CN110752893B - 一种用于极化码的置信传播的近似译码方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种用于极化码的置信传播的近似译码方法及装置，涉及计算机译码技术领域，能够降低译码器复杂度，提高硬件效率与译码吞吐率。本发明包括：将接收到的待处理数据输入译码器；将所述待处理数据在所述译码器中的第一类节点，进行近似处理；将所述待处理数据在所述译码器中的第二类节点，进行近似处理；根据在所述第一类节点和所述第二类节点上近似处理后的所述待处理数据，得到输出数据，并导出所述译码器。本发明适用于极化码译码器。

Description

一种用于极化码的置信传播的近似译码方法及装置
技术领域
本发明涉及计算机译码技术领域，尤其涉及一种用于极化码的置信传播的近似译码方法及装置。
背景技术
译码器是通信领域中一项极为基础且重要的技术分支，极化码具有以较低的编译码复杂度达到香农限的能力，因此，在最近的几年中引起了人们的关注。置信传播译码算法作为一种并行译码算法，在Polar上被广泛应用。然而，传统的置信传播译码算法译码时需要计算大量的数据，计算复杂度较高。
随着数据量的不断增大，译码器的复杂度也在快速增加，在不额外增加太多硬件成本的前提下，而传统的置信传播译码算法译码的计算效率和译码吞吐率都难以进一步提高，成为这一技术在实际应用中的新瓶颈。
发明内容
本发明的实施例提供一种用于极化码的置信传播的近似译码方法及装置，能够降低译码器复杂度，提高硬件效率与译码吞吐率。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
第一方面，本发明的实施例提供一种用于极化码的置信传播的近似译码方法，包括：
将接收到的待处理数据输入译码器；
将所述待处理数据在所述译码器中的第一类节点，进行近似处理；
将所述待处理数据在所述译码器中的第二类节点，进行近似处理；
根据在所述第一类节点和所述第二类节点上近似处理后的所述待处理数据，得到输出数据，并导出所述译码器。
第二方面，本发明的实施例提供一种用于极化码的置信传播的近似译码的装置，所述装置运行在通信设备上，所述通信设备包括：处理器、通信接口、存储器、总线，所述处理器、所述通信接口和所述存储器、通过所述总线完成相互间的通信，其中所述装置安装在所述处理器中；
接收模块，用于将接收到的待处理数据输入译码器；
第一处理模块，用于将所述待处理数据在所述译码器中的第一类节点，进行近似处理；
第二处理模块，用于将所述待处理数据在所述译码器中的第二类节点，进行近似处理；
输出模块，用于根据在所述第一类节点和所述第二类节点上近似处理后的所述待处理数据，得到输出数据，并导出所述译码器。
本实施例提供一种基于数据结构的近似极化码置信传播译码器设计技术，通过对传统极化码置信传播译码器中的信道信息的数据结构做出结构优化，在新的数据结构基础上用近似计算的方法对传统的置信传播译码器中两种节点进行优化。在不严重降低译码器译码正确率的前提下，降低译码器复杂度，从而提高硬件效率与译码吞吐率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的数据结构示意图；
图2、图3、图4、图5、图6为本发明实施例提供的具体实例示意图；
图7、图8本发明实施例提供的仿真结果示意图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。下文中将详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本发明实施例提供一种用于极化码的置信传播的近似译码方法及装置，包括：
S101，将接收到的待处理数据输入译码器。
在本实施例中，输入所述译码器的待处理数据的比特信道信息的存储方式包括：1比特符号位、3比特位置位和2比特数值位。
其中，位置位表示原信道信息中非零的首个比特位在信道信息中的位置，数值位为原数值位的最高的2位。所述原信道信息的存储方式包括：1比特符号位和6比特数值位。位置位表示原信道信息中非零首比特在信道信息中的位置，数值位为原数值位的最高2位。例如：如图1所示的数据结构转换方式，将7比特信道信息的存储方式由原来的1比特符号位和6比特数值位，改为1比特符号位，3比特位置位和2比特数值位。
S102，将所述待处理数据在所述译码器中的第一类节点，进行近似处理。
具体的，所述第一类节点和所述第二类节点包括：
所述译码器中实现所述g运算功能的节点为所述第一类节点，实现所述f运算功能的节点为所述第二类节点，且：
Figure BDA0002237207400000041
