用于从值的集合中识别第一极值和第二极值的方法及装置的制造方法
【专利说明】用于从值的集合中识别第一极值和第二极值的方法及装置
[0001]发明背景
[0002]本发明涉及用于执行对图形模型的推理的消息传递算法的领域。这样的消息传递算法在纠错编码及解码的领域中被采用。因此，本发明还涉及纠错编码及解码的领域，并且更具体地，涉及低密度奇偶校验(LDPC)码以及涉及LDPC解码器。
[0003]发射数字数据的过程可以将误差引入数据中。从而，所接收的数据可以是与所发送的数据不同。这种误差典型地由存在于传输信道中的噪声引起的。误差的量典型地与传输信号强度相对于存在的噪声的量有关。纠错编码是一种在传输之前通过其将冗余插入到数据中的技术。在接收时，这种冗余用于尝试校正在传输过程期间所引入的误差。
[0004]分组编码是纠错编码的一种类型，在其中要被发送的数字数据被分成固定大小的消息。在传输之前，每个消息由编码器编码成码字(也称为“±夬”)。冗余在编码过程期间被插入，使得码字被做成比消息更大。假设码字分别由η位组成。只有η位的某些模式是码字;剩余的图案都是无效的。然后码字被发送，这可能导致码字被损坏。在接收时，解码器根据所接收的并且可能被损坏的码字尝试推理原始消息。
[0005]线性分组纠错码是一种在其中码字的任何线性组合也是码字的码。发生器矩阵可以在编码过程期间被用来将消息编码为有效码字。在接收时，奇偶校验矩阵可以在解码过程期间被用来产生误差向量，其中误差向量指示在所接收的码字中误差的存在。奇偶校验矩阵与发生器矩阵有关，因为它可以从发生器矩阵中导出。
[0006]低密度奇偶校验(LDPC)码是以稀疏奇偶校验矩阵为特征的线性分组纠错码的子类别。这意味着，奇偶校验矩阵主要由O的和相对少量的I的组成。
[0007]LDPC码是在二十世纪60年代首次被引入的，但最近受到越来越多的关注。这是至少部分地是由于在使LDPC码适合于硬件实现的解码方面的固有的并行性并且由于在设计LDPC码方面的灵活性，这允许LDPC码被用于各种应用中。
[0008]LDPC码是线性纠错码，完全由稀疏二进制奇偶校验矩阵H来定义。二分Tanner图是一种广泛使用的表示奇偶校验矩阵H的方式。该图由两组节点组成，即由校验节点和变量节点组成。H的每行对应于奇偶校验方程，被以图形方式表示为Tanner图的校验节点，而列对应于码字位，被以图形方式表示为变量节点。在H矩阵中的一点表示在相应的变量节点和校验节点之间的连接。用于解码LDPC码的消息传递算法通过沿着Tanner图的边缘迭代地传递信息来进行操作。在某种意义上，变量节点对应于所接收的字的位、消息和奇偶校验两者的位，而校验节点对应于奇偶校验方程。
[0009]LDPC码的解码可以基于和-积消息传递，其也被称为置信传播。在这种情况下，对于特定LDPC码的Tanner图可以被用作用于通过用计算元素替换Tanner图中的节点并且通过用连接计算元素的通信总线替换在节点之间的边缘来构建用于码的硬件解码器的导向。以对数似然比(LLR)的形式的概率信息，可以沿着在计算元素之间的通信总线进行传递。
[0010]虽然和-积消息传递(或置信传播)被认为对于LDPC码是几乎最佳的，但是实际的LDPC解码器必须考虑诸如解码器的大小和延迟之类的考虑。这是特别是对于其码字长度可以是，例如，648、1296或1944比特或更长的LDPC码的情况。因此，在减少复杂性的努力中，硬件解码器通常使用和-积算法的近似，诸如最小和算法及其变体(例如归一化的最小和、偏移的最小和、校正的最小和等)。
[0011]被典型地执行于基于最小和算法及其变体而采用消息传递的纠错解码器的节点处理器中的操作包括从较大数目的输入中识别两个最小值。识别两个最小值的现有方法往往需要电路在硬件、延迟和功率损耗方面具有相当高的复杂性。
[0012]发明概述
[0013]本发明是针对从值的集合中识别被选值。根据实施例，从多个值中识别两个被选值的方法包括:将所述多个值中分隔为成对值;对于每一对值，使用比较器来选择两个值中的一个，以由每一对中被选值形成向量；以及施加所述向量到从所述向量的值中识别第一极值和第二极值的硬件单元。
