本發(fā)明屬于信道編譯碼技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及通信系統(tǒng)信道譯碼器中一種基于串行抵消列表譯碼的極化碼低時延改進方法。

背景技術(shù)：

極化碼是一種新型編碼方式，是目前唯一可理論證明在二進制離散無記憶信道下達到香農(nóng)極限，并且具有可實用的線性復雜度編譯碼能力的信道編碼技術(shù)，成為下一代通信系統(tǒng)(5g)中信道編碼方案的強有力候選者。串行抵消(sc,successivecancellation)譯碼是一種低復雜度的譯碼方法，而串行抵消列表(scl,successivecancellationlist)譯碼方法能夠?qū)崿F(xiàn)更好的誤碼率性能。串行抵消譯碼是從譯碼樹的根節(jié)點開始，通過遞歸計算的方式深入到葉節(jié)點，在葉節(jié)點進行判別。由于其串行抵消譯碼的特點，時延較長是該譯碼方法最迫切需要解決的問題。然而基于串行抵消列表的譯碼方法，與經(jīng)典低時延置信傳播(bp,beliefpropagation)譯碼方法相比，仍有較大差距，譯碼時延和運算復雜度均較高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明公開了一種有效降低串行抵消譯碼時延的方法，在遍歷到譯碼樹的某一節(jié)點時，運用極化碼校驗矩陣進行校驗。如果校驗成功，則直接進行門限判別譯碼后返回父節(jié)點，從而降低譯碼時延。

為了達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種降低極化碼譯碼時延的方法，包括如下步驟：

步驟1，計算對數(shù)似然比初始值

采用樹形譯碼結(jié)構(gòu)，對于一個碼長為n,信息位長度為k的極化碼，其譯碼樹為深度為n＝log2n的二叉樹，采用基于串行抵消的譯碼方法從根節(jié)點開始遞歸遍歷整個譯碼樹，樹節(jié)點之間傳遞待譯符號的對數(shù)似然比llr，llr初始值通過如下方式計算得到：

其中，ui表示發(fā)送比特，l(ui)表示ui的對數(shù)似然比，yi為譯碼器接收到的待譯碼的符號，pr(yi|ui)表示發(fā)送符號為ui時接收到符號yi的概率，pr(yi|ui)從解調(diào)器的軟判決信息中得到，譯碼開始時，由公式(1)計算接收符號的對數(shù)似然比并傳遞給根節(jié)點，激活根節(jié)點；

步驟2，遞歸遍歷譯碼樹

對于譯碼樹上的一個節(jié)點v，其包含的葉節(jié)點的個數(shù)為nv，該節(jié)點從父節(jié)點接收一個長度為nv的llr值序列，記為αv，由αv計算要傳遞給左子節(jié)點的llr值序列αl：

αl[i]＝sgn(αv[i])sgn(αv[i+nv/2])min(|αv[i]|,|αv[i+nv/2]|)，0≤i＜nv/2(2)

其中，i是向量αv的位置索引，av[i]表示αv的第i個元素，

以遞歸的方式遍歷左子節(jié)點，返回后從左子節(jié)點接收到長度為nv/2的比特序列βl，然后計算要傳遞給右子節(jié)點的llr值序列αr：

ar[i]＝av[i+nv/2]-(2βl[i]-1)av[i]，0≤i＜nv/2(3)

以遞歸的方式遍歷右子節(jié)點，返回后從右字節(jié)點接收到長度為nv的比特序列βr，然后計算要返回給父節(jié)點的比特序列βv：

其中，為二進制異或運算；

步驟3，特殊節(jié)點譯碼

在步驟2遞歸遍歷左右節(jié)點的過程中，當遇到特殊節(jié)點中的至少一種時，則不再向下遞歸而直接譯碼后返回父節(jié)點，所述特殊節(jié)點包括rate-0節(jié)點、rate-1節(jié)點、rep節(jié)點，spc節(jié)點；

所述rate-0節(jié)點包含的葉節(jié)點全是休眠位比特，所述rate-1節(jié)點包含的葉節(jié)點全是信息位比特，所述rep節(jié)點包含的葉節(jié)點只有最后一位是信息位比特，所述spc節(jié)點包含的葉節(jié)點只有第一位是休眠位比特；

rate-0節(jié)點的譯碼策略如下：

βv[i]＝0,0≤i＜nv(5)

rate-0節(jié)點不分裂新的譯碼路徑；

rate-1節(jié)點的譯碼策略如下：

βv[i]＝h(αv[i])，0≤i＜nv(6)

