專利名稱：一種編譯碼方法及編譯碼裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及編譯碼技術(shù)，特別涉及一種基于低密度奇偶校驗碼實現(xiàn)的編碼方法及裝置、譯碼方法及裝置。
背景技術(shù)：
信道編碼技術(shù)是移動通信系統(tǒng)不可或缺的一項關(guān)鍵技術(shù)，而信道編碼技術(shù)中的LDPC(Low Density Parity Code，低密度奇偶校驗碼)碼則被普遍認為具有比以往的信道編碼方法更優(yōu)越的性能，并且在第四代移動通信系統(tǒng)的研究中得到了應(yīng)用，LDPC碼可以用生成矩陣和校驗矩陣來表征。
對于基于迭代譯碼算法的低密度奇偶校驗碼而言，一個影響其編碼性能至關(guān)重要的因素便是校驗矩陣中最小循環(huán)(cycle)的大小，即校驗矩陣對應(yīng)Tanner圖中所形成的最小循環(huán)的周長(girth)。為了得到更好的編碼性能，總是希望得到的校驗矩陣的girth盡可能大。girth越小，最小碼距(漢明距離，碼字集合中任兩個碼字之間不相同比特數(shù)目的最小值)越小，碼字性能越差。最小碼距與碼字糾錯能力的關(guān)系式如下d≥2×t+1，d為最小碼距，t為該碼字可糾正的錯誤比特數(shù)目。顯然，t越大，碼字的性能就越好。已有的很多技術(shù)都是著眼于通過提高校驗矩陣的girth來構(gòu)造性能優(yōu)越的碼字，但對于碼字性能要求較高時，想要構(gòu)造更高girth的校驗矩陣往往是件很困難的事情。
校驗矩陣有兩個主要用途在發(fā)送端，可利用校驗矩陣生成校驗比特；在接收端，可利用校驗矩陣來檢驗接收到的碼字是否正確。
校驗原理簡述如下線性分組碼通?？梢杂删哂?和1元素的校驗矩陣H和生成矩陣G來表征，對于一個(n，k，d)分組碼，其中，n為碼字長度，k為信源比特長度，d為其最小漢明距離。記
待編碼的一組信息比特序列為m-=(m0,m1,...,mk-1);]]>該組信息比特序列編碼后的碼字比特序列為c-=(c0,c1,...,cn-1);]]>則如下關(guān)系式成立m-×Gk×n=c-,H(n-k)×n×c-T=0-⇒Gk×n×H(n-k)×nT=0.]]>對于待編碼序列，利用校驗矩陣H構(gòu)造生成矩陣G，然后利用生成矩陣G生成編碼后的碼字序列；對于接收碼字序列，利用校驗矩陣H來確定碼字是否有錯誤，若有錯，校驗結(jié)果無法等于0。
LDPC(Low Density Parity Code，低密度奇偶校驗碼)是一種比較特殊的線性分組碼，特殊性就在于它的奇偶校驗矩陣中1的數(shù)目遠遠小于0的數(shù)目，稱為稀疏性，也稱為低密度。
一、低密度奇偶校驗碼編碼過程第一步為了方便求出生成矩陣G，從而在譯碼時能夠方便的解出信息比特，可通過高斯-喬丹變換，對任意一個校驗矩陣H0可以線性變換為典型校驗矩陣H，校驗矩陣H0的行數(shù)代表碼字的長度，列數(shù)代表奇偶位的數(shù)目。典型校驗矩陣H如式1所示H＝[PT，I](1)典型校驗矩陣H可以劃分為兩部分，其中一部分為單位陣I，另一部分PT為P矩陣的轉(zhuǎn)置矩陣。
第二步再利用該典型校驗矩陣H方便的構(gòu)造出如下式2所示的典型生成矩陣GG＝[I，P]； (2)利用典型校驗矩陣H構(gòu)造的典型生成矩陣G同樣可以劃分為兩部分，其中一部分為一個單位陣I，另一部分即為P矩陣。
第三步在分組編碼時，根據(jù)生成矩陣G的行數(shù)對信源比特 進行分組，每一個分組中包括的信源比特數(shù)為生成矩陣G的行數(shù)。每一個分組分別和生成矩陣G相乘得到編碼后的輸出碼字，各組輸出碼字根據(jù)分組順序組成輸出碼字序列。
其中第i組ui和生成矩陣G相乘得到的輸出碼字 為ci-=ui-G=[ui-,ui-P]---(3)]]>其中每一組輸出碼字 中包括兩部分，其中一部分 為該組信源比特 和典型生成矩陣G中的單位陣I相乘的結(jié)果，稱為系統(tǒng)位；另一部分 為該組信源比特 和典型生成矩陣G中的P矩陣相乘的結(jié)果，稱為校驗位。
下面以一個示例進一步說明，例如校驗矩陣H04×7=1110100101100011000100110001;]]>線性轉(zhuǎn)換為典型校驗矩陣H4×7=10110001110100110,00100110001=[PT,I];]]>則構(gòu)造出的生成矩陣G3×7=[I,P]=1001110010,01110011101;]]>若待編碼的信源比特序列 為(0，1，0，1，1，1)，利用上述H4×7校驗陣完成編碼的過程包括如下步驟1、根據(jù)典型生成矩陣的行數(shù)，將(0，1，0，1，1，1)分成(0，1，0)和(1，1，1)兩組；2、分別編碼兩組輸出碼字為(0，1，0)×G3×7＝(0，1，0，0，1，1，1)；(1，1，1)×G3×7＝(1，1，1，0，1，0，0)；3、根據(jù)分組順序組合成輸出的編碼數(shù)據(jù) 為(0，1，0，0，1，1，1，1，1，1，0，1，0，0)。
任何一個低密度奇偶校驗碼的校驗矩陣都可以轉(zhuǎn)化為一張對應(yīng)的二分(Tanner)圖，比特節(jié)點和校驗節(jié)點是校驗矩陣轉(zhuǎn)化為Tanner圖后的標識，比特節(jié)點對應(yīng)于校驗矩陣的列，校驗節(jié)點對應(yīng)于校驗矩陣的行。
以校驗矩陣H14×8為例，其中V和C分別標識對應(yīng)的比特節(jié)點和校驗節(jié)點H14×8=V1V2V3V4V5V6V7V810101010C110010101C201100110C301011001C4]]>轉(zhuǎn)化的Tanner圖如圖2所示，有8個比特節(jié)點V1，V2...V8，4個校驗節(jié)點C1，C2...C4。以方框標識校驗節(jié)點，圓圈標識比特節(jié)點，連接對應(yīng)行和列的交叉元素為1的校驗節(jié)點和比特節(jié)點，例如V1和C1、V1和C2，這樣在Tanner圖會形成很多循環(huán)，例如其中粗線標識的C1、V3、C3和V7。
二、低密度奇偶校驗碼譯碼過程低密度奇偶校驗碼采用迭代譯碼算法，先對每個比特節(jié)點作概率信息初始化，然后在比特節(jié)點和校驗節(jié)點之間作消息迭代來判決譯碼從接收的編碼數(shù)據(jù)中截取的每一個碼字，在對數(shù)域上，實現(xiàn)過程如下符號說明qij(b)第j個校驗節(jié)點傳遞給第i個比特節(jié)點的認為ci＝b，b∈{0，1}的概率；rji(b)第i個比特節(jié)點傳遞給第j個校驗節(jié)點的認為ci＝b，b∈{0，1}的概率。
第一步初始化概率信息對于系統(tǒng)位 和校驗位 ，利用信道信息σ2(此處以AWGN信道為例)和接收數(shù)據(jù)yj，通過公式4計算得到初始概率信息L(qij)=L(cj)=Δlogpr(xj=+1|yj)pr(xj=-1|yj)=log(1+e-2yj/σ2)-1(1+e+2yj/σ2)-1=2yj/σ2---(4)]]>第二步第i個比特節(jié)點將所得到的信息傳遞給有它參與的所有校驗節(jié)點，對于第j個校驗節(jié)點的表達式為L(rji)=Δlogrji(0)rji(1)=Πi′αij2tanh-1Πi′tanh(12βi′j)---(5)]]>
