CN103220001A - 与循环冗余校验级联的极性码的译码方法和译码装置 - Google Patents

与循环冗余校验级联的极性码的译码方法和译码装置 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种与CRC级联的极性码的译码方法和译码装置。该译码方法包括：按照幸存路径数L对Polar码进行SC-List译码，得到L条幸存路径，L为正整数；对L条幸存路径分别进行循环冗余校验；在L条幸存路径均未通过循环冗余校验时，增加幸存路径数，并按照增加后的幸存路径数获取Polar码的译码结果。本发明实施例根据循环冗余校验的结果调整幸存路径的路径数，从而尽量输出能够通过循环冗余校验的路径，提高了译码性能。

Description

与循环冗余校验级联的极性码的译码方法和译码装置
技术领域
本发明实施例涉及编解码领域，并且更具体地，涉及与CRC(CyclicRedundancy Check，循环冗余校验)级联的Polar码(极性码)的译码方法。
背景技术
通信系统通常采用信道编码提高数据传输的可靠性，保证通信的质量。Polar码是已被证明可以取得香农容量且具有低编译码复杂度的好码。Polar码是一种线性块码。其生成矩阵为GN，其编码过程为
Figure BDA0000132832990000011
这里码长N＝2n，n≥0。
这里 F = 1 0 1 1 , BN是转置矩阵，例如比特反转(bit reversal)矩阵。
Figure BDA0000132832990000014
是F的克罗内克幂(Kronecker power)，定义为
Figure BDA0000132832990000015
Polar码用陪集码可以表示为其编码过程为：这里A为信息(information)比特索引的集合，GN(A)是GN中由集合A中的索引对应的那些行得到的子矩阵，GN(AC)是GN中由集合AC中的索引对应的那些行得到的子矩阵。
Figure BDA0000132832990000018
是冻结(frozen)比特，其数量为(N-K)，是已知比特。为了简单，这些冻结比特可以设为0。
Polar码的译码可以用SC(successive-cancellation，连续消除)译码，其过程如下：
考虑一种Polar码，其参数为
Figure BDA0000132832990000019
SC译码中，依次计算如下条件似然函数：
L N ( i ) ( y 1 N u ^ 1 i - 1 ) = Δ W N ( i ) ( y 1 N , u ^ 1 i - 1 | 0 ) W N ( i ) ( y 1 N , u ^ 1 i - 1 | 1 ) - - - ( 1 )
如果
Figure BDA00001328329900000111
如下作判决：
如果 i ⋐ A C , 简单令 u ^ i = u i - - - ( 3 )
上述公式(2)和(3)中，
Figure BDA00001328329900000115
表示比特ui的判决值。
SC译码的复杂度为O(Nlog2N)。虽然SC译码在码长N很长的情况下能够取得好的性能，逼近香农限。但是当N较短或者中等长度的时候，Polar码的SC译码的性能没有超过Turbo码和LDPC(Low-density Parity-check，低密度奇偶校验)码的性能，需要进一步提高译码性能。
在SC译码中是逐比特顺序译码，在译完每个比特之后是进行硬判后给后续比特译码使用，这样有可能存在错误传播，导致译码性能下降。List(列表)译码保留多条候选路径能够取得逼近最大似然的译码性能。SC译码和List译码结合就得到SC-List译码。
Polar码的SC-List译码的过程简述如下：
路径分裂：每次如果
Figure BDA0000132832990000021
是信息比特(information bit)，则将当前的译码路径分裂成两条路径：
Figure BDA0000132832990000022
的那条和
Figure BDA0000132832990000023
的那条。当总的路径数超出预定义的门限L的时候，丢弃最不可靠的路径，仅保持L条最可靠的路径(称为幸存路径)；并且更新所有路径上的概率值或者LLR(Log-Likelihood Ratio，对数似然比)。
