CN106487479A - 一种基于多位判决的极化码译码方法 - Google Patents

Abstract

一种基于多位判决的极化码译码方法，包括以下步骤：S1、译码树路径展开：每一条SC译码序列都产生出多级译码子树，从而形成基于LLR的多个LLR消息输出；S2、多位译码度量计算：利用译码树路径展开提供的多个LLR消息，一次性计算出所有相关路径的路径度量；S3、译码器的迫零修正：当所有译码路径的路径度量计算完毕后，对路径度量进行分析判断，如果发现有路径度量的值过低，则强迫冻结该路径度量所对应的位；S4、译码器的比较与剪枝：对于路径度量取值正常的路径，比较其度量值，取出最大的L条路径，作为进一步译码的起点，将其他路径剪枝。该极化码译码方法可以显著降低算法的延时，提高算法硬件实现的成熟度。

Description

一种基于多位判决的极化码译码方法

技术领域

本发明属于光通信领域，具体涉及一种用于光信道传输的基于多位判决的极化码译码方法。

背景技术

宽带光网络被国家中长期科技发展纲要明确将其列为“信息产业及现代服务业”重点领域下的优先支持主题，宽带光网络已被明确提升到了国家战略层面。

在宽带用户数量和单用户接入带宽两大因素持续快速增长的推动下，带宽需求量呈现高速增长。三网融合促使各种新型网络应用逐渐普及，以往的网络带宽已经不能满足需求。通信行业正在经历从以往的语音通信业务为主向大力发展数据业务转型，通信网络的数据传输量大幅增长。

极化码在二进制离散无记忆信道(Binary Discrete Memoryless Channel，BDMC)下在理论上使得通信***的容量可以达到香农容量。这种编码方法是基于一种信道极化的现象下完成的，信道极化使一部分信道变成完全好的，一部分信道变成完全差的，基于这个现象，极化码就是将要传送的信息比特放在完全好的信道上传输。极化码的实际性能随着列表连续消去译码算法(Successive Cancellation List(SCL)Decoding)等技术的提出虽然有所改善，但是上述译码算法的延时和硬件资源占用情况仍不理想，硬件实现还很不成熟。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种基于多位判决的极化码译码方法，显著降低算法的延时，提高算法硬件实现的成熟度。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

一种基于多位判决的极化码译码方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、译码树路径展开：每一条SC译码序列都产生出多级译码子树，从而形成基于LLR的多个LLR消息输出；

S2、多位译码度量计算：利用译码树路径展开提供的多个LLR消息，一次性计算出所有相关路径的路径度量；

S3、译码器的迫零修正：当所有译码路径的路径度量计算完毕后，对路径度量进行分析判断，如果发现有路径度量的值过低，则强迫冻结该路径度量所对应的位；

S4、译码器的比较与剪枝：对于路径度量取值正常的路径，比较其度量值，取出最大的L条路径，作为进一步译码的起点，将其他路径剪枝。

进一步地：

步骤S1中，实施启动L个基于LLR的SC译码器，维护L条译码序列，其中每一条SC译码序列都产生出K级译码子树，从而形成基于LLR的2^K个LLR消息输出；步骤S2中，利用译码树路径展开提供的2^K个LLR消息，一次性计算出所有相关路径的路径度量。

步骤S2包括以下步骤：

步骤301，读入待译码的数据；

步骤302，对极化码编码器进行初始化，包括初始化2^k*2^k阶的编码矩阵；

步骤303，循环计数器j置为0，求和缓存sum置为0，准备进入循环；

步骤304，判断循环计数器是否到达循环上限2^k，如果是，则转入步骤311，如果否，则转入步骤305；

步骤305，计算U(j)，即2^k*2^k阶的编码矩阵的第j列；

步骤306，计算U(j)与译码产生的位值向量a＝(a₁,…,a₂ ^k)之间的内积，即

步骤307，计算译码度量的中间值B_j，其中包括以下三个步骤

获取译码位值向量a＝(a₁,…,a₂ ^k)所对应的LLR向量s＝(s₁,…,s₂ ^k)；

计算D(s_j)，其中函数D定义为

按照下式计算中间值

B_j＝s_j(1-<U(j),a>)-D(s_j)

