CN109495116A - 极化码的sc-bp混合译码方法及其可调式硬件架构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种极化码的SC‑BP混合译码方法及其可调式硬件架构,包括如下步骤:将输入的信道对数似然比,经过k阶SC译码器,得到BP译码器的输入对数似然比;将输入经过迭代后得到BP译码器的输出,其中k为混合译码器的分解因子,将输出编码后返回SC译码器,作为一组SC译码器的返回值,SC译码器根据该返回值,进行下一组译码操作。本发明将SC译码器算法和BP译码器算法整合成SC‑BP混合译码单元并且加入预计算技术,在SC编码反馈架构和混合译码的脉动架构的作用下,通过本发明的SC‑BP混合译码方法,使得译码的时延和性能可在SC和BP两种算法的效果之间做出取舍,使得译码器能够适应多种通信要求,具备极好的市场应用前景。
Description
技术领域
本发明属于无线通信技术领域,具体涉及一种极化码的SC-BP混合译码方法及其可调式硬件架构设计结构。
背景技术
极化码E.Arikan在2009年提出的一种基于信道极化的思想的信道编译码方案,并在理论上证明了在二进制离散无记忆信道(B-DMC)下,其码率可以达到香农所提出的信道容量[1]。在2016年的3GPP会议关于5G短码方案的讨论中,极化码方案成为5G eMBB场景下控制信道的编码方案,因此,对极化码编译码算法及其实现的研究有重大的理论和实现价值。
在极化码的译码方案中,有两种主流的方案,一种是连续消除(SC)译码算法,另一种是置信传播(BP)译码算法,对于这两种算法而言,SC译码往往具有更好的译码性能,但是由于SC译码本身具有的串行特性,有较高的译码时延,对码长N的极化码,传统SC译码器的译码时延为2N-1,利用预计算节点的SC译码器的时延为N-1,仍然有较高的时延。BP算法由于其并行性,时延较低,利用脉动架构的BP算法的时延为2(itr-1)+log2N,其中,itr为BP译码算法所采用的迭代次数,但是性能略逊于SC算法。
发明内容
发明目的:为了克服现有技术中存在的不足,提供一种极化码的SC-BP混合译码方法及其可调式硬件架构,使得极化码译码器能在高性能和低时延之间进行取舍,使得译码器能够适应多种通信要求。
技术方案:为实现上述目的,本发明提供一种极化码的SC-BP混合译码方法,包括如下步骤:
1)将输入的信道对数似然比,经过k阶SC译码器,得到BP译码器的输入对数似然比;
2)将输入经过迭代后得到BP译码器的输出其中k为混合译码器的分解因子并且能够被任意拆分,将输出编码后返回SC译码器,作为一组SC译码器的返回值,SC译码器根据该返回值,进行下一组译码操作。
进一步地,所述SC译码器部分的译码算法原理具体为:SC译码器算法可以使用二叉树的结构表示,对二叉树内部的任意一个节点,连接的边数右五条,从父节点输入的对数似然比组αv,从左子节点和右子节点分别返回的结果βl和βr,将βl和βr经过编码操作返回父节点的βv,以及输入左右子节点的对数似然比αl和αr。
其中,所述对数似然比αl和αr的更新规律如下所示:
αl[i]=sgn(αv[2i])sgn(αv[2i+1])min(|αv[2i]|,|αv[2i+1]|),fori=0:2k-1
αr[i]=αv[2i](1-2βl[i])+αv[2i+1],fori=0:2k-1
进一步地,所述BP译码器部分的译码算法具体包括如下步骤:
2.1)初始化 为相应的对数似然比,其中R为从BP译码算法的DFG左端向右端传播的数据,L为从右端向左端传播的数据;
2.2)利用下式将L从右向左迭代更新后,将R从左向右迭代更新;
2.3)检查迭代次数是否达到最大迭代次数,若没有,则运行步骤2.2,若达到,则进行对L1,j的硬判决,得到译码结果,编码后,作为β返回至SC译码器部分。
一种极化码的SC-BP混合译码方法的可调式硬件架构,包括加入预计算技术的SC-BP混合译码单元、可变时延的SC编码反馈架构、以及混合译码的脉动架构。
其中,混合译码的脉动架构每个处理单元(PE)之间的连接与BP译码相似,可变时延的SC编码反馈架构在第m层的时延定义如下式所示:
Tm,k=2k-m-1+(k-m+1)TBP
其中K为混合译码器的分解因子,TBP为BP译码器的时延。
