Nghiên cứu, đánh giá chất lượng của thuật toán BPA-EH cải tiến cho mã LDPC

Chia sẻ: Thi Thi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Thêm vào BST

Báo xấu

38
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài báo trình bày việc giải mã mềm sử dụng thuật toán BPA-EH cải tiến cho mã kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp LDPC dựa trên các ma trận kiểm tra tương đương nhằm khắc phục vấn đề vòng kín ngắn trong mã LDPC. Phương pháp này không những cho phép giảm đáng kể thời gian giải mã so với kỹ thuật giải mã BPA-EH mà còn mang lại độ lợi mã hóa cao hơn.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu, đánh giá chất lượng của thuật toán BPA-EH cải tiến cho mã LDPC

Phạm Xuân Nghĩa và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ - 120(06): 177 – 181 LDPC Phạm Xuân Nghĩa1, Nguyễn Anh Tuấn2*, Nguyễn Đức Đài1 1 Học viện Kỹ thuật quân sự Trường Đại học Công nghệ thông tin và truyền thông – ĐH Thái Nguyên 2 TÓM TẮT kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp (LDPC-Low Density Parity Check) 1,2 dB trên kênh pha-đinh. Từ khóa: Mã LDPC, ma trận kiểm tra tương đương, giải mã BPA, kênh Gauss, kênh fadinh ĐẶT VẤN ĐỀ* Mã kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp (LDPC-Low Density Parity Check) L( y i ) log Pr( y i 0 | r) Pr( y i 1| r ) (1) Ở đây r là tập các symbol nhận từ kênh và xác suất điều kiện Pr( y i 0 | r ) . Thuật toán BPA [2,3] là thuật toán giải mã lặp có hai công đoạn chính: , tuy nhi . có rất nhiều công trình nghiên cứu nhằm cải thiện hiệu quả bộ giải mã này, trong đó cải tiến nâng cao chất lƣợng giải mã vẫn là nội dung đang tiếp tục đƣợc nghiên cứu. H. Mặt khác, .T . 1. Cập nhật bản tin cho tất cả các nút kiểm tra và gửi bản tin rji(b) từ nút kiểm tra tới các nút bít nối với nó. 2. Cập nhật bản tin cho tất cả các nút bít và gửi bản tin qji(b) từ các nút bit tới nút các kiểm tra nối với nó. Đầu ra của bộ giải mã là giá trị LLR của các bít mã đƣợc sử dụng để quyết định thành từ ^ ^ ^ ^ mã thăm dò y y1 , y 2 ,..., y n . Khi hội chứng s thỏa mãn điều kiện: ^ y .H T CÁC THUẬT TOÁN GIẢI MÃ BPA, BPAEH VÀ Ý TƢỞNG NGHIÊN CỨU s Thuật toán giải mã BPA Thì dừng lặp đƣa ra từ mã hợp lệ y . Nếu điều kiện (2) không thỏa mãn thì quá trình đƣợc thực hiện lại cho đến khi đạt số lần lặp mã LDPC ( n, k ) với tỷ lệ mã R k / n ( m n k là số lƣợng các bit kiểm Xét tra). Các bit tin u u1 , u2 ,...uk đƣợc mã hóa thành từ mã y y1 , y2 ,... yn sau đó đƣợc điều chế và truyền trên kênh. Đầu vào bộ giải mã BPA là tỷ lệ ƣớc lƣợng theo hàm log (Log Likelihood Ratio – LLR) [2,3]: * Tel: 0912 998396, Email: natuan@ictu.edu.vn [0, 0,..., 0] (2) ^ cực đại max và đƣa ra từ mã. -EH Nhƣ ta đã biết thuật toán BPA-EH là thuật toán sử dụng các ma trận kiểm tra tƣơng đƣơng [1]. Từ lý thuyết của mã tuyến tính, ta thấ y 177 Phạm Xuân Nghĩa