一种循环切换的混合加权比特翻转ldpc译码方法
【专利摘要】本发明公开了一种循环切换的混合加权比特翻转LDPC译码方法，包括译码器开始对接收码字进行硬判决，初始译码采用IM?WBF算法，并设置最大迭代次数，所述的最大迭代次数是指当迭代次数达到最大值时，不管译码是否成功，停止迭代并输出译码结果，本发明采用两种加权比特翻转算法LC?WBF和IM?WBF进行现有的两种加权比特翻转算法LC?WBF和IM?WBF进行结合，通过两个算法在译码出现纠错死循环后进行不断的循环切换，达到了比原来算法性能更佳，收敛更快的效果。
【专利说明】
一种循环切换的混合加权比特翻转LDPC译码方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种译码方法，具体涉及一种循环切换的混合加权比特翻转LDPC译码 方法。
【背景技术】
[0002] 作为一种逼近香农极限的好码，低密度奇偶校验(Low-Density Parity-Check， LDPC)码在移动和深空通信等领域具有重要的应用前景。LDPC码作为一种线性分组码，是由 其稀疏校验矩阵定义的。由于LDPC码具有十分优越的性能，引起了人们的极大关注。
[0003] 基于置信传播理论的和积算法是一种性能优异的LDPC译码算法，但其计算复杂度 较高，因此硬件实现难度较大。为了降低实现难度，有学者提出了最小和算法，以性能的损 失换取复杂度的降低，但实际上由于最小和算法中校验节点和信息节点间传递的是实数， 计算复杂度依然较高。另一种LDPC译码算法，比特翻转(Bit Flipping，BF)译码算法，信息 节点和校验节点之间传递的是二进制信息，因此计算复杂度较低，硬件实现简单，但性能不 够理想。为了进一步提高BF译码算法的性能，学者们在硬判决的基础上加入信息可靠度的 计算，提出了加权比特翻转(Weighted BF，WBF)系列算法，实现了性能和计算复杂度之间更 好的折衷。
[0004] 近年来提出的WT3F系列算法主要有:modified weighted bit-flipping(M-WBF)， low complexity weighted bit-flipping(LC-ffBF),reliability ratio based weighted bit-flipping(RR-WBF)，fast modified weighted bit-flipping(FM-ffBF), improved modified weighted bit_flipping( IM-WBF)等;各类WBF算法选取的可靠度信息不同，从而 有不同的译码性能，因此，对WBF算法的改进也引起了人们的关注。
[0005] 由于上述各种WBF算法在性能上与和积算法还有一定的差距，本专利针对LC-WBF 和頂-WBF性能上的不足，提出了 一种性能更佳，收敛速度更快的加权比特翻转算法。
【发明内容】
[0006] 为了克服现有技术中LC-WBF和頂-WBF算法在性能方面的不足，提出了一种循环切 换的混合加权比特翻转LDPC译码方法。
[0007] 该算法将现有的两种WBF算法LC-WBF和IM-WBF进行结合，通过两个算法在译码出 现纠错死循环后进行不断的循环切换，从而达到比原算法更佳的性能以及更快的收敛速 度。
[0008] 本发明采用如下技术方案：
[0009] -种循环切换的混合加权比特翻转LDPC译码方法，包括如下步骤：
[0010] 步骤一，译码器初始化，初始化迭代次数k，即设k = 1，并设置最大迭代次数Kmax;
[0011] 步骤二，计算校验矩阵的伴随式，得到当前输入码字序列的校验结果，如果当前校 验结果为全0，则译码成功并结束;否则，进入步骤三；
[0012]步骤三，根据步骤二的校验结果，计算頂-WBF算法的判决标准值En1，并翻转En 1最 大的比特，当k=l时，跳转至步骤五；当k辛1时，判断本次迭代翻转比特是否与上次迭代翻 转的比特相同，如果相同，则进入步骤四，如果不相同，则跳转步骤五；
[0013] 步骤四，根据步骤二的校验结果，计算LC-WBF算法的判决标准值En2,并翻转En 2最 小的比特，并判断本次迭代翻转比特是否与上次迭代翻转的比特相同，如果相同，则进入步 骤三，如果不相同，则跳转步骤五；
[0014] 步骤五，计算校验矩阵的伴随式，得到翻转后码字序列的校验结果，同时检验迭代 次数是否达到最大迭代次数，如果校验结果全0或者达到最大迭代次数，停止迭代，输出译 码序列，否则，设k = k+Ι，然后跳转回步骤四。
[0015] 所述步骤二中，
[0017]
表示信道 输出值的绝对值;sm表示校验矩阵的伴随式;α为数值且可调;N(m) = {n: Hmn= 1}是参与第m 个校验方程的所有比特集合，Μ (η) = {m: Hmn = 1}是比特η参与的校验方程的集合，N (m) \]1表 示除η以外参与第m个校验方程的所有其他比特的集合。
[0018] 所述步骤三中，
[0020]
羡示条件概率，低校验可靠度
iff .= 1,2.，.…，If ; π. = 1，.2，，X 〇M(n)
