用于ldpc碼解碼的非均勻量化編碼方法及其在解碼器的應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于LDPC碼解碼的非均勻量化編碼方法及其在解碼器的應(yīng)用，該方法根據(jù)初始消息L(Pi)的信息分布，確定消息L(rji)、L(qij)和L(Qi)的量化范圍，并采用編碼的方式對L(rji)、L(qij)和L(Qi)進行非均勻量化：將正數(shù)與負數(shù)部分的量化區(qū)間各分為m個段落，編碼為由1比特的極性碼、k比特的段碼和(n-1-k)比特的段內(nèi)碼組成的碼字，極性碼標示正數(shù)或負數(shù)，段碼標示不同的段落，段內(nèi)碼表示數(shù)據(jù)在段落內(nèi)的具體大??；將每個段落分為2g個小段，該小段即為相應(yīng)段落的量化間隔。該方法減少了硬件存儲資源、運算處理單元和布局布線資源的消耗，降低了小值數(shù)據(jù)的量化誤差，提高了解碼性能。
【專利說明】用于LDPC碼解碼的非均勻量化編碼方法及其在解碼器的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及LDPC碼解碼【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種用于LDPC碼解碼的非均勻量化編碼方法及其在解碼器的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]最經(jīng)典的LDPC碼解碼算法是置信傳播(Belief_propagation,BP)算法,工程上一般采用基于BP算法的簡化算法——最小和算法及其各種修正算法。在實際應(yīng)用中，LDPC碼解碼器處理的是數(shù)字信號，數(shù)據(jù)的量化和截位是不可避免的處理方式，而量化和截位所帶來的誤差會直接影響LDPC碼的解碼性能。另外，LDPC碼置信傳播算法需要存儲大量的中間數(shù)據(jù)，由于LDPC碼的碼長很長，即使采用各種優(yōu)化算法，解碼器處理的數(shù)據(jù)量仍然十分龐大。因此，量化方法和量化位數(shù)不僅關(guān)系到所需存儲器的大小，還決定著運算處理單元的復雜性，以及數(shù)據(jù)傳輸通道和資源的占用等。
[0003]由于均勻量化的硬件實現(xiàn)最為簡單，目前大多數(shù)LDPC碼解碼器都采用均勻量化作為其數(shù)據(jù)量化的方法，不同的只是在量化位數(shù)和小數(shù)位數(shù)的選擇上。均勻量化最主要的缺點在于，不論數(shù)據(jù)大小，其量化誤差是固定不變的，故表示同樣數(shù)據(jù)范圍的數(shù)值時所需的量化位數(shù)比較多。針對這一問題，有些學者提出了動態(tài)量化的方法:在前幾次迭代過程中采用較小數(shù)據(jù)范圍，使量化精度較高；在后幾次迭代過程中，通過一個伸縮因子的處理，在量化位數(shù)不變的情況下，降低量化精度來擴大量化范圍。這種量化方法在一定程度上減少了量化位數(shù)，但其本質(zhì)仍然是均勻量化，在后幾次迭代過程中小值數(shù)據(jù)的量化誤差較大。而且解碼過程中數(shù)據(jù)的擴張速度并不是一成不變的，與信噪比和正確解碼的迭代次數(shù)有很大的關(guān)聯(lián)，難以準確確定多少次迭代后改變量化范圍，更難以確定伸縮因子的取值大小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種用于LDPC碼解碼的非均勻量化編碼方法及其在解碼器的應(yīng)用，該方法減少了硬件存儲資源、運算處理單元和布局布線資源的消耗，降低了小值數(shù)據(jù)的量化誤差，提高了解碼性能。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種用于LDPC碼解碼的非均勻量化編碼方法，包括以下步驟:
(1)根據(jù)初始消息ZR.)的信息分布，確定消息Z(Tyi)J(^7)和Z說)的量化范圍，其中Z O0i)為信道傳遞給變量節(jié)點i的初始概率似然比消息(Tj)為校驗節(jié)點J傳遞給變量節(jié)點i的外信息，L (JCh)為變量節(jié)點i傳遞給校驗節(jié)點j的外信息，L說)為硬判決消息；
(2)采用編碼的方式對消息ZCryiKZ (^7)和Z(A)進行非均勻量化，方法如下: 將正數(shù)部分與負數(shù)部分的量化區(qū)間各分為《個段落，編碼為字長為比特的碼字，包括
I比特的極性碼、左比特的段碼和P(/7-1-幻比特的段內(nèi)碼，極性碼用于標示正數(shù)部分或負數(shù)部分，段碼用于標示不同的段落，段內(nèi)碼用于表示數(shù)據(jù)在段落內(nèi)的具體大小；將每個段落均勻地分為2〃個小段，所述小段即為相應(yīng)段落的量化間隔Λ,.，i=l, 2，…，t則第i段第J小段的終值為++JAi，其中ai為第i段的起始值。
