基于比特翻转的ldpc码局部搜索译码方法
【专利摘要】本发明公开了基于比特翻转的LDPC码局部搜索译码方法，主要解决现有比特翻转类算法纠错性能差、和积算法硬件实现复杂的问题。其技术方案是将线性规划译码模型和奇偶校验结合形成新的译码模型进行：（1)初始化译码参数；(2)依次同时翻转多个变量节点，通过减少目标函数值搜索距离接收消息最近的码字；(3)依据校正子向量判断译码是否结束；(4)依次翻转一个变量节点的值，通过减少校正子向量中非零元素个数搜索有效码字；(5)构造多个初始解向量循环执行比特翻转搜索码字；(6)若校正子向量为零向量则将解向量输出作为译出码字。本发明纠错性能好、收敛速度快、硬件实现复杂度低，能显著地提高二元对称信道下通信系统译码模块的效率，可用于通信【技术领域】。
【专利说明】基于比特翻转的LDPC码局部搜索译码方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于通信【技术领域】，特别涉及一种对低密度奇偶校验LDPC码的译码方法， 可用于光纤通信、磁存储、卫星数字视频和声频广播领域。
【背景技术】
[0002] 低密度奇偶校验码LDPC是由Gallager提出的一类具有稀疏校验矩阵的线性分组 码，它具有描述实现简单、逼近香农限、易于理论分析、译码方法多样且可实行并行操作等 优点。LDPC码可用在包括光纤通信、卫星数字视频、数字水印、磁/光/全息存储、移动无线 通信、电缆调制解调器等在内的多个领域，是近年纠错码领域的研究热点。
[0003] 目前LDPC码的译码方法主要可分为两种，一种是硬判决译码方法，如比特翻转类 算法，另外一种是软判决译码方法，如线性规划译码、和积算法。其中现有的比特翻转类算 法译码速度快，译码方法简单，但是纠错性能较差，不能满足实际中很多系统的要求。软判 决中的线性规划译码方法是先将最大似然译码问题构造为整数规划数学模型，然后再将其 中的整数约束松弛后转化为较易求解的线性规划问题实现译码。线性规划译码具有易于数 学分析、具有最大似然认证特性等优点，但随着码长增加，所对应的线性规划数学模型的约 束个数和可行解搜索空间急剧增大，导致译码时间显著增加。和积译码方法虽然有优良的 纠错性能，但用硬件实现起来却复杂度过高。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于对上述已有技术的不足，提出一种基于比特翻转的LDPC码局 部搜索译码方法，可应用于二元对称BSC信道以减小译码迭代中的时间复杂度，提高译码 效率。
[0005] 为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：基于比特翻转的LDPC码局部搜索译 码方法，在原有译码技术的基础上，通过在译码中缩小码字搜索范围，引入新的信息位翻转 函数，并行翻转多个信息位，构建多个译码初始解向量，从而有效的减少了译码迭代次数， 提高了译码方法的纠错性能和速度。其具体步骤包括如下： (1) 译码初始化： la) 对码长为η的二进制LDPC码G在二元对称BSC信道下，依据接收消息向量r通过 分段函数
【权利要求】
1.基于比特翻转的LDPC码局部搜索译码方法，其特征在于：包括如下步骤： 译码初始化： la) 对码长为η的二进制LDPC码G在二元对称BSC信道下，依据接收消息向量r通过 分段函数
获得系数向量
其中，表示接收消息向
量r的第i位，集合I是LDPC码变量节点索引集； lb) 通过在BSC信道上传输足够样本的已知码字，获得受噪声污染后信息的最大翻转 位数
其中
为BSC信道转移概率，由
和码长η得到惩罚常数
lc) 构建译码数学模型的目标函数为：
其中，解向量
为所求的发送码字，集合J为LDPC码的校验节点索引 集，
为LDPC码奇偶校验矩阵Η的第j行与向量f乘积，其中向量f为解向量X的转 置； 用接收消息向量r作为解向量的初始值x=r，计算校正子向量