[0014]根据进一步的实施例，用于从多个值中识别两个被选值的装置包括多个比较电路，每个比较电路被配置成接收被从多个值中分隔的成对值并且选择每一对值中的一个作为输出。所述装置还包括被配置成接收从所述多个比较电路输出的被选值并且识别第一最小值和第二最小值，所述第一最小值是从所述多个中的全部的值中所选择的，所述第二最小值是从所述多个中的值的子集中所选择的以及其中，所述选择电路被配置成输出所述第一最小值和所述第二最小值。
[0015]附图的简要说明
[0016]本发明是针对其具体示例性实施例进行描述的并且相应地对于附图进行了参考，在附图中:
[0017]图1示出一种通信系统，在其中本发明的实施例可以被实现；
[0018]图2示出根据本发明的实施例的纠错解码器；
[0019]图3示出根据本发明的实施例的从多个值中识别两个被选值的方法；
[0020]图4示出根据本发明的实施例的、用于从多个值中识别两个被选值的装置；
[0021]图5示出根据本发明的实施例的、用于比较两个值并且识别两个值中的最低的一个值的装置；
[0022]图6示出根据本发明的实施例的、用于迭代地从多个值中识别两个被选值的装置；
[0023]图7示出根据本发明的实施例的、用于比较两个值并且识别哪一个值是最小值以及哪一个值是第二最小值的装置；
[0024]图8示出根据本发明的实施例的、用于从多个值中识别最低的两个值的装置；
[0025]图9示出根据本发明的实施例显示仅适度性能退化的仿真结果；
[0026]图10示出根据本发明的实施例显示仅适度性能退化的仿真结果；
[0027]图11示出在根据本发明的实施例所需要的比较器的数目方面复杂性降低的一览；
[0028]图12示出在根据本发明的实施例所需要的多路复用器的数目方面的复杂性降低的一览；
[0029]图13示出一种用于根据本发明的实施例从多个值中识别两个被选值的装置，其中min_2nd的值乘以缩减因子；以及
[0030]图14示出一种用于根据本发明的实施例从多个值中识别两个被选值的装置，其中附加的电路确保所得的第二最小值总是比第一最小值更大。
[0031]本发明的优选实施例的详细描述
[0032]纠错解码器和利用基于最小和算法及其变体(例如归一化的最小和、偏移的最小和、校正的最小和等)的消息传递的特异性的LDPC解码器包含从中间结果的集合识别两个最小值的电路。本发明是针对用于从值的集合中识别被选值的方法及装置。被选值不一定是两个最小值，尽管本发明的实施例识别近似于两个最小值的值。更具体地说，本发明的实施例识别是在该值的集合中的最小值的第一值和近似于在该值的集合中的第二最小值的第二值。第二值可以是在值的子集中的最小值。
[0033]虽然各结果不一定在数值上等同于在该值的集合中的两个最小值，本发明的实施例可以在各种情况下被采用，而没有可预见的缺点。例如，仿真表明在采用最小和算法及其变体的LDPC解码器中对这种技术的使用达到令人满意的编码增益。对于这种方法的显著益处是实现本文中所公开的技术的处理器的复杂性大大降低了。例如，本发明的实施例可以在并行处理多个输入消息的LDPC解码器内的校验节点处理器中进行采用。
[0034]这种简化可以通过用寻找输入消息的最小完备集合的不同的问题并且还寻找是在输入消息的子集中的最小值的第二消息来近似寻找输入消息的第一最小值和第二最小值的问题来实现。这种需求的放松和伴随的所解决的问题的复杂性方面的减小导致以在校正能力方面可以接受的小的退化为代价的硬件简化。
[0035]本发明的实施例近似通过较简单的问题来寻找在一组输入消息中的两个最小值的问题，其解决方案需要基本上较少的比较器。这种电路可以，例如，在LDPC解码器中的校验节点处理器中被采用。因此，通过折衷编码增益的轻微损失，实现在LDPC解码器内的校验节点处理器的实现的硬件复杂性方面的大大简化。
[0036]图1示出一种通信系统100，在其中本发明的实施例可以被实现。如在图1中所示，将要被发送的数字数据102被输入到发射机104。发射机104可以包括编码器106和调制器108。例如，通过将数据102打破成固定大小的消息并且将消息编码成码字，编码器106执行对于数据的纠错编码。冗余可以在编码过程期间被插入，使得码字被做成比消息更大。
[0037]调制器108然后可以通过根据码字调制一个或多个载波信号来准备用于传输的码字。作为例子，调制可以根据正交频分复用(OFDM)来执行。各个调制和编码的信号然后可以