其中，

rate-1節(jié)點分裂出4個譯碼路徑，找到序列αv中絕對值最小的兩個，記為αv[min1],αv[min2]，min1、min2為其分別在序列av中的位置索引，將βv[min1]或βv[min2]比特位反轉(zhuǎn)；

rep節(jié)點的譯碼策略如下：

rep節(jié)點分裂出2個譯碼路徑，βv分別為全0比特或者全1比特；

spc節(jié)點的譯碼策略如下：

βv[i]＝h(αv[i])，0≤i＜nv(9)

如果spc節(jié)點的譯碼結(jié)果βv不滿足奇偶校驗，則找到序列αv中絕對值最小的，記為αv[min]，min是其在序列αv中的索引，然后將βv[min]中的比特位反轉(zhuǎn)，spc節(jié)點分裂出4個譯碼路徑，方法與rate-1節(jié)點相同；

步驟4，利用校驗矩陣降低譯碼時延

在步驟2遞歸遍歷譯碼樹節(jié)點的過程中，如果該節(jié)點不是步驟3中定義的特殊節(jié)點，對于列表中的每個存活路徑，在利用公式(2)計算αl的同時，判斷h(αv)η^τ＝0(h矩陣校驗)是否成立，h(·)為公式(7)，h為極化碼校驗矩陣：

其中，nv為該節(jié)點包含的葉節(jié)點的數(shù)量，()^t表示矩陣轉(zhuǎn)置，為碼長為nv的極化碼生成矩陣，a為固定位索引集合，是由a中索引指定的的行構(gòu)成的子矩陣；

所有路徑都執(zhí)行完h矩陣校驗后，按照下式判斷

其中，pmi是第i個路徑的度量值，zh為滿足h矩陣校驗的路徑索引集合,l是列表大小，t是小于1的門限參數(shù)(t的取值用戶可以根據(jù)實際情況自行確定)。

如果公式(12)成立，則對應(yīng)每個譯碼路徑，都有

βv[i]＝h(αv[i])，0≤i＜nv(13)

譯碼路徑分裂方法同第三步中的rate-1節(jié)點相同，然后返回父節(jié)點；

如果公式(12)不成立，則繼續(xù)執(zhí)行步驟2中剩余步驟；

步驟5，根據(jù)循環(huán)冗余校驗選擇最終譯碼結(jié)果

如果譯碼樹從根節(jié)點返回，對于列表中的第l個譯碼路徑pl，其返回的比特序列βv記為βv^(l)，則路徑pl的譯碼結(jié)果為：

其中，gn為碼長為n的極化碼生成矩陣，如果滿足循環(huán)冗余校驗，則將選為最終譯碼結(jié)果，如果所有存活路徑的譯碼結(jié)果均不滿足循環(huán)冗余校驗，則選擇路徑度量值pm最小的路徑所得到的作為最終譯碼結(jié)果，整個譯碼過程結(jié)束。

具體的，譯碼開始時，列表里只有一條譯碼路徑，對于列表中的每條譯碼路徑，都需要獨立進行譯碼和路徑分裂，分裂后產(chǎn)生的新路徑添加到同一列表中，當列表中路徑數(shù)量多于設(shè)定的最大值lmax，則只保留pm值最大的lmax個路徑，所述pm為用于評價條譯碼路徑優(yōu)劣的度量值，每次分裂后新產(chǎn)生的路徑根據(jù)新產(chǎn)生的βv序列，更新每個路徑的度量值pm：

其中，pms為源路徑的pm值，pmn為新路徑的pm值。

作為優(yōu)選，初始路徑的pm值設(shè)為0。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和有益效果：

本發(fā)明在極化碼譯碼遞歸遍歷譯碼樹的過程中，利用極化碼的校驗矩陣進行校驗，在校驗成立時不再遞歸遍歷子節(jié)點，從而有效降低譯碼時延。由于利用校驗矩陣進行判定可以與其他步驟并發(fā)執(zhí)行，不會增加額外的譯碼時延。本發(fā)明能夠顯著降低串行抵消方法的譯碼時延，與經(jīng)典的低時譯碼方法延置信傳播譯碼相比，時延特性可以逼近置信傳播譯碼而誤碼率性能和計算復雜度顯著優(yōu)于置信傳播譯碼，當信噪比越高時，本方法的譯碼時延降低越明顯。

