信道译码方法、装置和低密度奇偶校验码译码器的制作方法

专利名称：信道译码方法、装置和低密度奇偶校验码译码器的制作方法
技术领域：
本发明涉及网络通讯技术领域，具体涉及信道^^码方法、装置和低密度奇 偶校验码译码器。
背景技术：
LDPC ( Low Density Parity Check,低密度奇偶校验码)译码器采用的译码 方法包括SPA ( Sum Product Algorithm,和积算法)。SPA也可以称为对数 域SPA。
利用Tanner图表示，SPA译码过程如下
首先，进行初始化处理，即计算每个变量节点的后验对数似然比
<formula>complex formula see original document page 5</formula>
其中i表示第i个变量节点，j表示该变量节点的第j个分支，qy表示变 量节点的概率，L表示求对数似然比，Ci表示初始信息。
然后，校验节点进行更新处理，即变量节点进行迭代过程
<formula>complex formula see original document page 5</formula>
其中e' =":~ =1}，表示校验矩阵在第i列元素1所在的行的位置的集合； 在Tanner图表示中，是所有来到e'变量节点的全部校验节点边的集合；<formula>complex formula see original document page 5</formula>，表示校验矩阵在第i列元素l所在的行除了第j行以外的 其它行的位置的集合；
其次，变量节点进行更新处理，即校验节点进行迭代过程<formula>complex formula see original document page 6</formula>
其中表示校验矩阵在第j行元素i所在列的位置的集合；
在Tanner图表示中，是所有来到2'校验节点的全部变量节点边的集合； <formula>complex formula see original document page 6</formula>，表示校验矩阵在第j行元素i所在的列除了第i列以外的其
它列的位置的集合,其中修正函数<formula>complex formula see original document page 6</formula>
最后，进行尝试译码 <formula>complex formula see original document page 6</formula>
如果"0)<0,则^ = 1,否则A为0。
在译码完成后，判断校验矩阵校验译码码字是否正确、或者是否达到最大 迭代次数，根据判断结果来决定是否退出迭代过程并输出译码码字。
在实现本发明的过程中，发明人发现上述现有技术至少存在如下问题 在理想情况下，SPA可以得到最优的译码性能，但是，在实际应用中，SPA 需要面临信道噪声方差估计准确性所带来的问题，也就是说，准确估计信道噪 声方差需要花费较大的代价，而信道噪声方差估计不准，会严重影响SPA译 码性能，即SPA译码性能的稳定性差。

发明内容
本发明实施方式提供一种信道译码方法、装置和LDPC译码器，相对于现 有的SPA译码而言，能够在不增加译码运算量的情况下，在一定程度上避免信 道噪声方差估计不准对SPA译码性能的影响，从而提高了译码性能的稳定性。
本发明实施方式提供的一种信道译码方法，所述方法包括
初始化变量节点；
根据所述变量节点的初始化结果进行校验节点更新处理；
根据所述校验节点更新处理结果、修正函数^c卜log^^进行所述变量节
Z —1
点更新处理，其中x为变量节点分支的绝对值，-l<n<l;
根据所述变量节点的初始化结果、所述变量节点更新处理结果进行译码处理。
本发明实施方式还提供一种信道译码装置，所述装置包括
第一模块，用于初始化变量节点，并输出初始化结果；
第二模块，用于根据所述第一模块输出的初始化结果进行所述变量节点的 迭代处理，并输出迭代处理结果；
第三模块，用于根据所述第二模块输出的变量节点的迭代处理结果、修正
函数<formula>complex formula see original document page 7</formula>进行校验节点的迭代处理，并输出迭代处理结果，其中x
—1
为变量节点分支的绝对值，-l<n<l;
第四模块，用于根据所述第一模块输出的初始化结果、所述第三模块输出 的迭代处理结果进行译码处理，并输出i奪码结果。
本发明实施方式还提供一种低密度奇偶校验码译码器，包括信道译码装 置，所述信道译码装置包括
第一模块，用于初始化变量节点，并输出初始化结果；
