无速率码的固定窗长边消除置信传播译码方法

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。

主权项

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v_i,i＝1,2,...,n+N，校验节点记为c_j,j＝1,2,...,m+N，N(v_i)/c_j表示除了c_j之外的其他和v_i相连的校验节点，N(c_j)/v_i表示除了v_i之外的其他和c_j相连的变量节点，e_i,j表示连接v_i和c_j的边，E_LDPC＝{e_i,j|i＝1,2,...,n,j＝1,2,...,m}表示对应于LDPC码校验矩阵的边，$E_{\mathrm{LT}}^{\left(l\right)}=\left\{e_{i,j}\right|i=\mathrm{1,2},...,n,j=m+1,m+2,...,m+N\}$表示在第l轮译码操作时对应于LT码生成矩阵的边，表示在第l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l轮译码操作时v_i传递给c_j的对数似然比，表示在第l轮译码操作时c_j传递给v_i的对数似然比，表示在第l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L^(l)(v_i)表示在第l轮译码操作时对应于v_i,i＝1,2,...,n+N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^(l)(v_i),i＝1,2,...,n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f^(l)(e_i,j)＝0表示在第l轮译码操作时e_i,j连接了一个被消去的变量节点v_i，f^(l)(e_i,j)＝1表示在第l轮译码操作时并且它连接了一个被消去的变量节点v_i，f^(l)(e_i,j)＝2表示在第l轮译码操作时e_i,j∈E_LDPC并且它连接了一个被消去的变量节点v_i；对于由于这些边不参与消边操作，所以f^(l)(e_j-m+n,j)＝0；对于LDPC码的输出变量节点v_i,i＝1,2,...,n，F^(l)(v_i)＝0表示在第l轮译码操作时该节点尚未完成消边操作，F^(l)(v_i)＝1则表示在第l轮译码操作时该节点已经完成了消边操作；表示在第l轮译码操作时所有信息的集合，表示在第l轮译码操作时所有信息的结合，和num^(l)(v_i)分别表示在第l轮译码操作时所存储的v_i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ξ的次数，对每一个LDPC码的校验节点c_j,j＝1,2,...,m设置两个数组和并初始化取值为0，N_r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l＝1，选择经过筛选后的个LT码的编码比特进入译码器，将窗长为的译码器填充完毕，此时有令对LT码的输入变量节点v_i,i＝1,2,...,n设置F⁽¹⁾(v_i)＝0，num⁽¹⁾(v_i)＝0；对$\forall e_{i,j}\in E_{\mathrm{LDPC}}\cup E_{\mathrm{LT}}^{\left(1\right)}\cup E_O^{\left(1\right)},$设置flag⁽¹⁾(e_i,j)＝0；2）若l＝1，则进入步骤3）；否则在当前窗长为W，即包含了个LT码的输入变量节点和个LT码的输出变量节点的译码器中进行译码，对LT码的输入变量节点v_i设置F^(l)(v_i)＝F^(l-1)(v_i)，num^(l)(v_i)＝0；对$\forall e_{i,j}\in E_{\mathrm{LDPC}}\cup E_{\mathrm{LT}}^{(l-1)}\cup E_O^{(l-1)}$设置flag^(l)(e_i,j)＝flag^(l-1)(e_i,j)；对$\forall e_{j-m+n,j}\in (E_O^{\left(l\right)}-E_O^{(l-1)})$设置flag^(l)(e_j-m+n,j)＝0；对若F^(l)(v_i)＝0则设置flag^(l)(e_i,j)＝0，若F^(l)(v_i)＝1则设置flag^(l)(e_i,j)＝1并更新其更新规则如下：$L_{\mathrm{ch}}^{\left(l\right)}\left(v_{j-m+n}\right)=\left\{\begin{array}{cc}{L}_{\mathrm{ch}}^{\left(l\right)}\left(v_{j-m+n}\right),& L^{(l-1)}\left(v_i\right)\ge 0\\ -L_{\mathrm{ch}}^{\left(l\right)}\left(v_{j-m+n}\right),& L^{(l-1)}\left(v_i\right)<0\end{array}\right.;$3）对于满足F^(l)(v_i)＝0的LT码的输入变量节点v_i,i＝1,2,...,n，以及译码器中所有LT码的输出变量节点利用下式更新其向相邻校验节点传递的信息：$q_{v_i,c_j}^{\left(l\right)}=\underset{c_{j^{\prime }}\in N\left(v_i\right)/c_j}{\Sigma }{r}_{c_{j^{\prime }},v_i}^{(l-1)}+L_{\mathrm{ch}}^{\left(l\right)}\left(v_i\right);$4）对于译码器中的每个校验节点对其所有连接的边{e_i,j|v_i∈N(c_j)}做判决，若flag^(l)(e_i,j)＝0，则利用下式更新其向相邻变量节点传递的信息：$r_{c_j,v_i}^{\left(l\right)}=2{\tanh }^{-1}\left(\underset{{\mathrm{flag}}^{\left(l\right)}\left(e_{i^{\prime },j}\right)\ne 1}{\underset{v_{i^{\prime }}\in N\left(c_j\right)/v_i}{\Pi }}\tanh \left(\frac{1}{2}{q}_{v_{i^{\prime }},c_j}^{(l-1)}\right)\right);$5）对于满足F^(l)(v_i)＝0的LT码的输入变量节点v_i,i＝1,2,...,n，利用下式更新其用来做硬判决的对数似然比信息：$L^{\left(l\right)}\left(v_i\right)=\underset{c_j\in N\left(v_i\right)}{\Sigma }{r}_{c_j,v_i}^{\left(l\right)}+L_{\mathrm{ch}}^{\left(l\right)}\left(v_i\right);$6）对于满足F^(l)(v_i)＝0的LT码的输入变量节点v_i,i＝1,2,...,n，估算其对应的编码比特w_i的值：$w_i=\left\{\begin{array}{cc}0,& L^{\left(l\right)}\left(v_i\right)\ge 0\\ 1,& L^{\left(l\right)}\left(v_i\right)<0\end{array}\right.,$若此时已满足LDPC码的校验节点所限制的校验关系，则进入步骤9）；若不满足校验关系且未达到所设定的最大迭代次数I_max，则进入步骤7），否则进入步骤8）；7）判断LDPC码的输出变量节点其L^(l)(v_i)是否连续T次达到门限值ξ且|L^(l)(v_i)|逐渐增大，具体判断方法如下：对每一个满足F^(l)(v_i)＝0的变量节点v_i,i＝1,2,...,n进行如下操作，当时，如果|L^(l)(v_i)|≥ξ，则令且num^(l)(v_i)＝1；反之，不进行任何操作；当时，又可以分为以下五种情况，当且|L^(l)(v_i)|≥ξ和则令且num^(l)(v_i)＝num^(l)(v_i)+1，如果num^(l)(v_i)≥T，则进行消边更新操作，即令F^(l)(v_i)＝1且对设置f^(l)(e_i,j)＝1，对e_i,j∈E_LDPC设置f^(l)(e_i,j)＝2，如果且|L^(l)(v_i)|≥ξ和则令且num^(l)(v_i)＝1，如果且|L^(l)(v_i)|＜ξ，则令且num^(l)(v_i)＝0，如果且|L^(l)(v_i)|＜ξ，则令且num^(l)(v_i)＝0，如果且|L^(l)(v_i)|≥ξ，则令且num^(l)(v_i)＝1，若发现某些L^(l)(v_i)连续T次达到门限值ξ且|L^(l)(v_i)|逐渐增大，则消去这些LDPC码的输出变量节点及其所连接的边并完成消边更新操作，即令F^(l)(v_i)＝1且对设置f^(l)(e_i,j)＝1，对e_i,j∈E_LDPC设置f^(l)(e_i,j)＝2；为了消除这些操作对其他节点后续迭代译码的影响，对满足flag^(l)(e_i,j)＝2的边，将以后由v_i向c_j传递的信息设为该节点被消去时的L^(l)(v_i)，即一个定值并不再计算由c_j向v_i传递的信息l_i＝l+1,l+2,...；一旦有新的边被设置为flag^(l)(e_i,j)＝2，将其当前的L^(l)(v_i)存入中，并将消去的节点v_i所译出的比特w_i的值存入中，在以后每次更新由c_j向其他未被消去的变量节点输出的对数似然比信息的时候，中的每一个元素只传递各自的L^(l)(v_i)；同时，在以后每次判决译出比特是否满足LDPC码的校验关系式时，中的每一个w_i也参与异或运算，返回步骤3），开始新一轮的迭代译码；8）记录下F^(l)(v_i)（i＝1,2,...,n）、flag^(l)(e_i,j)的值；若在第l次译码尝试中没有LT码的输入变量节点被移出译码器，则进入步骤9）；若在第l次译码尝试中有N^(l)个LT码的输入变量节点被移出译码器，则再选择N^(l)个经过筛选后的LT码的编码比特进入译码器，即令将窗长为W的译码器填充完毕后，令l＝l+1，并进入步骤2），开始新一轮的译码尝试；9）停止译码。