步骤308，在求和缓存中进行积累操作

sum＝sum+B_j

步骤309，调整循环计数器j，转入步骤304；

步骤310，在原有译码度量的基础上，增加sum，得到新的译码度量，从而完成译码度量的计算；

步骤311，将计算所得到的译码度量输出。

一种基于多位判决的极化码译码方法，包括：

步骤501，读入待译码的原始数据；

步骤502，对译码路径初始化；

步骤503，译码路径度量置零；

步骤504，将译码路径索引置零，该路径索引作为译码计算循环的标志，用于在n/2^k条译码路径上进行遍历循环；

步骤505，判断译码路径索引是否到达循环上限n/2^k，如果是，则转入步骤510，如果否，则转入步骤506；

步骤506，对每一条路径实施标准的SC译码，得到2^k个译码位值输出，并且得到相应的LLR值；

步骤507，译码路径展开，得到若干条长度增加的译码路径；

步骤508，计算译码路径度量，利用译码树路径展开提供的多个LLR消息，一次性计算出所有相关路径的路径度量；

步骤509，对得到的译码路径进行迫零调整，其中对路径度量进行分析判断，如果发现有路径度量的值过低，则强迫冻结该路径度量所对应的位；之后转入步骤505；

步骤510，对译码路径实施剪枝，留下路径度量最好的L条路径；

步骤511，输出译码结果。

一种基于多位判决的极化码译码***，包括：

译码树路径展开装置：每一条SC译码序列都产生出多级译码子树，从而形成基于LLR的多个LLR消息输出；

多位译码度量计算装置：利用译码树路径展开提供的多个LLR消息，一次性计算出所有相关路径的路径度量；

译码器的迫零修正装置：当所有译码路径的路径度量计算完毕后，对路径度量进行分析判断，如果发现有路径度量的值过低，则强迫冻结该路径度量所对应的位；

译码器的比较与剪枝装置：对于路径度量取值正常的路径，比较其度量值，取出最大的L条路径，作为进一步译码的起点，将其他路径剪枝。

进一步地：

译码树路径展开装置实施启动L个基于LLR的SC译码器，维护L条译码序列，其中每一条SC译码序列都产生出K级译码子树，从而形成基于LLR的2^K个LLR消息输出；多位译码度量计算装置利用译码树路径展开提供的2^K个LLR消息，一次性计算出所有相关路径的路径度量。

本发明的技术效果包括：

本发明提出了一种基于多位判决的列表连续消去的新译码方法，该方法可以显著降低算法的延时，提高算法硬件实现的成熟度。本发明是一种低延时的极化码译码算法，其利用编码和译码的互易特性，利用似然比值一次性计算多个位的译码度量，取得比传统译码算法更低的延迟。

附图说明

图1为本发明基于多位判决的极化码译码方法流程图；

图2为本发明一种实施例中的极化码SCL译码树的结构图；

图3为本发明一种实施例中的极化码多位译码度量计算的流程图；

图4为本发明一种实施例的基于多位判决的极化码译码算法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。理当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限制本发明。

如图1所示，本发明实施例的基于多位判决的极化码译码方法，包括以下步骤：

译码树路径展开；

多位译码度量计算；

译码器的迫零修正；

译码器的比较与剪枝。

译码树路径展开步骤为译码器多位判决作必要的准备。在具体实施例中，首先启动L个基于LLR的SC译码器，维护L条译码序列。为了同时完成2^K个比特的译码工作，每一条SC译码序列都产生出K级译码子树，从而形成基于LLR的2^K个LLR消息输出，方便后续使用。

