[发明专利]一种LDPC-CC译码算法及译码器

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种前向纠错码的译码算法及其译码器结构。

背景技术

R.Gallager于1962年首先提出了LDPC码，但由于当时的计算水平及人们对这种码的认识不足，LDPC码在此后的几十年并未受到重视。在1993年后，MacKay等人重新发现了LDPC码。 该码的性能十分优异，甚至在码长较长时能够逼近Shannon极限，并且LDPC还具有较小的译码错误概率和较低的译码复杂度。由于LDPC具有许多优点，人们对LDPC做了大量的研究工作，并且在很多通信标准中采用了LDPC码作为其中的一种前向纠错码（Forward Error Correct, FEC）, 如CMMB、DTMB、DVB-S2和IEEE802.16e等。

当前绝大多数标准中的LDPC码都是分块形式的(LDPC-BC），而LDPC-BC的发展存在一些问题：

1、码长固定。如在CMMB与DTMB中只有一种码长，分别是9216与7493，而在DVB-S2中只有两种（16200与64800）。虽然在IEEE 802.16e中有19种码长（576－2304，步进为96），但它的码长仍然是固定的，而且这种可变码长增加了编码与译码的复杂度。码长固定意味着传输数据时，数据比特需要被划分成若干帧码长的数据。这十分不便，尤其是在手持式通信设备与网络传输中，数据比特长度十分灵活，随机性很大。

2、LDPC-BC码的纠错性能十分依赖于其码长。码长越长，其纠错性能越好，但码长的增长将巨大的增加译码器的硬件资源消耗，代价十分昂贵。

3、LDPC-BC码的编码也变得越来越复杂，尤其是需要支持可变码长时。

为此近年来人们开始关注由Felstrom 和 Zigangarov在1999年提出的LDPC-BC的变种：卷积形式的LDPC码，LDPC-CC。它具有以下优点：

1、码长可变。 LDPC-CC码的校验矩阵具有周期性并且可延伸到无限长，所以其码长可以根据数据比特的长度任意调整。

2、LDPC-CC码的纠错性能与LDPC-BC码相当。 在其存储深度（Memory Depth）较小便能取得与LDPC-BC码相当的纠错性能。 

3、LDPC-CC码的编码十分简单。由于LDPC-CC码具有卷积特性，其编码十分简单，可由若干延时单元与异或逻辑实现。

4、LDPC-CC码的编码与译码都是在已知的初始状态下进行的，故其帧头部分将变成一个强校验，而帧头部分通常包括一些重要的信息。 

由于上述优点，LDPC－CC码十分适用于手持式通信与网络传输，并且近年来得到较多的关注。然而相对而言该码发展并不成熟，现有的译码算法是传统的BP算法，收敛速度慢。译码器大多采用寄存器作为存储单元，消耗了大量的硬件资源与能量。

发明内容

本发明目的在于提出一种收敛速度快的LDPC-CC译码算法，同时提供一种适合该算法的高效译码器电路，以降低需要的存储单元，减少硬件资源消耗，提高算法效率与硬件利用效率。

一、LDPC-CC译码算法

LDPC-CC是由一周期性无限长的校验矩阵所定义， 而人们通常使用其转置形式。 如附图2显示了一码率为b/c的LDPC-CC码的示意图，其中为码的存储深度，（ m=0, 1, …, M, t=0, 1, …）是c x (c-b)的周期性子矩阵，必须为满轶。（T_p为周期）对任意m和t都成立。与LDPC-BC类似，LDPC-CC的校验矩阵也可以在Tanner图中显示出来，其中每一行为一信息节点，每一列为一校验节点。附图3显示了一简单的码率为1/2的LDPC-CC码的校验矩阵。图中的与分别代表校验节点与信息节点。

在详细描述算法之前先给出一些定义：是经过信道后信息节点V的本征信息，是信息节点V的后验信息，是校验节点C到信息节点V的外信息，是信息节点V到校验节点C的前验信息，是归一化因子， 是所有与校验节点C有连接关系的信息节点的集合，是所有与信息节点V有连接关系的校验节点的集合，是除去符号，是信息节点V的硬判结果。

传统的LDPC-CC译码算法是由Felstrom 和 Zigangarov在1999年提出LDPC-CC时提出的BP算法，类似于LDPC-BC中的TPMP。所有信息都存储在FIFO中，数据在处理器中不断向后移动。它的算法可表述为：

（1）初始化

                      （1）