附圖說明

圖1為碼長n＝8，信息位長度k＝4的一個極化碼譯碼樹實例。

圖2為本發(fā)明提供的降低極化碼譯碼時延的方法步驟流程圖。

具體實施方式

以下將結(jié)合具體實施例對本發(fā)明提供的技術(shù)方案進行詳細說明，應(yīng)理解下述具體實施方式僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。

本發(fā)明以終端接收設(shè)備為例來給出一種譯碼器實施例，硬件環(huán)境為nic6000系列dsp芯片，用于說明基于串行抵消列表的降低極化碼譯碼時延的方法。如圖2所述，本發(fā)明方法包括如下步驟：

步驟1，計算對數(shù)似然比初始值。

本發(fā)明采用樹形譯碼結(jié)構(gòu)，對于一個碼長為n,信息位長度為k的極化碼，其譯碼樹為深度為n＝log2n的二叉樹。圖1給出了n＝8、k＝4一個譯碼樹實例，圖中白色葉節(jié)點表示休眠位比特，黑色葉節(jié)點表示信息位比特?；诖械窒淖g碼方法從根節(jié)點開始遞歸遍歷整個譯碼樹。

譯碼時需要在節(jié)點之間傳遞待譯符號的對數(shù)似然比(llr,log-likelihoodratio)，llr初始值通過如下方式計算得到：

其中，ui表示發(fā)送比特，l(ui)表示ui的對數(shù)似然比，yi為譯碼器接收到的待譯碼的符號，pr(yi|ui)表示發(fā)送符號為ui時，接收到符號yi的概率。pr(yi|ui)可從解調(diào)器的軟判決信息中得到。譯碼開始時，由公式(1)計算接收符號的對數(shù)似然比并傳遞給根節(jié)點，激活根節(jié)點。

步驟2，遞歸遍歷譯碼樹。

如圖1所示，對于譯碼樹上的一個節(jié)點v，其包含的葉節(jié)點的個數(shù)為nv，該節(jié)點從父節(jié)點接收一個長度為nv的llr值序列，記為αv。然后由αv計算要傳遞給左子節(jié)點的llr值序列αl：

αl[i]＝sgn(αv[i])sgn(αv[i+nv/2])min(|αv[i]|,|αv[i+nv/2]|)，0≤i＜nv/2(2)

其中，i是向量αv的位置索引，av[i]表示αv的第i個元素，

以遞歸的方式遍歷左子節(jié)點，返回后從左子節(jié)點接收到長度為nv/2的比特序列βl，然后計算要傳遞給右子節(jié)點的llr值序列αr：

ar[i]＝av[i+nv/2]-(2βl[i]-1)av[i]，0≤i＜nv/2(3)

以遞歸的方式遍歷右子節(jié)點，返回后從右字節(jié)點接收到長度為nv的比特序列βr，然后計算要返回給父節(jié)點的比特序列βv：

其中，為二進制異或運算。

步驟3，特殊節(jié)點譯碼。

在步驟2遞歸遍歷左右節(jié)點的過程中，如果遇到以下幾種類型的節(jié)點，則不再向下遞歸而直接譯碼后返回父節(jié)點。這幾種節(jié)點類型分別是：若其包含的葉節(jié)點全是休眠位比特，則記為rate-0節(jié)點；若其包含的葉節(jié)點全是信息位比特，則記為rate-1節(jié)點；若其包含的葉節(jié)點只有最后一位是信息位比特，則記為rep(repetitionnodes)節(jié)點；若其包含的葉節(jié)點只有第一位是休眠位比特，則記為spc(singleparitychecknodes)節(jié)點。

本步驟中nv、αv、βv的定義同第一步。以下是上述4種類型的節(jié)點相應(yīng)的譯碼策略。

如果是rate-0節(jié)點，則：

βv[i]＝0,0≤i＜nv(5)

rate-0節(jié)點不分裂新的譯碼路徑。

如果是rate-1節(jié)點，則：

βv[i]＝h(αv[i])，0≤i＜nv(6)

其中，

rate-1節(jié)點分裂出4個譯碼路徑，找到序列αv中絕對值最小的兩個，記為αv[min1],αv[min2]，min1、min2為其分別在序列av中的位置索引。αv向量中的數(shù)值的絕對值越小，βv中對應(yīng)位置的比特譯碼置信度越低，即越容易發(fā)生錯誤判決。將βv[min1]或βv[min2]比特位反轉(zhuǎn)，則可以有4種組合方式，即產(chǎn)生4個新的βv，分別對應(yīng)于4個譯碼路徑。把βv[min1]和βv[min2]兩個比特的所有可能性都考慮進來，可以降低譯碼出錯的概率。

