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LDPC码加权比特翻转译码算法的低复杂度提前停止准则

更新时间:2019-12-23 15:52:21 大小:302K 上传用户:江岚查看TA发布的资源 浏览次数:208 下载积分:2分 出售积分赚钱 评价赚积分 ( 如何评价?) 标签:LDPC码 收藏 评论(1) 举报

资料介绍

摘 要:近年来,针对LDPC 码置信传播(BP)译码算法的提前停止准则的研究已经有了很多,但设计适合加权比

特翻转(WBF)译码算法的提前停止准则却研究甚少。依据对WBF 算法的全新理解方式,该文提出一种实现简单、

适用性强的WBF 算法提前停止准则,它能在译码的初始阶段检测绝大多数不可纠错的帧。仿真结果表明,基于提

前停止准则的WBF 算法在性能损失可以忽略的条件下,极大地降低迭代次数,在实现复杂度和性能之间达到了很

好的折中。


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36 卷第 12 期  
201412月  
Vol.36No.12  
Dec. 2014  
Journal of Electronics & Information Technology  
LDPC 码加权比特翻转译码算法的低复杂度提前停止准则  
张高远*  
周 亮  
文 红  
(电子科技大学通信与抗干扰技术国家重点实验室 成都 611731)  
要:近年来,针对 LDPC 码置信传播(BP)译码算法的提前停止准则的研究已经有了很多,但设计适合加权比  
特翻转(WBF)译码算法的提前停止准则却研究甚少。依据对 WBF 算法的全新理解方式,该文提出一种实现简单、  
适用性强的 WBF 算法提前停止准则能在译码的初始阶段检测绝大多数不可纠错的帧仿真结果表明于提  
前停止准则的 WBF 算法在性能损失可以忽略的条件下大地降低迭代次数实现复杂度和性能之间达到了很  
好的折中。  
关键词:低密度奇偶校验码;加权比特翻转译码;可靠度后验信息符号;提前停止准则  
中图分类号: TN911.22  
文献标识码: A  
文章编号:1009-5896(2014)12-2869-07  
DOI: 10.3724/SP.J.1146.2013.02001  
Low Complexity Early Stopping Criterion for Weighted  
Bit Flipping Decodings of LDPC Codes  
Zhang Gao-yuan  
Zhou Liang  
Wen Hong  
(National Key Laboratory of Science and Technology on Communications,  
University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 611731, China)  
Abstract: Recently, extensive researches have been focused on the early stoping criterion for  
Belief-Propagation(BP) decoding of LDPC codes. However, there is little study on suitable design of early stopping  
criterion for Weighted Bit Flipping (WBF) decodings. Based on the whole novel understanding of WBF algorithm,  
this paper study presents a low complexity and high adaptable stopping criterion which detects most of the  
undecodable blocks in an early stage of the decoding process. The simulation results show that the proposed  
method can significatly reduce the average number of required iterations with negligible performance loss, which is  
able to achieve appealing tradeoff between the complexity and the performance.  
Key words: Low-Density Parity-Check (LDPC) codes; Weighted Bit Flipping (WBF) decoding; Sign of posteriori  
reliability information; Early stoping criterion  
1 引言  
合起来时引入加权因子进的 WBF(Modified  
WBF, MWBF)算法[5]中的翻转函数更加有效。相比  
MWBF 算法,文献[6]对其进一步改进,得到的  
IMWBF(Improved Modified WBF)算法得了一  
定的增益。此后,很多学者从不同角度出发同样得  
到了一些改进的算[711] [12]重点研究上述 3  
WBF 算法与 BP 类算法间的联系,指出 WBF  
MWBF 算法可以看做 IMWBF 算法的两种简化  
形式WBF 类算法是对 BP 类算法和 BF 算法的一  
种很好的折中,适用于对复杂度要求相对较低和性  
作为一种逼近香农限的好码,低密度奇偶校验  
(Low Density Parity Check, LDPC)[1]在深空通  
信等众多领域运用广泛[2]。在 LDPC 码众多译码算  
法中信传播(Belief-Propagation, BP)算法[3]性能  
优异,但实现复杂度较高。比特翻转(Bit Flipping,  
BF)译码算法[1]实现最为简单性能并不理想文  
[4]提出的加权 BF(Weighted BF, WBF)算法将校  
验节点邻接的信息节点的最小幅度作为双极性校验  
子的权重,构造出与 BF 算法不同的翻转函数。将  
校验式和信息节点自身二者的可靠度信息有效的融  
能要求相对不高的场[411]  
研究表明,在迭代译码的过程中,对大量不可  
纠错的帧的译码过程不仅大大浪费硬件资源,而且  
