[发明专利]基于变量节点懒惰串行分层调度的LDPC译码算法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低密度奇偶校验码(LDPC)的译码算法，具体来说涉及一种基于因子图中变量节点的懒惰串行分层调度(Variable-Node Lazy Serial Layered Scheduling,VN-LSLS)的LDPC译码算法。

背景技术

在通信系统中，信道编码是有效的减小噪声影响的错误检测与纠错技术，其中低密度奇偶校验码(Low-Density Parity-Check Code,LDPC Code)是目前最接近香农门限的编码技术。然而LDPC译码和迭代均衡的最优算法的复杂度太高，常常不可实现，为此需要寻找复杂度较低的次优算法。基于因子图的置信度传播(belief propagation)算法提供了一种复杂度较低且性能良好的译码方案，其中和积算法(sum-product algorithm,SPA)是一类广泛应用的置信度传播算法。

SPA采用局部运算，简化了边缘概率方程和后验概率方程的全局计算，从而降低了LDPC码和迭代均衡算法的复杂度。但是，基于因子图的算法存在以下问题：

(a)因子图中的短环增加了变量之间的相关性，容易造成误码扩散，从而降低置信度传播算法性能；

(b)置信度传播算法的运算复杂度与因子图中每个函数节点边的数目呈指数增长，因此因子图中存在的大量边增加了算法实现的复杂度；

(c)传统的置信度传播速度较慢，所需迭代次数较多，增加了译码器和均衡器的延时和功耗。这三个问题会降低通信系统的可靠性，增加接收系统的复杂度、延时和功耗，从而影响LDPC码的实用性。

目前主流的LDPC译码算法都是基于置信度传播的译码方式。LDPC码的置信度传播算法的调度算法主要有并行泛洪调度算法(PFS)、基于分层置信度传播的串行分层调度(SLS)算法和基于剩余置信度的动态调度(DS)算法。其中分层置信度传播算法因其简单的译码器结构和良好的性能而被广泛应用。

LDPC码的串行分层调度算法可在不影响误码性能的前提上，将译码算法的收敛速度提升大约1倍，串行分层译码器所需的复杂度和延时都被大大改善。然而在现代高速通信系统中，串行分层调度算法及其对应的译码器依然存在收敛较慢以及延时和功耗较大的缺点。本专利的算法可在串行分层调度算法的基础上，进一步降低延时和功耗。

发明内容

本发明的目的是基于因子图和置信度传播算法研究LDPC译码的低复杂度的高性能算法，可为改善通信系统的可靠性、延时、功耗和复杂度提供一种实用的解决方案。本发明是以串行分层调度算法为基础，根据变量节点的置信度来减少调度过程中有效性较差的更新过程，以减少不必要的运算，从而达到减少译码延时和功耗的目的。

为了实现以上目的，本发明提出一种基于变量节点懒惰串行分层调度的LDPC译码算法，即一种基于变量节点置信度的懒惰串行分层调度的低密度奇偶校验码(LDPC码)译码算法(VN-LSLS)。

在介绍译码算法之前，先定义LDPC码的校验矩阵为P，其大小为m×n，其中m为其行数，n为其列数。校验矩阵的每行对应因子图中的1个校验函数节点，每列对因子图中的一个变量节点。即该因子图中具有m个校验函数节点和n个变量节点。当校验矩阵中的元素P(i，j)(1≤j≤m,1≤i≤n)为1时，第i个校验函数节点和第j个变量节点之间建立一条路径。

基于变量节点置信度的懒惰串行分层调度的LDPC译码算法，包含以下步骤：

1)初始化所有外信息为零；

2)初始化变量节点的后验概率信息.

3)初始化懒惰校验函数节点集合为空集；

4)如果懒惰校验函数节点集合为空集，则重置该集合，使其包含所有校验节点；

5)依此选择懒惰校验函数节点集合中的校验节点；

6)根据串行分层调度算法，更新步骤5)中所选校验节点相关的中间变量；

7)根据步骤6)中的中间变量判断懒惰条件是否满足。如果满足懒惰条件，则将步骤5)中所选的校验节点从懒惰校验函数节点集合中删除，否则保留该校验节点；

8)重复步骤5)～7)，直至所有校验节点都被选择一次；

9)根据变量节点的置信度进行硬判决，得到二进制译码结果B。

10)判断译码停止条件是否满足。如果译码条件已满足，则终止译码过程，否则重复步骤4)～9)直至译码停止条件被满足。