第二模块，用于根据所述第一模块输出的初始化结果进行所述变量节点的 迭代处理，并输出迭代处理结果；
第三模块，用于根据所述第二模块输出的变量节点的迭代处理结果、修正
函数^(x)二log^^进行校验节点的迭代处理，并输出迭代处理结果，其中x Z — 1
为变量节点分支的绝对值，-l<n<l;
第四模块，用于根据所述第一模块输出的初始化结果、所述第三模块输出 的迭代处理结果进行译码处理，并输出"^争码结果。
通过上述技术方案的描述可知，本发明实施方式对修正函数进行了改进， 相对于现有的SPA译码而言，本发明实施方式改进修正函数的信道译码技术方
案没有增加译码运算量，因此，本发明实施方式的信道译码技术方案对软硬件
应用环境没有特殊的要求；在信道噪声方差估计不准确的情况下，本发明实施 方式改进的修正函数能够在一定程度上避免信道噪声方差给SPA译码性能带来 的影响；从而通过本发明提供的技术方案能够在与现有的SPA译码同等的应用 环境下，提高译码性能稳定性。


图l是修正函数的修正曲线比较示意图;
图2是译码性能比较示意图一；
图3是译码性能比较示意图二 ；
图4是收敛速度比较示意图。
具体实施例方式
下面对本发明实施方式提供的信道译码方法进行说明。
首先，需要对变量节点进行初始化处理，初始化处理过程可以为计算每个 变量节点的后验对数似然比。例如，可以采用公式(1 )进行变量节点的初始 化处理过程
<formula>complex formula see original document page 8</formula>(1 )
其中i表示第i个变量节点，j表示该变量节点的第j个分支，qij表示变量节 点的概率，L表示求对数似然比，Ci表示初始信息。
在进行了变量节点初始化处理后，本发明实施方式需要利用上述变量节点 的初始化结果进行校验节点更新处理。例如，可以采用公式(2)进行校验节 点更新处理过程
<formula>complex formula see original document page 8</formula>公式(2)
其中i表示第i个变量节点，j表示该变量节点的第j个分支，ij ,i表示校验节
点概率，Pi表示概率，L (qij)表示变量节点概率对数似然比，q表示初始信息。 在进行了校验节点更新处理后，本发明实施方式需要利用上述校验节点更 新处理结果进行变量节点更新处理。例如，可以采用公式(3)进行变量节点 更新处理过程
<formula>complex formula see original document page 9</formula>公式(3 )
其中",7=砟"(￡(《,7》，Av=|i^7)|, 0(x)-log^^, x为变量节点分支的
绝对值，n的取值可以在-l至l之间，如当n-0时，<formula>complex formula see original document page 9</formula>
在进行了变量节点更新处理后，本发明实施方式需要利用上述变量节点的 初始化结果、以及变量节点更新处理结果进行译码处理。例如，可以利用公式 (4)来实现译码处理过程，即先利用公式(4)计算
<formula>complex formula see original document page 9</formula> 公式(4)
然后，判断Z(g,)的计算结果，如果"Q)O,则c, = 1，否则，c, =0。 U,表 示最终硬判决结果)。在译码完成后，利用校验矩阵来校验译码码字是否正确、 并判断是否达到最大迭代次数，如果校验译码码字正确或者已经达到最大迭代 次数，则决定退出迭代处理过程，并输出上述译码码字；如果校验译码码字不 正确且还没有达到最大迭代次数，则可以继续进行迭代处理过程，直到退出迭 代处理过程并输出译码码字为止。
从上述实施方式的描述中可以看出，本发明实施方式采用了与经典的SPA 即现有的SPA不同的修正函数，该修正函数的改变并没有带来运算量的变化。 当n-O时，本发明实施方式的信道译码方法可以称为简化的SPA。当11 = 0时， 本发明实施方式中的修正函数与经典的SPA的修正函数的修正曲线示意图如附 图1所示。从图l中可以看出，两个修正函数的修正曲线的区别很小。
下面以n取0为例、通过具体的实验数据、结合附图来说明本发明实施方式 的信道译码性能。
设定仿真条件为AWGN信道下的浮点仿真，采用DVB-S标准规定的LDPC
码、且码长为64800,码率为0.9，最大迭代次^:为50次，则本发明实施方式 的译码性能与经典的SPA译码性能的比较如附图2所示。
