无速率码的固定窗长边消除置信传播译码方法
【专利摘要】本发明公开了一种无速率码的固定窗长边消除置信传播译码方法。发送端采用无速率码的编码方式向接收端发送信息，接收端根据接收到的编码包的置信度选择固定数目（窗长）的变量节点进行译码。在一个固定窗长的译码器中尝试数轮“边消除”置信传播译码后，若未能译码成功，目前通过消边操作移除了多少个变量节点，则补充多少个新的变量节点进入译码器，再次尝试译码，直至译码成功或者消边操作无法再移除变量节点为止。应用本发明可以很好地保证译码运算复杂度和规模不会随着译码的进行不断增大，也不会不断地作不确定变化，便于硬件的处理实现。
【专利说明】无速率码的固定窗长边消除置信传播译码方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线通信领域，具体涉及一种无速率码的固定窗长边消除置信传播译码方法。
【背景技术】
[0002]常用的无速率码编码方式是RaptorCode(见“Raptor Codes”, IEEE Transactionson Information Theory, Vol.52, N0.6, pp.2551-2567，June2006)。其应用场景一般分为两种。其一是当无速率码的编码符号通过删除信道(BEC)时，由于接收端获得的是0，I比特序列，我们可以首先译出度数为I的输出变量节点(符号)所对应的输入变量节点(符号)，进而通过“边消除”来消除这些译出来的输入符号对其他输出符号的影响并简化Tanner图，此过程称为一次迭代，最终通过多次迭代以译出所有的输入符号。另一种是当无速率编码符号通过二元白高斯噪声信道(B1-AWGNC)时，由于接收端获得的是映射符号叠加上白高斯噪声的实数序列，我们此时使用“置信传播Belief Propagation (BP) ”译码算法，通过在Tanner图中的边上来回迭代更新并传递LLR信息，使不确定性随着迭代逐渐减小，最终达到译出所有输入符号的目的。
[0003]这两种方法本质上都是消息传播的译码方法，不同的是“边消除”方法在Tanner图中的边上所传递的都是确定性的0，I消息，并在此确定性消息传递完毕后通过消边来简化Tanner图，使得Tanner图中的连接关系随着译码的进行越来越简单(边的数目越来越少)，最终通过边的不断消减和相应信息的更新完成译码；BP译码算法在Tanner图中的边上传递的则是LLR信息，通过迭代使得LLR信息不断收敛(不断偏向+ c?或-c?的方向)，最终通过不确定性的不断减小完成译码，然而译码复杂度和Tanner图的规模始终不变。如果将两种译码方法的思想结合到一起，应用在无速率编码符号通过噪声信道传输的情况，那么就可以在一边进行LLR信息迭代更新的同时，一边消除那些置信度已经足够高的节点所连接的边(同时消除它们对其他节点后续译码的影响)，使得不确定性不断减小的同时，Tanner图的连接关系也不断简化，从而能在保证译码成功的同时减少译码运算复杂度。根据“是否利用已完成的子图的迭代译码所保存的信息”可将译码方法分为非渐进的BP算法和渐进的BP算法。
[0004]“非渐进”的译码方法特点是:在一张小图中采用“边消除"BP译码算法未能成功译码时，继续在一张扩充后的大图中尝试译码，再次尝试译码时并未保留小图译码结束时已获得的LLR信息、边消除信息等，因此随着译码的进行，进入译码器的节点个数越来越多，Tanner图的规模越来越大。“渐进”的译码方法特点是:在一张小图中采用“边消除”BP译码算法未能成功译码时，继续在一张扩充后的大图中，在保留小图译码结束时已获得的LLR信息、边消除信息等的基础上再次尝试译码，直至译码成功为止。“渐进”方式的译码会导致Tanner图的规模随着译码的进行，一方面由于图的扩充而增大，另一方面又由于保留了已有的消边信息而减小，因此在每张Tanner图中译码时译码器中参与运算的节点个数是不固定的(每次被移除的节点个数不固定，而每次进入的节点个数固定为译码步进ΛΝ)。由此可见，在译码过程中，译码器所需的存储空间，计算复杂度等都在不断地变化，这给硬件电路的实现带来不便。因此，如果能够保证译码器的运算复杂度和Tanner图的规模不会随着译码的进行不断增大或者作不确定的变化，那将更加有利于硬件的处理实现。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是消除译码器在硬件实现时所需存储空间，计算复杂度等的不确定性，提供一种无速 率码的固定窗长边消除置信传播译码方法。