và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ (2). Đây là một hệ phƣơng trình tuyến tính nên việc thay thế một hàng bằng việc cộng các hàng bất kỳ với nhau để He He ỉ xét trƣờng hợ ế h(a) của ma trận H bằng cách cộng modulo 2 hàng h(b) và h(c). Việc lựa chọn các hàng h(a), h(b), h(c) đƣợ ụ thể trong [1]. [1] vẫn còn các hạn chế - , việ 120(06): 177 – 181 hần kết quả mô phỏng, đánh giá. , trong [1] thực hiện thuật toán BPA-EH bằng việc sử dụng các ma H e , các ma trậ trậ ợc tạo ra bằng việc thay thế ểm tra kém tin cậy). Điều này dẫn đến khối lƣợ ớn. Ở ề xuấ nhƣ sau: Ngoài việc thay thế hàng có độ tin cậ ậ , chúng ta cũng có thể thay thế một số ại bằ toàn “0” điều này sẽ làm giảm khối lƣợ đáng kể , một nút bit đƣợc nối tới nhiều nút kiểm tra, nên khi ta bỏ bớt một số nút kiểm tra vẫn đảm bảo là nút bit tin cậy dựa vào các bản tin từ nút kiể . CÁC ĐỀ XUẤT MỚI ĐỐI VỚI PHƢƠNG PHÁP GIẢI MÃ BPA-EH – ố . - – KẾT QUẢ MÔ PHỎNG, ĐÁNH GIÁ Sơ đồ mô phỏng hệ thống Nguồn tin ^ Yi ^ ^ ^ y1 , y 2 ,..., y n s Mã LDPC So sánh ŝ y Điều chế BPSK Kênh truyền BER Giải mã LDPC ŷ BPSKmod Giải điều chế BPSK Hình 1. Sơ đồ mô phỏng hệ thống Trong sơ đồ [4]. Thuật toán giải mã dựa 178 Phạm Xuân Nghĩa và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 120(06): 177 – 181 trên thuật toán BPA-EH cải tiến. Theo lý thuyết mã tuyến tính, thì từ ma trận H gốc có thể tạo ra các ma trận He bằng việc thay thế 1 hàng h(a) bằng tổng module 2 hàng h(b) và h(c): He H |row( a ) -EH. (3) row( b ) row( c ), a b c Việc lựa chọn các hàng h(a), h(b), h(c) đƣợc chọn trên việc xét giá trị syndrome mềm [1]:   sign( L( y j )) min | L( y j | j Vi j Vi  (4) | L(smin ) | min | L(si ) | min | L( y j ) | i 1,2...m j 1,2...n (5) Ở đây smin là nút có giá trị tuyệt đối của syndrome là nhỏ nhất trong lần giải mã đầu tiên. Nhƣ ta đã biết nút kiểm tra có syndrome nhỏ nhất sẽ kết nối với nút tin có độ tin cậy thấp nhất, nên ta chọn a là hàng ứng với L(smin) có giá trị nhỏ nhất mang dấu dƣơng (việc lựa chọn dấu dƣơng đảm bảo chắc chắn syndrome này bị lỗi), hàng b ứng với L(smax) có giá trị lớn nhất mang dấu âm, còn hàng c ứng với L(si) có giá trị tăng dần với a b c. Ngoài việc thay thế hàng n Hình 2. , BPA-EH, BPA-EH cải tiế 60x120 trên kênh AWGN Danh gia do thi BER cua ma LDPC bat quy tac 0 10 -1 10 -2 10 -3 10 BER L(si ) -4 10 -5 10 BPA BPA-EH BPA-EH erase 12 rows BPA-EH erase 30 rows BPA-EH erase 20 rows -6 10 -7 10 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 Eb/No 0”) ngẫu nhiên một số hàng trừ những hàng có độ tin cậy kém đã thay và hàng có độ tin cậy lớn nhất. Kết quả mô phỏng AWGN. 2 H60x120 H120x240. h , đối với bộ mã C1 H60x120, khi thực hiện thuậ BPA-EH cải tiế - He nhau việ Pe=10-4 , nhƣng nếu tăng số hàng bị Hình 3. , BPA-EH, BPA-EH cải tiế 120x240 trên kênh AWGN Trên h He ,k . Vì vậy, việc sử dụng ma