其中αij=Δsign(L(qij)),βij=Δ|L(qij)|.]]>第三步第j個校驗節(jié)點將得到的信息傳遞給參與它的所有比特節(jié)點，對于第i個比特的表達式為L(qij)=Δlogqij(0)qij(1)=L(cj)+Σj′∈Ci\jL(rj′i)---(6)]]>第四步對每個比特節(jié)點計算似然值，并根據(jù)設(shè)定的迭代次數(shù)進行循環(huán)迭代來修正似然值L(Qi)=ΔlogQj(0)Qj(1)=L(cj)+Σj∈CiL(rji)---(7)]]>循環(huán)終止條件Cj＝1；L(Qj)＜0對j (8)Cj＝0；L(QJ)≥0如果C-HT=0-]]>或者循環(huán)次數(shù)超過最大次數(shù)就停止迭代，否則跳轉(zhuǎn)至第二步，繼續(xù)迭代過程。
第五步最后利用計算出的似然值進行判決譯碼每一個碼字，得到譯碼出的信源比特信息。
參閱圖2所示，在校驗矩陣對應(yīng)的Tanner圖中，通?？梢园l(fā)現(xiàn)存在很多循環(huán)，循環(huán)的周長定義為構(gòu)成循環(huán)的邊數(shù)，小周長循環(huán)(比如說4、6等，每一條邊長度為1)的存在會降低碼字的最小碼距。
公式9給出了低密度奇偶校驗碼的girth和最小碼距之間的關(guān)系 其中c為校驗矩陣列重，即校驗矩陣H中每列包含1元素的個數(shù)；g為girth的大小，dmin表示最小碼距，最小碼距在分組碼中有時也表述為最小漢明距，即任意兩個碼字取值不同的位置數(shù)目可以構(gòu)成一個集合，其中最小的那個值就是最小碼距。
根據(jù)此關(guān)系式，可以畫出低密度奇偶校驗碼girth大小和最小碼距的關(guān)系圖如圖1所示，從圖1中可以看出，girth越小，最小碼距也隨之變短。
對于采用迭代譯碼算法的低密度奇偶校驗碼而言，小的girth不僅會讓最小碼距減小，還會大大降低譯碼性能。以SPA(Sum Product Algorithm，和積算法)算法為例，譯碼時，首先利用信道信息和接收數(shù)據(jù)對每個比特作概率信息初始化，然后讓概率信息在信息節(jié)點和校驗節(jié)點之間作迭代，整個迭代的過程實際上是每個比特節(jié)點利用別處的信息進行糾錯的過程。
如果一個校驗矩陣的girth越小，意味著某些節(jié)點所觸及到其它節(jié)點的范圍也就越小，一旦這些比特節(jié)點所對應(yīng)的編碼比特經(jīng)過信道后發(fā)生了錯誤，就很難在迭代過程中從更多的節(jié)點所對應(yīng)的編碼比特那里獲得正確概率信息進行糾錯；更糟糕的是這些節(jié)點所對應(yīng)的編碼比特本身的錯誤信息可能在多次迭代之后又返回自身，甚至影響到和它處于同一個循環(huán)中的其它節(jié)點所對應(yīng)的編碼比特，從而讓整個譯碼過程的糾錯能力大為降低。因此校驗矩陣中存在的小循環(huán)很大程度上降低了低密度奇偶校驗碼的性能，而現(xiàn)有技術(shù)沒有考慮校驗矩陣中的小循環(huán)對編譯碼性能的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種低密度奇偶校驗碼編碼方法，以解決現(xiàn)有低密度奇偶校驗碼編碼方法中無法降低校驗矩陣中存在的小循環(huán)影響編碼性能的問題。
進一步，提供一種譯碼方法，用于譯碼利用本發(fā)明所述方法得到的編碼數(shù)據(jù)，解決了校驗矩陣中存在的小循環(huán)降低了譯碼正確率的問題；本發(fā)明還分別提供使用上述編碼方法和譯碼方法的編碼裝置和譯碼裝置，以解決如何在實際系統(tǒng)中應(yīng)用本發(fā)明上述方法的問題。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案一種基于低密度奇偶校驗碼的數(shù)據(jù)編碼方法，包括如下步驟順次截取相應(yīng)長度的信源比特分段并在該分段中插入至少一個約定比特信息后組成待編碼信源比特分組，所述約定比特信息插入在預(yù)先根據(jù)譯碼端使用的低密度奇偶校驗矩陣從信源比特分組中查找到的弱比特位上；利用根據(jù)所述低密度奇偶校驗矩陣構(gòu)造的生成矩陣，逐個將所述信源比特分組編碼為相應(yīng)的原始碼字，并根據(jù)所述原始碼字產(chǎn)生編碼數(shù)據(jù)。
其中，根據(jù)所述原始碼字產(chǎn)生所述編碼數(shù)據(jù)的方法為直接根據(jù)截取順序?qū)⒃即a字組合為所述編碼數(shù)據(jù)；或者刪除每一個原始碼字中由插入的所有約定比特信息編碼生成的系統(tǒng)位，再根據(jù)截取順序?qū)h除處理過的碼字組合為所述編碼數(shù)據(jù)。
所述約定比特信息為0或者1；和/或，所述生成矩陣為典型生成矩陣。
所述典型生成矩陣的構(gòu)造方法包括如下步驟將所述低密度校驗矩陣線性變換為典型校驗矩陣；根據(jù)所述典型校驗矩陣構(gòu)造所述典型生成矩陣。
所述a等于(n-m)/10；和/或，編碼端每次截取的信源比特分段的相應(yīng)長度為(n-m)×(1-a)個比特位。
所述方法還包括如下步驟調(diào)制所述編碼數(shù)據(jù)并在調(diào)制數(shù)據(jù)上加上噪聲信息后發(fā)送。
相應(yīng)的一種譯碼方法，包括如下步驟確定給定低密度奇偶校驗矩陣中的每一個比特節(jié)點的初始概率信息，其中，對應(yīng)的編碼前信源比特分組中弱比特位的弱比特節(jié)點的初始概率信息根據(jù)所述弱比特位中插入的約定比特信息確定，所述弱比特位根據(jù)所述低密度奇偶校驗矩陣確定；接收端從接收的編碼數(shù)據(jù)中每次截取一個設(shè)定碼長的碼字，并在所述低密度奇偶校驗矩陣中的比特節(jié)點和校驗節(jié)點之間按照設(shè)定的最大迭代次數(shù)進行消息迭代后計算出每一個比特節(jié)點的似然值，然后利用所述似然值判決譯碼截取的碼字。
其中當(dāng)所述編碼數(shù)據(jù)由編碼端編碼的原始碼字組合而成時，所述設(shè)定碼長為所述低密度奇偶校驗矩陣中包含的列數(shù)。
當(dāng)所述編碼數(shù)據(jù)由編碼端對原始碼字進行刪除處理后的碼字組合而成時，所述設(shè)定碼長為所述低密度奇偶校驗矩陣中包含的列數(shù)減去原始碼字中被刪除的系統(tǒng)位的位數(shù)；并且所述方法中還包括接收端在進行消息迭代之前，補齊每一個碼字中被刪除的系統(tǒng)位，補入的信息等于所述約定比特信息。
其中，根據(jù)已知的所述約定比特信息，令每一個弱比特位對應(yīng)的弱比特節(jié)點的初始概率信息等于一個視為逼近無窮大的數(shù)值。
較佳的，所述視為逼近無窮大的數(shù)值可以為10000。
進一步，所述方法還包括刪除譯碼得到每一個信源比特分組中所有弱比特位上插入的約定比特信息后得到最終的譯碼結(jié)果。
上述兩種方法中，第一種根據(jù)譯碼端使用的低密度奇偶校驗矩陣查找信源比特分組中弱比特位的方法包括如下步驟計算每一個信源比特分組中的弱比特位總數(shù)為a×(n-m)個，其中，m和n分別為所述低密度奇偶校驗矩陣的行數(shù)和列數(shù)，a為設(shè)定比例值，a≤(n-m)/8；繪制所述低密度奇偶校驗矩陣對應(yīng)的二分圖并查找該二分圖中包含的小循環(huán)；從周長最小的小循環(huán)開始，從小到大依次從所述低密度奇偶校驗矩陣的前n-m列中，查找前a×(n-m)個位于小循環(huán)中的弱比特節(jié)點對應(yīng)的列號集合；按照信源比特分組中各比特位的排列順序，從第一個比特位開始，查找出排列序號在所述列號集合中的弱比特位。