[0006]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的。
[0007]无速率码的固定窗长边消除置信传播译码方法是:发送端采用无速率码对需要传输的信息进行编码，接收端采用置信传播译码；“窗长”定义为每次译码时译码器中所存储的变量节点的个数，也就是参与运算的变量节点的个数，在固定窗长的边消除置信传播译码方法中，译码器中所存储的变量节点的个数始终是固定的；接收端将设定一个门限值来筛选出置信度超过该门限值的LT码的输出变量节点，并选择和窗长大小相等的若干个经过筛选后的变量节点送入译码器开始译码；在尝试数轮边消除置信传播译码之后，若未能译码成功，目前通过消边操作移除了多少个变量节点，则补充多少个新的LT码的输出变量节点进入译码器，并再次尝试译码，直至译码成功或者消边操作无法再移除变量节点为止;
[0008]设:LDPC码的校验节点和变量节点的数目分别为m和n，参与第一轮译码操作的LT码的校验节点和变量节点的数目分别为N和N+n，窗长为W = n+N,变量节点记为Vi, i=1,2,..., n+N,校验节点记为C」,j = I, 2,..., m+N, N(Vi) \c」表示除了 Cj之外的其他和Vi相连的校验节点，N(Cj) Xvi表示除了 Vi之外的其他和Cj相连的变量节点，ei;j表示连接Vi和C」的边，Εωκ； = {ei；J i = I, 2,..., n, j = I, 2,..., m}表示对应于LDPC码校验矩阵
的边，- \ CJij U =m+1，/? + 2，...,"? + iV}表不在第I轮译码操作时对应于LT码
生成矩阵的边，五工={ey_?,+nj = m + + + 表示在第I轮译码操作时连接了 LT
码校验节点和输出变量节点的边，表示在第I轮译码操作时Vi传递给h的对数似然
比，C,表示在第I轮译码操作时Cj传递给Vi的对数似然比，LiHiviXi = n + l,n + 2,...,η + N
表示在第I轮译码操作时来自信道的输入对数似然比，由于LDPC码的输出变量节点
未经过信道传输，所以0(0 = 0,/ = 1,2,.n Iw(Vi)表示在第I轮译码操作时对应
于Vi，i = 1，2，...，η+Ν的用来做硬判决的对数似然比取值，ξ和T分别表示判决L(1)(Vi)，i = 1，2，...，η置信度足够高时需要达到的门限值以及达到此门限值的次数，对于
Veij GFidfc ，f(1)(eij) = O表示在第I轮译码操作时连接了一个被消去的变量
节点Vi，f(1)(ei，P = I表示在第I轮译码操作时％ e垃〗.并且它连接了一个被消去的变量节点Vi，fa) (ei，p = 2表示在第I轮译码操作时ei」e Eldpc并且它连接了一个被消去的变量节点Vi ;对于e砹)，由于这些边不参与消边操作，所以fa) (ej_m+n；j) = O ;对于LDPC码的输出变量节点Vi, i = 1，2，...，n, Fa) (Vi) = O表示在第I轮译码操作时该节点尚未完成消边操作，Fw(Vi) = I则表示在第I轮译码操作时该节点已经完成了消边操作；
表示在第I轮译码操作时所有信息的集合，R('l表示在第I轮译码操作时所有C、信息
的结合，Z=(Vi)和numQ) (Vi)分别表示在第I轮译码操作时所存储的Vi的用来做硬判决的对数似然比取值和该值已经连续达到门限I的次数，对每一个LDPC码的校验节点Cj，j =
1,2,...，m设置两个数组丑访^和check丨并初始化取值为O，队表示译码结束时接收端实际
接收的LT码的编码比特数目；
[0009]具体步骤如下:
[0010]I)初始化:令I = 1，选择经过筛选后的个LT码的编码比特进入译码器，将窗长为妒=n + <)的译码器填充完毕，此时有Af =Ν.,令=O，R^] = O，对LT码的输入变量节点 Vi, i = 1，2，...，η 设置 F(1) (Vi) = O, I^0(Vi) = O，num(1) (Vi) = O ;对Velj- e Eldpc U4"，设置 flag⑴=O ；
[0011]2)若I = 1，则进入步骤3);否则在当前窗长为W，即包含了
【权利要求】