判断校正子 向量h是否为零向量，若为零向量，则输出解向量X为译出码字，译码终止； 同时翻转多位搜索距离接收消息向量r最近的码字： 3a)依据解向量X和接收消息向量r计算汉明距离变量初始值*
其中符合e为与或位运算，设目标函数的初始值为
，校正子向量初始值为
，设目标 函数最小值
辅助解向量
3b)设置翻转变量节点集合S为空集，对所有的变量节点
，分别计 算翻转解向量X中一位X后所对应的翻转函数值； 3c)设全部变量节点
的翻转函数值中最小的为
如果
大于或等于
则置集合S为空集，并转至步骤（4)执行，如果
小于，
则将所 有
中对应翻转函数值为
的变量节点加入到集合S中，设集合为
3d)依次对解向量X翻转下列集合中的变量节点
，计算并行翻转多位后的翻转函数值，设并行翻转集合S中的t个变量节点 时，即翻转变量节点集
后翻转函数达到最小值，
不再减小，更新目标函 数值初始值
和
3e)对解向量X翻转集合
中的变量节点得到临时解向量
更新校正 子向量
3f)计算临时汉明距离$
，其中
表示取标量
的绝对值，更新解向量
和汉明距离变量
并判断汉明距离变量
是否大于 最大翻转位数
若是则转到步骤（4)执行； 3g)若目标函数最小值，
小于最大翻转比特数
则输出解向量X作为译码输出码 字，译码终止，否则转到步骤（3b)执行； 判断校正子向量
是否为全零向量，如果h为全零向量则输出解向量X为译出 码字，译码终止； 依次翻转一位搜索距离接收消息向量r最近的码字： 5a)为解向量赋初始值
计算汉明距离变量初始值
依据奇偶校验矩阵Η和解向量X计算校正子向量
并统计校 正子向量h中非零元素的个数为1^-; 5b)对所有的变量节点
依次翻转解向量X第i个元素变量节点
依据
计算翻转
后校正子向量中非零元素的个数，其中
为校正 子向量的第j位，
是所有校验变量节点i的校验节点集合； 5c)对所有的
设翻转一位后所对应的校正子向量中非零元素个数
的最小值为
，对应的变量节点索引为
若
大于或等于
则转至步骤（6)执 行，若
小于
则翻转解向量X的变量节点
的值，设翻转后临时解向量为
5d) 更新校正子向量为
计算临时汉明距离
，更新解向量
和汉明距离变量
判断汉明 距离变量
是否大于最大翻转位数
若是则转至步骤（6)执行，若否转至步骤（5b)执 行； 判断校正子向量
是否为全零向量，如果h为全零则输出解向量X为码字， 译码终止； 构建初始解向量集合： 7a)依据接收消息向量r计算目标函数初始值
计算校正子向量
设集合D为 空集； 7b)对所有的
，依次翻转接收消息向量r的第i个元素后计算翻
转函数的值，如果某个翻转函数值小于
则将对应的变量节点序号加入集合D ; 7c)令解向量X为接收消息向量x=r，依次翻转集合D中对应变量节点的值作为初始解 向量转到步骤（3)执行； 7d)设集合D的元素个数为
若
的值小于码长n，令解向量X为接收消息 向量x=r，再依次翻转集合D中任意两个变量节点的值并作为初始解向量转到步骤（3)执 行； 判断校正子向量
是否为全零向量，如果h为全零则输出解向量X为码字， 译码终止。
2.根据权利要求1所述的基于比特翻转的LDPC码局部搜索译码方法，其特征在于：所 述的步骤（3b)、步骤（3d)和步骤（7b)中所用的翻转函数为：
其中，
是由初始解向量X计算得到的目标函数初始值，
为系数向量第i个元素
的值，
为所有校验变量节点i的校验节点索引集，I是LDPC码变量节点索引集，P为惩罚 常数，
为校正子向量h中的第j个元素。
【文档编号】H03M13/11GK104218955SQ201410506541
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年9月28日 优先权日:2014年9月28日
【发明者】范庆辉, 张乐, 郑林涛, 俞卫华, 周立鹏, 陈永刚 申请人:河南科技大学