專利名稱：基于線性最小均方誤差估計(jì)的修正最小和解碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及LDPC編碼技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種用于地面數(shù)字多媒體電視廣播DTMB、第二代衛(wèi)星數(shù)字視頻廣播DVB-S2、IEEE802. 11η、ΙΕΕΕ802. 16e、CCSDS等標(biāo)準(zhǔn)的基于線性最小均方誤差估計(jì)的修正最小和解碼方法。
背景技術(shù)：
LDPC碼通用的軟判決解碼方法是建立在置信傳播(BP)算法基礎(chǔ)上，通過將外消息在變量節(jié)點(diǎn)和校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)之間傳遞迭代來提高置信度，從而達(dá)到解碼的目的。但是BP算法校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)消息處理的運(yùn)算過于復(fù)雜，硬件實(shí)現(xiàn)開銷較大。最小和算法是一種對(duì)BP算法的簡化，其在校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)消息處理中，用最小值代替BP算法中的函數(shù)運(yùn)算，使運(yùn)算量大大降低，但其解碼性能有約O. 5到IdB的損失。為了在不增加運(yùn)算量的前提下，改善最小和算法 的解碼性能，目前主要有兩種最小和的修正算法，即Normalized BP-Based算法及OffsetBP-Based 算法。Normalized BP-Based 算法的修正方法為
It = Si5，a = HLt )(11)
Offset BP-Based算法的修正方法為
Li =，h = E(L2)-E(L1)(12)
式(11)和(12)中，L1為BP算法中校驗(yàn)消息的幅度，L2為最小和算法中校驗(yàn)消息的幅度I力校驗(yàn)消息幅度的估計(jì)值。上述兩種修正算法都是通過弓丨入修正因子(a或b)來提高解碼性能。但由于所得出的修正因子值與實(shí)際所需的值存在一定的差距，故校驗(yàn)消息幅度估值的均方誤差較大，解碼性能與BP算法有一定的差距。在實(shí)際工程應(yīng)用中，還采用蒙特卡羅法來確定其修正因子，可以得到較準(zhǔn)確的估值，但由于需要大量的計(jì)算仿真實(shí)驗(yàn)，故大大增加了計(jì)算量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于線性最小均方誤差估計(jì)的修正最小和解碼方法，該方法不僅解碼性能優(yōu)越，而且估計(jì)參數(shù)計(jì)算快，解碼復(fù)雜度低，硬件實(shí)現(xiàn)簡單。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是
定義Ci表示與變量節(jié)點(diǎn) 相連的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的集合，冬表示與校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)j相連的變量節(jié)點(diǎn)的集合，G 表示除J外與變量節(jié)點(diǎn)i相連的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的集合，RjM表示除i外與校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)相連的變量節(jié)點(diǎn)的集合，Z (Tyi)表示校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)J傳遞給變量節(jié)點(diǎn)i的外信息，Z(^7)表示變量節(jié)點(diǎn)i傳遞給校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)J的外信息，C表示碼字'L1為BP算法中的校驗(yàn)消息幅度，其值為
Α = φ ΣΦ(|ι^( ,,)|)1 (I)
^J
其中，(7-1)表示第(7-1)次迭代；
其中為最小和算法中的校驗(yàn)消息幅度，其值為 ! — i
1^,(Iri(^1)I) (2)
該方法按如下步驟進(jìn)行 步驟I、建立校驗(yàn)消息幅度的估計(jì)模型基于線性最小均方誤差估計(jì)模型，并結(jié)合修正后校驗(yàn)消息的符號(hào)不變的原則，對(duì)校驗(yàn)消息幅度建立如式(3)所示的估計(jì)模型
I,=nm(aI2-&,0) (3)
其中a3為需要計(jì)算的估計(jì)參數(shù)；
步驟2、計(jì)算使均方誤差函數(shù)If]最小的估計(jì)參數(shù)a、辦
步驟2. I、假設(shè)邊男-力常數(shù)’當(dāng)時(shí)，可得估計(jì)參數(shù)為
cov^f Xij j J