设定仿真条件为AWGN信道下的浮点仿真，采用DVB-S标准规定的LDPC 码、且码长为64800，码率为0.5,最大迭代次数为50次，则本发明实施方式 的译码性能与经典的SPA译码性能的比较如附图3所示。
在图2、图3中，有三角形标识的线段表示本发明实施方式简化的SPA译 码性能，有圓形标识的线段表示经典的SPA译码性能。
图2中，如果按照线段最靠近水平坐标轴的一端与水平坐标轴的距离由小
到大的顺序将图2中的线段命名为第1线段、第2线段........第7线段，则
在信道的准确SNR可以得知的情况下，经典的SPAi,码性能如第2线段所示， 本发明实施方式的简化的SPA译码性能如第3条线段所示；在信道的估计SNR 比准确SNR少ldB的情况下，经典的SPA译码性能如第5线段所示，本发明 实施方式的筒化的SPA译码性能如第4条线段所示；在信道的估计SNR比准 确SNR多ldB的情况下，经典的SPA译码性能如第6线段所示，本发明实施 方式的简化的SPA译码性能如第7条线段所示。图2中的第1线段表示采用现 有的Min-sum (最小和)算法进行译码的译码性能。
图3中，如果按照线段最靠近水平坐标轴的一端与水平坐标轴的距离由小
到大的顺序将图3中的线段命名为第1线段、第2线段........第7线段，则
在信道的准确SNR可以得知的情况下，经典的SPA译码性能如第1线段所示， 本发明实施方式的简化的SPA译码性能如第2条线段所示；在信道的估计SNR 比准确SNR少ldB的情况下，经典的SPA译码性能如第3线段所示，本发明 实施方式的简化的SPA译码性能如第5条线段所示；在信道的估计SNR比准 确SNR多ldB的情况下，经典的SPA译码性能如第7线段所示，本发明实施 方式的简化的SPA译码性能如第6条线段所示。图3中的第4线段表示采用现 有的Min-sum算法进行译码的译码性能。
从图2、图3可以看出，在信道的准确SNR可以得知的情况下、以及在信 道的估计SNR比准确SNR高ldB的情况下，本发明实施方式的简化的SPA译 码性能低于经典的SPA译码性能，但是，在信道的估计SNR低于准确SNRldB 的情况下，本发明实施方式的简化的SPA译码性能高于经典的SPA译码性能。 因此，在实际应用中，可以尽量使估计SNR低于准确SNR,从而使译码系统 具有尽可能好的译码性能，而且也能够有效避免译码性能的波动，以提高译码 性能的稳定性。而且，本发明实施方式的译码性能比采用Min-sum (最小和) 算法进行译码的译码性能要好。Min-sum算法是在SPA的基础上完全线性化而 来，虽然Min-sum算法抗信道噪声方差干扰能力很强，不需要进行信道噪声方 差估计，译码性能稳定性强，但是，损失的信息较多。相对于经典的SPA和 Min-sum算法来说，本发明实施方式的简化的SPA是经典的SPA和Min-sum 算法的折中算法。也就是说，本发明实施方式的信道译码技术方案可以同时坚 固一定的译码性能和一定的译码稳定性，相对于经典的SPA来说，对信道噪声 方差估计值误差的敏感度较低。
在采用DVB-S标准所规定的LDPC码，码长为64800,码率为0.5的情况 下，经典的SPA与简化的SPA的收敛速度如附图4所示。
图4中，标识为xu的曲线即表示简化的SPA的迭代次数，标识为SPA的 曲线即表示经典的SPA的迭代次数。
从图4中可以看出，简化的SPA与经典的SPA在收敛速度上的差别很小， 即简化的SPA与经典的SPA的收敛速度基本保持一致。在相同迭代次数的条 件下，两者的BER性能相差也很小。
从上述实验数据可以看出，本发明实施方式提供的简化的SPA译码技术方 案在总体的译码性能上与经典的SPA的译码性能基本相同，简化的SPA译码 过程中的收敛速度与经典SPA译码过程中的收敛速度也基本保持一致，但是， 在译码性能稳定性上，简化的SPA译码稳定性高于经典的SPA译码稳定性， 即简化的SPA具有更强的抗SNR估计误差的稳定性。因此，简化的SPA译码 具有很好的实际应用价值，即具有重要的工程实践价值。简化的SPA是经典的 SPA算法的重要补充。
下面对本发明实施方式提供的信道译码装置进行说明。
本发明实施方式提供的信道译码装置包括第一模块、第二模块、第三模
块、第四模块。该信道译码装置可以设置在LDPC译码器中，也可以设置在其 它译码设备中，只要是需要进行译码操作的译码设备均可使用本发明实施方式 提供的信道译码装置。
第一模块用于初始化变量节点，并输出初始化结果。第一模块对变量节点 进行初始化的过程可以为计算每个变量节点的后验对数似然比的过程。例如， 第一模块可以采用公式(1)进行变量节点的初始化处理过程
