一種基于比特翻轉(zhuǎn)算法的硬判決譯碼實現(xiàn)方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種基于比特翻轉(zhuǎn)算法的硬判決譯碼實現(xiàn)方法，采用{0,1}作為符號集，對信源輸出消息進行無失真信源編碼，以{0,1}的有限長序列

A hard decision decoding method based on bit flipping algorithm

The invention provides a hard decision decoding method based on a bit flipping algorithm, which uses {0,1} as a symbol set to carry out undistorted source coding for the source output message, and takes a finite length sequence of {0,1}

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種基于比特翻轉(zhuǎn)算法的硬判決譯碼實現(xiàn)方法
本專利技術(shù)涉及通信，尤其涉及一種基于比特翻轉(zhuǎn)算法的硬判決譯碼實現(xiàn)方法。
技術(shù)介紹
1、基于線性分組碼的譯碼方式是提高糾錯能力的一種譯碼方法。它分為硬判決譯碼(HDD)和軟判決譯碼(SDD)。(1)硬判決：指解調(diào)器根據(jù)其判決門限對接收到的信號波形直接進行判決后輸出0或1，換句話說，就是解調(diào)器供給譯碼器作為譯碼用的每個碼元只取0或1兩個值，以序列之間的漢明距離作為度量進行譯碼，適用于二進制對稱信道(BSC)。在數(shù)字通信的差錯控制中，對于糾錯碼，通常利用碼字的代數(shù)結(jié)構(gòu)知識，進行硬判決譯碼。代數(shù)硬判決譯碼算法尋找與接收到的硬判決序列漢明距離最近的碼字作為譯碼結(jié)果。利用碼的代數(shù)結(jié)構(gòu)進行硬判決譯碼的方法相對簡單、易于實現(xiàn)。(2)軟判決：先將判決輸入量化成N個值，通過最大后驗概率計算每個值最有可能的原值是多少，算法比較復(fù)雜，誤碼率也更低。軟判決的解調(diào)器不進行判決，直接輸出模擬量，或是將解調(diào)器輸出波形進行多電平量化，然后送往譯碼器，即編碼信道的輸出是沒有經(jīng)過判決的“軟信息”。2、目前主要有兩大類譯碼算法：一類是基于概率的置信傳播(BeliefPropagation)迭代譯碼算法，簡稱BP算法，一般用于軟判決。另一類是基于校驗和統(tǒng)計迭代的比特翻轉(zhuǎn)譯碼算法(BitFlippingAlgorithm),簡稱BF算法，一般用于硬判決。(1)基于概率的置信傳播(BeliefPropagation)迭代譯碼算法在碼長較大時性能可逼近香農(nóng)限，但是譯碼算法復(fù)雜。(2)比特翻轉(zhuǎn)譯碼算法(BF)操作簡單，復(fù)雜度低易于工程實現(xiàn)。目前提出了多種有效的改進方案。如加權(quán)的比特翻轉(zhuǎn)算法(WBF)及其改進形式、多比特翻轉(zhuǎn)(MBF)譯碼算法、引入“環(huán)檢測”和比特翻轉(zhuǎn)約束機制等。3、加權(quán)的比特翻轉(zhuǎn)算法(WBF)：將一種特殊的量(即校驗節(jié)點鄰接的信息節(jié)點的最小幅度)作為雙極性校驗子的權(quán)重，構(gòu)造出新的翻轉(zhuǎn)函數(shù)，此時，待翻轉(zhuǎn)信息節(jié)點的位置完全取決于信息節(jié)點鄰接的校驗式提供的加權(quán)信息，而與信息節(jié)點自身的可靠度基本無關(guān)。它通過給不同的校驗方程引入不同的可靠性度量值進而有效地提高了BF算法的譯碼性能。4、多比特翻轉(zhuǎn)(MBF)譯碼算法：具有良好的譯碼性能和收斂速度。