Q1 ~ ' '■—1 ■ ■
W(4)
^ _ CmjLl,L^SjL,)-D(Li)S(Ll) W
.Wq
其中，COV(ZdZ2)表不Z1與Z2的協(xié)方差,D(Z2)表不Z2的方差,A(Z1)、A(Z2)分別表不L1^L2的均方誤差；
步驟2. 2、比較計(jì)算出的I與.是否相等，若I 得到的a、6不是正確值，舍棄；若
則得到了的正確值；
步驟2. 3、采用黃金分割搜索算法，按上述步驟2. 1,2. 2進(jìn)行迭代，快速確定邊界左，然后根據(jù)式(4)得到估計(jì)參數(shù)a、辦；
步驟3、根據(jù)迭代次數(shù)對(duì)估計(jì)參數(shù)進(jìn)行修正
對(duì)前η次迭代得到的估計(jì)參數(shù)按式(5)進(jìn)行加權(quán)平均處理，得到修正后的估計(jì)參數(shù)a、辦，并對(duì)以后的各次迭代使用固定的估計(jì)參數(shù)
s=YAa,
'I'(5)
b=Y,^b,
. >-1
其中，Hi表示第i次迭代得到的估計(jì)參數(shù)<3, Λ J表示a,.的加權(quán)平均系數(shù)，表示第i次迭代得到的估計(jì)參數(shù)& Ui表示h的加權(quán)平均系數(shù)；
步驟4、對(duì)不同的信噪比采用同一個(gè)固定的估計(jì)參數(shù)；
步驟5、得到所需的估計(jì)參數(shù)后，按如下步驟對(duì)LDPC碼進(jìn)行解碼
步驟5. I、計(jì)算信道傳遞給變量節(jié)點(diǎn)i的初始概率似然比消息Z Γ/V，然后計(jì)算所有變量節(jié)點(diǎn)i傳遞給校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)J屬于Ci的初始消息
D=咐) (6)
步驟5. 2、按下述步驟(I)、(2),(3)進(jìn)行迭代處理
(1)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)消息處理
計(jì)算所有校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)J傳向變量節(jié)點(diǎn)i屬于冬U的消息
#(g=從⑵
(2)變量節(jié)點(diǎn)消息處理
計(jì)算所有變量節(jié)點(diǎn)i傳向校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)j屬于Ci Ij的消息
^( ) =Mi)+ Σ(8)
(3)解碼判決
對(duì)所有變量節(jié)點(diǎn)i計(jì)算硬判決消息
ο)
則碼字為 φ fa Ii0(A1)>o
J1=;(in)
[I ! (S,) <0 UU；
步驟5. 3、按步驟5. 2進(jìn)行迭代計(jì)算，直至滿足停止條件Hf = Q或迭代次數(shù)達(dá)到最大迭代次數(shù)，則迭代計(jì)算結(jié)束，否則繼續(xù)迭代；其中，Ji表示LDPC碼的校驗(yàn)矩陣，#表示解得的碼字，f表示該矩陣的轉(zhuǎn)置，若Af = Q ,則解得的碼字是正確的。本發(fā)明的有益效果是利用線性最小均方誤差估計(jì)的方法來得到估計(jì)參數(shù)，使最小和算法中的校驗(yàn)消息幅度逼近BP算法中的校驗(yàn)消息幅度，并考慮迭代次數(shù)的影響，對(duì)得到的估計(jì)參數(shù)進(jìn)一步加以修正，從而使其解碼性能優(yōu)于最小和算法及其傳統(tǒng)的修正算法。同時(shí)，本發(fā)明中的估計(jì)參數(shù)在邊界確定的情況下有明確的計(jì)算表達(dá)式，不需要大量的仿真計(jì)算，而黃金分割搜索算法又進(jìn)一步加快了邊界值的確定，從而使其運(yùn)算復(fù)雜度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于BP算法，故硬件實(shí)現(xiàn)更簡單。又由于本發(fā)明的平均迭代次數(shù)的減少，使其解碼的總計(jì)算量低于傳統(tǒng)解碼方法，解碼時(shí)延更低。由于對(duì)不同的信噪比采用固定的估計(jì)參數(shù)，進(jìn)一步減小了硬件開銷。


圖I是本發(fā)明方法的工作流程圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例中仿真通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例中k與！-Ar的關(guān)系圖。
a圖4是本發(fā)明實(shí)施例中參數(shù)a、b與迭代次數(shù)的關(guān)系圖。圖5是本發(fā)明實(shí)施例中各種解碼算法的誤碼率曲線圖。圖6是本發(fā)明實(shí)施例中估計(jì)參數(shù)a、b與SNR的關(guān)系曲線圖。