无路径分裂：如果
Figure BDA0000132832990000024
是冻结比特，则所有译码路径并不分裂，设
Figure BDA0000132832990000025
保持路径数不变并且更新所有路径的概率值(或者LLR)。
现有的SC-List译码采用固定数目的幸存路径数L，译码的复杂度为O(L×N×log2N)。
采用CRC和Polar码级联的方案能够提高汉明距离(Hamming Distance)，改善码在高SNR区间的性能。仿真结果表明，该级联方案的性能与Turbo码和LDPC码的性能一样。但是，现有的固定幸存路径数如果取值过小，则不能满足译码性能的需求；如果取值过大，则导致译码复杂度的增加。
发明内容
本发明实施例提供一种极性码的译码方法和译码装置，能够提高极性码的译码性能。
一方面，提供了一种Polar码的译码方法，包括：按照幸存路径数L对Polar码进行SC-List译码，得到L条幸存路径，L为正整数；对L条幸存路径分别进行循环冗余校验；在L条幸存路径均未通过循环冗余校验时，增加幸存路径数，并按照增加后的幸存路径数获取Polar码的译码结果。
另一方面，提供了一种译码装置，包括：译码器，用于按照幸存路径数L对Polar码进行SC-List译码，得到L条幸存路径，L为正整数；校验器，用于对译码器得到的L条幸存路径分别进行循环冗余校验；选择器，用于在L条幸存路径均未通过校验器的循环冗余校验时，增加幸存路径数，并按照增加后的幸存路径数获取Polar码的译码结果。
本发明实施例根据循环冗余校验的结果调整幸存路径的路径数，从而尽量输出能够通过循环冗余校验的路径，提高了译码性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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他的附图。
图1是Polar码和CRC级联方案的示意图。
图2是本发明一个实施例的Polar码的译码方法的流程图。
图3是本发明另一实施例的译码过程的示意流程图。
图4是本发明一个实施例的译码装置的框图。
图5是本发明另一实施例的译码装置的框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例可应用于各种通信系统，因此，下面的描述不限制于特定通信系统。全球移动通讯(Global System of Mobile communication，简称“GSM”)系统、码分多址(Code Division Multiple Access，简称“CDMA”)系统、宽带码分多址(Wideband Code Division Multiple Access，简称“WCDMA”)系统、通用分组无线业务(General Packet Radio Service，简称“GPRS”)、长期演进(Long Term Evolution，简称“LTE”)系统、LTE频分双工(Frequency Division Duplex，简称“FDD”)系统、LTE时分双工(TimeDivision Duplex，简称“TDD”)、通用移动通信系统(Universal MobileTelecommunication System，简称“UMTS”)等。在上述的系统中的基站或者终端使用传统Turbo码、LDPC码编码处理的信息或者数据都可以使用本实施例中的Polar码编码。
图1是Polar码与CRC级联的方案的示意图。仿真表明此级联方案性能在中等码长的情况下和Turbo码、LDPC码相当。
如图1所示，CRC与Polar级联的方案首先对非冻结比特(例如长度为1024比特)进行CRC校验，得到相应的CRC校验比特(例如长度为1040比特)。然后对CRC校验比特和冻结比特(例如长度为1008比特)进行Polar编码，得到Polar码(例如长度为2048比特)。
本发明实施例可以对按照图1例示的方式得到的Polar码进行译码。但是应注意，图1中的比特长度的数值只是示例性的，本发明实施例不限于此。例如，本发明实施例可以译码的Polar码的码长可以不是2048。
图2是本发明一个实施例的与CRC级联的Polar码的译码方法的流程图。图2的方法由译码端执行。
