于逃逸机制的次优译码算法,其特征在于,所述的(2,1, I)快检卷积码编码结构中,m(t)为初始信息,移位寄存器包含I个存储单元,其存储的信息随时间逐次右移;G = [I 1]τ是(2,1)偶校验码的生成矩阵。嵌零部分在每个输入码元之前嵌入一个O。第j个寄存器W所保存的信息码元为m(t-j),线性组合器满足多项式
4.如权利要求1所述的卷积码基于逃逸机制的次优译码算法,其特征在于,所述的状态转移中,其中状态的汇接表示当前状态..m(t-l+l)可由前一状态m(t_l)m(t-2)...m(t-l+l)0 或 m(t-l)m(t-2)...m(t-l+l)l 转移而得;状态的分叉表示前一状态 m(t-l)m(t_2)...m(t-l)可转移到当前状态 0m(t-l)m(t_2)...m(t_l+l)或 lm(t_l)m(t_2)...m(t_l+l)。
5.如权利要求1所述的一种卷积码基于逃逸机制的次优译码算法,其特征在于,采用矩阵加法器、矩阵乘法器、降排序、动态选择器、矢量寄存器等具有矩阵处理能力的模块完成M算法矩阵译码器的构建。
6.如权利要求1所述的一种卷积码基于逃逸机制的次优译码算法,其特征在于,所述完成加比选、路径度量的衰减与更新的步骤为: 531:用编码输出的2m个码字构成码阵:
7.如权利要求1所述的一种卷积码基于逃逸机制的次优译码算法,其特征在于,所述幸存路径度量的衰减和更新操作包含步骤为: 537:上一时刻被送入到幸存路径存储器的矩阵为:.
8.如权利要求1所述的一种卷积码基于逃逸机制的次优译码算法,其特征在于,所述硬判决快检序列的恢复过程为: 设连续I个时间点译码器接收到的软信息为[za-jkia-j)],其中j = ο~l-ι,对应硬判决为[c° (t-j) C1U-j)],根据式
9.如权利要求1所述的一种卷积码基于逃逸机制的次优译码算法,其特征在于,所述硬判决快检序列的置信度评估包含如下步骤: .541:权利要求8所得硬判决快检序列M仅提供了单个硬判决快检序列,为防止在有误码时导致注入失败,将其扩展为多个。采用在LDPC置信传播迭代译码中得到广泛应用的核加运算,以其绝对值
10.如权利要求1所述的一种卷积码基于逃逸机制的次优译码算法,其特征在于,所述进行硬判决快检序列的扩展与注入的步骤为: 根据S43中的置信度矩阵对权利要求8的硬判决序列M的P个置信度最低的元素定位(P值由实验确定),再采用chase2规则对定位元素取反,将式M扩展为2P个序列,最后合并为2PX I矩阵,注入到幸存路径存储器,对S37所获矩阵式X(t-l)左下角子矩阵
【文档编号】H03M13/11GK103546168SQ201310507098
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年10月25日 优先权日:2013年10月25日
【发明者】彭万权, 冉晟伊, 熊于菽, 张承畅, 冯文江 申请人:重庆工程职业技术学院
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