基于LDPC的Turbo结构码混合级联编译码方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于信道编码领域，具体涉及一种新型的以LDPC为分量码的混合级联 Turbo结构码的编、译码方法。 (二）
【背景技术】
[0002] 香农定理是信道编码的基础理论。该理论指出，在前提为信道传输速率R小于等 于信道容量C，采用随机的边、译码方式，并且在接收端采用最大似然译码算法时，编码长度 足够长，且译码为最佳的最大似然译码法，才能使误码率接近为零。
[0003] 为了寻找满足Shannon条件的好码，人们做出很多努力，研制出级联码、软判决译 码以及多种调制方式，但上述种种方法的编码增益最好的也与Shannon理论极限有2~3dB 的差距。
[0004] 上世纪90年代，法国的C. Berrou等人提出了一种新型纠错码--Turbo码，这 是一种采用并行级联的方法实现的长码编码，首次获得了接近香农定理限的译码性能，而 1996年重新发现的LDPC码也被证实能够达到接近香农限的性能。
[0005] 然而两种码字都有各自缺点，比如Turbo码有较大的译码时延，复杂度高，而LDPC 的缺点是错误平层较大，编码增益有限，是否能够将两种码字相结合，取长补短，获得复杂 度与编码性能的最佳结合点，一直是信道编码领域的一个课题。 (三）
【发明内容】
[0006] 本发明的目的，是要提出一种既能解决传统并行Turbo码的BER随SNR的增加下 降到一定程度时，会出现的下降缓慢甚至不再降低的误码平层（error floor)问题，以及传 统Turbo的分量码多采用递归系统卷积码造成的对信噪比要求高，编码增益低，无法满足 信道条件差时的应用问题。
[0007] 为此，我们基于Turbo码的并行结构以及近年来得到广泛关注的低密度奇偶校验 码，公开了一种新型以LDPC码作为分量码的混合级联Turbo结构码的编、译码方法。
[0008] 参见图2。对于这种新型的以LDPC码作为分量码的混合级联Turbo结构码的译码 过程如下：
[0009] (1)编码器编码后的（xs，xlp，x2p)经过信道传输，接收端接收的数据 (K，)分别乘以信道置信度Le得到系统信息序列Λ k(cs;I)、校验信息Λ k(clp; I)、校验信息Ak(C21V)分布送入LDPC内码译码器2和3中，其中Λ k(·)表示码字符号 或信息符号的概率对数似然比（LLR)信息；
[0010] (2)当迭代次数j = 1，对于LDPC内码译码器2,输入译码器2的先验信息A2Juk)， A3a(Uk)均为0,（k= 1，...，N)，译码器2计算输出软的边信息Alk(u;0);将译码器的输 出Alk(u;〇)与系统信息Ak(cs;I)，以及步骤⑷获得的Λ 3a(uk)，进行求和运算，可以得 至Ij Ale(uk)，其中 Ale(Uk) = Alk(u;0)-A5a(Uk)-Ak(c s;I)，将 Λ le(uk)送入交织器后得至Ij A2a(Uk)用于译码器3的译码；
[0011] (3)对于译码器3,输入三个变量，分别是校验信息Ak(C2M)，Λ 2a(Uk)，以及系统 信息Ak(cs;I)经过交织器2输出Λ I〇i)(c(s);I)，译码器3的先验信息Λ 2a(uk)初始为0,将 译码器3计算输出软的边信息Λ2Ι〇?) (u ;〇)经过解交织器2输出A2k(u ;〇)，再经过解交织 器1输出A3k(u ;〇)，在通过LDPC外码译码器1译码之后，经过交织器1输出A3k(u ;〇)作 为码字信息送入LDPC内码译码器2参与译码；
[0012] (4)将译码器3的边信息A2I〇i)(u ;〇)，系统信息Ak(cs;I)经过交织器2输出Λ Ι〇?)(c(s);I)和 Λ 2a(uk)进行求和运算，得至Ij A2e(uk)，其中 A2e(Uk) = A2k(u;0)-AI(k)(c(s); I)-A2a(uk)，当迭代次数j小于最大迭代次数时，将A&(u k)送入解交织器2得到A3a(Uk) 反馈给LDPC内码译码器2作为下一次迭代的先验信息；