多位译码度量计算步骤中，利用译码树路径展开提供的2^K个LLR消息，一次性计算出所有相关路径的路径度量，避免了每一位顺次计算的繁琐步骤，降低译码延迟。

译码器的迫零修正步骤中，当所有译码路径的路径度量计算完毕后，对路径度量进行分析判断，如果发现有路径度量的值过低，则强迫冻结该路径度量所对应的位。

译码器的比较与剪枝步骤中，对于路径度量取值正常的路径，比较其度量值，取出最大的L条路径，作为进一步译码的起点。将其他路径剪枝，降低译码器的工作复杂度。

参见图2，在一种具体实施例中，极化码SCL译码树的结构包括：

节点11：译码树的根节点，是所有译码路径的起始，译码信息由此处开始发送。

路径12：对于每一个非无效位而言，生成两个不同的路径，遍历0、1两种可能，同时针对两种不同可能。计算译码的似然比(LLR)，并将该似然比向下一层传递。

节点13：每一层产生的节点都包含两种信息，其一是译码值，即0或1；其二是基于LLR计算的译码路径度量。

路径14：为了避免译码复杂度的指数增长，只保留固定数量的译码路径。也就是说，所有译码路径中，具有最高度量的L条路径被保留。

参见图3，在优选实施例中，计算极化码多位译码度量的流程包括以下步骤：

步骤301，读入待译码的数据；

步骤302，对极化码编码器进行初始化。由于极化码的编码和译码过程存在对易性，我们在多位判决的计算中需要用到极化码的编码器。尽管极化码译码的方法很多，但是编码器却相对标准统一。这里对编码器进行初始化，以备后续使用；

步骤303，循环计数器j置为0，求和缓存sum置为0，准备进入循环；

步骤304，判断循环计数器是否到达循环上限2^k，如果是，则转入步骤311，如果否，则转入步骤305；

步骤305，计算U(j)，即2^k*2^k阶的编码矩阵的第j列。由于编码矩阵已经在步骤S302初始化完毕，故此处只需从缓存中将相应的列取出即可，无需多余计算。

步骤306，计算U(j)与译码产生的位值向量a＝(a₁,…,a₂ ^k)之间的内积，即

步骤307，计算译码度量的中间值B_j，其中包括三个步骤

●获取译码位值向量a＝(a₁,…,a₂ ^k)所对应的LLR向量s＝(s₁,…,s₂ ^k)；

●计算D(s_j)，其中函数D定义为

●按照下式计算中间值

B_j＝s_j(1-<U(j),a>)-D(s_j)

