本發(fā)明屬于無線通信系統(tǒng)的糾錯(cuò)，具體涉及一種低復(fù)雜度、高性能的ldpc軟譯碼實(shí)現(xiàn)方法及其裝置。
背景技術(shù)：
1、隨著5g技術(shù)、wifi6技術(shù)的普及，無線通信領(lǐng)域的信息傳輸量與傳輸速率大幅度提升，這就對信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性與可靠性帶來了更高的要求。在無線通信領(lǐng)域，譯碼器是一種將從編碼器輸出的信號進(jìn)行解碼的設(shè)備或算法，它主要用于數(shù)字通信中，將經(jīng)過編碼的信息轉(zhuǎn)換回原始格式，是保證信息傳輸準(zhǔn)確的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此需要對譯碼算法及譯碼器的實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行深入研究。
2、譯碼器的類型和設(shè)計(jì)取決于使用的編碼方案，常見的編碼方案包括卷積編碼、循環(huán)冗余檢驗(yàn)(cyclic?redundancy?check，crc)、漢明碼等。對于不同的編碼方案，譯碼器需要具備對應(yīng)的算法和硬件支持來進(jìn)行解碼。
3、隨著通信技術(shù)的發(fā)展，譯碼器的設(shè)計(jì)變得更加復(fù)雜和多樣化。低密度奇偶校驗(yàn)碼(low?density?parity?check，ldpc)因具有較好的譯碼性能、適應(yīng)多種通信標(biāo)準(zhǔn)以及相對較低的硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度而成為通信領(lǐng)域通用解碼器廣泛使用的信道編譯碼方案，因此針對ldpc譯碼器的研究與設(shè)計(jì)變得非常有意義。
4、ldpc譯碼算法可以分為軟譯碼算法和硬譯碼算法。硬譯碼算法將硬判決信息作為原始碼字進(jìn)行譯碼，不需要多次讀操作，其譯碼復(fù)雜度低，對譯碼器的硬件實(shí)現(xiàn)友好，但譯碼性能較差。ldpc軟譯碼算法需要獲取軟判決概率信息的對數(shù)似然比(log?likelihoodratio，llr)，其用公式表示如下：
5、
6、其中p(y＝0/1)表示該比特為0或1的概率。軟判決概率信息的獲取通常需要多次讀操作，會加大資源的開銷和功耗。常用的ldpc軟譯碼算法為置信傳播算法(beliefpropagation，bp)，該算法由于存在大量復(fù)雜的非線性函數(shù)不適合硬件實(shí)現(xiàn)。歸一化最小和算法(normalized?min-sum，nms)將bp算法中的非線性函數(shù)簡化為加減、比較和異或運(yùn)算，這樣雖然損失了部分譯碼性能但取得了較低的硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。
7、在ldpc碼的譯碼過程中，節(jié)點(diǎn)間的調(diào)度方式可分為泛洪式(flooding)、行分層式(layered)。泛洪式譯碼在每次迭代中先計(jì)算所有變量節(jié)點(diǎn)到校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的信息，再計(jì)算校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)到變量節(jié)點(diǎn)的信息，然后按照全局規(guī)模進(jìn)行迭代更新。而行分層式譯碼則是在更新完每個(gè)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)信息之后就立刻利用該信息去更新變量節(jié)點(diǎn)信息，并將其用于后面校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)消息的更新。
8、根據(jù)目前通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，行分層式譯碼框架通常采用準(zhǔn)循環(huán)低密度奇偶校驗(yàn)碼(qc-ldpc)作為信道編碼，可以通過引入少量的硬件資源方便地實(shí)現(xiàn)塊并行譯碼。其中，塊并行度與碼字長度成線性關(guān)系，5g標(biāo)準(zhǔn)中有51個(gè)取值(范圍為2～384)，這就需要預(yù)留384個(gè)計(jì)算模塊，同時(shí)存儲384份校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)信息，導(dǎo)致硬件資源消耗過多。同時(shí)，行分層式譯碼針對較長碼字譯碼時(shí)需要消耗多個(gè)時(shí)鐘周期完成校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)信息的更新，對譯碼吞吐率(單位時(shí)鐘周期內(nèi)譯碼完成的碼字量)造成較大的影響。
9、綜上所述，現(xiàn)有的ldpc軟譯碼的行分層式譯碼算法存在的問題有：(1)為了兼容通信協(xié)議的所有碼字，譯碼器需要預(yù)留較大的并行度，存儲較多的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)信息，導(dǎo)致資源消耗過多；(2)針對較長碼字譯碼時(shí)需要消耗多個(gè)時(shí)鐘周期完成校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)信息的更新，大大限制了譯碼吞吐率。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了解決現(xiàn)有的ldpc軟譯碼的行分層式譯碼算法存在的譯碼器需要預(yù)留較大的并行度，存儲較多的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)信息，導(dǎo)致資源消耗過多的技術(shù)問題以及針對較長碼字譯碼時(shí)需要消耗多個(gè)時(shí)鐘周期完成校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)信息的更新而限制了譯碼吞吐率的問題，本發(fā)明提供了一種低復(fù)雜度、高性能的ldpc軟譯碼實(shí)現(xiàn)方法及裝置。
2、本發(fā)明提出的技術(shù)方案如下：一種低復(fù)雜度、高性能的ldpc軟譯碼實(shí)現(xiàn)方法，具體為一種列分層式隨機(jī)估計(jì)、歸一化最小和算法譯碼方法，包括以下步驟：
3、步驟s1.根據(jù)譯碼矩陣h初始化矩陣行列參數(shù)和變量節(jié)點(diǎn)信息次小值映射表。
4、步驟s2.初始化從變量節(jié)點(diǎn)傳輸給校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的信息qi,j、qi,j的最小值min1、最小值所在的列號min1_idx以及變量節(jié)點(diǎn)信息次小值估計(jì)參數(shù)es_min2_idx。