[0013] (5)当迭代次数j等于最大迭代次数时，迭代停止，将码信息Ak (U ;〇)直接硬判决 输出译码信息#。
[0014] 本发明提出了一种以LDPC码为分量码的混合级联Turbo结构码，这种码首次采用 LDPC作为分量码，经过外码LDPC编码器编码之后，将输出分为直接输出，以及相互并联且 交织的两路。通过引入交织，使码字具有近似随机的特性，能有效地消除传统并行级联码的 误码平台，同时LDPC良好的稀疏性既能在低SNR下获得较好的译码性能，又因为每个分量 码的译码模块的输入和输出都为软信息，该种算法可取得较高的编码增益。在相同信道环 境下，这种LDPC码作为分量码的混合级联Turbo结构较传统Turbo码具有更低的误比特率 和更低的信噪比要求。 (四）
【附图说明】
[0015] 图1 :一种新型的基于LDPC的混合型Turbo码的编码器；
[0016] 图2 :-种新型的基于LDPC的混合型Turbo码的译码器。 (五）
【具体实施方式】
[0017] 这种新型的一种以LDPC码为分量码的混合级联Turbo结构码与通常的Turbo码 的编译码方法相比，其特征在于经过外码LDPC编码器编码之后，通过交织器，没有直接通 过LDPC内码编码输出，而是分成了相互并联的两路，其中一路经过LDPC内码编码器后输 出，另一路先经过交织器再经过LDPC内码编码器后输出。
[0018] 参见图1。输入的系统信息叫经过外码LDPC编码器1编码后，将得到的输出码字 序列经过交织器1后形成序列Xs，之后一路进入内码LDPC编码器2编码后，最终产生了校 验序列xlp。同时系统信息Xs经过交织器形成一个新序列传送到LDPC编码器3编码后，产 生了校验序列x2p;最后系统信息a和新产生的两个校验序列组成了新的序列（X % xlp，x2p)， 作为以LDPC码为分量码的混合级联Turbo结构码的全部传输序列。这就是该以LDPC码为 分量码的混合级联Turbo结构码的编码过程。
[0019] 参见图2。对于一种新型的基于LDPC的混合型Turbo码的译码器，译码过程如下：
[0020] (1)编码器编码后的（xs，xlp，x2p)经过信道传输，接收端接收的数据 (W，yf，rf )分别乘以信道置信度Le得到系统信息序列λ k(cs;I)、校验信息Λ k(clp; I)、校验信息Ak(C21V)分布送入LDPC内码译码器2和3中，其中Λ k(·)表示码字符号 或信息符号的概率对数似然比（LLR)信息；
[0021] (2)当迭代次数j = 1，对于LDPC内码译码器2,输入译码器2的先验信息A2>k)， A3a(Uk)均为0,（k= 1，...，N)，译码器2计算输出软的边信息Alk(u;0);将译码器的输 出Alk(u;〇)与系统信息Ak(cs;I)，以及步骤⑷获得的Λ 3a(uk)，进行求和运算，可以得 至Ij Ale(uk)，其中 Ale(Uk) = Alk(u;0)-A5a(Uk)-Ak(c s;I)，将 Λ le(uk)送入交织器后得至Ij A2a(Uk)用于译码器3的译码；
[0022] (3)对于译码器3,输入三个变量，分别是校验信息Ak(C2M)，Λ 2a(Uk)，以及系统 信息Ak(cs;I)经过交织器2输出Λ I〇i)(c(s);I)，译码器3的先验信息Λ 2a(uk)初始为0,将 译码器3计算输出软的边信息Λ2Ι〇?) (u ;〇)经过解交织器2输出A2k(u ;〇)，再经过解交织 器1输出A3k(u ;〇)，在通过LDPC外码译码器1译码之后，经过交织器1输出A3k(u ;〇)作 为码字信息送入LDPC内码译码器2参与译码；
[0023] (4)将译码器3的边信息A2I〇i)(u ;〇)，系统信息Ak(cs;I)经过交织器2输出Λ Ι〇?)(c(s);I)和 Λ 2a(uk)进行求和运算，得至Ij A2e(uk)，其中 A2e(Uk) = A2k(u;0)-AI(k)(c(s); I)-A2a(uk)，当迭代次数j小于最大迭代次数时，将A&(u k)送入解交织器2得到A3a(Uk) 反馈给LDPC内码译码器2作为下一次迭代的先验信息；
