专利名称：低密度校验码迭代译码的提前中止方法
技术领域：
本发明涉及一种通信技术领域的处理方法，具体涉及一种低密度校验码迭代 译码的提前中止方法。
背景技术：
LDPC码(低密度校验码)是1963年Gallager提出的一种编码技术，它可用 作多种通信系统或信息存贮系统的纠错/检错技术。LDPC码的性能逼近香农限， 且译码复杂度较低，译码方法具有并行性，目前许多的无线通信标准都将LDPC 码作为信道编码方案。LDPC码通常采用置信传播方法进行译码，在码字对应的 二分图上迭代进行。在每次迭代中，代表概率的软信息值在信息结点与校验结点 之间交换并得到更新，同时码字硬判决结果得到更新。如果某次迭代的硬判决结 果满足校验方程，则译码收敛到一个合法码字，此时译码过程提前中止。否则译 码过程继续进行，直到达到根据经验预先设置的最大迭代次数。上述方法能够提 前结束可译码字的译码过程。但对于不可译码字，则必须执行很多次不必要的迭 代过程，不利于减少系统功耗。
目前现有技术中，在低密度校验码迭代译码过程中提前中止不可译码字迭代 过程的方法，主要包括两大类基于硬值的方法和基于软值的方法，基于硬值的 方法实施复杂度较低，但中止效果欠佳，并且会在一定程度上影响译码性能；基 于软值的方法能够更好地降低平均迭代次数，同时保证译码性能不会恶化，但是 运算复杂度较高。
经对现有技术文献的检索发现，F. Kienle和N. Wehn在《IEEE 61st Vehicular Technology Conference (电气和电子工程师学会第61届车辆技术会 议)》，2005. Pages: 606—609上t是出白勺"Low complexity stopping criterion for LDPC code decoders (低密度校验码译码器的低复杂度中止准则)"给出了 一种基于软值的LDPC码迭代译码的提前中止方法，该中止方法利用译码过程中 信息结点的后验概率似然比计算信息结点的可靠度值VNR，并根据该可靠度值的
变化情况判定当前迭代类型。当认为译码过程处于不能收敛的情况时，提前中止 迭代过程。其研究结果表明，提前中止不可收敛码字的译码过程能够在低信噪比 时大大降低平均迭代次数，从而节省译码器的功耗。但是该中止方法需要利用信 息结点的后验概率似然比值，计算复杂度较高；并且该方法中需要使用到与信道 特性有关的一个门限值，需要根据各种信道特性进行调整，增加了系统的实施难 度。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提出了一种低密度校验码迭代译码的提前 中止方法，使用译码过程中的外信息计算校验结点可靠度值，并根据该可靠度值 判定译码类型，在某些情况下提前中止迭代过程。本发明的方法更好地降低平均 迭代次数及功耗，实现复杂度较低，并且具有一定的信道鲁棒性。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括如下步骤
步骤一，设置译码过程的最大迭代次数以及可靠度值相对变化的门限值、中 止计数器值的门限值；
步骤二，每次迭代过程中，使用置信传播方法更新校验结点传递给信息结点 软信息值、信息结点的后验概率似然比值、信息结点传递给校验结点的软信息值 以及硬判决结果；
步骤三，在置信传播方法每次迭代过程结束后，判断当前硬判决结果是否满 足校验方程，如果不满足，则根据本次迭代过程中所有校验结点传递给信息结点 的软信息值计算校验结点的可靠度值；如果满足，则译码过程成功并提前中止， 输出此时的硬判决结果；
步骤四，如果歩骤三得到的可靠度值和上次迭代过程可靠度值的相对误差小 于歩骤一设定的门限值，则中止计数器值加l，否则中止计数器值归零；
步骤五，如果中止计数器值大于歩骤一设定的门限值，则中止迭代过程，将 当前硬判决结果作为译码器译码结果输出，否则进入下一次迭代过程，迭代次数 计数器加l，并回到步骤二，如果迭代次数计数器值大于歩骤一设定的最大迭代 次数，则进入歩骤六；
步骤六，如果迭代次数计数器值大于最大迭代次数，译码过程结束，将上一 次迭代的硬判决结果输出。
所述判断当前硬判决结果是否满足校验方程，具体为计算伴随式S二H.HD、其中好为LDPC码的校验矩阵，HD为硬判决结果，如果伴随式
s等于零向量，则说明硬判决结果满足所有的校验方程，译码过程成功并提前中