5、步驟s3.節(jié)點(diǎn)信息更新單元根據(jù)qi,j、min1和變量節(jié)點(diǎn)信息次小值映射估計(jì)值進(jìn)行計(jì)算迭代，完成節(jié)點(diǎn)信息的更新并計(jì)算后驗(yàn)概率。
6、步驟s4.對步驟s3得到的后驗(yàn)概率結(jié)果進(jìn)行硬判決，更新推測碼字為并校驗(yàn)碼字，當(dāng)校驗(yàn)成功時(shí)輸出譯碼結(jié)果。
7、本發(fā)明還提供了一種低復(fù)雜度高性能的ldpc軟譯碼裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)上述的低復(fù)雜度高性能的ldpc軟譯碼實(shí)現(xiàn)方法，其包括：
8、控制狀態(tài)機(jī)、輸入/輸出控制模塊、節(jié)點(diǎn)信息運(yùn)算模塊、次小值估計(jì)映射模塊以及信息存儲模塊；
9、所述控制狀態(tài)機(jī)用于靜態(tài)配置矩陣參數(shù)、最大迭代次數(shù)等譯碼參數(shù)；
10、所述輸入/輸出控制模塊用于控制譯碼結(jié)果和輸入信道llr值的流式傳輸；
11、所述節(jié)點(diǎn)信息運(yùn)算模塊包括校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)運(yùn)算單元、變量節(jié)點(diǎn)信息最小值更新運(yùn)算單元和app運(yùn)算單元；所述校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)運(yùn)算單元用于計(jì)算校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)到變量節(jié)點(diǎn)的信息，所述變量節(jié)點(diǎn)信息最小值更新運(yùn)算單元用于更新計(jì)算單元到校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)信息，所述app運(yùn)算單元采用加法器求和運(yùn)算得到后驗(yàn)概率
12、所述次小值估計(jì)映射模塊用于變量節(jié)點(diǎn)次小值的估計(jì)，包括變量節(jié)點(diǎn)次小值參數(shù)映射單元、變量節(jié)點(diǎn)次小值估計(jì)計(jì)算單元；所述變量節(jié)點(diǎn)次小值參數(shù)映射單元用于映射生成變量節(jié)點(diǎn)次小值估計(jì)參數(shù)es_min2_idx，所述變量節(jié)點(diǎn)次小值估計(jì)計(jì)算單元用于對變量節(jié)點(diǎn)信息的次小值進(jìn)行估計(jì)計(jì)算。
13、所述信息存儲模塊包括llr存儲ram、變量節(jié)點(diǎn)信息存儲ram、變量節(jié)點(diǎn)信息最小值存儲寄存器、變量節(jié)點(diǎn)信息最小值地址寄存器以及校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)符號位ram。
14、進(jìn)一步地，所述裝置的次小值估計(jì)計(jì)算單元中映射已經(jīng)經(jīng)過分塊、簡化處理，硬件可以通過組合邏輯與非門搭建，不需要數(shù)據(jù)選擇器。
15、進(jìn)一步地，所述裝置采用按列分層的流水譯碼架構(gòu)。
16、本發(fā)明通過采用按列分層的譯碼設(shè)計(jì)使得在譯碼器的實(shí)現(xiàn)過程中可以將校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)信息的更新與變量節(jié)點(diǎn)信息的更新分兩個(gè)時(shí)鐘周期完成并且可以流水運(yùn)行(pipeline)，解決了內(nèi)存沖突問題，提高了吞吐率。此外，通過采用變量節(jié)點(diǎn)信息次小值映射估計(jì)的方法，在添加少量硬件資源的基礎(chǔ)下顯著降低了校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)行信息寄存器的存儲數(shù)據(jù)規(guī)模，有效地降低了硬件實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。
1.一種低復(fù)雜度高性能的ldpc軟譯碼實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述方法為一種列分層式隨機(jī)估計(jì)、歸一化最小和算法譯碼方法，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟s3具體步驟如下：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述變量節(jié)點(diǎn)次小值的估計(jì)值es_min2(min1,es_min2_idx)，根據(jù)變量節(jié)點(diǎn)次小值估計(jì)參數(shù)es_min2_idx和min1通過組合邏輯映射計(jì)算得到。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟s4對步驟s34得到的后驗(yàn)概率app進(jìn)行硬判決，更新推測碼字并校驗(yàn)碼字，當(dāng)校驗(yàn)成功時(shí)輸出譯碼結(jié)結(jié)果。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟s4還包括更新次小值估計(jì)參數(shù)es_min2_idx，具體步驟為：
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，步驟s33中信息更新后還具有循環(huán)移位單元，根據(jù)全局配置的循環(huán)移位值，對當(dāng)前校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的整個(gè)列層更新的行信息min1、min1_idx進(jìn)行移位，以便下一個(gè)列層可以直接使用。
7.一種低復(fù)雜度高性能的ldpc軟譯碼裝置，其特征在于，能夠?qū)崿F(xiàn)如權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的方法，所述裝置包括：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述次小值估計(jì)計(jì)算單元中映射已經(jīng)經(jīng)過分塊、簡化處理，硬件可以通過組合邏輯與非門搭建，不需要數(shù)據(jù)選擇器。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述裝置采用按列分層的流水譯碼架構(gòu)。