第二種根據(jù)譯碼端使用的低密度奇偶校驗矩陣查找信源比特分組中弱比特位的方法包括如下步驟計算每一個信源比特分組中的弱比特位總數(shù)為a×(n-m)個，其中，m和n分別為所述低密度奇偶校驗矩陣的行數(shù)和列數(shù)，a為設(shè)定比例值，a≤(n-m)/8；基于相同仿真條件和仿真總幀數(shù)，仿真所述低密度奇偶校驗矩陣中各比特節(jié)點對應(yīng)的原始碼字分量的錯誤次數(shù)；按照前n-m列的錯誤次數(shù)仿真結(jié)果，從仿真結(jié)果最大值對應(yīng)的比特節(jié)點開始，從大到小依次查找出a×(n-m)個弱比特節(jié)點對應(yīng)列的列號集合；按照信源比特分組中各比特位的排列順序，從第一個比特位開始，查找出排列序號在所述列號集合中的弱比特位。
本發(fā)明還提供一種基于低密度奇偶校驗碼的數(shù)據(jù)編碼裝置，包括生成矩陣產(chǎn)生單元，根據(jù)給定低密度奇偶校驗矩陣構(gòu)造生成矩陣；信源比特截取單元，順次從待編碼的信源比特序列中截取相應(yīng)長度的信源比特分段；插入單元，在所述信源比特截取單元截取的每一個信源比特分段中插入至少一個約定比特信息后組成待編碼信源比特分組，所述約定比特信息插入在預(yù)先根據(jù)譯碼端使用的低密度奇偶校驗矩陣從信源比特分組中查找到的弱比特位上；生成碼字單元，利用生成矩陣產(chǎn)生單元構(gòu)造的生成矩陣，逐個將所述信源比特分組編碼為相應(yīng)的原始碼字，并根據(jù)所述原始碼字產(chǎn)生編碼數(shù)據(jù)。
較佳的，所述生成碼字單元具體包括第一編碼子單元，根據(jù)截取順序逐個將所述信源比特分組編碼為相應(yīng)的原始碼字并輸出；第一編碼數(shù)據(jù)輸出子單元，將所述第一編碼子單元輸出的原始碼字直接組合為所述編碼數(shù)據(jù)后輸出。
較佳的，所述生成碼字單元還可以具體包括第二編碼子單元，根據(jù)截取順序逐個將所述信源比特分組編碼為相應(yīng)的原始碼字；刪除子單元，刪除所述第二編碼子單元輸出的每一個原始碼字中由插入的所有約定比特信息編碼生成的系統(tǒng)位；第二編碼數(shù)據(jù)輸出子單元，將所述刪除子單元進行刪除處理后輸出的碼字組合為所述編碼數(shù)據(jù)后輸出。
較佳的，所述生成矩陣產(chǎn)生單元具體包括校驗矩陣產(chǎn)生器，產(chǎn)生給定低密度奇偶校驗矩陣；矩陣轉(zhuǎn)換器，將所述校驗矩陣產(chǎn)生器產(chǎn)生的給定低密度奇偶校驗矩陣線性變換為典型校驗矩陣；生成矩陣產(chǎn)生器，根據(jù)所述矩陣轉(zhuǎn)換器變換的典型校驗矩陣構(gòu)造典型生成矩陣并輸出給所述生成碼字單元。
進一步，所述編碼裝置還包括信息輸入單元，向所述信源比特截取單元輸入待編碼的信源比特序列；調(diào)制單元，調(diào)制所述生成碼字單元輸出的編碼數(shù)據(jù)；信道單元，在所述調(diào)制單元輸出的調(diào)制數(shù)據(jù)上添加噪聲；發(fā)射天線，發(fā)送添加有噪聲的調(diào)制數(shù)據(jù)。
本發(fā)明同樣提供一種譯碼裝置，包括校驗矩陣生成單元，產(chǎn)生低密度校驗矩陣；碼字截取單元，從接收的編碼數(shù)據(jù)中每次截取一個設(shè)定碼長的碼字；初始化單元，確定給定低密度奇偶校驗矩陣中的每一個比特節(jié)點的初始概率信息，其中，對應(yīng)的編碼前信源比特分組中弱比特位的弱比特節(jié)點的初始概率信息根據(jù)所述弱比特位中插入的約定比特信息確定，所述弱比特位根據(jù)所述低密度奇偶校驗矩陣確定；迭代譯碼單元，分別連接所述初始化單元、碼字截取單元和校驗矩陣生成單元，在所述低密度奇偶校驗矩陣中的比特節(jié)點和校驗節(jié)點之間按照設(shè)定的最大迭代次數(shù)進行消息迭代后計算出每一個比特節(jié)點的似然值，然后利用所述似然值判決譯碼截取的碼字。
進一步，所述譯碼裝置還包括碼字恢復(fù)單元，補齊所述碼字截取單元截取的每一個碼字中被刪除的系統(tǒng)位，將碼字恢復(fù)為原始碼字后輸出給迭代譯碼單元，補入的信息等于所述約定比特信息。
較佳的，所述迭代譯碼單元中具體包括迭代子單元，在所述低密度奇偶校驗矩陣中的比特節(jié)點和校驗節(jié)點之間按照設(shè)定的最大迭代次數(shù)進行消息迭代后計算出每一個比特節(jié)點的似然值；譯碼子單元，根據(jù)所述迭代子單元輸出的每一個比特節(jié)點的概率信息判決譯碼截取的碼字；還原子單元，刪除所述譯碼子單元譯碼得到的每一個信源比特分組中所有弱比特位上插入的約定比特信息后輸出最終的譯碼結(jié)果。
進一步，所述譯碼裝置還包括接收天線，接收編碼數(shù)據(jù)；信道估計單元，連接所述接收天線，用于估計信道系數(shù)；解調(diào)單元，分別連接所述信道估計單元和接收天線，根據(jù)所述信道系數(shù)解調(diào)處理接收到的數(shù)據(jù)并輸出給所述碼字截取單元。
本發(fā)明的有益效果如下本發(fā)明所述技術(shù)方案對給定的校驗矩陣，查找出對應(yīng)的信源比特分組中的弱比特位，在編碼端對待發(fā)送的信源比特進行分組時，在每一組的弱比特位上插入發(fā)送端和接收端已知的約定比特信息，然后和信源比特一起乘以典型生成矩陣后得到對應(yīng)的碼字；在譯碼端進行迭代譯碼時，由于已知約定比特信息，因此可以將對應(yīng)的弱比特節(jié)點的概率信息初始化為逼近無窮大的數(shù)值，這樣就提高了迭代過程中在比特節(jié)點和校驗節(jié)點之間傳遞的概率信息的正確率，可以更好的糾正相鄰節(jié)點的錯誤信息，因此本發(fā)明技術(shù)方案能夠有效地抑制由校驗矩陣中小循環(huán)所帶來的編碼性能損失，從而提高編碼增益；進一步，在衰落信道下弱比特位上的約定比特信息可以對糾錯發(fā)生錯誤的比特位提供更多的幫助，得到的絕對編碼增益更大。校驗矩陣中存在的小循環(huán)越多，性能提高也越顯著，只不過需要應(yīng)用的弱比特位數(shù)也會增大，但對于很大的校驗矩陣而言，不會對碼率造成大的影響，如果考慮錯誤重傳，實際上能夠減少重傳次數(shù)，從而提高數(shù)據(jù)傳輸效率。


圖1為低密度奇偶校驗碼最小循環(huán)周長girth和最小碼距之間的關(guān)系；圖2為校驗矩陣H14×8對應(yīng)的Tanner示意圖；圖3為一個750×1250的校驗矩陣各比特節(jié)點在100000block時的錯誤次數(shù)分布仿真曲線；圖4為第一種查找信源比特分組中弱比特位方法的流程示意圖；
圖5為第二種查找信源比特分組中弱比特位方法的流程示意圖；圖6為本發(fā)明提供的基于低密度奇偶校驗碼進行編碼的方法流程示意圖；圖7為本發(fā)明提供的基于低密度奇偶校驗碼進行譯碼的方法流程示意圖；圖8為實現(xiàn)本發(fā)明編碼方法的編碼裝置主要結(jié)構(gòu)示意圖；圖9、圖10分別為圖8所示編碼裝置中生成碼字單元的兩種具體結(jié)構(gòu)示意圖；圖11為圖8所示編碼裝置中生成矩陣產(chǎn)生單元的一種具體結(jié)構(gòu)示意圖；圖12為實現(xiàn)本發(fā)明譯碼方法的譯碼裝置主要結(jié)構(gòu)示意圖；圖13為圖12所示譯碼裝置中迭代譯碼單元的一種具體結(jié)構(gòu)示意圖；圖14為使用本發(fā)明技術(shù)方案和現(xiàn)有技術(shù)分別獲得的編碼增益仿真結(jié)果對比示意圖。
具體實施例方式