具體實(shí)施例方式為便于描述，先對(duì)本發(fā)明方法涉及的符號(hào)加以說明。LDPC碼可以用校驗(yàn)矩陣H和Tanner圖兩種方法來表示，它們兩者之間是一一對(duì)應(yīng)的。校驗(yàn)矩陣中的列對(duì)應(yīng)圖中的變量節(jié)點(diǎn)，用i表示；而校驗(yàn)矩陣中的行對(duì)應(yīng)圖中的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)，用J表示。當(dāng)校驗(yàn)矩陣中第J行第i列元素為1，則Tanner圖中第i個(gè)變量節(jié)點(diǎn)與第J個(gè)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)之間存在一條相連的邊。Ci表示與變量節(jié)點(diǎn)i相連的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的集合,Rj表示與校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)j相連的變量節(jié)點(diǎn)的集合，G 表示除J外與變量節(jié)點(diǎn)i相連的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的集合，RjM表示除i外與校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)相連的變量節(jié)點(diǎn)的集合，Z (Tyi)表示校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)J傳遞給變量節(jié)點(diǎn)i的外信息，Z(^7)表示變量節(jié)點(diǎn)i傳遞給校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)J的外信息，C表示碼字'L1為BP算法中的校驗(yàn)消息幅度，其值為
α=4 4"Μ) (I)
其中，(7-1)表示第(7-1)次迭代；
其中=為最小和算法中的校驗(yàn)消息幅度，其值為
足'; ,)|) (2)
本發(fā)明基于線性最小均方誤差估計(jì)的修正最小和解碼方法，如圖I所示，按如下步驟進(jìn)行
步驟I、建立校驗(yàn)消息幅度的估計(jì)模型基于線性最小均方誤差估計(jì)模型，并結(jié)合修正后校驗(yàn)消息的符號(hào)不變的原則，對(duì)校驗(yàn)消息幅度建立如式(3)所示的估計(jì)模型
I1 =畫:《-&，0) (3)
其中a3為需要計(jì)算的估計(jì)參數(shù)；
步驟2、計(jì)算使均方誤差函數(shù)最小的估計(jì)參數(shù)a、辦
步驟2. I、假設(shè)邊界&為常數(shù)，當(dāng)& >jt時(shí)，可得估計(jì)參數(shù)為
,_(4)
^cm(LlrLl) S(Li) ~LKL,)E (Lt) w
.D(L1)
其中，COV(ZdZ2)表不Z1與Z2的協(xié)方差,D(Z2)表不Z2的方差,A(Z1)、A(Z2)分別表不L1^L2的均方誤差；
步驟2. 2、比較計(jì)算出的與是否相等，若，得到的不是正確值，舍棄；若，則得到了 a、b的正確值；
步驟2. 3、采用黃金分割搜索算法，按上述步驟2. 1,2. 2進(jìn)行迭代，快速確定邊界左，然后根據(jù)式(4)得到估計(jì)參數(shù)a、辦；
步驟3 :根據(jù)迭代次數(shù)對(duì)估計(jì)參數(shù)進(jìn)行修正
由于LDPC的解碼算法都需要經(jīng)過多次迭代計(jì)算，最終才能解出正確的碼字，而每次迭代計(jì)算過程中所需的估計(jì)參數(shù)并不相同。根據(jù)迭代次數(shù)與估計(jì)參數(shù)的關(guān)系，對(duì)前η次迭代得到的估計(jì)參數(shù)按式(5)進(jìn)行加權(quán)平均處理，即按式(5)所示加以修正，并用于以后的各次迭代過程中，從而使硬件實(shí)現(xiàn)簡單，同時(shí)保證了解碼性能。由于前幾次迭代時(shí)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)輸出的消息對(duì)整個(gè)解碼性能有很大影響，因此，前幾次取較大權(quán)重，一般只考慮前3至4次。
權(quán)利要求
1.一種基于線性最小均方誤差估計(jì)的修正最小和解碼方法，其特征在于 定義Ci表示與變量節(jié)點(diǎn)i相連的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的集合，冬表示與校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)j相連的變量節(jié)點(diǎn)的集合，G