步骤308，在求和缓存中进行积累操作

sum＝sum+B_j

步骤309，调整循环计数器j，转入步骤S304。

步骤310，在原有译码度量的基础上，增加sum，得到新的译码度量，从而完成译码度量的计算。

步骤311，将计算所得到的译码度量输出。

参阅图4，在另一种实施例中，基于多位判决的极化码译码方法包括以下步骤：

步骤501，读入待译码的原始数据。

步骤502，对译码路径初始化。这里的初始化指的是本阶段译码的起始状态准备，即采用SCL译码方法所得到的L条给定长度的译码路径。

步骤503，译码路径度量置零。

步骤504，将译码路径索引置零。该路径索引是译码计算循环的标志。译码计算将在n/2^k条译码路径上进行遍历循环。

步骤505，判断译码路径索引是否到达循环上限n/2^k，如果是，则转入步骤510，如果否，则转入步骤506。

步骤506，对每一条路径实施标准的SC译码。译码过程进行k级，得到2^k个译码位值输出，并且得到相应的LLR值。

步骤507，译码路径展开，得到若干条长度增加的译码路径。

受到资源和复杂度的限制，这些路径不可能同时被维护，需要从中选择L条继续向下一级传递。选择的依据是路径度量，这是下一步计算的核心内容。

步骤508，计算译码路径度量。优选地，译码路径度量采用图3所示的方法进行计算。

步骤509，对得到的译码路径进行迫零调整，即对路径度量进行分析判断，如果发现有路径度量的值过低，则强迫冻结该路径度量所对应的位。之后转入步骤S505。

步骤510，对译码路径实施剪枝，留下路径度量最好的L条路径。

步骤511，输出译码结果。

参阅图1，在另一种实施例中，一种基于多位判决的极化码译码***，包括：

译码树路径展开装置：每一条SC译码序列都产生出多级译码子树，从而形成基于LLR的多个LLR消息输出；

多位译码度量计算装置：利用译码树路径展开提供的多个LLR消息，一次性计算出所有相关路径的路径度量；

译码器的迫零修正装置：当所有译码路径的路径度量计算完毕后，对路径度量进行分析判断，如果发现有路径度量的值过低，则强迫冻结该路径度量所对应的位；

译码器的比较与剪枝装置：对于路径度量取值正常的路径，比较其度量值，取出最大的L条路径，作为进一步译码的起点，将其他路径剪枝。

在一种具体实施例中，译码树路径展开装置实施启动L个基于LLR的SC译码器，维护L条译码序列，其中每一条SC译码序列都产生出K级译码子树，从而形成基于LLR的2^K个LLR消息输出；多位译码度量计算装置利用译码树路径展开提供的2^K个LLR消息，一次性计算出所有相关路径的路径度量。

在优选的实施例中，多位译码度量计算装置采用图3所示的计算方式计算极化码多位译码度量。

以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于多位判决的极化码译码方法，其特征在于，包括：

S1、译码树路径展开：每一条SC译码序列都产生出多级译码子树，从而形成基于LLR的多个LLR消息输出；

S2、多位译码度量计算：利用译码树路径展开提供的多个LLR消息，一次性计算出所有相关路径的路径度量；

S3、译码器的迫零修正：当所有译码路径的路径度量计算完毕后，对路径度量进行分析判断，如果发现有路径度量的值过低，则强迫冻结该路径度量所对应的位；

S4、译码器的比较与剪枝：对于路径度量取值正常的路径，比较其度量值，取出最大的L条路径，作为进一步译码的起点，将其他路径剪枝。

2.根据权利要求1所述的极化码译码方法，其特征在于，步骤S1中，实施启动L个基于LLR的SC译码器，维护L条译码序列，其中每一条SC译码序列都产生出K级译码子树，从而形成基于LLR的2^K个LLR消息输出；步骤S2中，利用译码树路径展开提供的2^K个LLR消息，一次性计算出所有相关路径的路径度量。

3.根据权利要求1或2所述的极化码译码方法，其特征在于，步骤S2包括以下步骤：

步骤301，读入待译码的数据；

步骤302，对极化码编码器进行初始化，包括初始化2^k*2^k阶的编码矩阵；

步骤303，循环计数器j置为0，求和缓存sum置为0，准备进入循环；

步骤304，判断循环计数器是否到达循环上限2^k，如果是，则转入步骤311，如果否，则转入步骤305；

步骤305，计算U(j)，即2^k*2^k阶的编码矩阵的第j列；

步骤306，计算U(j)与译码产生的位值向量a＝(a₁,…,a₂ ^k)之间的内积，即

$<U\left(j\right),a>=\underset{i=1}{\overset{2^k}{\&Sigma;}}{a}_i{U}^i\left(j\right)$

步骤307，计算译码度量的中间值B_j，其中包括以下三个步骤

获取译码位值向量a＝(a₁,…,a₂ ^k)所对应的LLR向量s＝(s₁,…,s₂ ^k)；

计算D(s_j)，其中函数D定义为

$D\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}x& x\&GreaterEqual;0\\ 0& x<0\end{array}\right.$

按照下式计算中间值

B_j＝s_j(1-<U(j),a>)-D(s_j)