通過背景技術(shù)的分析可知，由于校驗矩陣H1m×n中存在的小循環(huán)，導(dǎo)致接收端對處于小循環(huán)中的比特節(jié)點對應(yīng)的原始碼字分量的判決錯誤次數(shù)較高，從而導(dǎo)致譯碼正確率降低，本發(fā)明將這些處于小循環(huán)中的比特節(jié)點稱為弱比特節(jié)點，如果這些弱比特節(jié)點處于檢驗矩陣H1m×n中的前n-m列，則每一個列號都與信源比特分組中的一個比特位的排列序號相對應(yīng)，本發(fā)明將信源比特分組中這些相對應(yīng)的比特位稱為弱比特位，由于校驗矩陣中小循環(huán)的影響，譯碼端譯碼處于這些弱比特位上的信源比特時，譯碼正確率較低，為消除小循環(huán)的影響，本發(fā)明提供如下技術(shù)構(gòu)思在編碼端對待發(fā)送的信源比特進行分組時，在每一組的弱比特位上插入發(fā)送端和接收端已知的約定比特信息，然后和信源比特一起乘以典型生成矩陣后得到對應(yīng)的碼字，其中約定比特信息可以取0或1；在譯碼端進行迭代譯碼時，由于已知約定比特信息為0或1，因此可以將約定比特信息作為先驗信息對校驗矩陣中對應(yīng)弱比特位的弱比特節(jié)點進行概率信息初始化，由于已知弱比特位上的比特信息，譯碼端可以令該初始概率信息等于視為無窮大的數(shù)值，該初始概率信息的正確率為無窮大，這樣就提高了迭代過程中在比特節(jié)點和校驗節(jié)點之間傳遞的概率信息的正確率，可以更好的糾正相鄰節(jié)點的錯誤信息，從而提高了譯碼性能。
在上述技術(shù)構(gòu)思中，弱比特位預(yù)先根據(jù)使用的校驗矩陣確定，約定比特信息在編譯碼雙方已知，因此編碼端在發(fā)送的碼字中，可以去除約定比特信息生成的相應(yīng)系統(tǒng)位，譯碼端在譯碼前，在接收數(shù)據(jù)的每一個碼字中相應(yīng)位置上再插入約定比特信息后進行譯碼。
為實現(xiàn)上述技術(shù)構(gòu)思，首要問題是如何查找每一個分組中包含的弱比特位，對于任何一個給定的校驗矩陣H1m×n，通過矩陣的行變換都可以得到相同的典型校驗矩陣Hm×n，進而構(gòu)造出相同的典型生成矩陣G(n-m)×n，該典型生成矩陣G(n-m)×n的前n-m列對應(yīng)生成系統(tǒng)位的比特節(jié)點，后m列對應(yīng)生成校驗位的比特節(jié)點。由于系統(tǒng)位由生成矩陣G(n-m)×n的前n-m列編碼生成，因此只需要查找給定校驗矩陣H1m×n中的前n-m列中位于小循環(huán)內(nèi)的弱比特節(jié)點位置。
在給定校驗矩陣H1m×n的前n-m列中，查找位于小循環(huán)內(nèi)的弱比特節(jié)點的方法有以下兩種一、理論分析法畫出校驗矩陣H1m×n對應(yīng)的Tanner圖，查找出符合條件的小循環(huán)，就可以確定位于各小循環(huán)中的弱比特節(jié)點，根據(jù)其中位于校驗矩陣H1m×n的前n-m列的弱比特節(jié)點的列號可以對應(yīng)出弱比特位。
仍參閱圖2所示的Tanner圖，假設(shè)C1、V3、C3和V7形成一個小循環(huán)，則該小循環(huán)中包含兩個弱比特節(jié)點，分別為V3和V7，其中V3為第3列，位于前n-m＝7-3＝4列，因此在每一個信源比特的分組中，第3個比特位置為弱比特位。
通常情況下，編碼所用的校驗矩陣H1m×n都很大，例如750×1250的校驗矩陣，這樣通過理論分析尋找小循環(huán)的復(fù)雜度非常高，這時可以采用第二種仿真方法來尋找。
二、仿真方法根據(jù)上面對小循環(huán)影響編碼性能的分析，可以這樣來做對任意給定的校驗矩陣，先仿真得出其BER-SNR(Bit Error Ratio，誤比特率；Signal Noise Ratio，信噪比)曲線，然后在曲線的下降沿選一個SNR值，對每個列比特分別作錯誤概率統(tǒng)計后會發(fā)現(xiàn)統(tǒng)計結(jié)果中某些列比特節(jié)點對應(yīng)的原始碼字分量的判決錯誤次數(shù)較高，明顯大于其它比特節(jié)點，呈現(xiàn)出一個一個的峰，這些比特節(jié)點就是要尋找的處于小循環(huán)中的弱比特節(jié)點。然后再判斷處于小循環(huán)中的弱比特節(jié)點是否位于校驗矩陣H1m×n的前n-m列，如果是則根據(jù)列號可以對應(yīng)出一個弱比特位。
例如圖3所示，圖3為一個750×1250的校驗矩陣各比特節(jié)點在100000block(仿真幀數(shù)為100000幀，編碼前每幀500bit，編碼后每幀大小為1250bit)時的錯誤次數(shù)分布仿真曲線，仿真采用AWGN(Adding White Gaussian Noise，加性高斯白噪聲)信道、BPSK(Binary-Phase-Shift-Keying)調(diào)制、信噪比為1.5dB、編碼循環(huán)100000次、最大譯碼迭代30次，該曲線呈現(xiàn)下述特點1、各個比特節(jié)點的錯誤次數(shù)在275附近上下波動；2、少數(shù)比特節(jié)點錯誤次數(shù)顯著多于其它節(jié)點，呈現(xiàn)出一個一個的峰。
則根據(jù)仿真結(jié)果，前500列出現(xiàn)的峰值對應(yīng)的每一個列號可以對應(yīng)出一個需要查找的弱比特位。
當(dāng)然，也可以僅對校驗矩陣H1m×n的前n-m列進行仿真即可。仿真表明，這樣尋找出來的結(jié)果和理論分析的結(jié)果是一致的。
理論上，只要對其中任意一個弱比特位進行相應(yīng)處理，就可以在一定程度上改善譯碼端的譯碼性能，而且處理的弱比特位數(shù)越多譯碼性能提高的越多，但是編碼率會隨著進行處理的弱比特位數(shù)的上升而下降，因此需要綜合考慮兩方面因素來設(shè)定合理的選擇標準，用于決策出需要處理的合理弱比特位數(shù)量。
仍然采用仿真的方法，使用750×1250的校驗矩陣，BPSK調(diào)制方式，AWGN信道，信噪比選擇在0-2.5dB，每個信噪比編碼循環(huán)次數(shù)為10000，逐步增加弱比特位總數(shù)在一個信源比特分組中的比例，仿真結(jié)果可以概括如下仍以給定的校驗矩陣H1m×n為例，每一分組中的包含的信源比特位數(shù)為n-m，仿真結(jié)果表明，每一個分組中處理的弱比特位數(shù)量小于或等于(n-m)/8時，每增加處理一個弱比特位，都可以獲得較為明顯的譯碼性能增益，超過(n-m)/8后，譯碼性能的增益的提高就非常有限，因此，可以設(shè)定在每一個分組中，如果設(shè)定需要處理的弱比特位的比例為a，則a≤(n-m)/8，可以根據(jù)給定校驗矩陣的編碼性能調(diào)整比例a，一般情況下，較為優(yōu)選的為(n-m)/10。
很明顯，第一種方法中，首先計算出每一個分組中需要處理的弱比特位數(shù)量為a×(n-m)個，然后按照小循環(huán)周長，從周長最小的小循環(huán)開始，從小到大依次選擇根據(jù)該小循環(huán)對應(yīng)查找出的弱比特位。
第二種方法中，仍然首先計算出每一個分組中需要處理的弱比特位數(shù)量為a×(n-m)個，然后按照前n-m列的錯誤次數(shù)仿真結(jié)果，從仿真結(jié)果最大值對應(yīng)的列開始，從大到小依次選擇對應(yīng)查找出的弱比特位。
下面結(jié)合附圖和實施示例進一步闡述本發(fā)明技術(shù)方案的主要實現(xiàn)原理。