<formula>complex formula see original document page 12</formula>
其中i表示第i个变量节点，j表示该变量节点的第j个分支，q;j表示变量节 点的概率，L表示求对数似然比，Ci表示初始信息。
第二模块用于根据第一模块输出的初始化结果进行变量节点的迭代处理， 并输出迭代处理结果，也就是说，第二模块第一模块输出的变量节点的初始化 结果进行校验节点更新处理。例如，第二模块可以采用公式(2)进行校验节 点更新处理过程
其中i表示第i个变量节点，j表示该变量节点的第j个分支，巧,i表示校验节 点概率，Pi表示概率，L (qij)表示变量节点概率对数似然比，Ci表示初始信息。 第三模块用于根据第二模块输出的变量节点的迭代处理结果、修正函数
-(^ = 10§￡!±￡进行校验节点的迭代处理,并输出迭代处理结果，其中x为变 Z -l
量节点分支的绝对值，-l<n<l。例如，第三模块可以采用公式(3)进行变量 节点更新处理过程
<formula>complex formula see original document page 12</formula>
公式(3 )
其中<formula>complex formula see original document page 12</formula> x为变量节点分支的
绝对值，n的取值可以在-l至l之间，如当n-0时，0(;c) = log^~。
e义—1
第四模块用于根据第 一模块输出的初始化结果、第三模块输出的迭代处理 结果进行译码处理，并输出译码结果。例如，第四模块可以利用公式(4)来 实现译码处理过程，即第四模块先利用公式(4)计算
丄(Q)4(c,) + S丄(。,) 公式(4)
然后，判断Z(g,)的计算结果，如果￡(0)<0，则第四模块设置c, = 1，否则， 第四模块设置c,-0。 U,表示最终硬判决结果)。然后，第四模块利用校验矩阵 来校验译码码字是否正确、并判断是否达到最大迭代次数，如果校验译码码字 正确或者已经达到最大迭代次数，则第四模块决定退出迭代处理过程，并输出 上述译码码字；如果校验译码码字不正确且还没有达到最大迭代次数，则第四 模块可以通知第二模块继续进行迭代处理过程，直到第四模块决定退出迭代处 理过程并输出译码码字为止。这里的迭代次数可以由第二模块统计、也可以由 第三模块统计、还可以由第四模块统计，这里的最大迭代次数可以存储在第四 模块中，也可以存储在第二模块、或者第三模块中。
下面对本发明实施方式提供的LDPC译码器进行说明。
本发明实施方式提供的LDPC译码器中设置有上述实施方式中描述的信道 译码装置，即LDPC译码器中设置有包括第一模块、第二模块、第三模块和第 四模块的信道译码装置。各模块执行的操作如上述实施方式中的描述，在此不 再重复说明。
虽然通过实施例描绘了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多 变形和变化而不脱离本发明的精神，本发明的申请文件的权利要求包括这些变 形和变化。
权利要求
1、一种信道译码方法，其特征在于，所述方法包括初始化变量节点；根据所述变量节点的初始化结果进行校验节点更新处理；根据所述校验节点更新处理结果、修正函数<math-cwu><![CDATA[<math> <mrow><mi>&phi;</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>log</mi><mfrac> <mrow><msup> <mi>e</mi> <mi>x</mi></msup><mo>+</mo><mi>n</mi> </mrow> <mrow><msup> <mi>e</mi> <mi>x</mi></msup><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></mfrac> </mrow></math>]]></math-cwu><!--img id="icf0001" file="S2007103023857C00011.gif" wi="114" he="37" img-content="drawing" img-format="tif"/-->进行所述变量节点更新处理，其中x为变量节点分支的绝对值，-1＜n＜1；根据所述变量节点的初始化结果、所述变量节点更新处理结果进行译码处理。
2、 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述初始化变量节点包括 计算每个变量节点的后验对数似然比。