該算法在選擇下一個翻轉(zhuǎn)比特時，需要利用碼字的Tanner圖生成當前翻轉(zhuǎn)比特的低相關(guān)度集，再從集合中選擇需要翻轉(zhuǎn)的比特。1、基于概率的置信傳播(BeliefPropagation)迭代譯碼算法運算量非常大，必須使用RAM資源存儲迭代過程中產(chǎn)生的大量的中間數(shù)據(jù)，不利于工程實現(xiàn)。2、在硬判決算法方面，最具有代表性的是由Gallager提出的基于判決門限的比特翻轉(zhuǎn)算法(BF)，該算法操作簡單、復(fù)雜度較低、易于硬件實現(xiàn)，但是其性能比較差。3、加權(quán)比特翻轉(zhuǎn)(WBF)算法，該算法在每一輪的迭代中，都對每個變量節(jié)點進行可靠性計算，并翻轉(zhuǎn)可靠性最小的變量節(jié)點，大大提高了性能，但是由于每輪迭代只能翻轉(zhuǎn)一個變量節(jié)點，這樣會增大迭代的次數(shù)，影響整體譯碼的速度；且需要引入可靠性的計算，導(dǎo)致算法的復(fù)雜度增加。4、基于多比特翻轉(zhuǎn)(MBF)算法，該算法的翻轉(zhuǎn)比特選擇機制只能利用串行電路實現(xiàn)，大大地限制了實際構(gòu)造譯碼器的吞吐量。并且生成低相關(guān)度集的運算復(fù)雜，而且延遲現(xiàn)象明顯，不利于硬件實現(xiàn)。
技術(shù)實現(xiàn)思路
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本專利技術(shù)提供了一種基于比特翻轉(zhuǎn)算法的硬判決譯碼實現(xiàn)方法。本專利技術(shù)提供了一種基于比特翻轉(zhuǎn)算法的硬判決譯碼實現(xiàn)方法，采用{0,1}作為符號集，對信源輸出消息進行無失真信源編碼，以{0,1}的有限長序列(a1a2…ak)(ai∈{0,1}，i＝1,2,…k)長度為k的信息序列共有2k種，令L＝2k，按照一定的規(guī)則在信息序列中加入若干個{0,1}符號，把長度為k的{0,1}信息序列，變成長度為n(n>k)的具有一定抗干擾能力的符號序列(a1a2…akak+1ak+2…ak+r)a1，a2，…ak+r∈{0,1}其中n＝k+r，由L個長度為n＝k+r的{0,1}符號序列組成的集合，構(gòu)成一個(n,k)分組碼，代表L個長度為k的消息序列，其中k是信息位，r是監(jiān)督位；若(n,k)分組碼，碼空間的所有元素寫成k個線性獨立的碼字g1，g2，…，gk的線性組合，其中m1,m2,…,mk∈{0,1}，即有Yj:{m1g1+m2g2+…mkgk}改寫成矩陣形式即為：其中由k個{0,1}符號m1,m2,…mk(mi∈{0,1}；i＝1,2,…,k)組成的行矩陣表示成sj＝(mj1mj2…mjk),其中(j＝1,2,…,L)記為SG＝Y(jié)由于g1，g2，…，gk是k個線性無關(guān)的碼字，所以矩陣G的k個行矢量線性無關(guān)，G為(n,k)線性分組碼Y的生成矩陣，當信息元S確定后，Y僅由矩陣G決定，生成矩陣G通過初等列變換后，表示為如下形式：記為：G＝(Ik×kPk×r)其中，Ik×k是單位方陣，r＝n-k此時(n，k)線性分組碼中碼字Yi(i＝1,2，…L)的前k位與相應(yīng)的信息序列Si＝(ai1,ai2,…aik)(ai1,ai2,…aik∈{0,1}；i＝1,2,…,L)完全相同，碼字的前k位就是信息序列，(n，k)線性分組碼為系統(tǒng)碼；在信道噪聲的隨機干擾下，信道接收端收到的消息發(fā)生失真，(n,k)線性分組碼記為Y0，Y0中存在非法碼字，設(shè)系統(tǒng)中的生成矩陣為G，對G和Y0同時做相同的初等列變換，分別記為和非系統(tǒng)(n,k)線性分組碼的生成矩陣G就轉(zhuǎn)變成系統(tǒng)(n,k)線性分組碼的生成即(n,k)線性分組碼的前k位與相應(yīng)的信息序列完全相同，假設(shè)令其中是對消息序列S的估計，對逐位做比特翻轉(zhuǎn)，其他比特位保持不變，再分別與生成矩陣相乘，得到(n，k)線性分組碼Yi(i＝1,2，3....)