如圖4所示，根據(jù)譯碼端使用的低密度奇偶校驗矩陣，查找對應(yīng)的信源比特分組中弱比特位的第一種方法包括如下步驟S401、計算每一個信源比特分組中的弱比特位總數(shù)為a×(n-m)個，其中，m和n分別為低密度奇偶校驗矩陣的行數(shù)和列數(shù)，a為設(shè)定比例值，a≤(n-m)/8；S402、繪制低密度奇偶校驗矩陣對應(yīng)的二分圖并查找該二分圖中包含的小循環(huán)；S403、從周長最小的小循環(huán)開始，從小到大依次查找滿足條件的弱比特節(jié)點對應(yīng)的列號集合；即從周長最小的小循環(huán)開始，從小到大依次從低密度奇偶校驗矩陣的前n-m列中，查找其中位于小循環(huán)中的前a×(n-m)個弱比特節(jié)點對應(yīng)的列號集合。
S404、按照信源比特分組中各比特位的排列順序，從第一個比特位開始，查找出排列序號在列號集合中的弱比特位。
如圖5所示，根據(jù)譯碼端使用的低密度奇偶校驗矩陣，查找對應(yīng)的信源比特分組中弱比特位的第二種方法包括如下步驟S501、計算每一個信源比特分組中的弱比特位總數(shù)為a×(n-m)個，其中，m和n分別為低密度奇偶校驗矩陣的行數(shù)和列數(shù)，a為設(shè)定比例值，a≤(n-m)/8；S502、基于相同仿真條件和仿真總幀數(shù)，仿真低密度奇偶校驗矩陣中各比特節(jié)點對應(yīng)的原始碼字分量的錯誤次數(shù)；S503、按照前n-m列的錯誤次數(shù)仿真結(jié)果，從仿真結(jié)果最大值對應(yīng)的比特節(jié)點開始，從大到小依次查找滿足條件的弱比特節(jié)點對應(yīng)的列號集合；即按照前n-m列的錯誤次數(shù)仿真結(jié)果，從仿真結(jié)果最大值對應(yīng)的比特節(jié)點開始，從大到小依次查找出a×(n-m)個弱比特節(jié)點對應(yīng)列的列號集合。
S504、按照信源比特分組中各比特位的排列順序，從第一個比特位開始，查找出排列序號在列號集合中的弱比特位。
如圖6所示，依據(jù)上述方法得到的信源比特分組中的弱比特位信息，本發(fā)明的一種基于低密度奇偶校驗碼的數(shù)據(jù)編碼方法，主要包括如下步驟S601、順次截取相應(yīng)長度的信源比特分段并在該分段中插入至少一個約定比特信息后組成待編碼信源比特分組；其中，約定比特信息插入在預(yù)先根據(jù)譯碼端使用的低密度奇偶校驗矩陣從信源比特分組中查找到的弱比特位上；約定比特信息可以為0或1。
這里，如果給定校驗矩陣為H1m×n，并給定弱比特位的比例為a，則編碼端每次截取的信源比特分段的相應(yīng)長度為(n-m)×(1-a)個比特位，然后在a×(n-m)個弱比特位的每一個對應(yīng)的比特位上插入約定比特信息0或1后，形成一個包含n-m個比特位的待編碼信源比特分組。
S602、利用低密度奇偶校驗矩陣構(gòu)造的生成矩陣，逐個將信源比特分組編碼為相應(yīng)的原始碼字；這里，生成矩陣一般使用典型生成矩陣，由低密度奇偶校驗矩陣通過線性變換為典型校驗矩陣后，根據(jù)典型校驗矩陣結(jié)構(gòu)構(gòu)造。
S603、根據(jù)原始碼字產(chǎn)生編碼數(shù)據(jù)；編碼數(shù)據(jù)的產(chǎn)生方法有兩種1)、直接根據(jù)截取順序?qū)⒃即a字組合為編碼數(shù)據(jù)；2)、刪除每一個原始碼字中由插入的所有約定比特信息編碼生成的系統(tǒng)位，再根據(jù)截取順序?qū)h除處理過的碼字組合為編碼數(shù)據(jù)。
由于編碼端采用典型生成矩陣編碼，所以編碼數(shù)據(jù)的第一部分，例如前n-m個比特位為系統(tǒng)位，和信源比特分組相對應(yīng)，每一個約定比特信息編碼生成的系統(tǒng)位的位置仍按照弱比特位的位置來確定。
S604、調(diào)制編碼數(shù)據(jù)并在調(diào)制數(shù)據(jù)上加上噪聲信息后發(fā)送。
仍以一個具體實施示例進行說明校驗矩陣H04×7=1110100101100011000100110001;]]>線性轉(zhuǎn)換為典型校驗矩陣H4×7=10110001110100110,00100110001=[PT,I];]]>則生成矩陣G3×7=[I,P]=1001110010,01110011101;]]>若待編碼的信源比特序列 仍為(0，1，0，1，1，1)，假定根據(jù)該H04×7的校驗矩陣，在每一個信源比特分組中查找出一個弱比特位，該弱比特位為每一組中的第三個比特位，則根據(jù)本發(fā)明提供的編碼方法，利用上述H4×7校驗陣完成編碼的過程包括如下步驟1、根據(jù)典型生成矩陣的行數(shù)和弱比特位的個數(shù)，每次從信源比特序列 中截取兩個比特分段，共計可以截取三個信源比特分段，依次為u1＝(0，1)，u2＝(0，1)，u3＝(1，1)；
在每一個截取出的信源比特分段中插入一個約定比特信息，例如1，形成三個信源比特分組u-1=(0,1,1-),u-2=(0,1,1-),u-3=(1,1,1-);]]>2、依次編碼每一個原始碼字，編碼過程如下分組1c-1=u-1×G3×7=(0,1,1-,1,0,1,0);]]>分組2c-2=u-2×G3×7=(0,1,1-,1,0,1,0);]]>分組3c-3=u-3×G3×7=(1,1,1-,0,1,0,0);]]>3、根據(jù)原始碼字產(chǎn)生編碼數(shù)據(jù)；上述分組中的 即為弱比特，參與編碼，但可以不傳輸，這樣編碼數(shù)據(jù) 為(0，1，1，0，1，0，0，1，1，0，1，0，1，1，0，1，0，0)；4、調(diào)制編碼數(shù)據(jù)并加上噪聲后發(fā)送。
采用本文方案，待編碼6比特，需分成3組，編碼后最少需傳輸18比特，如果則采用現(xiàn)有編碼方式，則需分成2組，編碼輸出6/3×7＝14比特。
如圖7所示，本發(fā)明相應(yīng)提供的譯碼方法包括如下步驟S701、確定給定低密度奇偶校驗矩陣中的每一個比特節(jié)點的初始概率信息；其中，對應(yīng)的編碼前信源比特分組中弱比特位的弱比特節(jié)點的初始概率信息根據(jù)弱比特位中插入的約定比特信息確定，由于約定比特信息已知，所以每一個弱比特位對應(yīng)的弱比特節(jié)點的初始概率信息為無窮大，實際應(yīng)用中可以利用視為逼近無窮大的一個數(shù)值，例如10000；其余比特節(jié)點的初始概率信息仍根據(jù)公式4計算。
S702、從接收的編碼數(shù)據(jù)中每次截取一個設(shè)定碼長的碼字；當(dāng)編碼數(shù)據(jù)由編碼端編碼的原始碼字組合而成時，設(shè)定碼長為低密度奇偶校驗矩陣中包含的列數(shù)；當(dāng)編碼數(shù)據(jù)由編碼端對原始碼字進行刪除處理后的碼字組合而成時，設(shè)定碼長為低密度奇偶校驗矩陣中包含的列數(shù)減去原始碼字中被刪除的系統(tǒng)位的位數(shù)；
如果是第一種方法則轉(zhuǎn)入步驟S704，否則直接進入步驟S703。
S703、補齊每一個碼字中被刪除的系統(tǒng)位，補入的信息等于約定比特信息。
由于編碼端采用典型生成矩陣編碼，所以編碼數(shù)據(jù)的第一部分，例如前n-m個比特位為系統(tǒng)位，和信源比特分組相對應(yīng)，補入每一個系統(tǒng)位的位置仍按照弱比特位的位置來確定。