其中，极化码置信传播译码算法因子图如图2所示。g()表示g运算功能，f()表示f运算功能，x和y表示参与函数计算的参数，i为因子图中的行索引，j为所述因子图中的列索引，Ri.j表示在迭代过程中位于所述因子图中(i，j)处节点从左向右传递的信息，即右信息。Li.j表示在迭代过程中位于所述因子图中(i，j)处节点从右向左传递的信息，即左信息。
所述译码器对每个节点的左信息与右信息进行更新的方式包括：
Figure BDA0002237207400000051
对极化码置信传播译码器中第一类节点的近似，如图3所示，设输入数据的绝对值包括a，b，符号位包括Sa，Sb。第一类节点主要实现对输入数据绝对值进行大小比较，取其中较小的绝对值，符号位取两个输入符号位异或的功能。本实施例中，在比较输入数据绝对值大小时，只比较输入数据的3比特位置位La和Lb，忽略输入数据的数值位Ma和Mb。如果La≥Lb，则判定s[n-1，0]＝a[n-1，0]，否则，判定s[n-1，0]＝b[n-1，0]。
S103，将所述待处理数据在所述译码器中的第二类节点，进行近似处理。
其中，S102与S103可以同时执行，即将所述待处理数据分别导入第一类节点和第二类节点同时进行近似处理。
在本实施例中，所述将所述待处理数据在所述译码器中的第一类节点，进行近似处理，包括：
获取输入所述译码器的待处理数据的3比特位置位La和Lb，并忽略数值位，其中，输入所述译码器的待处理数据的绝对值包括a，b，符号位包括Sa，Sb，数值位包括：Ma和Mb，如果La≥Lb，则判定s[n-1，0]＝a[n-1，0]，否则，判定s[n-1，0]＝b[n-1，0]。
在本实施例中，所述将所述待处理数据在所述译码器中的第二类节点，进行近似处理，包括：
在加1时，只对输入所述译码器的待处理数据的后k个比特生效，k为正整数。舍弃加一产生的进位比特，且当产生进位比特时将后k个比特为全部置为1，其中，输入所述译码器的待处理数据的绝对值包括Ma，Mb，符号位包括Sa，Sb，输出数据的绝对值为Ms，符号位为Ss。例如：对极化码置信传播译码器中第二类节点的近似：如图4所示，设输入数据的绝对值包括Ma，Mb，符号位包括Sa，Sb，输出数据的绝对值为Ms，符号位为Ss。第二类节点主要实现对输入数据的加法运算。Ss和Ms的值分别由下表确定。
S<sub>a</sub> S<sub>b</sub> 输入数据绝对值比较结果 S<sub>s</sub> M<sub>s</sub>
0 0 - 0 M<sub>a</sub>+M<sub>b</sub>
1 1 - 1 M<sub>a</sub>+M<sub>b</sub>
0 1 M<sub>a</sub>≥M<sub>b</sub> 0 M<sub>a</sub>-M<sub>b</sub>
0 1 M<sub>a</sub>＜M<sub>b</sub> 1 -(M<sub>a</sub>-M<sub>b</sub>)
1 0 M<sub>a</sub>≥M<sub>b</sub> 1 M<sub>a</sub>-M<sub>b</sub>
1 0 M<sub>a</sub>＜M<sub>b</sub> 0 -(M<sub>a</sub>-M<sub>b</sub>)
具体如表1所示的，采用图4中的加一单元，如图5所示，设输入数据为a。在加1时只对输入数据a的后k个比特生效。除此之外，加一单元产生的进位比特被舍弃，不对a的高比特位产生作用。如果有进位比特，则将后k个比特为全部置为1。
S104，根据在所述第一类节点和所述第二类节点上近似处理后的所述待处理数据，得到输出数据，并导出所述译码器。
本实施例提供一种基于数据结构的近似极化码置信传播译码器设计技术，通过对传统极化码置信传播译码器中的信道信息的数据结构做出结构优化，在新的数据结构基础上用近似计算的方法对传统的置信传播译码器中两种节点进行优化。在不严重降低译码器译码正确率的前提下，降低译码器复杂度与关键路径延迟与硬件消耗，从而提高硬件效率与译码吞吐率。
具体效果主要体现在：
对第一类节点：传统置信传播译码器中第一类节点中，需要对输入数据的绝对值从高到低逐位进行比较，在输入数据绝对值相近的情况下，该译码器节点需要比较完输入数据的所有比特位才能得出结果。但是，在这种情况下，无论我们选取哪一个输入数据作为输出，都可以得到正确的译码结果。本发明中提供的基于数据结构的近似第一类节点，输入数据长度为7比特，只对输入数据绝对值的3比特位置位进行比较，忽略输入数据的数值位。本发明可以在不严重降低置信传播译码器性能的基础上，降低硬件消耗。