止，输出此时的硬判决结果HD;否则表明硬判决结果不满足所有的检验方程。 所述更新校验结点传递给信息结点软信息值，具体如下对每个校验结点
首先，根据^|= Z /(|^|)， sgn(A)= H sgn(A)获得校验结点处的总信
然后，对于任意一个与校验结点。相邻的信息结点v,，更新校验结点传递给
信息结点的软信息值， v/eiv(力拟,卜/(ie,卜/(kl))，
sgn(27,) = sgn(^)agn(《)，
其中，^为信息结点传递给校验结点的软信息值，W(y')表示与第y个校验
结点相邻的所有信息结点组成的集合，/(x) = ln^， sgn(x)=/ —n。
所述更新信息结点的概率似然比值及信息结点传递给校验结点软信息值，具
体为
对每个信息结点V/e [l,AH，
首先，计算后验概率似然比值八,=义,+ Z
然后，对于任意一个与信息结点v,相邻的校验结点c,.，更新传递给校验结点 的软信息值A ，对V/ e W(O : & = A,-仏；
对于硬判决结果HD，将其更新为HD,=sgn(A,;);
其中，义,为第/个信息结点的信道输入信息，2,,为校验结点传递给信息结点 的软信息值，表示与第/个信息结点相邻的所有校验结点组成的集合。
所述计算校验结点的可靠度值，具体为可靠度值CNR:艺l2,1，其中，Q
为第y个校验结点的总信息值，M表示校验结点的总数。
所述判断可靠度值和上次迭代过程可靠度值的相对误差是否小于设定的门
限值，具体为判断ICNR —CNR'1〈/l.CNR^'是否成立，其中，义为可靠度值 相对变化的门限值，CNR表示可靠度值，CNR^'表示上一次迭代中的可靠度值。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果本发明采用校验结点可靠度值 来判定当前收敛类型，计算复杂度较低；与现有的迭代译码提前中止方法相比性 能相当或者更好，没有使用与信道特性相关的参数，因而具有一定的信道鲁棒性。
图l是一个LDPC码二分图的结构图。
图2是置信传播方法中校验结点与信息结点信息更新的原理图； 其中(a)为更新校验结点传递给信息结点软信息值的原理图；(b)为更新信 息结点的后验概率似然比值及其传递给校验结点软信息值的原理图。
图3是本发明方法的工作流程图。
图4是本发明方法在加性高斯白噪声(AWGN)信道下与其他方法的性能比较图。
图5是本发明方法在瑞利(Rayleigh)信道下与其他方法的性能比较图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案 为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护 范围不限于下述的实施例。
如图1所示，是采用本实施里方法的一个LDPC码二分图的结构图，即校验 结点与信息结点的连接示意图，信息结点标记为"校验结点标记为c，信息结 点的个数等于码长N，校验结点的个数为M。
本实施例包括如下具体步骤
歩骤一，根据接收比特对数似然比值初始化V/e[l,W]Je[l，M]:^ =义,，其 中N和M分别是LDPC码的码长和校验结点的个数，义,为第/个信息结点的信道输 入信息，设置译码过程的最大迭代次数iter^，初始化迭代次数Iterations;
设置提前中止方法的参数可靠度值相对变化的门限值义和中止计数器值的门限 值P，初始化中止计数器Counter=0，本次及上次迭代校验结点可靠度值CNR与 CNR"'"置为0;
歩骤二，按照置信传播方法依次更新校验结点的总信息值Q，校验结点传
递给信息结点的软信息值Q,，信息结点的后验概率似然比值A,，信息结点传递 给校验结点的软信息值A ，以及信息结点的硬判决结果 HD,Dp叫,…，HDw];
如图2 (a)所示，所述更新校验结点传递给信息结点软信息值Q,，具体如 下对每个校验结点Vj'e :
首先根据lQ卜Z /(|^)，Sgn(2,)= ft sgn(A)计算校验结点处的总信息
一力 一力
值；
然后对于任意一个与校验结点。相邻的信息结点巧，更新传递给信息结点的
软信息值e,,， v,'eiv(y)=/(le」一/(kl))' sgn(e )=sgn(e7)ttgn(巧)'
其中，7V(/)表示与第y个校验结点相邻的所有信息结点组成的集合，
如图2 (b)所示，所述更新信息结点的后验概率似然比值A,及其传递给校 验结点软信息值《、信息结点的硬判决结果，具体为