S704、在低密度奇偶校驗矩陣中的比特節(jié)點和校驗節(jié)點之間按照設(shè)定的最大迭代次數(shù)進行消息迭代后計算出每一個比特節(jié)點的似然值；具體迭代方法和現(xiàn)有技術(shù)相同，包括如下步驟1)、第i個比特節(jié)點將所得到的信息傳遞給有它參與的所有校驗節(jié)點，對于第j個校驗節(jié)點的表達式為L(rji)=Δlogrji(0)rji(1)=Πi′αij2tanh-1Πi′tanh(12βi′j)---(5)]]>其中αij=Δsign(L(qij)),βij=Δ|L(qij)|.]]>2)、第j個校驗節(jié)點將得到的信息傳遞給參與它的所有比特節(jié)點，對于第i個比特的表達式為L(qij)=Δlogqij(0)qij(1)=L(cj)+Σj′∈Ci\jL(rj′i)---(6)]]>3)、對每個比特節(jié)點計算似然值，并根據(jù)設(shè)定的迭代次數(shù)進行循環(huán)迭代來修正似然值L(Qj)=ΔlogQj(0)Qj(1)=L(cj)+Σj∈CiL(rji)---(7)]]>循環(huán)終止條件Cj＝1；L(Qj)＜0對j(8)Cj＝0；L(QJ)≥0如果C-HT=0-]]>或者循環(huán)次數(shù)超過最大次數(shù)就停止迭代，否則跳轉(zhuǎn)至第二步，繼續(xù)迭代過程。
首次執(zhí)行時，利用各比特節(jié)點的初始化信息對所有包含該比特節(jié)點的校驗節(jié)點傳遞信息，在以后的迭代中，利用的是上一次迭代中校驗節(jié)點傳遞給比特節(jié)點的概率信息。
S705、利用似然值判決譯碼截取的碼字；S706、刪除譯碼得到每一個信源比特分組中所有弱比特位上插入的約定比特信息后得到最終的譯碼結(jié)果。
仍以接收到18位編碼數(shù)據(jù)c-=(0,1,1,0,1,0,0,1,1,0,1,0,1,1,0,1,0,0)]]>為例進一步說明，根據(jù)碼長2截取碼字并補入被刪除的系統(tǒng)位后形成三個待譯碼的碼字，初始化校驗矩陣H04×7中個比特節(jié)點的概率信息，其中，第三個比特節(jié)點的概率信息初始化為一個視為逼近無窮大的數(shù)值，例如10000，然后對每一個待譯碼的碼字進行迭代譯碼，最后刪除每一個譯碼出的碼字中弱比特位上的約定比特信息，即最后一個比特位上的信息后得到最終的譯碼結(jié)果。
綜上，編碼端對待發(fā)送的信源比特進行分組時，在每一組的弱比特位上插入發(fā)送端和接收端已知的約定比特信息，然后和信源比特一起乘以典型生成矩陣后得到對應(yīng)的碼字；在譯碼端進行迭代譯碼時，由于已知約定比特信息，因此可以將對應(yīng)的弱比特節(jié)點的概率信息初始化為逼近無窮大的數(shù)值，通過上述編譯碼的相應(yīng)處理，提高了迭代過程中在比特節(jié)點和校驗節(jié)點之間傳遞的概率信息的正確率，可以更好的糾正相鄰節(jié)點的錯誤信息，因此能夠有效地抑制由校驗矩陣中小循環(huán)所帶來的編碼性能損失，從而提高編碼增益。
如圖8所示，實現(xiàn)本發(fā)明一種基于低密度奇偶校驗碼的數(shù)據(jù)編碼裝置主要包括信息輸入單元801，向截取單元803輸入待編碼的信源比特序列；生成矩陣產(chǎn)生單元802，根據(jù)給定低密度奇偶校驗矩陣構(gòu)造生成矩陣；信源比特截取單元803，順次從待編碼的信源比特序列中截取相應(yīng)長度的信源比特分段；插入單元804，在信源比特截取單元803截取的每一個信源比特分段中插入至少一個約定比特信息后組成待編碼信源比特分組，約定比特信息插入在預(yù)先根據(jù)譯碼端使用的低密度奇偶校驗矩陣從信源比特分組中查找到的弱比特位上；生成碼字單元805，利用生成矩陣產(chǎn)生單元802構(gòu)造的生成矩陣，逐個將信源比特分組編碼為相應(yīng)的原始碼字，并根據(jù)原始碼字產(chǎn)生編碼數(shù)據(jù)；調(diào)制單元806，調(diào)制生成碼字單元輸出的編碼數(shù)據(jù)；信道單元807，在調(diào)制單元輸出的調(diào)制數(shù)據(jù)上添加噪聲；發(fā)射天線808，發(fā)送添加有噪聲的調(diào)制數(shù)據(jù)。
對應(yīng)直接將原始碼字組合為編碼數(shù)據(jù)的處理方法，進一步如圖9所示，生成碼字單元805的一種具體結(jié)構(gòu)可以包括第一編碼子單元901，根據(jù)截取順序逐個將信源比特分組編碼為相應(yīng)的原始碼字并輸出；第一編碼數(shù)據(jù)輸出子單元902，將第一編碼子單元901輸出的原始碼字直接組合為編碼數(shù)據(jù)后輸出。
對應(yīng)刪除每一個原始碼字中由插入的所有約定比特信息編碼生成的系統(tǒng)位后組合為編碼數(shù)據(jù)的處理方法，進一步如圖10所示，生成碼字單元805的另一種具體結(jié)構(gòu)可以包括第二編碼子單元1001，根據(jù)截取順序逐個將信源比特分組編碼為相應(yīng)的原始碼字；刪除子單元1002，刪除第二編碼子單元1001輸出的每一個原始碼字中由插入的所有約定比特信息編碼生成的系統(tǒng)位；第二編碼數(shù)據(jù)輸出子單元1003，將刪除子單元1002進行刪除處理后輸出的碼字組合為編碼數(shù)據(jù)后輸出。
進而如圖11所示，生成矩陣產(chǎn)生單元的一種具體結(jié)構(gòu)包括校驗矩陣產(chǎn)生器1101，產(chǎn)生給定低密度奇偶校驗矩陣；矩陣轉(zhuǎn)換器1102，將校驗矩陣產(chǎn)生器1101產(chǎn)生的給定低密度奇偶校驗矩陣線性變換為典型校驗矩陣；
生成矩陣產(chǎn)生器1103，根據(jù)矩陣轉(zhuǎn)換器1102變換的典型校驗矩陣構(gòu)造典型生成矩陣并輸出給生成碼字單元805。
具體編碼方法參見前述，這里不再重復(fù)描述。
如圖12所示，本發(fā)明相應(yīng)提供的一種基于低密度奇偶校驗碼的數(shù)據(jù)譯碼裝置主要包括接收天線1201，接收編碼端發(fā)送的編碼數(shù)據(jù)；信道估計單元1202，連接接收天線1201，用于估計信道系數(shù)；解調(diào)單元1203，分別連接信道估計單元1202和接收天線1201，根據(jù)信道系數(shù)解調(diào)處理接收到的數(shù)據(jù)并輸出給碼字截取單元1204。
碼字截取單元1204，從解調(diào)單元1203解調(diào)出的編碼數(shù)據(jù)中每次截取一個設(shè)定碼長的碼字；編碼端如果刪除每一個原始碼字中由插入的所有約定比特信息編碼生成的系統(tǒng)位后組合為編碼數(shù)據(jù)，則還包括碼字恢復(fù)單元1205。
碼字恢復(fù)單元1205，補齊碼字截取單元1204截取的每一個碼字中被刪除的系統(tǒng)位，將碼字恢復(fù)為原始碼字后輸出給迭代譯碼單元1208，補入的信息等于約定比特信息；校驗矩陣生成單元1206，產(chǎn)生低密度校驗矩陣；初始化單元1207，確定給定低密度奇偶校驗矩陣中的每一個比特節(jié)點的初始概率信息，其中，對應(yīng)的編碼前信源比特分組中弱比特位的弱比特節(jié)點的初始概率信息根據(jù)弱比特位中插入的約定比特信息確定，弱比特位根據(jù)低密度奇偶校驗矩陣確定；迭代譯碼單元1208，分別連接初始化單元1207、碼字截取單元1204和校驗矩陣生成單元1206，在低密度奇偶校驗矩陣中的比特節(jié)點和校驗節(jié)點之間按照設(shè)定的最大迭代次數(shù)進行消息迭代后計算出每一個比特節(jié)點的似然值，然后利用似然值判決譯碼截取的碼字；如圖13所示，其中迭代譯碼單元1208的一種具體結(jié)構(gòu)可以包括
迭代子單元1301，在低密度奇偶校驗矩陣中的比特節(jié)點和校驗節(jié)點之間按照設(shè)定的最大迭代次數(shù)進行消息迭代后計算出每一個比特節(jié)點的似然值；譯碼子單元1302，根據(jù)迭代子單元輸出的每一個校驗節(jié)點的概率信息判決譯碼截取的碼字；還原子單元1303，刪除譯碼子單元譯碼得到的每一個信源比特分組中所有弱比特位上插入的約定比特信息后輸出最終的譯碼結(jié)果。