={m: Hmn = 1}是比特η参与的校验方程的集合，N (m) \n表示除η以外参与第m个校验方程的所 有其他比特的集合。
[0021] 所述校验矩阵的伴随式为： ，所述校验矩阵 具有W行L列，表示校验矩阵第m行的第η个元素，^表示译码后位置η对应的比特值。
[0022]本发明采用如下技术方案：
[0023]本发明的工作原理：由于两种不同的算法用于选取错误比特的判定标准不同，而 大部分WBF算法译码失败的原因在于陷入了错误的纠错死循环，最为普遍的表现为算法不 断地在错误比特中进行反复翻转，从而导致译码失败。而CS-MWBF采用两种算法进入纠错死 循环后的循环切换，当IM-WBF陷入错误的纠错死循环时，LC-WBF可以帮助IM-WBF打破错误 的循环；反之，当LC-WBF陷入错误的纠错死循环时，頂-WBF可以帮助LC-WBF打破错误的循 环，从而提高了译码成功率。
[0024]本发明的有益效果：
[0025]本发明构造的一种更为高效的比特翻转算法，相比于原算法，获得编码增益约 0. ldB~0.4dB，同时平均迭代次数也有一定的降低，具有实现方式相对简单，硬件实现复杂 度不高和译码性能优异等特点。
【附图说明】
[0026]图1为本发明的工作流程图；
[0027]图2为本发明的仿真验证图：（500,250)规则LDPC码的误码率对比示意图；
[0028]图3为本发明的仿真验证图：（500,250)规则0^(：码的平均迭代次数对比示意图； [0029]图4为本发明的仿真验证图：（1008，504)非规则LDPC码的误码率对比示意图；
[0030]图5为本发明的仿真验证图：（1008,504)非规则LDPC码的平均迭代次数对比示意 图；
[0031]图6为本发明的仿真验证图：（2048，1018)非规则LDPC码的误码率对比示意图； [0032]图7为本发明的仿真验证图：（2048,1018)非规则LDPC码的平均迭代次数对比示意 图；
[0033] 图8为本发明的仿真验证图：（4000,2000)规则LDPC码的误码率对比示意图；
[0034]图9为本发明的仿真验证图：（4000,2000)规则LDPC码的平均迭代次数对比示意 图。
【具体实施方式】
[0035]下面结合实施例及附图，对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式不限 于此。
[0036] 实施例
[0037] 本发明中L表示码字长度，K表示信息比特长度。其中!1=[!^]是1^?(：码的校验矩 阵，即由0和1组成的W行L列的矩阵。参与第m个校验方程的所有比特集合记作N(m) = {n:Hmn =1}，比特η参与的校验方程的集合记作M(n) = {m:Hmn=l} 表示除η以外参与第m个 校验方程的所有其他比特的集合，M (n) \m表示除m以外比特η参与的所有其他校验方程的集 合。
[0038] 首先，LDPC码字c= {ci，C2,…，cl}经过xn = 2cn-l调制后，变成x= {xi，X2，···，?}，经 过高斯白噪声(AWGN)信道，接收到的码字序列为x+w = y= {yi，y2,…，yd，其中yn = xn+wn，wn 为独立的高斯白噪声变量。译码后的比特序列为2={21，22，···，？^}。
[0039] 循环切换的混合加权比特翻转LDPC译码算法，译码器开始对接收码字进行硬判 决，初始译码采用頂-WBF算法，并设置最大迭代次数，所述的最大迭代次数是指当迭代次数 达到所设定的最大值时，不管译码是否成功，停止迭代并输出译码结果。
[0040] 如图1所示，一种循环切换的混合加权比特翻转LDPC译码方法，包括如下步骤：
[0041 ]步骤1，译码器初始化。初始化迭代次数k，即设k = 1，并设置最大迭代次数Kmax;同
[0042] 步骤2,计算校验矩阵的伴随式，得到当前输入码字序列的校验结果，如果当前校 验结果为全〇，则译码成功并结束;否则，进入步骤三；
[0043] 所述校验矩阵的伴随式为以" =2^=ιζ" ?1 =.丨，2,…,妒，所述校验矩阵 具有W行L列，表示校验矩阵第m行的第η个元素，^表示译码后位置η对应的比特值。
[0044]步骤3，根据步骤二的校验结果，计算IM-WBF算法的判决标准值En1，并翻转En1最大 的比特。如果k=l，跳转至步骤五；当k辛1时，判断本次迭代翻转的比特是否与上次迭代翻 转的比特相同，如果相同，则进入步骤四，如果不相同，则跳转步骤五；
[0046]
I表示信道输出值 的绝对值;Sm表示校验矩阵的伴随式;α为标量且可调;N (m) = {n: Hmn = 1}是参与第m个校验 方程的所有比特集合，1(11) = {1]1:!111111=1}是比特11参与的校验方程的集合，1'1(1]1)\11表示除11以 外参与第m个校验方程的所有其他比特的集合。
[0047]步骤4，根据步骤二的校验结果，计算LC-WBF算法的判决标准值En2，并翻转E n2最小 的比特，并判断本次迭代翻转的比特是否与上次迭代翻转的比特相同，如果相同，则进入步 骤三，如果不相同，则跳转步骤五；
[0049]
表示条件概率，低校验可靠度