对第二类节点：传统置信传播译码器中第二类节点如图6所示，由于需要分别对输入数据和输出数据做取反加一操作，所以该节点的关键路径延迟非常大，限制了译码吞吐率。除此之外，在译码过程中，加一单元的作用并不明显，用全加器处理这一操作显得多余。本发明中提供的基于数据结构的近似第二类节点中，不做对输入数据的取反加一操作，而是直接使用全减器和全加器对输入数据的3比特数值位进行处理。接着，根据符号位的情况，在两种处理结果中进行选择，选择规则如表格1所示。提高了译码吞吐率。对于输出数据的加一单元，只对只对输入数据a的后k个比特生效。除此之外，加一单元产生的进位比特被舍弃，不对a的高比特位产生作用。如果有进位比特，则将后k个比特为全部置为1。以达到降低硬件消耗的目的。
将本实施例应用于极化码译码器中，以64比特，0.5码率的极化码为例，进行译码，得到仿真结果分别如图7和图8所示。根据仿真图可以得出，第一类节点中比较器忽略低位1比特，第二类节点中加一单元作用于低位3比特时，译码器的译码性能不会大幅度降低，而译码器的硬件消耗和关键路径延迟都会降低。由此仿真结果可以表明：在不严重降低译码器译码正确率的前提下，有效降低了译码器复杂度与关键路径延迟，从而提高硬件效率与译码吞吐率。
本发明实施例还提供一种用于极化码的置信传播的近似译码的装置，所述装置运行在通信设备上，所述通信设备包括：处理器、通信接口、存储器、总线，所述处理器、所述通信接口和所述存储器、通过所述总线完成相互间的通信，其中所述装置安装在所述处理器中；
接收模块，用于将接收到的待处理数据输入译码器；
第一处理模块，用于将所述待处理数据在所述译码器中的第一类节点，进行近似处理；
第二处理模块，用于将所述待处理数据在所述译码器中的第二类节点，进行近似处理；
输出模块，用于根据在所述第一类节点和所述第二类节点上近似处理后的所述待处理数据，得到输出数据，并导出所述译码器。
具体的，输入所述译码器的待处理数据的比特信道信息的存储方式包括：1比特符号位、3比特位置位和2比特数值位，其中，位置位表示原信道信息中非零的首个比特位在信道信息中的位置，数值位为原数值位的最高的2位；
所述原信道信息的存储方式包括：1比特符号位和6比特数值位。
所述第一类节点和所述第二类节点包括：
所述译码器中实现所述g运算功能的节点为所述第一类节点，实现所述f运算功能的节点为所述第二类节点，且：
Figure BDA0002237207400000081
其中，g()表示g运算功能，f()表示f运算功能，x和y表示参与函数计算的参数，i为因子图中的行索引，j为所述因子图中的列索引，Ri.j表示在迭代过程中位于所述因子图中(i，j)处节点从左向右传递的信息，即右信息；Li.j表示在迭代过程中位于所述因子图中(i，j)处节点从右向左传递的信息，即左信息；
所述译码器对每个节点的左信息与右信息进行更新的方式包括：
Figure BDA0002237207400000091
其中，N表示极化码的码长。
本实施例中，所述第一处理模块，具体用于获取输入所述译码器的待处理数据的3比特位置位La和Lb，并忽略数值位，其中，输入所述译码器的待处理数据的绝对值包括a，b，符号位包括Sa，Sb，数值位包括：Ma和Mb；
如果La≥Lb，则判定s[n-1，0]＝a[n-1，0]，否则，判定s[n-1，0]＝b[n-1，0]。
所述第二处理模块，具体用于在加1时，只对输入所述译码器的待处理数据的后k个比特生效，k为正整数；
舍弃加一产生的进位比特，且当产生进位比特时将后k个比特为全部置为1，其中，输入所述译码器的待处理数据的绝对值包括Ma，Mb，符号位包括Sa，Sb，输出数据的绝对值为Ms，符号位为Ss。
本实施例提供一种基于数据结构的近似极化码置信传播译码器设计技术，通过对传统极化码置信传播译码器中的信道信息的数据结构做出结构优化，在新的数据结构基础上用近似计算的方法对传统的置信传播译码器中两种节点进行优化。在不严重降低译码器译码正确率的前提下，降低译码器复杂度与关键路径延迟与硬件消耗，从而提高硬件效率与译码吞吐率。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种用于极化码的置信传播的近似译码方法，其特征在于，包括：
将接收到的待处理数据输入译码器；
将所述待处理数据在所述译码器中的第一类节点，进行近似处理；
将所述待处理数据在所述译码器中的第二类节点，进行近似处理；
根据在所述第一类节点和所述第二类节点上近似处理后的所述待处理数据，得到输出数据，并导出所述译码器；
输入所述译码器的待处理数据的比特信道信息的存储方式包括：1比特符号位、3比特位置位和2比特数值位；
其中，位置位表示原信道信息中非零的首个比特位在信道信息中的位置，数值位为原数值位的最高的2位；所述原信道信息的存储方式包括：1比特符号位和6比特数值位；
在所述第一类节点，对输入数据绝对值的位置位进行比较，并忽略输入数据的数值位；
在所述第二类节点，使用全减器和全加器对输入数据的数值位进行处理而不进行取反加一操作。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一类节点和所述第二类节点包括：