具體譯碼方法參見前述，這里不再重復(fù)描述。
仍然采用仿真結(jié)果進一步說明本發(fā)明技術(shù)效果，使用750×1250的校驗矩陣(最優(yōu)效果為選擇50個弱比特位進行處理)，BPSK調(diào)制方式，AWGN信道，信噪比選擇在0-2.5dB，每個信噪比編碼循環(huán)次數(shù)為10000，如圖14所示，其中曲線1401為仿真得到的現(xiàn)有技術(shù)的編碼增益曲線，曲線1402應(yīng)用10個弱比特位的編碼增益曲線，曲線1403為應(yīng)用50個弱比特位的編碼增益曲線，使用本發(fā)明技術(shù)方案的編碼增益好于現(xiàn)有技術(shù)，應(yīng)用50個弱比特位的效果比應(yīng)用10個弱比特位的效果好，應(yīng)用50比特節(jié)點后性能有了明顯的提高，在2.5dB時BER已經(jīng)為0。
進一步分析可知，在衰落信道下弱比特位上的約定比特信息可以對發(fā)生錯誤的比特進行糾錯提供更多的幫助，得到的絕對編碼增益更大。校驗矩陣中存在的小循環(huán)越多，性能提高也越顯著，只不過需要應(yīng)用的弱比特位數(shù)也會增大，但對于很大的校驗矩陣而言，這不會對碼率造成大的影響，如果考慮錯誤重傳，實際上能夠減少重傳次數(shù)，從而提高數(shù)據(jù)傳輸效率。
顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于低密度奇偶校驗碼的數(shù)據(jù)編碼方法，其特征在于，包括如下步驟順次截取相應(yīng)長度的信源比特分段并在該分段中插入至少一個約定比特信息后組成待編碼信源比特分組，所述約定比特信息插入在預(yù)先根據(jù)譯碼端使用的低密度奇偶校驗矩陣從信源比特分組中查找到的弱比特位上；利用根據(jù)所述低密度奇偶校驗矩陣構(gòu)造的生成矩陣，逐個將所述信源比特分組編碼為相應(yīng)的原始碼字，并根據(jù)所述原始碼字產(chǎn)生編碼數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的編碼方法，其特征在于，根據(jù)所述原始碼字產(chǎn)生所述編碼數(shù)據(jù)的方法為直接根據(jù)截取順序?qū)⒃即a字組合為所述編碼數(shù)據(jù)；或者刪除每一個原始碼字中所有約定比特信息編碼生成的系統(tǒng)位，再根據(jù)截取順序?qū)h除處理過的碼字組合為所述編碼數(shù)據(jù)。
3.如權(quán)利要求1所述的編碼方法，其特征在于，根據(jù)譯碼端使用的低密度奇偶校驗矩陣查找信源比特分組中弱比特位的方法包括如下步驟計算每一個信源比特分組中的弱比特位總數(shù)為a×(n-m)個，其中，m和n分別為所述低密度奇偶校驗矩陣的行數(shù)和列數(shù)，α為設(shè)定比例值，α≤(n-m)/8；繪制所述低密度奇偶校驗矩陣對應(yīng)的二分圖并查找該二分圖中包含的小循環(huán)；從周長最小的小循環(huán)開始，從小到大依次從所述低密度奇偶校驗矩陣的前n-m列中，查找出前a×(n-m)個位于小循環(huán)中的弱比特節(jié)點對應(yīng)的列號集合；按照信源比特分組中各比特位的排列順序，從第一個比特位開始，查找出排列序號在所述列號集合中的弱比特位。
4.如權(quán)利要求1所述的編碼方法，其特征在于，根據(jù)譯碼端使用的低密度奇偶校驗矩陣查找信源比特分組中弱比特位的方法包括如下步驟計算每一個信源比特分組中的弱比特位總數(shù)為a×(n-m)個，其中，m和n分別為所述低密度奇偶校驗矩陣的行數(shù)和列數(shù)，α為設(shè)定比例值，α≤(n-m)/8；基于相同仿真條件和仿真總幀數(shù)，仿真所述低密度奇偶校驗矩陣中各比特節(jié)點對應(yīng)的原始碼字分量的錯誤次數(shù)；按照前n-m列的錯誤次數(shù)仿真結(jié)果，從仿真結(jié)果最大值對應(yīng)的比特節(jié)點開始，從大到小依次查找出前a×(n-m)個弱比特節(jié)點對應(yīng)列的列號集合；按照信源比特分組中各比特位的排列順序，從第一個比特位開始，查找出排列序號在所述列號集合中的弱比特位。
5.如權(quán)利要求1-4任一所述的編碼方法，其特征在于，所述約定比特信息為0或者1；和/或，所述生成矩陣為典型生成矩陣。
6.如權(quán)利要求5所述的編碼方法，其特征在于，所述典型生成矩陣的構(gòu)造方法包括如下步驟將所述低密度校驗矩陣線性變換為典型校驗矩陣；根據(jù)所述典型校驗矩陣構(gòu)造所述典型生成矩陣。
7.如權(quán)利要求3或4所述的編碼方法，其特征在于，所述α等于(n-m)/10；和/或，編碼端每次截取的信源比特分段的相應(yīng)長度為(n-m)×(1-α)個比特位。
8.如權(quán)利要求1所述的編碼方法，其特征在于，所述方法還包括如下步驟調(diào)制所述編碼數(shù)據(jù)并在調(diào)制數(shù)據(jù)上加上噪聲信息后發(fā)送。
9.一種譯碼方法，用于譯碼根據(jù)權(quán)利要求1所述方法得到的編碼數(shù)據(jù)，其特征在于，包括如下步驟確定給定低密度奇偶校驗矩陣中的每一個比特節(jié)點的初始概率信息，其中，對應(yīng)編碼前信源比特分組中弱比特位的弱比特節(jié)點的初始概率信息根據(jù)所述弱比特位中插入的約定比特信息確定，所述弱比特位根據(jù)所述低密度奇偶校驗矩陣確定；接收端從接收的編碼數(shù)據(jù)中每次截取一個設(shè)定碼長的碼字，并在所述低密度奇偶校驗矩陣中的比特節(jié)點和校驗節(jié)點之間按照設(shè)定的最大迭代次數(shù)進行消息迭代后計算出每一個比特節(jié)點的似然值，然后利用所述似然值判決譯碼截取的碼字。
10.如權(quán)利要求9所述的譯碼方法，其特征在于，當(dāng)所述編碼數(shù)據(jù)由編碼端編碼的原始碼字組合而成時，所述設(shè)定碼長為所述低密度奇偶校驗矩陣中包含的列數(shù)。
11.如權(quán)利要求9所述的譯碼方法，其特征在于，當(dāng)所述編碼數(shù)據(jù)由編碼端對原始碼字進行刪除處理后的碼字組合而成時，所述設(shè)定碼長為所述低密度奇偶校驗矩陣中包含的列數(shù)減去原始碼字中被刪除的系統(tǒng)位的位數(shù)；并且所述方法中還包括接收端在進行消息迭代之前，補齊每一個碼字中被刪除的系統(tǒng)位，補入的信息等于所述約定比特信息。
12.如權(quán)利要求9所述的譯碼方法，其特征在于，根據(jù)已知的所述約定比特信息，令每一個弱比特位對應(yīng)的弱比特節(jié)點的初始概率信息等于一個視為逼近無窮大的數(shù)值。
13.如權(quán)利要求12所述的譯碼方法，其特征在于，所述視為逼近無窮大的數(shù)值為10000。
14.如權(quán)利要求9-13任一所述的譯碼方法，其特征在于，所述方法還包括刪除譯碼得到每一個信源比特分組中所有弱比特位上插入的約定比特信息后得到最終的譯碼結(jié)果。
15.如權(quán)利要求9所述的譯碼方法，其特征在于，根據(jù)譯碼端使用的低密度奇偶校驗矩陣查找信源比特分組中弱比特位的方法包括如下步驟計算每一個信源比特分組中的弱比特位總數(shù)為a×(n-m)個，其中，m和n分別為所述低密度奇偶校驗矩陣的行數(shù)和列數(shù)，α為設(shè)定比例值，α≤(n-m)/8；繪制所述低密度奇偶校驗矩陣對應(yīng)的二分圖并查找該二分圖中包含的小循環(huán)；從周長最小的小循環(huán)開始，從小到大依次從所述低密度奇偶校驗矩陣的前n-m列中，查找出前a×(n-m)個位于小循環(huán)中的弱比特節(jié)點對應(yīng)的列號集合；按照信源比特分組中各比特位的排列順序，從第一個比特位開始，查找出排列序號在所述列號集合中的弱比特位。