={m: Hmn = 1}是比特η参与的校验方程的集合，N (m) \n表示除η以外参与第m个校验方程的所 有其他比特的集合。
[0050] 步骤5,计算校验矩阵的伴随式，得到翻转后码字序列的校验结果，同时检验迭代 次数是否达到最大迭代次数，如果校验结果为全0或者达到最大迭代次数，停止迭代，输出 译码序列；否则，设k=k+l，然后跳转回步骤四。
[0051 ] 在高斯白噪声(AWGN)信道及BPSK调制的情况下，以（500，250)规则码、（1008，504) 非规则码、（2048，1018)非规则码以及(4000，2000)规则码为例，对比LC-WBF、頂-WBF和CS-WBF等加权比特翻转算法的性能及平均迭代次数。
[0052]如表1所示，本发明方法在译码的过程中没有增加复杂度。
[0053]表1加权比特翻转算法计算复杂度对比表
[0055] 如图2和图3所示：对于（500,250)规则码，在误码率为10-3附近，CS-MWBF相比LC-WBF有0.2dB增益，相比頂-WBF有0.3dB增益。而CS-MWBF的平均迭代次数相比于頂-WBF和LC-冊卩降低了10%。
[0056] 如图4和图5所示：对于（1008,504)非规则码，在误码率为10-3附近，CS-MWBF相比 頂-WBF有0. ldB增益，相比LC-WBF增益更大。而CS-MWBF的平均迭代次数相比于頂-WBF和LC- WBF有了一定的降低。
[0057] 如图6和图7所示:对于（2048,1018)非规则码，在误码率为10-3附近，CS-MWBF相比 頂-WBF有0. ldB增益，相比LC-WBF增益更大。而CS-MWBF的平均迭代次数相比于頂-WBF和LC-WBF有了一定的降低。
[0058] 如图8和图9所示:对于(4000,2000)规则码，在误码率为10-3附近，CS-MWBF相比頂-WBF有0.2dB增益，相比LC-WBF有0.4dB增益。而CS-MWBF的平均迭代次数相比于頂-WBF和LC-WBF有了一定的降低。
[0059]由于CS-MWBF算法是两个算法的结合，每次迭代的计算复杂度和IM-WBF及LC-WBF 的计算复杂度相同（如表1所示）。同时由于CS-MWBF的平均迭代次数更少，所以其收敛速度 将会进一步加快。
[0060]上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的 限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化， 均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种循环切换的混合加权比特翻转LDPC译码方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤一，译码器初始化，初始化迭代次数k，即设k = 1，并设置最大迭代次数Kmax; 步骤二，计算校验矩阵的伴随式，得到当前输入码字序列的校验结果，如果当前校验结 果为全O，则译码成功并结束;否则，进入步骤三； 步骤三，根据步骤二的校验结果，计算M-WBF算法的判决标准值En1，并翻转En 1最大的比 特，如果k=l，跳转至步骤五；当k辛1时，判断本次迭代翻转比特是否与上次迭代翻转的比 特相同，如果相同，则进入步骤四，如果不相同，则跳转步骤五； 步骤四，根据步骤二的校验结果，计算LC-WBF算法的判决标准值En2,并翻转En 2最小的比 特，并判断本次迭代翻转比特是否与上次迭代翻转的比特相同，如果相同，则进入步骤三， 如果不相同，则跳转步骤五； 步骤五，计算校验矩阵的伴随式，得到翻转后码字序列的校验结果，同时检验迭代次数 是否达到最大迭代次数，如果校验结果全O或者达到最大迭代次数，停止迭代，输出译码序 列，否则，设k = k+l，然后跳转回步骤四。2. 根据权利要求1所述的LDPC译码方法，其特征在于，所述步骤二中，所述M-WBF算法 的判决标准7其中权：表示信道输出值的绝对值； Sm表示校验矩阵的伴随式;α为数值且可调;N(m) = {n:Hmn=l}是参与第m个校验方程的所有 比特集合，M(n) = {m: Hmn=I}是比特η参与的校验方程的集合，N(m)\n表示除η以外参与第m 个校验方程的所有其他比特的集合。3. 根据权利要求1所述的LDPC译码方法，其特征在于，所述步骤三中，所述LC-WBF算法 的判决标准7其中，对数似然表示条件概率，低校验可靠度 高校验可靠度1}是比特η参与的校验方程的集合，N(m)\n表示除η以外参与第m个校验方程的所有其他比 特的集合。4. 根据权利要求1所述的LDPC译码方法，其特征在于，所述校验矩阵的伴随式为：T兀系，Zn衣不评料厄1兄直11对胆的比特值。 ?，所述校验矩阵具有W行L列，Hmn表示校验矩阵第m行的第η
【文档编号】H03M13/11GK106027069SQ201610319566
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月13日
【发明人】王歌, 王一歌, 吴桂龙, 贺双梅
【申请人】华南理工大学