对每个信息结点V/e [l，iV],首先，计算后验概率似然比值
八,=义,+ Z 然后，对于任意一个与信息结点V,相邻的校验结点C,，更新传
递给校验结点的软信息值A，对VyeW(/):^ =A,-硬判决结果HD更新为HD, = sgn(A,;);
其中A^')表示与第Z个信息结点相邻的所有校验结点组成的集合。
歩骤三，计算伴随式S二H.HD"，其中好为LDPC码的校验矩阵。如果伴随 式S等于零向量，则说明硬判决结果HD满足所有的校验方程，译码过程成功并 提前中止，输出此时的硬判决结果HD;否则进入歩骤四。
歩骤四，计算校验结点可靠度值CNR: CNR = Z|Q|，其中，"为第_/
校验结点的总信息值;
步骤五，如果|CNR -CNRte I <义.CNRte ，则中止计数器Counter加1;否
则中止计数器Counter归零；若中止计数器Counter大于P，则迭代过程失败并 执行提前中止，将本次迭代过程的硬判决结果HD输出；否则转到步骤六。
步骤六，CNRte'=CNR，迭代次数Iteration加1。重复步骤二到步骤五， 直到迭代过程提前中止退出，或者迭代次数Iteration达到iter,。
如图3所示，是本实施例方法低密度校验码一次迭代过程的流程图，与上述 描述的步骤二到六对应。
如图4、 5所示，是以802. lln标准定义的码长1944、码率1/2的LDPC码 为例，采用本实施例方法的具体实施效果。
如图4所示，是在二相移位键控(BPSK)调制的加性高斯白噪声(AWGN)信 道下，802. lln标准定义的码长1944、码率1/2的LDPC码，在不采用迭代中止 方法、采用基于信息结点可靠度值的中止方法(VNR)以及采用本实施例方法(CNR) 时的性能比较。信息更新均基于置信传播方法，最大迭代次数均设为50次。VNR 中止方法中的门限值VNR(#设为4. 0*1944=7776。CNR中止方法中的/1取为0. 01 ，
P设为3。图中的实心点实线表示误比特率(BER)，实心点虚线表示误帧率(FER)， 空心点虚线表示平均迭代次数。本实施例提出的CNR提前中止方法对译码性能 (BER和FER)几乎没有影响。同时，与不采用迭代中止方法时相比，平均迭代 次数在低信噪比时(-l. 0dB到0. 0dB区间)能够降低80%以上，在信噪比为0. 6dB 时能够降低45%左右，在高信噪比时基本一致。CNR方法的平均迭代次数与现有 迭代中止VNR方法接近。
如图5所示，是BPSK调制的瑞利(Rayleigh)信道下，上述同一LDPC码在 不采用迭代中止方法、采用基于信息结点可靠度值的中止方法(VNR)以及采用 本实施例方法(CNR)时的性能比较。信息更新同样均基于置信传播方法，最大 迭代次数均设为50次，提前中止方法的参数与上图相同。本实施例提出的CNR 提前中止方法对译码性能(BER和FER)几f-没有影响。同时，与不采用迭代中 止方法时相比，平均迭代次数在低信噪比时(1. 0dB到2. 0dB区间)能够降低70% 以上，在信噪比为2.6dB时能够降低25y。左右，在高信噪比时基本一致。而现有 的基于信息结点可靠度值的VNR中止方法所需的平均迭代次数比CNR中止方法要 多，信噪比为2. 4dB时甜者的平均迭代次数是后者的1. 6倍。山此可见，CNR中
止方法对信道条件具有一定的鲁棒性。
从计算复杂度角度来看，本实施例的CNR提前中止方法需要M+2次实数运算， 而现有的VNR中止方法则需要N-l次实数运算。由于LDPC码的校验结点的个数 M —定小于信息结点的个数N， CNR中止方法所需的计算复杂度比VNR方法低， 特别是在高码率LDPC码的情况下。例如CNR中止方法作用于一个7/8码率的LDPC 码所需的运算量大约是VNR中止方法的1/8。
权利要求
1、一种低密度校验码迭代译码的提前中止方法，其特征在于，包括如下步骤步骤一，设置译码过程的最大迭代次数以及可靠度值相对变化的门限值、中止计数器值的门限值；步骤二，每次迭代过程中，使用置信传播方法更新校验结点传递给信息结点软信息值、信息结点的后验概率似然比值、信息结点传递给校验结点的软信息值以及硬判决结果；步骤三，在置信传播方法每次迭代过程结束后，判断当前硬判决结果是否满足校验方程，如果不满足，则根据本次迭代过程中所有校验结点传递给信息结点的软信息值计算校验结点的可靠度值；如果满足，则译码过程成功并提前中止，输出此时的硬判决结果；步骤四，如果步骤三得到的可靠度值和上次迭代过程可靠度值的相对误差小于步骤一设定的门限值，则中止计数器值加1，否则中止计数器值归零；步骤五，如果中止计数器值大于步骤一设定的门限值，则中止迭代过程，将当前硬判决结果作为译码器译码结果输出，否则进入下一次迭代过程，迭代次数计数器加1，并回到步骤二，如果迭代次数计数器值大于步骤一设定的最大迭代次数，则进入步骤六；步骤六，如果迭代次数计数器值大于最大迭代次数，译码过程结束，将上一次迭代的硬判决结果输出。