本发明先用连续消除译码(SC)译码算法得到极化码的inner code对应的对数似然比,将得到的对数似然比输入置信传播(BP)译码器,经过多次迭代后得到最终译码结果。在硬件架构方面,本发明基于极化码SC和BP译码算法在计算上的相似性,采用一种混合的运算节点,使得一个节点可以提供两种运算的执行。同时使用pre-computation技术来减少SC译码部分计算的时延,在SC译码的Feedback对应的硬件架构上使用可调的时延,最终使得译码器通过输入的可任意拆分的混合译码器的分解因子k,指明两种算法在译码过程中所占比例,在SC和BP的性能与时延之间达到可调节的效果。
有益效果:本发明与现有技术相比,将SC译码器算法和BP译码器算法整合成SC-BP混合译码单元并且加入预计算技术,在SC编码反馈架构和混合译码的脉动架构的作用下,通过本发明的SC-BP混合译码方法,使得译码的时延和性能可在SC和BP两种算法的效果之间做出取舍,使得译码器能够适应多种通信要求,译码器的灵活性和功能性得到了大幅提升。
附图说明
图1是码长为1024,码率为0.5,BP算法迭代次数为10时,不同分解因子下混合译码器的性能对比示意图;
图2是本实施例译码器所使用的硬件处理单元的结构示意图;
图3是本实施例译码器的整体架构图;
图4是本实施例译码器在硬件消耗,性能,时延三方面和SC,BP译码器的对比图;
图5是本实施例译码器的算法结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例,进一步阐明本发明。
本实施例中建立了N比特极化码在AWGN信道下的传输模型对混合译码器进行模拟操作,对于K位信息位,先经过极化码编码器,插入冻结位变成N位u,经过及比特翻转重排操作后生成N位待传码字x。将码字经调制后输出,经过AWGN信道并计算其对数似然比y并输入译码器。
在上述内容的基础上,为了通过对数似然比y求BP译码器的输出本实施例采用极化码的SC-BP混合译码方法,包括如下步骤:
1)将输入的信道对数似然比,经过k阶SC译码器,得到BP译码器的输入对数似然比;
2)将输入经过迭代后得到BP译码器的输出其中k为混合译码器的分解因子,将输出编码后返回SC译码器,作为一组SC译码器的返回值,SC译码器根据该返回值,进行下一组译码操作。
如图5所示为本实施例中SC-BP混合译码方法的算法结构图,以下参照图5分别对SC译码器部分和BP译码器部分的译码算法进行说明。
对于SC译码器部分的译码算法原理具体为:SC译码器算法使用二叉树的结构表示,对二叉树内部的任意一个节点,连接的边数右五条,从父节点输入的对数似然比组αv,从左子节点和右子节点分别返回的结果βl和βr,将βl和βr经过编码操作返回父节点的βv,以及输入左右子节点的对数似然比αl和αr。
其中,所述对数似然比αl和αr的更新规律如下所示:
αl[i]=sgn(αv[2i])sgn(αv[2i+1])min(|αv[2i]|,|αv[2i+1]|),fori=0:2k-1
αr[i]=αv[2i](1-2βl[i])+αv[2i+1],fori=0:2k-1
对于BP译码器部分的译码算法具体包括如下步骤:
2.1)初始化 为相应的对数似然比,其中R为从BP译码算法的DFG左端向右端传播的数据,L为从右端向左端传播的数据;
2.2)利用下式将L从右向左迭代更新后,将R从左向右迭代更新;
2.3)检查迭代次数是否达到最大迭代次数,若没有,则运行步骤2.2,若达到,则进行对L1,j的硬判决,得到译码结果,编码后,作为β返回至SC译码器部分。
如图3所示为本实施例中上述极化码的SC-BP混合译码方法所采用的译码器的整体架构图,包括加入预计算技术的SC-BP混合译码单元、可变时延的SC编码反馈架构、以及混合译码的脉动架构,其中,混合译码的脉动架构每个处理单元(PE)之间的连接与BP译码相似,可变时延的SC编码反馈架构在第m层的时延定义如下式所示:
Tm,k=2k-m-1+(k-m+1)TBP
其中K为混合译码器的分解因子,TBP为BP译码器的时延。
本实施例中分别通过上述SC-BP混合译码方法、BP译码方法和SC译码方法对于码长为1024,码率为0.5的极化码进行译码,并且给出了迭代次数=10的情况下,混合译码器的分解因子K分别为2、4、6、8、BP译码方法以及SC译码方法的译码性能对比,具体如图1所示。