2013-12-23 收到,2014-04-08 改回  
增大了译码时延,应该发现并及时停止这些帧的译  
[1318]  
国家自然科学基金(61032003, 61271172, 61261021),中央高校基本  
科 研 业 务 费 专 项 资 金 (A03008023901004) 和 博 士 点 基 金  
(20120185110030, 20130185130002)联合资助课题  
*通信作者:张高远
码 过 程  
。 提 前 停 止 准 则 (Early Stopping  
Criterion, ESC)正是基于此出发点早些时候被运用  
2870  
电 子 与 信 息 学 报  
36 卷  
Turbo 码的译码过程当中[13,14],后来逐渐推广到  
LDPC 码的 BP 译码算法[1518] 。某些情况下,由  
ESC 的非理想性会使得少部分可纠错的帧的  
迭代过程被误停,从而使得性能略有损失[16]。一种  
好的 ESC 不仅要具有低的实现复杂度和强的适用  
伴 随 式 为 S = {sm }mM=1 = X H T , 其 中 sm  
=
N
i=1xihmi [mod2]sm 的补记sm = 1sm xn 参  
( )  
加的校验式集合可表示为 smn = {sm|m B n } ,  
xm = {xn |n A(m)} 表示被第 m 个校验方程校验  
的比特集合xn 参加的校验集合所校验的所有比特  
Imn = {xn |n A(m),m B(n)}。  
性,而且要对性能的影响极小或者没有影响[16]  
目前针对 BP 算法的提前停止准则已经有了大  
量研究,例如分别以每次迭代后信息节点的似然比  
信息的平均幅度和校验方程满足的个数的变化情况  
为出发点[16]和文献[18]得出两种不同ESC,  
但设计适用于 WBF 算法的 ESC 却依然是空白虽  
然文献[18]的思路可以推广到 WBF 算法当中对  
于不同的码,此准则要事先通过仿真得到对应的最  
优化的参数现复杂度较大文希望能以 WBF  
算法自身的特点为突破口寻求更适合它的 ESC。本  
文首先以文献[19]的研究为基础对 WBF[4] 和  
MWBF[5]进行推导,指明如何对 IMWBF 算法简化  
才能得出 WBF MWBF 算法后针对基于 BP  
类算法得到的 WBF 算法提出一种 ESCESC 的  
显著特点在于:实现特别简单,具有很强的可适用  
性,对部分 WBF 算法的性能不会带来任何损失,  
更重要的是不需要事先对任何参数进行优化,这点  
不同于文献[16]和文献[18]中的准则仿真结果表明,  
在基本不降低译码性能的条件下,基于 ESC 的  
WBF算法的平均迭代次数大大降文提出的 ESC  
能及时发现不可纠错的帧,这对于具有反馈信道,  
使用自动请求重传(Automatic Repeat Request,  
ARQ)机制[20]的通信系统也具有较大的应用价值。  
2.1 MWBF WBF 算法的推导  
虽然文献[12]3 WBF 算法进行了推导文  
[19]也从全新的角度对 IMWBF 算法的物理意义  
问题进行了研究都并未对 MWBF WBF 算法  
进行详细地分析讨论,也没有给出这两种算法与  
IMWBF 算法间的联系节将遵循文献[19]中的理  
论分析过程将对 MWBF WBF 算法进行详细推  
导。记比xn 发生错误的先验概率为qn ,发生错误  
的后验概率为qn 。则对于 AWGN 信道有:qn =  
eL  
4
n
1qn  
[19,21]  
而得到ln  
= Ln =  
yn 。  
1+eL  
n
qn  
N0  
由基于后验概率(A Posteriori Probability Based,  
APP-Based)算法可得[19,21]  
p e = 1|s , y  
qn  
(
)
)
n
m
ln  
=ln  
1q  
p e = 0|s ,y  
(
n
n
m
p s |e = 1,y  
(
)
qn  
m
n
= ln  
+ ln  
p s |e = 0,y  
1q  
(
)
m
n
n
1rmn  
4
N0  
= 2s 1  
ln  
yn (2)  
(
)
m
rmn  
mB(n)  
rmn {xm \xn } 中有奇数个错误的概率。又  
由于  
2 基本定义和算法描述  
1
2
rmn  
=
1−  
12q  
(
)
i
码长N 信息位长K 的二元 LDPC 由  
M N 列的校验矩H = [hmn ]来决定。对于规则  
LDPC 重可用dc 表示重可表示为dv H  
m 行中 1 的位置可表示A(m)={n : hmn = 1}第  
n 列中 1 的位置可表示B(n)={m : hmn = 1} 。  
iA(m)\n  
(3)  
1
2
1rmn  
=
1+  
12q  
(
)
⎟⎪  
i
iA(m)\n  
利用近似关系  
12q 12 max q [21]则  
(
)
{
}
n
n
nA(m)  
nA(m)  
二元码字序列c = {cn }nN=1 BPSK 调制后得到  
N
双极性序列c={2cn 1}n=1 c 进入均值为零,方差  
σ2 的加性高斯白噪声(Additive White Gaussian  
Noise, AWGN)信道后得到接收序列 y = {yn }nN=1 其  
yn = (2cn 1) + vn , vn 为 高 斯 白 噪 声 。 X =  
{xn }nN=1 为硬判决输出序列,判决规则为当 yn 0  
4
exp −  
min  
y
{
}
i
iA(m)\n  
N0  
rmn  
=
(4)  
4
1+ exp −  
min  
y
{
}
i
iA(m)\n  
N0  
如果对式(3)中第 1 个等式采用以下近似计算:  
时,xn = 1xn = 0误图样E = {en}nN=1  
xn 错误,则en = 1,否则en = 0 。定义对数似  
然比为  
1
2
rmn  
1−  
12q  
(
(5)  
)
n
nA(m)  
P c = 1|y  
(
)
)
4
N0  
(5)xm 中有奇数个错误的概率,则式(4)将变  
n
n
Ln = ln  
=
yn  
(1)  
[21]  
P c = 0 |y  
(
n
n

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全部评论(1)

  • 2020-01-10 20:35:14IC老兵

    不错,是个好资料,刚好需要!