16.如權(quán)利要求9所述的譯碼方法，其特征在于，根據(jù)譯碼端使用的低密度奇偶校驗矩陣查找信源比特分組中弱比特位的方法包括如下步驟計算每一個信源比特分組中的弱比特位總數(shù)為a×(n-m)個，其中，m和n分別為所述低密度奇偶校驗矩陣的行數(shù)和列數(shù)，α為設(shè)定比例值，α≤(n-m)/8；基于相同仿真條件和仿真總幀數(shù)，仿真所述低密度奇偶校驗矩陣中各比特節(jié)點對應(yīng)的原始碼字分量的錯誤次數(shù)；按照前n-m列的錯誤次數(shù)仿真結(jié)果，從仿真結(jié)果最大值對應(yīng)的比特節(jié)點開始，從大到小依次查找出前a×(n-m)個弱比特節(jié)點對應(yīng)列的列號集合；按照信源比特分組中各比特位的排列順序，從第一個比特位開始，查找出排列序號在所述列號集合中的弱比特位。
17.如權(quán)利要求9-13任一所述的譯碼方法，其特征在于，所述約定比特信息為0或者1。
18.如權(quán)利要求15或16所述的譯碼方法，其特征在于，所述α等于(n-m)/10。
19.一種基于低密度奇偶校驗碼的數(shù)據(jù)編碼裝置，包括根據(jù)給定低密度奇偶校驗矩陣構(gòu)造生成矩陣的生成矩陣產(chǎn)生單元，其特征在于，還包括信源比特截取單元，順次從待編碼的信源比特序列中截取相應(yīng)長度的信源比特分段；插入單元，在所述信源比特截取單元截取的每一個信源比特分段中插入至少一個約定比特信息后組成待編碼信源比特分組，所述約定比特信息插入在預(yù)先根據(jù)譯碼端使用的低密度奇偶校驗矩陣從信源比特分組中查找到的弱比特位上；生成碼字單元，利用生成矩陣產(chǎn)生單元構(gòu)造的生成矩陣，逐個將所述信源比特分組編碼為相應(yīng)的原始碼字，并根據(jù)所述原始碼字產(chǎn)生編碼數(shù)據(jù)。
20.如權(quán)利要求19所述的編碼裝置，其特征在于，所述生成碼字單元具體包括第一編碼子單元，根據(jù)截取順序逐個將所述信源比特分組編碼為相應(yīng)的原始碼字并輸出；第一編碼數(shù)據(jù)輸出子單元，將所述第一編碼子單元輸出的原始碼字直接組合為所述編碼數(shù)據(jù)后輸出。
21.如權(quán)利要求19所述的編碼裝置，其特征在于，所述生成碼字單元具體包括第二編碼子單元，根據(jù)截取順序逐個將所述信源比特分組編碼為相應(yīng)的原始碼字；刪除子單元，刪除所述第二編碼子單元輸出的每一個原始碼字中由插入的所有約定比特信息編碼生成的系統(tǒng)位；第二編碼數(shù)據(jù)輸出子單元，將所述刪除子單元進行刪除處理后輸出的碼字組合為所述編碼數(shù)據(jù)后輸出。
22.如權(quán)利要求19所述的編碼裝置，其特征在于，所述生成矩陣產(chǎn)生單元具體包括校驗矩陣產(chǎn)生器，產(chǎn)生給定低密度奇偶校驗矩陣；矩陣轉(zhuǎn)換器，將所述校驗矩陣產(chǎn)生器產(chǎn)生的給定低密度奇偶校驗矩陣線性變換為典型校驗矩陣；生成矩陣產(chǎn)生器，根據(jù)所述矩陣轉(zhuǎn)換器變換的典型校驗矩陣構(gòu)造典型生成矩陣并輸出給所述生成碼字單元。
23.如權(quán)利要求19-22任一所述的編碼裝置，其特征在于，所述編碼裝置還包括信息輸入單元，向所述信源比特截取單元輸入待編碼的信源比特序列；調(diào)制單元，調(diào)制所述生成碼字單元輸出的編碼數(shù)據(jù)；信道單元，在所述調(diào)制單元輸出的調(diào)制數(shù)據(jù)上添加噪聲；發(fā)射天線，發(fā)送添加有噪聲的調(diào)制數(shù)據(jù)。
24.一種譯碼裝置，用于譯碼權(quán)利要求19所述編碼裝置輸出的編碼數(shù)據(jù)，包括產(chǎn)生低密度校驗矩陣的校驗矩陣生成單元，其特征在于碼字截取單元，從接收的編碼數(shù)據(jù)中每次截取一個設(shè)定碼長的碼字；初始化單元，確定給定低密度奇偶校驗矩陣中的每一個比特節(jié)點的初始概率信息，其中，對應(yīng)的編碼前信源比特分組中弱比特位的弱比特節(jié)點的初始概率信息根據(jù)所述弱比特位中插入的約定比特信息確定，所述弱比特位根據(jù)所述低密度奇偶校驗矩陣確定；迭代譯碼單元，分別連接所述初始化單元、碼字截取單元和校驗矩陣生成單元，在所述低密度奇偶校驗矩陣中的比特節(jié)點和校驗節(jié)點之間按照設(shè)定的最大迭代次數(shù)進行消息迭代后計算出每一個比特節(jié)點的似然值，然后利用所述似然值判決譯碼截取的碼字。
25.如權(quán)利要求24所述的譯碼裝置，其特征在于，所述譯碼裝置還包括碼字恢復(fù)單元，補齊所述碼字截取單元截取的每一個碼字中被刪除的系統(tǒng)位，將碼字恢復(fù)為原始碼字后輸出給迭代譯碼單元，補入的信息等于所述約定比特信息。
26.如權(quán)利要求24所述的譯碼裝置，其特征在于，所述迭代譯碼單元中具體包括迭代子單元，在所述低密度奇偶校驗矩陣中的比特節(jié)點和校驗節(jié)點之間按照設(shè)定的最大迭代次數(shù)進行消息迭代后計算出每一個比特節(jié)點的似然值；譯碼子單元，根據(jù)所述迭代子單元輸出的每一個比特節(jié)點的概率信息判決譯碼截取的碼字。
27.如權(quán)利要求26所述的譯碼裝置，其特征在于，所述迭代譯碼單元中具體包括還原子單元，刪除所述譯碼子單元譯碼得到的每一個信源比特分組中所有弱比特位上插入的約定比特信息后輸出最終的譯碼結(jié)果。
28.如權(quán)利要求24所述的譯碼裝置，其特征在于，所述譯碼裝置還包括接收天線，接收編碼數(shù)據(jù)；信道估計單元，連接所述接收天線，用于估計信道系數(shù)；解調(diào)單元，分別連接所述信道估計單元和接收天線，根據(jù)所述信道系數(shù)解調(diào)處理接收到的數(shù)據(jù)并輸出給所述碼字截取單元。
全文摘要
本發(fā)明涉及編譯碼技術(shù)，特別涉及一種基于低密度奇偶校驗碼實現(xiàn)的編碼方法及裝置、譯碼方法及裝置，以解決現(xiàn)有低密度奇偶校驗碼編譯碼方法中無法降低校驗矩陣中存在的小循環(huán)影響編碼性能的問題。本發(fā)明所述技術(shù)方案對給定的校驗矩陣，查找出對應(yīng)的信源比特分組中的弱比特位，在編碼端對待發(fā)送的信源比特進行分組時，在每一組的弱比特位上插入發(fā)送端和接收端已知的約定比特信息后得到對應(yīng)的碼字；譯碼端根據(jù)約定比特信息將對應(yīng)弱比特節(jié)點的概率信息初始化為逼近無窮大的數(shù)值，這樣就提高了迭代過程中在比特節(jié)點和校驗節(jié)點之間傳遞的概率信息的正確率，更好的糾正相鄰節(jié)點的錯誤信息，從而提高了譯碼性能，獲得了明顯的編碼增益。
文檔編號H03M13/00GK1937470SQ20061010937
公開日2007年3月28日 申請日期2006年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月14日
發(fā)明者馮軍, 朱近康, 周武旸, 蘇加軍, 吳和兵 申請人:華為技術(shù)有限公司, 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)