所述译码器中实现g运算功能的节点为所述第一类节点，实现f运算功能的节点为所述第二类节点，且：
Figure FDA0003501555220000011
其中，g()表示g运算功能，f()表示f运算功能，x和y表示参与函数计算的参数，i为因子图中的行索引，j为所述因子图中的列索引，Ri，j表示在迭代过程中位于所述因子图中(i，j)处节点从左向右传递的信息，即右信息；Li，j表示在迭代过程中位于所述因子图中(i，j)处节点从右向左传递的信息，即左信息；
所述译码器对每个节点的左信息与右信息进行更新的方式包括：
Figure FDA0003501555220000021
其中，N表示极化码的码长。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述待处理数据在所述译码器中的第一类节点，进行近似处理，包括：
获取输入所述译码器的待处理数据的3比特位置位La和Lb，并忽略数值位，其中，输入所述译码器的待处理数据的绝对值包括a，b，符号位包括Sa，Sb，数值位包括：Ma和Mb；
如果La≥Lb，则判定s[n-1，0]＝a[n-1，0]，否则，判定s[n-1，0]＝b[n-1，0]。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将所述待处理数据在所述译码器中的第二类节点，进行近似处理，包括：
在加1时，只对输入所述译码器的待处理数据的后k个比特生效，k为正整数；
舍弃加一产生的进位比特，且当产生进位比特时将后k个比特为全部置为1，其中，输入所述译码器的待处理数据的绝对值包括Ma，Mb，符号位包括Sa，Sb，输出数据的绝对值为Ms，符号位为Ss。
5.一种用于极化码的置信传播的近似译码的装置，其特征在于，所述装置运行在通信设备上，所述通信设备包括：处理器、通信接口、存储器、总线，所述处理器、所述通信接口和所述存储器、通过所述总线完成相互间的通信，其中所述装置安装在所述处理器中；
接收模块，用于将接收到的待处理数据输入译码器；
第一处理模块，用于将所述待处理数据在所述译码器中的第一类节点，进行近似处理；
第二处理模块，用于将所述待处理数据在所述译码器中的第二类节点，进行近似处理；
输出模块，用于根据在所述第一类节点和所述第二类节点上近似处理后的所述待处理数据，得到输出数据，并导出所述译码器；
输入所述译码器的待处理数据的比特信道信息的存储方式包括：1比特符号位、3比特位置位和2比特数值位；
其中，位置位表示原信道信息中非零的首个比特位在信道信息中的位置，数值位为原数值位的最高的2位；所述原信道信息的存储方式包括：1比特符号位和6比特数值位；
在所述第一类节点，对输入数据绝对值的位置位进行比较，并忽略输入数据的数值位；
在所述第二类节点，使用全减器和全加器对输入数据的数值位进行处理而不进行取反加一操作。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一类节点和所述第二类节点包括：
所述译码器中实现g运算功能的节点为所述第一类节点，实现f运算功能的节点为所述第二类节点，且：
Figure FDA0003501555220000031
其中，g()表示g运算功能，f()表示f运算功能，x和y表示参与函数计算的参数，i为因子图中的行索引，j为所述因子图中的列索引，Ri.j表示在迭代过程中位于所述因子图中(i，j)处节点从左向右传递的信息，即右信息；Li.j表示在迭代过程中位于所述因子图中(i，j)处节点从右向左传递的信息，即左信息；
所述译码器对每个节点的左信息与右信息进行更新的方式包括：
Figure FDA0003501555220000041
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一处理模块，具体用于获取输入所述译码器的待处理数据的3比特位置位La和Lb，并忽略数值位，其中，输入所述译码器的待处理数据的绝对值包括a，b，符号位包括Sa，Sb，数值位包括：Ma和Mb；
如果La≥Lb，则判定s[n-1，0]＝a[n-1，0]，否则，判定s[n-1，0]＝b[n-1，0]。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二处理模块，具体用于在加1时，只对输入所述译码器的待处理数据的后k个比特生效，k为正整数；
舍弃加一产生的进位比特，且当产生进位比特时将后k个比特为全部置为1，其中，输入所述译码器的待处理数据的绝对值包括Ma，Mb，符号位包括Sa，Sb，输出数据的绝对值为Ms，符号位为Ss。
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