2、 根据权利要求1所述的低密度校验码迭代译码的提前中止方法，其特征 是，所述判断当前硬判决结果是否满足校验方程，具体为计算伴随式 X二〃.HD、其中//为LDPC码的校验矩阵，HD为硬判决结果，如果伴随式 ^等于零向量，则说明硬判决结果满足所有的校验方程，译码过程成功并提前中 止，输出此时的硬判决结果HD;否则表明硬判决结果不满足所有的检验方程。
3、 根据权利要求1所述的低密度校验码迭代译码的提前中止方法，其特征是，所述更新校验结点传递给信息结点软信息值，具体如下对每个校验结点Aj∈[1, M]首先，根据<formula>see original document page 3</formula>获得校验结点处的总信然后，对于任意一个与校验结点。相邻的信息结点v,，更新校验结点传递给 信息结点的软信息值Qji，<formula>see original document page 3</formula>其中，Pij为信息结点传递给校验结点的软信息值，N(j)表示与第j个校验结点相邻的所有信息结点组成的集合，<formula>see original document page 3</formula>， <formula>see original document page 3</formula>。
4、根据权利要求1所述的低密度校验码迭代译码的提前中止方法，其特征 是，所述更新信息结点的概率似然比值及信息结点传递给校验结点软信息值，具 体为对每个信息结点<formula>see original document page 3</formula>首先，计算后验概率似然比值Λ=<formula>see original document page 3</formula>然后，对于任意一个与信息结点vi相邻的校验结点Cj，更新传递给校验结点 的软信息值Pij ，对<formula>see original document page 3</formula>;对于硬判决结果HD，将其更新为HDi=sgn(Λ1);其中,λ1为第/个信息结点的信道输入信息，Qij为校验结点传递给信息结点 的软信息值，N(i)表示与第/个信息结点相邻的所有校验结点组成的集合。
5、根据权利要求1所述的低密度校验码迭代译码的提前中止方法，其特征是，所述计算校验结点的可靠度值，具体为可靠度值<formula>see original document page 3</formula>,其中，Qj为第j个校验结点的总信息值，M表示校验结点的总数。
6、根据权利要求1所述的低密度校验码迭代译码的提前中止方法，其特征 是，所述判断可靠度值和上次迭代过程可靠度值的相对误差是否小于设定的门限 值，具体为判断<formula>see original document page 3</formula>是否成立，其中，义为可靠度值相对变化的门限值，CNR表示可靠度值，CNRlast表示上一次迭代中的可靠度值。
全文摘要
一种信道编码技术领域的低密度校验码迭代译码的提前中止方法，本发明中，在置信传播方法每次迭代过程结束后，如果当前硬判决结果不满足校验方程，则计算校验结点可靠度值，如果该可靠度值和上次迭代过程可靠度值的相对误差小于某个门限值，则中止计数器计数值加1，否则中止计数器值归零，如果中止计数器值大于某个门限值，则中止迭代过程，将当前硬判决结果作为译码器译码结果输出，否则进入下一次迭代过程。本发明采用校验结点可靠度值来判定当前收敛类型，计算复杂度较低；与现有的迭代译码提前中止方法相比性能相当或者更好；没有使用与信道特性相关的参数，因而具有一定的信道鲁棒性。
文档编号H04L1/00GK101345602SQ20081004192
公开日2009年1月14日 申请日期2008年8月21日 优先权日2008年8月21日
发明者晖 俞, 颖 华, 徐友云, 晓 潘, 陈徐薇 申请人:上海交通大学