101，按照幸存路径数L对Polar码进行SC-List译码，得到L条幸存路径，L为正整数。
例如，该Polar码可以是按照图1所示的方式产生的与CRC级联的Polar码。本发明实施例对Polar码进行SC-List译码的方式不作限制，例如可参照现有技术进行SC-List译码。
102，对L条幸存路径分别进行循环冗余校验。
在Polar码的SC-List译码过程中，一般是逐比特(Bit)串行的译码，从第一比特开始，它可能为0或者1，第二比特也可能为0或者1，这样从第一个Bit到当前已经译的比特可以形成一个树的结构。从这个树的根结点到叶子结点就形成了一条路径。幸存路径就是在译码过程中通过筛选剩下的路径，它实际上表示了译码的可能的结果。
103，在L条幸存路径均未通过循环冗余校验时，增加幸存路径数，并按照增加后的幸存路径数获取Polar码的译码结果。
本发明实施例根据循环冗余校验的结果调整幸存路径的路径数，从而尽量输出能够通过循环冗余校验的路径，提高了译码性能。
可选地，作为一个实施例，在步骤103中，如果增加后的幸存路径数小于或等于门限值，则按照增加后的幸存路径数，重新执行图1的方法以获取Polar码的译码结果。或者，如果增加后的幸存路径数大于门限值，则输出L条幸存路径中具有最高概率值的幸存路径作为Polar码的译码结果。这样能在提高译码性能的同时，保证译码复杂度不会太高。
因此，可以通过降低门限值来减小SC-List译码复杂度。另外，如果增加该门限值，则可以提高本发明实施例在高SNR(Signal Noise Ratio，信噪比)区间的性能。本发明实施例对门限值的设置方式和具体取值不作限制，例如可根据译码复杂度需求和/或译码性能需求进行设置。
本发明实施例对增加幸存路径数的方式不作限制，只需按照严格单调递增的方式增加幸存路径数即可。可选地，作为另一实施例，在步骤103中增加幸存路径数时，可将幸存路径数增加m，m为正整数，或者将幸存路径数乘以n，n大于1。上述m或n可以是固定值或可变值，本发明实施例对此不作限制。
可选地，作为另一实施例，在L条幸存路径中的一条或多条幸存路径通过循环冗余校验时，可输出该一条或多条幸存路径中具有最高概率值的幸存路径作为Polar码的译码结果。
本发明实施例对幸存路径数的初值设置不作限制。可选地，作为另一实施例，可根据译码复杂度需求和/或译码性能需求，设置幸存路径数的初值。这样能够减少获取Polar码的译码结果所需的时间，提高译码效率。
下面结合具体例子，更加详细地描述本发明的实施例。图3是本发明另一实施例的译码过程的示意流程图。图3的实施例是图2的方法的一个具体实现方式，采用自适应的幸存路径数L，从而提高了译码性能。
201，初始化幸存路径数L＝Linit。
Linit是正整数，例如4、8、16等，表示幸存路径数的初值。例如，可根据译码复杂度需求和/或译码性能需求，设置幸存路径数的初值。这样能够减少获取Polar码的译码结果所需的时间，提高译码效率。但本发明实施例对Linit的设置方式不作限制，对Linit的具体取值也不作限制。
202，对Polar码进行SC-List译码，得到L条幸存路径。
203，对在步骤202中生成的L条幸存路径分别进行CRC(循环冗余校验)。
204，根据步骤203的校验结果，确定是否有幸存路径通过CRC。
205，如果在步骤204中确定有一条或多条幸存路径通过CRC(步骤204的“是”)，则输出该一条或多条幸存路径中具有最高概率值的幸存路径作为译码结果。
206，如果在步骤204中所有L条幸存路径均未通过CRC(步骤204的“否”)，则增加幸存路径数L，如L＝L+m(m为正整数)或者L＝L×n(n大于1)。m或n可以是固定值或可变值，本发明实施例对此不作限制。
207，判断增加后的幸存路径数是否大于门限值Lmax。Lmax大于1，可以是预设值，如64、128等。可根据译码复杂度需求和/或译码性能需求，设置幸存路径数的门限值Lmax。这样能够减少获取译码结果所需的时间，提高译码效率。本发明实施例对门限值的设置方式和具体取值不作限制。
如果在步骤207中判断结果为“否”，即L≤Lmax，则图2的方法返回步骤202，按照增加后的幸存路径数重新执行步骤202以及之后的流程，以获取译码结果。