3、 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述变量节点的初 始化结果进行校验节点更新处理包括根据 <formula>complex formula see original document page 2</formula>进行校验节点更新处理；其中i表示第i个变量节点，j表示变量节点的第j个分支，rj i表示校验节点 概率，Pi表示概率，L (qij)表示变量节点概率对数似然比，Ci表示初始信息。
4、 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述校验节点更新 处理结果、修正函数进行所述变量节点更新处理包括根据<formula>complex formula see original document page 2</formula>似进行校验节点更新处理；所述"<formula>complex formula see original document page 2</formula>所述<formula>complex formula see original document page 2</formula>
5、 如权利要求1至4中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述修正函数为<formula>complex formula see original document page 2</formula>
6、 如权利要求1至4中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述根据所述变量节点的初始化结果、所述变量节点更新处理结果进行译码处理包 括计算 ^ ;在丄(2,)o时，c'=l，否则，A为0; c,表示最终硬判决结果；根据校验矩阵校验译码码字是否正确或者是否达到最大迭代次数来决定 是否退出迭代并输出译码码字。
7、 一种信道译码装置，其特征在于，所述装置包括 第一模块，用于初始化变量节点，并输出初始化结果；第二模块，用于根据所述第一模块输出的初始化结果进行所述变量节点的 迭代处理，并输出迭代处理结果；第三模块，用于根据所述第二模块输出的变量节点的迭代处理结果、修正函数^(x)-log。2进行校验节点的迭代处理，并输出迭代处理结果，其中x为变量节点分支的绝对值，-l<n<l;第四模块，用于根据所述第一模块输出的初始化结果、所述第三模块输出 的迭代处理结果进行译码处理，并输出译码结果。
8、 如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述修正函数为0(x) = 1og」一 。
—1
9、 一种低密度奇偶校验码译码器，其特征在于，包括信道译码装置，所 述信道译码装置包括第一模块，用于初始化变量节点，并输出初始化结果； 第二模块，用于根据所述第 一模块输出的初始化结果进行所述变量节点的 迭代处理，并输出迭代处理结果；第三模块，用于根据所述第二模块输出的变量节点的迭代处理结果、修正函数^0 = ^^进行校验节点的迭代处理，并输出迭代处理结果，其中x为变量节点分支的绝对值，-l<n<l;第四模块，用于根据所述第一模块输出的初始化结果、所述第三模块输出 的迭代处理结果进行译码处理，并输出译码结果。
10、权利要求9所述的低密度奇偶校验码译码器，其特征在于，修正函数为<formula>complex formula see original document page 4</formula>
全文摘要
公开了信道译码方法、装置和低密度奇偶校验码译码器，属于编解码技术领域。所述信道译码方法包括初始化变量节点，根据所述变量节点的初始化结果进行校验节点更新处理，根据所述校验节点更新处理结果、修正函数进行所述变量节点更新处理，所述修正函数为φ(x)=log(e^x+n/e^x-1)，其中-1＜n＜1；根据所述变量节点的初始化结果、所述变量节点更新处理结果进行译码处理。相对于现有的SPA译码而言，本发明能够在不增加译码运算量的情况下，在一定程度上避免信道噪声方差估计不准对SPA译码性能的影响，从而提高了译码性能的稳定性。
文档编号H03M13/11GK101197579SQ20071030238
公开日2008年6月11日 申请日期2007年12月27日 优先权日2007年12月27日
发明者蔡朝晖, 许树湛, 郑程超, 黄启华 申请人:华为技术有限公司