[发明专利]基于振荡的准循环低密度奇偶校验码置信传播译码方法

说明书

技术领域

本发明属于数字通信技术领域，具体涉及一种基于振荡的准循环低密度奇偶校验码置信传播译码方法。

背景技术

在一个通信系统当中，信道译码针对大量数据在信道中传输遇到众多使得数据衰减性的干扰时，提高了整个系统数据传输的稳定性。信号产生器会产生源信息，并对源信息进行编码，映射，经载波被发送到调制解调器，在接收端接收后，经过一系列的解调、译码操作，得到译码后的码字。

先进的的信道译码技术是现今4G&5G通信系统当中的核心技术之一，在近几十年的发展过程当中得到了飞速的发展，随着移动通信的发展，人们对信道译码不断提出了新的要求，虽然turbo码标志着人们构造其性能接近香农限的较好性能的开始，但其译码时延大，计算量大，存在错误平层。而低密度奇偶校验码是一个具有更低线性译码复杂度的信道编码及译码的好码。

低密度奇偶校验码由Robert Gallager在1962年在他的博士论文中首次提出，在20世纪90年代后期，由于低密度奇偶校验码较好的纠错能力，低密度奇偶校验码被MacKay and Neal重新认识，随后经过许多通信研究人员推广发展，现已经具有一套较为系统的优化设计方法并具有更强大的纠错能力和更低的算法复杂度。

低密度奇偶校验码具有较好的灵活性，低的错误平层及较低的译码复杂度，它可以完成完全并行的操作和接近香农极限的纠错性能。低密度奇偶校验码被包含在IEEE802.11n/ac标准中，并作为可选码之一。根据校验矩阵的构造，可分为规则的低密度奇偶校验码，和不规则的低密度奇偶校验码，不规则的低密度奇偶校验码由于其不均匀分布的行重和列重，可以得到较好的译码性能，但是由于其随机性，使得译码复杂度增加。然而通过随机的构造技术来设计低密度奇偶校验码方法的缺乏导致在存储和访问较大的校验矩阵时也呈现出严重缺陷。具有较大环长的准循环低密度奇偶校验码结合高效率的译码技术可以减少译码复杂度并提升纠错性能。

准循环低密度奇偶校验由于其具有很好的代数结构，译码方法相对简单，可以很容易的用移位寄存器构造乘法电路和加法电路。因此，在DVB-S2,802.16e,802.11ac通信系统当中得到广泛应用。

准循环低密度奇偶校验码由其校验基矩阵H_b定义，基矩阵中的元素由-1，0，1元素构成，经过扩展因子P扩展，这些在基矩阵中的元素被扩展为P×P的子零矩阵和同样大小的单位子矩阵，在基矩阵中的非零元素经过单位矩阵（P×P）转移一个值，这个值由与H_b同等维数的转移矩阵S_H中相应位置上的值所决定，而得到扩展，最终形成了稀疏校验矩阵H,准循环低密度奇偶校验码编码器和译码器的基本结构也仅仅由基本矩阵中的非负整数的位置所决定。因此准循环低密度奇偶校验码，很容易构造，易于硬件实现，其误码率性能曲线不会随着信噪比的增加而出现错误平层。

低密度奇偶校验码是由校验矩阵描述的线性分组码，校验矩阵H有少量为1，和大量为0的元素构成，包括一个包含所有校验节点的集合，一个包含所有信息节点的集合及连接校验节点和信息节点的边的集合，每行中非零元素的个数称为该行的行重，每列中非零元素的个数称为该列的列重。

低密度奇偶校验码的译码算法主要包括软判决译码算法，硬判决译码算法及基于可靠性的译码算法。软判决中，译码器将接收到的符号作为实数进行处理，因而保留了信道提供的全部信息，有很好的译码效率。低密度奇偶校验码的软判决译码算法大多数都是基于置信传播而开发的迭代算法。著名主要有其对数似然比置信传播算法，UMP置信传播译码算法及后续改进的一些归一化算法。硬判决译码在处理之前先将接收到的符号进行量化，量化后的元素集合与发送符号的集合相同，因此在简化译码器的同时也丢失了一部分信道信息，但其代数结构简单，易于硬件结构的实现。

起初，低密度奇偶校验码利用标准置信传播算法的对数似然比来进行译码处理，对于一个传输信息，首先经编码其进行编码，稀疏校验矩阵H=[H_k×kH_k×（n-k）]，其中前k位为信息位，后n-k位为校验位，经过高斯消去，H=[I_k×kR_k×(n-k)],码字m(1×k)被编码为x_n,x_n表示被编码的码字。