208，如果在步骤207中判断结果为“是”，即L＞Lmax，则输出目前的L条幸存路径中具有最高概率值的幸存路径，作为译码结果。
这样，本发明实施例根据循环冗余校验的结果自适应地调整幸存路径的路径数，从而尽量输出能够通过循环冗余校验的路径，提高了译码性能。另外，本发明实施例设置了幸存路径数的门限值，从而能够兼顾译码复杂度。
图4是本发明一个实施例的与CRC级联的Polar码的译码装置的框图。图4的译码装置30可以是任何合适的实体，可用于Polar码的译码处理。译码装置30包括译码器31、校验器32和选择器33。
译码器31按照幸存路径数L对Polar码进行SC-List译码，得到L条幸存路径，L为正整数。校验器32对译码器31得到的L条幸存路径分别进行循环冗余校验。选择器33在L条幸存路径均未通过校验器32的循环冗余校验时，增加幸存路径数，并按照增加后的幸存路径数获取译码结果。
本发明实施例根据循环冗余校验的结果调整幸存路径的路径数，从而在译码复杂度和译码性能之间能够取得最优的折衷。
图4的译码装置30可执行图2或图3所示的方法的各个步骤，为避免重复，不再详细描述。
可选地，作为一个实施例，选择器33可以在增加后的幸存路径数小于或等于门限值时，将增加后的幸存路径数输出至译码器31，以使得译码器31按照增加后的幸存路径数重新对Polar码进行SC-List译码。或者，选择器33可以在增加后的幸存路径数大于门限值时，输出L条幸存路径中具有最高概率值的幸存路径作为译码结果。这样能在提高译码性能的同时，保证译码复杂度不会太高。
可选地，作为另一实施例，选择器33可以将幸存路径数增加m，m为正整数，或者将幸存路径数乘以n，n大于1。上述m或n可以是固定值或可变值，本发明实施例对此不作限制。
可选地，作为另一实施例，选择器33还可以在L条幸存路径中的一条或多条幸存路径通过循环冗余校验时，输出该一条或多条幸存路径中具有最高概率值的幸存路径作为译码结果。
可选地，作为另一实施例，译码器31还可以根据译码复杂度需求和/或译码性能需求设置幸存路径数的初值。这样能够减少获取译码结果所需的时间，提高译码效率。
图5是本发明另一实施例的译码装置的框图。图5的译码装置40是图3的译码装置30的一种具体实现方式，采用自适应的幸存路径数L，从而提高了译码性能。
如图5所示，译码装置40包括译码器41、校验器42和选择器43。
译码器41对Polar码进行SC-List译码，得到L条幸存路径。例如，该Polar码可以是按照图1所示的方式产生的级联码。译码器41将L条幸存路径path1～pathL分别输出至校验器42进行CRC校验。另外，译码器41将L条幸存路径的概率值P1～PL分别输出至选择器43。
为了图示清楚，图5中将校验器42描绘为L个校验器42-1～42-L，但这只是示意性的，而非对本发明实施例的限制。可以由一个校验器42实现L个校验器42-1～42-L的功能。在本说明书中，可以将校验器42-1～42-L统称为校验器42。
校验器42分别对L条幸存路径path1～pathL进行CRC校验，并分别向选择器43输出L条幸存路径的校验结果R1～RL。校验结果可以表示幸存路径通过CRC校验(pass)或未通过CRC校验(fail)。
选择器43根据校验器42的校验结果，确定是否有幸存路径通过CRC校验。如果有k条(1≤k≤L，且k为正整数)幸存路径通过CRC校验，则选择器43可根据译码器41输出的这k条幸存路径的概率值，选择具有最高概率值的幸存路径作为译码结果。
另一方面，如果所有L条幸存路径均未通过校验器42的CRC校验，则选择器43可增加幸存路径数，例如L＝L+m(m为正整数)或者L＝L×n(n大于1)。如果增加后的幸存路径数未超出预设门限值Lmax，则选择器43将增加后的幸存路径数返回至译码器41。译码器41根据增加后的幸存路径数重新对Polar码进行SC-List译码，校验器42和选择器43相应地执行后续流程。
如果增加后的幸存路径数超出预设门限值Lmax，则选择器43不再将增加后的幸存路径数返回至译码器41，而是从目前的L条幸存路径中选择具有最高概率值的那条路径，作为译码结果。
这样，本发明实施例根据循环冗余校验的结果自适应地调整幸存路径的路径数，从而尽量输出能够通过循环冗余校验的路径，提高了译码性能。另外，本发明实施例设置了幸存路径数的门限值，从而能够兼顾译码复杂度。
