[发明专利]基于自适应阈值的高效比特翻转译码器

说明书

本发明公开了一种用于二进制对称信道下低密度奇偶校验码的比特翻转(BF)译码器，称为自适应阈值BF译码器。针对现有BF译码器的时钟频率受到全局最大值查找操作限制这一问题，本发明设计了一个自适应阈值来筛选需要被翻转的比特。通过利用先前迭代中得到的消息，该阈值的计算过程可与其他解码操作并行进行，因此大大的缩短了关键路径。为了进一步提升性能，所提出译码器采用了一种非均匀的翻转准则。本发明还公开了用于实现所提出译码器的硬件架构并给出了综合结果。设计实例表明相较于其他BF译码器，所公开的译码器可以获得最大的吞吐率和最好的译码性能。

所属技术领域

本发明涉及通信编码技术领域中的译码器设计，特别针对二进制对称信道下，高性能、高吞吐率的比特翻转译码器算法设计以及硬件实现。

背景技术

低密度奇偶校验码(LDPC)由于接近香农限的译码性能和高并行度的优点，在过去很长一段时间内受到了广泛的研究并被应用在很多通信标准中。在所有LDPC码的译码算法中，置信传播算法(BP)展现出最好的性能，但其译码复杂度相对较高，不利于硬件实现。为了降低BP算法的复杂度，相继提出了最小和算法(MS)和修正最小和算法(OMS)，可以在可接受的性能损失下显著降低译码复杂度，因此成为目前较为广泛使用的LDPC译码算法。

相较于上述算法，比特翻转算法(BF)的复杂度更低，但其性能较差。为了提升BF算法的译码性能，许多改进算法中引入了软消息来帮助译码，例如梯度下降比特翻转算法(GDBF)。然而，由此带来的浮点运算大大增加了整体复杂度，并且不适用于某些难以产生软消息的应用场景，例如NAND Flash Memory。基于此，我们将应用场景限制在二进制对称信道(BSC)，其中只能得到硬判决消息。目前适用于该信道的译码算法主要有PGDBF，PPBF，和TRGDBF三种。其中TRGDBF性能最好，另外两种算法性能相当。然而，PPBF的时钟频率最高，关键路径最短。因此，在同时满足高性能、低延迟要求的BF译码器的设计上还存在着很大的研究空间。

发明内容

发明目的：本发明旨在针对上述问题，提供一种高吞吐率、低延迟的比特翻转译码器。具体发明内容如下：

一种基于自适应阈值的高效比特翻转器(ATBF)，主要包含：

1)高效的比特翻转译码算法。基于自适应阈值筛选待翻转比特，该阈值定义为上一次迭代中的最大能量值。通过将能量值进行存储，可在译码进行时同步的计算阈值，缩短了关键路径。为保证计算出的阈值的准确度，每次迭代后被翻转比特的能量值也需进行翻转，之后再存入存储器中用于下一次迭代的阈值计算。此外，还结合了一种不均匀的翻转准则。为突出校验和在能量方程中的重要性，将总校验和大于等于阈值的比特以概率p₀翻转，其余比特中能量值大于等于阈值的比特以概率p₁翻转，其中0＜p₁＜p₀＜1。通过上述操作，所提出算法在保证能量值最大的比特的翻转优先性的前提下，提升了能量值次大的比特的翻转概率，因而可以更加准确的匹配译码过程，显著提升了译码性能；

2)用于实现所提出算法的高效译码器架构。主要包含以下单元。变量节点单元，用于存储当前译码码字并对其进行翻转；校验节点单元，用于生成校验和；能量值计算单元，用于计算每个比特的总校验和与能量值。在所提出架构中采用先计算总校验和再根据其计算能量值的方式减少了该单元的资源消耗；指示单元，用于判定比特是否翻转并更新被翻转比特的能量值；能量值存储器，用于存储先前迭代中计算出的能量值；最大值查找器，用于生成阈值；提前终止单元，用于判断译码是否终止；随机概率产生器，用于产生所需的翻转概率值；

本发明提出的译码器架构，具有以下的有益效果：

首先，相较于目前的BF译码器，所提出的ATBF展现出显著提升的译码性能；

其次，降低了译码延迟，可获得更高的吞吐率；