如果是rep節(jié)點，則：

rep節(jié)點分裂出2個譯碼路徑，βv分別為全0比特或者全1比特。

如果是spc節(jié)點，則：

βv[i]＝h(αv[i])，0≤i＜nv(9)

如果spc節(jié)點的譯碼結(jié)果βv不滿足奇偶校驗，則找到序列αv中絕對值最小的，記為αv[min]，min是其在序列αv中的索引，然后將βv[min]中的比特位反轉(zhuǎn)；如果滿足奇偶校驗，則βv[min]不需要反轉(zhuǎn)。spc節(jié)點分裂出4個譯碼路徑，方法與rate-1節(jié)點相同，即找出αv中絕對值最小的兩個。

譯碼開始時，列表里只有一條譯碼路徑，每條譯碼路徑都有一個評價路徑優(yōu)劣的度量值pm(pathmetric)，初始路徑的pm值設(shè)為0。每次分裂后新產(chǎn)生的路徑根據(jù)新產(chǎn)生的βv序列，更新每個路徑的度量值pm：

其中，pms為源路徑的pm值，pmn為新路徑的pm值，|·|表示取絕對值符號。

對于列表中的每條譯碼路徑，都需要獨立進行譯碼和路徑分裂，分裂后產(chǎn)生的新路徑添加到同一列表中，如果列表中路徑數(shù)量多于設(shè)定的最大值lmax(lmax取值為常整數(shù)，該取值可由運營商根據(jù)誤碼率要求情況自行確定，lmax越大，誤碼率越低)，則只保留pm值最大的lmax個路徑。

步驟4，利用校驗矩陣降低譯碼時延。

在步驟2遞歸遍歷譯碼樹節(jié)點的過程中，如果該節(jié)點不是步驟3中定義的特殊節(jié)點。對于列表中的每個存活路徑，在利用公式(2)計算αl的同時，判斷h(αv)η^τ＝0(h矩陣校驗)是否成立，h(·)為公式(7)，h為極化碼校驗矩陣：

其中，nv為該節(jié)點包含的葉節(jié)點的數(shù)量，()^t表示矩陣轉(zhuǎn)置，為碼長為nv的極化碼生成矩陣，a為固定位索引集合，是由a中索引指定的的行構(gòu)成的子矩陣。

如果要求所有路徑都滿足h矩陣校驗，條件過于苛刻。所以考慮到每個路徑的優(yōu)先級不同，按照下列方法判斷

其中，pmi是第i個路徑的度量值，zh為滿足h矩陣校驗的路徑索引集合,l是列表大小，t是小于1的門限參數(shù)(t的取值用戶可以根據(jù)實際情況自行確定)。

如果公式(12)成立，則對應(yīng)每個譯碼路徑，都有

βv[i]＝h(αv[i])，0≤i＜nv(13)

譯碼路徑分裂方法同第三步中的rate-1節(jié)點相同，即找出αv中絕對值最小的兩個，然后反轉(zhuǎn)對應(yīng)的比特位，分裂出四個譯碼路徑。然后返回父節(jié)點。

如果公式(12)不成立，則繼續(xù)執(zhí)行步驟2中剩余步驟。由于本方法采用的校驗矩陣檢測是與αl的計算同時進行的，校驗矩陣檢測不成立時也不會增加額外的計算時延。h(αv)η^τ＝0成立時，不再往下遞歸遍歷子節(jié)點，因而可以有效降低譯碼時延。

步驟5，根據(jù)循環(huán)冗余校驗選擇最終譯碼結(jié)果。

如果譯碼樹從根節(jié)點返回，對于列表中的第l個譯碼路徑pl，其返回的比特序列βv記為βv^(l)，則路徑pl的譯碼結(jié)果為：

其中，gn為碼長為n的極化碼生成矩陣。如果滿足循環(huán)冗余校驗，則將選為最終譯碼結(jié)果。如果所有存活路徑的譯碼結(jié)果均不滿足循環(huán)冗余校驗，則選擇路徑度量值pm最小的路徑所得到的作為最終譯碼結(jié)果，整個譯碼過程結(jié)束。

本發(fā)明方案所公開的技術(shù)手段不僅限于上述實施方式所公開的技術(shù)手段，還包括由以上技術(shù)特征任意組合所組成的技術(shù)方案。應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發(fā)明的保護范圍。