[0024] (5)当迭代次数j等于最大迭代次数时，迭代停止，将码信息Λ k (u ;0)直接硬判决 输出译码信息秦。
[0025] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。对于本领域的技 术人员来说，对于本发明的多种修改将是显而易见的，凡在本发明的精神和原则之内，所做 的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
【主权项】
1. 一种新型的LDPC码作为分量码的混合级联Turbo结构码，其特征在于它采用了 LDPC作为分量码，首先经过LDPC编码器外码编码，再通过交织器后没有直接通过LDPC内码 编码输出，而是分成了相互并联的两路，其中一路经过LDPC内码编码器后输出，另一路先 经过交织器再经过LDPC内码编码器后输出。2. -种如权利要求1所述的新型的LDPC码作为分量码的混合级联Turbo结构码的译 码方法，对于这种新型的LDPC码作为分量码的混合级联Turbo结构码的译码器译码过程如 下： (1) 编码器编码后的（xs，xlp，x2p)经过信道传输，接收端接收的数据（M, 分别乘以信道置信度Le得到系统信息序列Ak(cs;I)、校验信息Ak(clp;I)、校验信息Ak(c2、I)分布送入LDPC内码译码器2和3中，其中Ak( ?)表示码字符号或信息符号的 概率对数似然比（LLR)信息； (2) 当迭代次数j= 1，对于LDPC内码译码器2,输入译码器2的先验信息A2Juk),A3a(Uk)均为0,（k= 1，...，N)，译码器2计算输出软的边信息Alk(u;0);将译码器的输 出Alk(u;〇)与系统信息Ak(cs;I)，以及步骤⑷获得的A3a(uk)，进行求和运算，可以得 至IjAle(uk)，其中Ale(Uk) =Alk(u;0)-A5a(Uk)-Ak(cs;I)，将Ale(uk)送入交织器后得至Ij A2a(Uk)用于译码器3的译码； (3) 对于译码器3,输入三个变量，分别是校验信息Ak(c2p;I)，A2a(Uk)，以及系统信息 Ak(cs;I)经过交织器2输出Ai(k)(c(s);I)，译码器3的先验信息A2a(uk)初始为0,将译码 器3计算输出软的边信息A2I〇i)(u;〇)经过解交织器2输出A2k(u;〇)，再经过解交织器1 输出A3k(u;〇)，在通过LDPC外码译码器1译码之后，经过交织器1输出A3k(u;〇)作为码 字信息送入LDPC内码译码器2参与译码； (4) 将译码器3的边信息A2I〇i)(u;〇)，系统信息Ak(cs;I)经过交织器2输出AI〇i) (c(s);I)和A2a(uk)进行求和运算，得至IjA2e(Uk)，其中A2e(Uk) =A2k(u;0)-AI(k)(c(s); I)-A2a(uk)，当迭代次数j小于最大迭代次数时，将A2Juk)送入解交织器2得到A3a(Uk) 反馈给LDPC内码译码器2作为下一次迭代的先验信息； (5) 当迭代次数j等于最大迭代次数时，迭代停止，将码信息Ak(u;0)直接硬判决输出 译码信息i。
【专利摘要】本发明公开了一种新型的信道编码，这是一种基于LDPC的Turbo结构码混合级联编译码方法。这种码首次采用LDPC作为分量码，经过外码LDPC编码器编码之后，通过交织器，分成相互并联的两路，其中一路经过LDPC内码编码器后输出，另一路先经过交织器再经过LDPC内码编码器后输出。本发明由于采用了混合级联的方式，通过使用LDPC作为分量码，并采用了交织技术，使码字具有近似随机的特性，既能在低SNR下获得较好的译码性能，又能有效地消除传统并行级联码的误码平台，考虑到每个分量码的译码模块的输入和输出都为软信息，该种算法可取得较高的编码增益。
【IPC分类】H03M13/29
【公开号】CN105227193
【申请号】CN201510633385
【发明人】张丽佳, 忻向军, 刘博 , 张琦, 王拥军, 尹霄丽, 肖飞, 田清华, 李博文, 田凤
【申请人】北京邮电大学
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2015年9月29日