，令集合C表示這一系列的合法碼字，包括Y0，若翻轉(zhuǎn)一位比特：C＝{Yi,i＝0,1,2,3....kL}例1：.......在集合C中找出與Y0距離最近的碼字Yi，其對應(yīng)的信息序列即為譯碼結(jié)果。本專利技術(shù)的有益效果是：實現(xiàn)了譯碼性能和算法復(fù)雜性的有效均衡。具體實施方式下面結(jié)合具體實施方式對本專利技術(shù)作進一步說明。一種基于比特翻轉(zhuǎn)算法的硬判決譯碼實現(xiàn)方法，在數(shù)字通信，數(shù)字傳輸和計算技術(shù)中，通常采用{0,1}作為符號集，對信源輸出消息進行無失真信源編碼，以{0,1}的有限長序列(a1a2…ak)(ai∈{0,1}，i＝1,2,…k)長度為k的信息序列共有2k種，令L＝2k。這種信息序列抗噪性能差，按照一定的規(guī)則在信息序列中加入若干個{0,1}符號，把長度為k的{0,1}信息序列，變成長度為n(n>k)的具有一定抗干擾能力的符號序列(a1a2…akak+1ak+2…ak+r)a1，a2，…ak+r∈{0,1}其中n＝k+r，由L個長度為n＝k+r的{0,1}符號序列組成的集合，構(gòu)成一個(n,k)分組碼。代表L個長度為k的消息序列，其中k是信息位，r是監(jiān)督位。若(n,k)分組碼，碼空間的所有元素(碼字)都可以寫成k個線性獨立的碼字g1，g2，…，gk的線性組合，其中m1,m2,…,mk∈{0,1}，即有Yj:{m1g1+m2g2+…mkgk}改寫成矩陣形式即為：其中由k個{0,1}符號m1,m2,…mk(mi∈{0,1}；i＝1,2,…,本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種基于比特翻轉(zhuǎn)算法的硬判決譯碼實現(xiàn)方法，其特征在于：采用{0,1}作為符號集，對信源輸出消息進行無失真信源編碼，以{0,1}的有限長序列(a

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于比特翻轉(zhuǎn)算法的硬判決譯碼實現(xiàn)方法，其特征在于：采用{0,1}作為符號集，對信源輸出消息進行無失真信源編碼，以{0,1}的有限長序列(a1a2…ak)(ai∈{0,1}，i＝1,2,…k)長度為k的信息序列共有2k種，令L＝2k，按照一定的規(guī)則在信息序列中加入若干個{0,1}符號，把長度為k的{0,1}信息序列，變成長度為n(n>k)的具有一定抗干擾能力的符號序列(a1a2…akak+1ak+2…ak+r)a1，a2，…ak+r∈{0,1}其中n＝k+r，由L個長度為n＝k+r的{0,1}符號序列組成的集合，構(gòu)成一個(n,k)分組碼，代表L個長度為k的消息序列，其中k是信息位，r是監(jiān)督位；若(n,k)分組碼，碼空間的所有元素寫成k個線性獨立的碼字g1，g2，…，gk的線性組合，其中m1,m2,…,mk∈{0,1}，即有Yj:{m1g1+m2g2+…mkgk}改寫成矩陣形式即為：其中由k個{0,1}符號m1,m2,…mk(mi∈{0,1}；i＝1,2,…,k)組成的行矩陣表示成sj＝(mj1mj2…mjk),其中(j＝1,2,…,L)記為SG＝Y(jié)由于g1，g2，…，gk是k個線性無關(guān)的碼字，所以矩陣G的k個行矢量線性無關(guān)，G為(n,k)線性分組碼Y的生成矩陣，當信息元S確定后，Y僅由矩陣G決定，生成矩陣G通過初等列變換后，表示為如下形式：記為：G＝(Ik×kPk×r)其中，Ik×k是...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：代明軍，王霞，王暉，林曉輝，陳彬，
申請(專利權(quán))人：深圳大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：廣東,44