基于环路消除的混合加权比特翻转的ldpc译码方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及LDPC译码领域，特别设及基于环路消除的混合加权比特翻转的LDPC译 码方法。
【背景技术】
[0002] LDPC码，即低密度奇偶校验码化OW-Density Parit厂Check)最早在20世纪60年代 由Gallager在其博±论文中提出，是一种基于稀疏校验矩阵定义的线性分组码。由于具有 逼近化annon限的优异性能，且具有硬件可实现的编译码复杂度，结构设计、码参数选择灵 活。目前，LDPC码已经广泛应用于卫星通信、光线通信和深空通信等领域。LDPC码已被下一 代卫星数字视频广播标准DVB-S2采纳，并成为第四代通信系统(4G)纠错码方案强有力的竞 争者。
[0003] 目前LDPC译码方法分为S类:硬判决译码，软判决译码和混合译码。硬判决译码硬 件实现简单，译码速度快，但性能较差，硬判决译码方法有比特翻转(bit-flipping, BF)算 法；软判决译码硬件实现困难，译码速度较慢，但性能最好，软判决译码方法有置信传播 (belief propagation,BP)算法等;而混合译码即是一种硬判决中加入软信息的方法，能在 译码性能、复杂度和译码速度=者之间取得较好的折中，因此备受关注。混合译码方法有加 权比特翻转(wei曲ted BF，WB巧系列算法等代表算法。
[0004] 加权比特翻转算法也经历了一个不断发展的过程，近年来提出的加权比特翻转算 法主要有W下几种：modified weighted bit-flipping(M-WBF) ,low complexity weighted bit-fIipping(LC-WBF),reliability ratio based weighted bit-flipping (RR-WBF)，fast modified weighted bit-fIipping(FM-WBF), improved modified wei曲ted bit-fIipping(IM-WBF)等;然而上述的算法性能上与软判决译码方法相比仍有 较大差距，算法适用的码的类型也有比较大的限制，同时，运些算法在译码速度和复杂度上 也有很大的改进空间。因此，迫切需要一种性能更佳，适用性更强，收敛速度更快，复杂度不 高的加权比特翻转方法。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于环路消除的混合加 权比特翻转化OOP-化eak based Mixed Wei曲ted Bit-Fli卵ing，LB-MWBF)的LDPC译码方 法。该方法通过两个现有的加权比特翻转算法的混合，达到了比现有加权比特翻转算法性 能更佳，平均迭代次数更小，对长短码、正则码非正则码都有较好的效果，同时不增加算法 复杂度。该算法基于校验矩阵的环路在不同译码算法中对译码效果的影响不同，采用两种 译码算法来回切换的方法消除迭代过程中某个比特被反复翻转的现象W提高译码成功率， 其中一种算法作为主算法，另外一种算法作为辅算法，从而在复杂度基本不变的情况下，该 算法较现有的其他加权比特翻转算法提升了 0.8~1.2地的编码增益，适用于长、短码，正则 码与非正则码。
[0006] 本发明的目的通过W下的技术方案实现：
[0007] 基于环路消除的混合加权比特翻转的LDPC译码方法，选取两个现有的加权比特翻 转算法进行混合，所述的主算法采用现有加权比特翻转算法中性能较佳的算法，其作用是 进行码字硬判决后的初始译码和消除辅算法因环路所产生的反复错误翻转现象。所述的辅 算法选取性能次佳的算法，其作用是消除主算法因环路产生的反复错误翻转现象。译码过 程中译码器首先对接收到的码字进行硬判决，得到判决后的码字序列作为译码的输入信息 (如附图1所示）。同时设置最大迭代次数，其作用为设置译码过程中允许迭代次数的最大 值，使译码最终是否成功都能结束。此处所述主算法采用RR-WBF算法，所述辅算法采用IM-WBF算法;所述RR-WBF的表达式为：
[0009]所述IM-W邸算法的表达式为：
[001。 其中，I yn I表示信道输出值的绝对值。Sm表示校验矩阵的伴随式。a为数值且可调， 炉'.=min I r. I 巧居处(巧) 曲=1，. 2，.。 化巧 U\、m) '円
[0012] 本发明的译码方法包括W下步骤：
[0013] 步骤1:译码器初始化，包括H矩阵读入，接收码字的硬判决及用于步骤3、步骤5和 步骤7的相关参数计算，即用于计算主算法和辅算法的判决标准化i、En 2的相关参数。
[0014] 步骤2:校验当前输入的码字序列，即计算校验矩阵的伴随式，如果伴随式为全0， 译码成功并结束;否则，进入步骤3.