根据图1所示,在迭代次数较少的情形下,SC译码的总体译码性能要优于BP译码算法。而混合译码算法在SC和BP译码两者性能之间取得折中,当分解因子K接近0时,混合译码算法主要由BP译码算法组成,其性能也接近于BP译码算法。反之,当K接近于10时,混合译码算法主要由SC部分构成,其性能也接近于SC译码算法,性能相对于K小时较好。
本实施例中为了验证SC-BP混合译码方法的硬件消耗情况,为了支持在分解因子K为0时的BP译码的并行消耗,所以硬件上采用了脉动BP的架构,从图3中可以看出硬件的整体架构,同时,为了使得SC和BP译码器能够在同一个节点上,通过控制信号的调整进行运算,利用SC和BP译码的相似性,使用如图2所示的节点作为运算节点。在硬件消耗和时延上的对比如下表所示:
结合上表,本实施例给出了SC-BP混合译码器在分解因子K为5和6时,迭代次数=10的情况下,SC-BP混合译码器在硬件消耗,性能,时延三方面和SC,BP译码器的对比图,具体如图4所示。
根据图4所示,综合对比上述译码器,在分解因子分别为5和6时,由于要满足BP译码算法混合译码器的硬件消耗接近于脉动BP译码器,对于性能,混合译码介于SC和BP两种译码方法之间,从时延上看,混合译码译码器的时延与SC译码相比大大减少,更加接近于脉动BP译码器的时延。
Claims (6)
1.一种极化码的SC-BP混合译码方法,其特征在于:包括如下步骤:
1)将输入的信道对数似然比,经过k阶SC译码器,得到BP译码器的输入对数似然比;
2)将输入经过迭代后得到BP译码器的输出其中k为混合译码器的分解因子并且能够被任意拆分,将输出编码后返回SC译码器,作为一组SC译码器的返回值,SC译码器根据该返回值,进行下一组译码操作。
2.根据权利要求1所述的一种极化码的SC-BP混合译码方法,其特征在于:所述SC译码器部分的译码算法具体为:SC译码器算法使用二叉树的结构表示,对二叉树内部的任意一个节点,连接的边数右五条,从父节点输入的对数似然比组αv,从左子节点和右子节点分别返回的结果βl和βr,将βl和βr经过编码操作返回父节点的βv,以及输入左右子节点的对数似然比αl和αr。
3.根据权利要求2所述的一种极化码的SC-BP混合译码方法,其特征在于:所述对数似然比αl和αr的更新规律如下所示:
αl[i]=sgn(αv[2i])sgn(αv[2i+1])min(|αv[2i]|,|αv[2i+1]|),fori=0:2k-1
αr[i]=αv[2i](1-2βl[i])+αv[2i+1],fori=0:2k-1
4.根据权利要求1所述的一种极化码的SC-BP混合译码方法,其特征在于:所述BP译码器部分的译码算法具体包括如下步骤:
2.1)初始化 为相应的对数似然比,其中R为从BP译码算法的DFG左端向右端传播的数据,L为从右端向左端传播的数据;
2.2)利用下式将L从右向左迭代更新后,将R从左向右迭代更新;
2.3)检查迭代次数是否达到最大迭代次数,若没有,则运行步骤2.2,若达到,则进行对L1,j的硬判决,得到译码结果,编码后,作为β返回至SC译码器部分。
5.根据权利要求1所述的一种极化码的SC-BP混合译码方法的可调式硬件架构,其特征在于:包括加入预计算技术的SC-BP混合译码单元、可变时延的SC编码反馈架构、以及混合译码的脉动架构。
6.根据权利要求5所述的一种极化码的SC-BP混合译码方法的可调式硬件架构,其特征在于:所述可变时延的SC编码反馈结构在第m层的时延定义如下式所示:
Tm,k=2k-m-1+(k-m+1)TBP
其中K为混合译码器的分解因子,TBP为BP译码器的时延。
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110635809A (zh) * | 2019-09-19 | 2019-12-31 | 东南大学 | 一种基于公式语言的并行极化码bp译码器的设计方法 |
CN112332863A (zh) * | 2020-10-27 | 2021-02-05 | 东方红卫星移动通信有限公司 | 低轨卫星低信噪比场景下的极化码译码算法、接收端和系统 |
WO2021073338A1 (zh) * | 2019-10-14 | 2021-04-22 | 华为技术有限公司 | 译码方法和译码器 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20130117344A1 (en) * | 2011-11-08 | 2013-05-09 | Warren GROSS | Methods and Systems for Decoding Polar Codes |