步骤308，在求和缓存中进行积累操作

sum＝sum+B_j

步骤309，调整循环计数器j，转入步骤304；

步骤310，在原有译码度量的基础上，增加sum，得到新的译码度量，从而完成译码度量的计算；

步骤311，将计算所得到的译码度量输出。

4.一种基于多位判决的极化码译码方法，其特征在于，包括：

步骤501，读入待译码的原始数据；

步骤502，对译码路径初始化；

步骤503，译码路径度量置零；

步骤504，将译码路径索引置零，该路径索引作为译码计算循环的标志，用于在n/2^k条译码路径上进行遍历循环；

步骤505，判断译码路径索引是否到达循环上限n/2^k，如果是，则转入步骤510，如果否，则转入步骤506；

步骤506，对每一条路径实施标准的SC译码，得到2^k个译码位值输出，并且得到相应的LLR值；

步骤507，译码路径展开，得到若干条长度增加的译码路径；

步骤508，计算译码路径度量，利用译码树路径展开提供的多个LLR消息，一次性计算出所有相关路径的路径度量；

步骤509，对得到的译码路径进行迫零调整，其中对路径度量进行分析判断，如果发现有路径度量的值过低，则强迫冻结该路径度量所对应的位；之后转入步骤505；

步骤510，对译码路径实施剪枝，留下路径度量最好的L条路径；

步骤511，输出译码结果。

5.根据权利要求4所述的极化码译码方法，其特征在于，步骤508包括：

步骤301，读入待译码的数据；

步骤302，对极化码编码器进行初始化，包括初始化2^k*2^k阶的编码矩阵；

步骤303，循环计数器j置为0，求和缓存sum置为0，准备进入循环；

步骤304，判断循环计数器是否到达循环上限2^k，如果是，则转入步骤311，如果否，则转入步骤305；

步骤305，计算U(j)，即2^k*2^k阶的编码矩阵的第j列；

步骤306，计算U(j)与译码产生的位值向量a＝(a₁,…,a₂ ^k)之间的内积，即

$<U\left(j\right),a>=\underset{i=1}{\overset{2^k}{\&Sigma;}}{a}_i{U}^i\left(j\right)$

步骤307，计算译码度量的中间值B_j，其中包括以下三个步骤

获取译码位值向量a＝(a₁,…,a₂ ^k)所对应的LLR向量s＝(s₁,…,s₂ ^k)；

计算D(s_j)，其中函数D定义为

$D\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}x& x\&GreaterEqual;0\\ 0& x<0\end{array}\right.$

按照下式计算中间值

B_j＝s_j(1-<U(j),a>)-D(s_j)

步骤308，在求和缓存中进行积累操作

sum＝sum+B_j

步骤309，调整循环计数器j，转入步骤304；

步骤310，在原有译码度量的基础上，增加sum，得到新的译码度量，从而完成译码度量的计算；

步骤311，将计算所得到的译码度量输出。

6.一种基于多位判决的极化码译码***，其特征在于，包括：

译码树路径展开装置：每一条SC译码序列都产生出多级译码子树，从而形成基于LLR的多个LLR消息输出；

多位译码度量计算装置：利用译码树路径展开提供的多个LLR消息，一次性计算出所有相关路径的路径度量；

译码器的迫零修正装置：当所有译码路径的路径度量计算完毕后，对路径度量进行分析判断，如果发现有路径度量的值过低，则强迫冻结该路径度量所对应的位；

译码器的比较与剪枝装置：对于路径度量取值正常的路径，比较其度量值，取出最大的L条路径，作为进一步译码的起点，将其他路径剪枝。

7.根据权利要求6所述的极化码译码***，其特征在于，译码树路径展开装置实施启动L个基于LLR的SC译码器，维护L条译码序列，其中每一条SC译码序列都产生出K级译码子树，从而形成基于LLR的2^K个LLR消息输出；多位译码度量计算装置利用译码树路径展开提供的2^K个LLR消息，一次性计算出所有相关路径的路径度量。