[0015] 步骤3:根据步骤1的相关参数及步骤2的伴随式结果，计算主算法判决标准Eni并 翻转最可能错误的比特Z1，同时进入步骤4。
[0016] 步骤4:迭代过程中不断检测判断本次迭代翻转的比特Zk与上次迭代翻转的比特 Zk-I是否相同。如果相同，进入步骤5;如果不相同，继续进行迭代。
[0017] 步骤5:重新对硬判决后码字序列根据步骤1的相关参数及步骤2的伴随式结果，计 算辅算法判决标准化 2并并翻转最可能错误的比特Z2,同时进入步骤6。
[0018] 步骤6:迭代过程中不断检测判断本次迭代翻转的比特Zk与上次迭代翻转的比特 Zk-I是否相同。如果相同，进入步骤7;如果不相同，继续进行迭代。
[0019] 步骤7:继续对步骤5处理过后的码字序列计算主算法判决标准Eni并翻转最可能错 误的比特Zl。
[0020] 重复步骤2至步骤7,当译码成功或者达到最大迭代次数时停止迭代，并输出译码 序列或者输出译码失败信息。
[0021] 需要强调的是：步骤5是对最开始硬判决后的码字序列重新用辅算法进行判决和 比特翻转。主要原因是此时对于主算法，接收序列校验矩阵中的环已经使译码出现了死循 环，即某个比特的反复错误翻转。而此时接收序列对于辅算法，校验矩阵的环还未能使译码 出现死循环，所W利用辅算法对接收序列从最开始进行重新译码，会很快的译码成功。但如 果在主算法产生某个比特反复错误翻转的现象后直接对主算法处理后码字序列用辅算法 进行译码，将会导致某些环路无法破坏，从而无法成功译码。而步骤7是对步骤5处理后的码 字序列直接重新利用主算法进行译码，虽然如上述某些环路无法破坏，但是此步骤在性能、 复杂度和译码速度上进行了折中，确保了 LB-MWBF的译码性能和译码速度。
[0022] 所述迭代过程中检测到本次迭代翻转的比特Zk与上次迭代翻转的比特Zk-I相同 时，说明了此时校验矩阵中的环路已经使译码出现某个比特反复错误翻转的现象。
[0023] 所述校验矩阵H具有W行L列，Hmn表示校验矩阵第m行的第n个元素。
[0024] 所述步骤2中计算校验矩阵伴随式的方法为：
[0026] 所述步骤3和步骤7中，所述定位最可能错误的比特Zi的方法为：
[0027] Zi = ai^g raaXk心巧
[0028] 所述步骤5中，所述定位最可能错误的比特Z2的方法为：
[0029]玄2 =过f径阳过又权心巧
[0030] 其中，Enl为主算法的判决标准值，En2为辅算法的判决标准值。
[0031] 本发明的工作原理:大部分加权比特翻转算法译码失败的原因在于校验矩阵中的 环路使译码陷入错误比特反复判定失败的循环。具体表现为第k次迭代后得到的码字和之 前某次迭代后得到的完全相同，则第k次W后的运算都陷入了一个死循环。而最为普遍的表 现为本次迭代翻转的比特Zk与上次迭代翻转的比特Zk-I相同。对于一特定的接收序列，由于 不同的算法译码过程中信息传递路径不同，校验矩阵中的环路对译码效果的影响也就不 同。采用译码过程两种算法来回切换的方法消除译码过程中比特翻转产生的反复错误翻 转，其中一种算法作为主算法，另外一种算法作为辅算法。例如，当主算法陷入反复错误翻 转时，通过辅算法来重新进行译码，可W帮助主算法打破错误的循环;反之，当辅算法陷入 反复错误翻转时，通过切换主算法进行继续译码，再次帮助辅算法打破了错误的循环。而利 用辅算法对接收序列从最开始进行重新译码运一重要的方法，可W比较彻底的摆脱主算法 中产生的环路，所W会很快的译码成功。
[0032] 本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
[0033] (1)在总体复杂度变化不大的情况下，较现有的其他加权比特翻转算法提升了 0.8 ~1.2地的编码增益。
[0034] (2)本发明在提高了编码增益的同时，平均迭代次数有了一定的减少，收敛速度较 快，实现方式相对简单。
[0035] (3)本发明W加权比特翻转算法作为核屯、算法，与软判决译码方法比较，计算复杂 度低，译码性能进一步向软判决译码方法靠近。
【附图说明】
[0036] 图1为本发明所述的基于环路消除的混合加权比特翻转的LDPC译码方法的工作流 程图。
[0037] 图2为本发明的依据之一:几种现有加权比特翻转算法判决标准的公式构造单元 对比图。
[003引图3为本发明的依据之二:几种现有加权比特翻转算法对化，dv，dc)正则LDPC码译 码每次迭代的复杂度对比图。
[0039] 图4为本发明的仿真验证图：（500,250)正则LDP邱马的误块率对比示意图。
[0040] 图5为本发明的仿真验证图：（500,250)正则LDP邱马的平均迭代次数对比示意图。
[0041] 图6为本发明的仿真验证图：（1008,504)非正则LDP邱马的误块率对比示意图。
[0042] 图7为本发明的仿真验证图：（1008,504)非正则LDPC码的平均迭代次数对比示意 图。
[0043] 图8为本发明的仿真验证图：（2048,1018)非正则LDP邱马的误块率对比示意图。
[0044] 图9为本发明的仿真验证图：（2048,1018)非正则LDPC码的平均迭代次数对比示意 图。
[0045] 图10为本发明的仿真验证图：（4000，2000)正则LDPC码的误块率对比示意图。
[0046] 图11为本发明的仿真验证图：（4000,2000)正则LDPC码的平均迭代次数对比示意 图。
【具体实施方式】
[0047] 下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限 于此。
[004引基于环路消除的混合加权比特翻转的LDPC译码方法化oop-化eak based Mixed Wei曲ted Bit-Flipping,LB-MW邸），如图I所示是本发明算法对化，K)LDPC码的具体实施