trận H tƣơng đƣơng kết hợp xóa một số ảm sự phức tạp trong quá trình tính toán cỡ (10%) đối với bộ H60x120 và 20 % đối với bộ H120x240 - 179 Phạm Xuân Nghĩa và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 120(06): 177 – 181 Pe=10-5. . - Danh gia do thi BER cua ma LDPC bat quy tac 0 10 - BPA BPA-EH cai tien BPA-EH -1 10 pha – đinh: Dựa vào kết quả mô phỏng trên kênh AWGN, ta tiến hành thực hiện thuật toán BPA-EH cải tiến trên kênh pha – đinh với bộ mã C1 đã xóa 6 hàng và bộ mã C2 -2 10 -3 BER 10 -4 10 -5 10 -6 10 -7 10 -8 h Eb/N0 H60x120 - 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Eb/No Hình 5. - , BPA-EH, BPA-EH cải tiế n H120x240 trên kênh pha - đinh – KẾT LUẬN ả ẳ - 10%). Khi Eb/N0 - ˃ – – e = 10 -4 - - Pe=10-5. Danh gia do thi BER cua ma LDPC bat quy tac 0 10 BPA BPA-EH cai tien BPA-EH -1 10 t . - -2 10 - -3 BER 10 - -4 10 H. -5 10 -6 10 TÀI LIỆU THAM KHẢO -7 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Eb/No Hình 4. , BPA-EH, BPA-EH cải tiế 60x120 trên kênh pha – đinh 1 H(120x240 2 b/N0 - Pe=10-4 180 - b/N0 ˃ - 1. Nguyen Tung Hung, “A new decoding algorithm based on equivalent parity check matrix for LDPC codes,” REV Journall on Electronics and Communications, Vol.3, No. 1-2, Jannuary – June, 2013 2. R,Gallager, “Low-density parity-check codes,” IRE Trans, Information Theory, pp. 21-28. January 1962. 3. William E. Ryan, “An introduction to LDPC codes,” Department of Electrical and Computer Engineering, the University of Arizona, August 19,2003. 4. Thomas J. Richardson, M. Amin Shokrollahi, Member, IEEE, and Rudiger L.Urbanker “Design of capacity-Approaching irregular low-density parity-check codes,”IEEE Transactions on Information Theory, Vol. 47,No. 2, February 2001. Trần Ngọc Bích và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 120(06): 171 – 176 SUMMARY RESEARCH, QUALITY ASSESSMENT OF IMPROVED BPA-EH ALGORITHM FOR LDPC CODES Pham Xuan Nghia1, Nguyen Anh Tuan2*, Nguyen Duc Dai1 1 Le Quy Don Technical University, College of Information and Communication Technology - TNU 2 This paper presents the decoding method for LDPC code based on Equivalent parity check matrix. This method did not allow significant reduction in decoding time compared with BPA decoding techniques, but also improve LDPC decoding perfomance. Simulation results show that the new LDPC decoding algorithm can improve LDPC decoding perfomance compared with traditional BPA approximately 0.75 dB on Gaussian channels and 1.2 dB on fadinh channels. Keywords: LDPC code, Equivalent parity check matrix, BPA decoding, Gaussian channels, fadinh channels. Ngày nhận bài:31/12/2013; Ngày phản biện:20/1/2014; Ngày duyệt đăng: 9/6/2014 Phản biện khoa học: TS. Phùng Trung Nghĩa – Trường Đại học Công nghệ Thông tin & Truyền thông- ĐHTN * Tel: 0912 998396, Email: natuan@ictu.edu.vn 181