1.一种无速率码的固定窗长边消除置信传播译码方法，其特征在于，发送端采用无速率码对需要传输的信息进行编码，接收端采用置信传播译码窗长”定义为每次译码时译码器中所存储的变量节点的个数，也就是参与运算的变量节点的个数，在固定窗长的边消除置信传播译码方法中，译码器中所存储的变量节点的个数始终是固定的；接收端将设定一个门限值来筛选出置信度超过该门限值的LT码的输出变量节点，并选择和窗长大小相等的若干个经过筛选后的变量节点送入译码器开始译码；在尝试数轮边消除置信传播译码之后，若未能译码成功，目前通过消边操作移除了多少个变量节点，则补充多少个新的LT码的输出变量节点进入译码器，并再次尝试译码，直至译码成功或者消边操作无法再移除变量节点为止； 设:LDPC码的校验节点和变量节点的数目分别为m和n，参与第一轮译码操作的LT码的校验节点和变量节点的数目分别为N和N+n,窗长为W = n+N,变量节点记为Vi, i = 1,2,..., n+N,校验节点记为C」,j = I, 2,..., m+N, N(Vi) \c」表示除了 Cj之外的其他和Vi相连的校验节点，N(Cj) Xvi表示除了 Vi之外的其他和Cj相连的变量节点，ei;j表示连接Vi和Cj的边，Euffc = {ei；J I i = 1，2，...，n, j = 1，2，...，m}表示对应于LDPC码校验矩阵的边，= ItO,/ I/ = 12，...= "H-1，/" +2....,/? +/V丨表示在第I轮译码操作时对应于LT码生成矩阵的边，= {e^ \j = m + lim + 2,...,m + N\I轮译码操作时连接了 LT码校验节点和输出变量节点的边，表示在第I轮译码操作时Vi传递给h的对数似然比，rc%表示在第I轮译码操作时Cj传递给Vi的对数似然比，LillI(Vl)J = n + l,n+ 2..,η +N表示在第I轮译码操作时来自信道的输入对数似然比，由于LDPC码的输出变量节点未经过信道传输，所以^(v,.) = 0,/_ = l,2,_..,?，Lw(Vi)表示在第I轮译码操作时对应于Vi，i = 1，2，...，η+Ν的用来做硬判决的对数似然比取值，ξ和T分别表示判决L(1)(Vi)，i = 1，2，...，η置信度足够高时需要达到的门限值以及达到此门限值的次数，对于Ve e Ewpc u E{l]T，f⑴(ei; j) = O表示在第I轮译码操作时ei; j连接了一个被消去的变量节点Vi，fG) (e.j) = I表示在第I轮译码操作时e Eg并且它连接了一个被消去的变量节点Vi，fG) (e.j) = 2表示在第I轮译码操作时& e Eldpc并且它连接了一个被消去的变量节点Vi ;对于力K ^ ，由于这些边不参与消边操作，所以f(1) (ej_m+n；j) =O ;对于LDPC码的输出变量节点Vi, i = 1，2，...，n, Fa) (Vi) = O表示在第I轮译码操作时该节点尚未完成消边操作，Fa) (Vi) = I则表示在第I轮译码操作时该节点已经完成了消边操作；Q=表示在第I轮译码操作时所有信息的集合，R^l表示在第I轮译码操作时所有信息的结合，(K)和numQ) (Vi)分别表示在第I轮译码操作时所存储的Vi的用来做硬判决的对数似然比取值和该值已经连续达到门限I的次数，对每一个LDPC码的校验节点Cj，j =1，2，...，m设置两个数组￡AYra,_和check;并初始化取值为O,队表示译码结束时接收端实际接收的LT码的编码比特数目；具体步骤如下: 1)初始化:令1= 1，选择经过筛选后的巧个LT码的编码比特进入译码器，将窗长为W = n + N?的译码器填充完毕，此时有
2.根据权利要求1所述的一种无速率码的固定窗长边消除置信传播译码方法，其特征在于所述的步骤I)和步骤8)中的选择经过筛选后的LT码的编码比特进入译码器为:设定一个门限值来筛选出置信度超过该门限值的LT码的编码比特，并将这些经过筛选后的编码比特送入译码器；假设叠加在接收序列上的噪声Iii为加性白高斯噪声，其方差为ο2，LT码的第i个编码比特为Xi，则接收码字Ji = l-2Xi+ni，设定一个译码器进入门限ζ，只有当接收码字的初始对数似然比绝对值超过此门限，即:
【文档编号】H03M13/11GK103580699SQ201310505288
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年10月22日 优先权日:2013年10月22日
【发明者】张亮, 张朝阳, 陈少磊, 王献斌, 姚创沐, 屠坤 申请人:浙江大学