[0006]進一步的，在步驟(2)中，將正數(shù)部分與負數(shù)部分的量化區(qū)間各分為4個段落，編碼為由I比特的極性碼、2比特的段碼和^=(/7-3)比特的段內(nèi)碼組成的碼字；消息Lirj^Liqij)和Z他)的量化范圍為(-2"，2")，正數(shù)部分各個段落的分段范圍分別為(0，^3-A1), (^3, nm ^1-A3) {T\ 2"-Λ 4)，負數(shù)部分各個段落的分段范圍分別為(0，-^+A1), {-T\ -^2+Δ2), {-Τ\ -f+Aj 和(-2"—1，-2"+Λ4)，對應(yīng)的量化間隔分別為A1=A2=F3' A3=^iP A4=F1'其中/7為一整數(shù)。
[0007]進一步的，上述用于LDPC碼解碼的非均勻量化編碼方法在解碼器的一種應(yīng)用，在TPMP消息傳遞機制下，解碼器按如下步驟進行解碼:
步驟Al:解碼器首先根據(jù)從信道接收到的消息計算出初始消息Z Pi)，采用所述非均勻量化編碼對消息Z (I7)進行初始化，并寫入存儲器；
步驟Α2:解碼器根據(jù)式(I)進行水平運算，得到更新后的消息L (Tjl)，并寫入存儲器；
【權(quán)利要求】
1.一種用于LDPC碼解碼的非均勻量化編碼方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)根據(jù)初始消息的信息分布，確定消息Z(4)』(知)和z(q.)的量化范圍，其中Z O0i)為信道傳遞給變量節(jié)點i的初始概率似然比消息(Tj)為校驗節(jié)點J傳遞給變量節(jié)點i的外信息，L (JCh)為變量節(jié)點i傳遞給校驗節(jié)點j的外信息，L說)為硬判決消息； (2)采用編碼的方式對消息ZCryiKZ (^7)和Z(A)進行非均勻量化，方法如下: 將正數(shù)部分與負數(shù)部分的量化區(qū)間各分為《個段落，編碼為字長為比特的碼字，包括I比特的極性碼、左比特的段碼和P(/7-1-幻比特的段內(nèi)碼，極性碼用于標示正數(shù)部分或負數(shù)部分，段碼用于標示不同的段落，段內(nèi)碼用于表示數(shù)據(jù)在段落內(nèi)的具體大??；將每個段落均勻地分為2〃個小段，所述小段即為相應(yīng)段落的量化間隔Λ,.，1=1, 2，…，ffi，則第i段第J小段的終值為++JAi，其中ai為第i段的起始值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于LDPC碼解碼的非均勻量化編碼方法，其特征在于，在步驟(2)中，將正數(shù)部分與負數(shù)部分的量化區(qū)間各分為4個段落，編碼為由I比特的極性碼、2比特的段碼和Pfc-3)比特的段內(nèi)碼組成的碼字MlLiTjiUUqi)和Z他)的量化范圍為(-2"，20，正數(shù)部分各個段落的分段范圍分別為(O, r3-A1)'(2"_3，n2)、(2"_2，2^-Λ3)和(f1，2"-Λ4)，負數(shù)部分各個段落的分段范圍分別為(0，-^+A1), {-Τ\-2"_2+Λ2)、{-Τ\ -2^+Λ3)和(-廣1，-2"+Λ 4)，對應(yīng)的量化間隔分別為 A1=A2=K3'Δ 3=2"_2_λ和Λ ff1'其中P為一整數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于LDPC碼解碼的非均勻量化編碼方法在解碼器的應(yīng)用，其特征在于，在TPMP消息傳遞機制下，解碼器按如下步驟進行解碼: 步驟Al:解碼器首先根據(jù)從信道接收到的消息計算出初始消息Z Pi)，采用所述非均勻量化編碼對消息Z (I7)進行初始化，并寫入存儲器； 步驟Α2:解碼器根據(jù)式(I)進行水平運算，得到更新后的消息L (Tjl)，并寫入存儲器；
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于LDPC碼解碼的非均勻量化編碼方法在解碼器的應(yīng)用，其特征在于，在TDMP消息傳遞機制下，解碼器按如下步驟進行解碼: 步驟B1:解碼器首先根據(jù)從信道接收到的消息計算出初始消息Z Pi)，采用所述非均勻量化編碼對消息Z (Qi) J(Tyi)進行初始化，Z (Qi) =Z (.Z(Tyy)=O,并寫入存儲器； 步驟Β2:解碼器對相應(yīng)的消息Z (Qi) U(rjy)進行解量化操作，并根據(jù)式(4)得到更新后的消息Z (^7)，并對其進行非均勻量化編碼；
【文檔編號】H03M13/11GK103957015SQ201410197490
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月12日
【發(fā)明者】蘇凱雄, 吳子靜 申請人:福州大學