Ij'表示除J'外與變量節(jié)點(diǎn)i相連的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的集合，RjM表示除i外與校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)相連的變量節(jié)點(diǎn)的集合，Z(Tyi)表示校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)J傳遞給變量節(jié)點(diǎn)i的外信息，Z(^7)表示變量節(jié)點(diǎn)i傳遞給校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)J的外信息，c表示碼字'L1為BP算法中的校驗(yàn)消息幅度，其值為其中，(7-1)表示第(7-1)次迭代； 其中=為最小和算法中的校驗(yàn)消息幅度，其值為 該方法按如下步驟進(jìn)行 步驟I、建立校驗(yàn)消息幅度的估計(jì)模型基于線性最小均方誤差估計(jì)模型，并結(jié)合修正后校驗(yàn)消息的符號(hào)不變的原則，對(duì)校驗(yàn)消息幅度建立如式(3)所示的估計(jì)模型 ) 其中a3為需要計(jì)算的估計(jì)參數(shù)； 步驟2、計(jì)算使均方誤差函數(shù)最小的估計(jì)參數(shù)a、辦 步驟2. I、假設(shè)邊界$為常數(shù)，當(dāng)J^k時(shí)，可得估計(jì)參數(shù)為 其中，COV(ZdZ2)表不Z1與Z2的協(xié)方差,D(Z2)表不Z2的方差,A(Z1)、A(Z2)分別表不L'、L2的均方誤差； 步驟2. 2、比較計(jì)算出的I與是否相等，若I # ,得到的a、6不是正確值，舍棄；若 則得到了的正確值； 步驟2. 3、采用黃金分割搜索算法，按上述步驟2. 1,2. 2進(jìn)行迭代，快速確定邊界左，然后根據(jù)式(4)得到估計(jì)參數(shù)a、辦； 步驟3、根據(jù)迭代次數(shù)對(duì)估計(jì)參數(shù)進(jìn)行修正 對(duì)前n次迭代得到的估計(jì)參數(shù)按式(5)進(jìn)行加權(quán)平均處理，得到修正后的估計(jì)參數(shù)a、辦，并對(duì)以后的各次迭代使用固定的估計(jì)參數(shù)其中，Hi表示第i次迭代得到的估計(jì)參數(shù)a, A J表示a,.的加權(quán)平均系數(shù)，Id1表示第i次迭代得到的估計(jì)參數(shù)& Ui表示h的加權(quán)平均系數(shù)； 步驟4、對(duì)不同的信噪比采用同一個(gè)固定的估計(jì)參數(shù)； 步驟5、得到所需的估計(jì)參數(shù)后，按如下步驟對(duì)LDPC碼進(jìn)行解碼 步驟5. I、計(jì)算信道傳遞給變量節(jié)點(diǎn)i的初始概率似然比消息z r/y，然后計(jì)算所有變量節(jié)點(diǎn)i傳遞給校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)J'屬于Ci的初始消息 Ms,) =咐) (6) 步驟5. 2、按下述步驟(I)、(2),(3)進(jìn)行迭代處理 (1)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)消息處理 計(jì)算所有校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)J'傳向變量節(jié)點(diǎn)i屬于冬U的消息 (2)變量節(jié)點(diǎn)消息處理 計(jì)算所有變量節(jié)點(diǎn)i傳向校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)j屬于Ci Ij的消息 (3)解碼判決 對(duì)所有變量節(jié)點(diǎn)i計(jì)算硬判決消息 則碼字為 步驟5. 3、按步驟5. 2進(jìn)行迭代計(jì)算，直至滿足停止條件Hr = Q或迭代次數(shù)達(dá)到最大迭代次數(shù)，則迭代計(jì)算結(jié)束，否則繼續(xù)迭代；其中H表示LDPC碼的校驗(yàn)矩陣，I表示解得的碼字，壙表示該矩陣的轉(zhuǎn)置，若Hf = Q ,則解得的碼字是正確的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于線性最小均方誤差估計(jì)的修正最小和解碼方法，該方法首先利用線性最小均方誤差估計(jì)的方法對(duì)校驗(yàn)消息幅度建模，并采用黃金分割搜索算法加快估計(jì)參數(shù)的確定，使其估值逼近BP方法中的校驗(yàn)消息幅度。然后，考慮迭代次數(shù)對(duì)估計(jì)參數(shù)的影響，對(duì)估計(jì)參數(shù)加以修正。對(duì)不同的信噪比采用固定的估計(jì)參數(shù)，以保證解碼性能，減小硬件開銷。得到估計(jì)參數(shù)后，對(duì)LDPC碼進(jìn)行解碼。該方法不僅解碼性能優(yōu)越，而且估計(jì)參數(shù)計(jì)算快，解碼復(fù)雜度低，硬件實(shí)現(xiàn)簡單。
文檔編號(hào)H03M13/11GK102811065SQ201210282079
公開日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月9日
發(fā)明者蘇凱雄, 吳子靜 申請(qǐng)人:福州大學(xué)