WO2014154162A1 (zh) * | 2013-03-27 | 2014-10-02 | 华为技术有限公司 | 信道编译码方法及装置 |
CN105187073A (zh) * | 2015-10-13 | 2015-12-23 | 东南大学 | 一种极化码的bp译码方法及装置 |
CN107707333A (zh) * | 2017-09-14 | 2018-02-16 | 山东科技大学 | 一种基于码字估计值的极化码早期迭代停止方法及装置 |
-
2018
- 2018-10-19 CN CN201811220289.2A patent/CN109495116B/zh active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20130117344A1 (en) * | 2011-11-08 | 2013-05-09 | Warren GROSS | Methods and Systems for Decoding Polar Codes |
WO2014154162A1 (zh) * | 2013-03-27 | 2014-10-02 | 华为技术有限公司 | 信道编译码方法及装置 |
CN105187073A (zh) * | 2015-10-13 | 2015-12-23 | 东南大学 | 一种极化码的bp译码方法及装置 |
CN107707333A (zh) * | 2017-09-14 | 2018-02-16 | 山东科技大学 | 一种基于码字估计值的极化码早期迭代停止方法及装置 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
BIN LI 等: "Low-latency polar codes via hybrid decoding", 《2014 8TH INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON TURBO CODES AND ITERATIVE INFORMATION PROCESSING (ISTC)》 * |
BO YUAN 等: "Algorithm and architecture for hybrid decoding of polar codes", 《2014 48TH ASILOMAR CONFERENCE ON SIGNALS, SYSTEMS AND COMPUTERS》 * |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110635809A (zh) * | 2019-09-19 | 2019-12-31 | 东南大学 | 一种基于公式语言的并行极化码bp译码器的设计方法 |
CN110635809B (zh) * | 2019-09-19 | 2022-12-13 | 东南大学 | 一种基于公式语言的并行极化码bp译码器的设计方法 |
WO2021073338A1 (zh) * | 2019-10-14 | 2021-04-22 | 华为技术有限公司 | 译码方法和译码器 |
CN112737600A (zh) * | 2019-10-14 | 2021-04-30 | 华为技术有限公司 | 译码方法和译码器 |
CN112737600B (zh) * | 2019-10-14 | 2023-07-18 | 华为技术有限公司 | 译码方法和译码器 |
CN112332863A (zh) * | 2020-10-27 | 2021-02-05 | 东方红卫星移动通信有限公司 | 低轨卫星低信噪比场景下的极化码译码算法、接收端和系统 |
CN112332863B (zh) * | 2020-10-27 | 2023-09-05 | 东方红卫星移动通信有限公司 | 低轨卫星低信噪比场景下的极化码译码算法、接收端和系统 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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