按照本发明实施例的自适应SC-List译码方案和传统SC-List译码方案进行仿真。仿真场景中，码长为2048，码率为1/2，Linit＝4(传统SC-List译码方案使用固定路径数L＝32)，每次增加幸存路径数L＝L×2，Lmax＝128。仿真结果表明本发明实施例的自适应的SC-List译码方案的译码复杂度能被减少到约1/8，其译码性能比传统的SC-List译码性能好0.2dB。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
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所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种与循环冗余校验CRC级联的极性Polar码的译码方法，其特征在于，包括：
按照幸存路径数L对Polar码进行连续消除-列表SC-List译码，得到L条幸存路径，L为正整数；
对所述L条幸存路径分别进行循环冗余校验；
在所述L条幸存路径均未通过循环冗余校验时，增加所述幸存路径数，并按照增加后的幸存路径数获取所述Polar码的译码结果。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述按照增加后的幸存路径数获取译码结果，包括：
如果增加后的幸存路径数小于或等于门限值，则按照所述增加后的幸存路径数，重新执行所述方法以获取所述Polar码的译码结果；或者，
如果增加后的幸存路径数大于门限值，则输出所述L条幸存路径中具有最高概率值的幸存路径作为所述Polar码的译码结果。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述增加所述幸存路径数，包括：将所述幸存路径数增加m，m为正整数，或者将所述幸存路径数乘以n，n大于1。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述L条幸存路径中的一条或多条幸存路径通过循环冗余校验时，输出所述一条或多条幸存路径中具有最高概率值的幸存路径作为所述Polar码的译码结果。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据译码复杂度需求或译码性能需求，设置所述幸存路径数的初值。
6.一种与循环冗余校验CRC级联的极性Polar码的译码装置，其特征在于，包括：
译码器，用于按照幸存路径数L对Polar码进行连续消除-列表SC-List译码，得到L条幸存路径，L为正整数；
校验器，用于对所述译码器得到的L条幸存路径分别进行循环冗余校验；
选择器，用于在所述L条幸存路径均未通过所述校验器的循环冗余校验时，增加所述幸存路径数，并按照增加后的幸存路径数获取所述Polar码的译码结果。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述选择器具体用于在增加后的幸存路径数小于或等于门限值时，将增加后的幸存路径数输出至所述译码器，以使得所述译码器按照增加后的幸存路径数重新对所述Polar码进行SC-List译码；或者在增加后的幸存路径数大于门限值时，输出所述L条幸存路径中具有最高概率值的幸存路径作为所述Polar码的译码结果。
8.如权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述选择器具体用于将所述幸存路径数增加m，m为正整数，或者将所述幸存路径数乘以n，n大于1。
9.如权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述选择器还用于在所述L条幸存路径中的一条或多条幸存路径通过循环冗余校验时，输出所述一条或多条幸存路径中具有最高概率值的幸存路径作为所述Polar码的译码结果。
10.如权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述译码器还用于根据译码复杂度需求或译码性能需求设置所述幸存路径数的初值。
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