CN109547034A - 译码方法及设备、译码器 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种译码方法及设备、译码器。该方法包括：根据待译码信息的信息比特数量K和目标码长N确定信息比特集合，根据信息比特集合、K和N确定关键集合，关键集合中包含译码首错位置比特的概率大于第一门限值，关键集合为信息比特集合的子集。根据关键集合和预设规则对待译码信息进行极化译码，预设规则为：对关键集合中的信息比特进行译码路径分裂，对关键集合之外的信息比特进行逐比特判决，生成译码路径，当译码路径的总数超过预设的路径宽度L时，选择出PM值最大的L条路径保存并继续发展译码路径，根据每一级译码比特的译码路径得到每一级译码比特的译码结果。从而降低了计算复杂度和由于排序带来的译码时延。

Description

译码方法及设备、译码器
技术领域
本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种译码方法及设备、译码器。
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(极化)码是第一种在理论上能够被证明“达到”信道容量的信道编码方法。Polar码是一种线性块码，其生成矩阵为GN，其编码过程为 是一个二进制的行矢量，长度为N(即码长)；且这里BN是一个N×N的转置矩阵，例如比特逆序转置矩阵；定义为log2N个矩阵F2的克罗内克(Kronecker)乘积，x1 N是编码后的比特(也叫码字)，与生成矩阵GN相乘后就得到编码后的比特，相乘的过程就是编码的过程。在Polar码的编码过程中，中的一部分比特用来携带信息，称为信息比特，信息比特的索引的集合记作 中另外的一部分比特置为收发端预先约定的固定值，称之为固定比特，其索引的集合用的补集表示。固定比特通常被设为0，只需要收发端预先约定，固定比特序列可以被任意设置。
在Polar码的译码方法中，现有的一种逐比特消除译码方法(SuccessiveCancellation，SC)的译码过程为：接收到待译码信息(包括信息比特和固定比特)后，对于待译码信息中信息比特，逐个计算每一个信息比特的对数似然比(Log Likelihood Ratio，LLR)，进行逐比特判决，若信息比特的LLR>0，则译码结果为0，若信息比特的LLR<0，则译码结果为1，对于待译码信息中的固定比特，无论LLR为多少译码结果都置为0，按顺序依次译出所有的比特，前一个译码比特的结果作为后一个译码比特计算的一个输入，一旦判错，会导致错误扩散，且没有机会挽回，因此译码性能不高。为解决这一问题，在逐次消除列表算法(Successive Cancellation List，SCL)中，SCL算法在译码每个信息比特时，将0和1对应的译码结果都保存作为2个分支译码路径(简称路径分裂)，图1为SCL算法中的译码路径示意图，如图1所示，每一层代表1个译码比特，若译码结果为0，则沿着左子树发展路径，若译码结果为1，则沿着右子树发展路径，当译码路径的总数超过预设的路径宽度L(一般L＝2l)时，选择出路径度量(Path Metric，PM)值最佳的L条路径保存并继续发展路径以译出后续的译码比特，其中的PM值用于判断路径的好坏，PM值通过LLR计算得出。对于每一级的译码比特，对L条路径的PM值按照从小到大排序，并通过PM值筛选出正确的路径，如此反复，直到译完最后一个比特。
在实际应用中，译码比特的数目是非常大的，使用SCL译码方法，对于每一个译码比特，都要计算每一个译码比特下所有路径的PM值，并对所有路径根据PM值进行一次排序，其计算复杂度和由于排序带来的译码时延都很高。
发明内容
本申请提供一种译码方法及设备、译码器，以降低Polar码译码的计算复杂度和由于排序带来的译码时延。
第一方面，本申请提供一种译码方法，包括：根据待译码信息的信息比特数量K和目标码长N确定信息比特集合；根据信息比特集合、K和N确定关键集合，关键集合中包含译码首错位置比特的概率大于第一门限值，关键集合为信息比特集合的子集；根据关键集合和预设规则对待译码信息进行极化译码，预设规则为：对关键集合中的信息比特进行译码路径分裂，对关键集合之外的信息比特进行逐比特判决，生成译码路径，当译码路径的总数超过预设的路径宽度L时，选择出路径度量PM值最大的L条路径保存并继续发展译码路径，根据每一级译码比特的译码路径得到每一级译码比特的译码结果。
通过第一方面提供的译码方法，首先根据待译码信息的信息比特数量和目标码长确定信息比特集合，根据信息比特集合、K和N确定关键集合，关键集合以大于第一门限值的概率包括译码首错位置比特，在译码时根据关键集合对待译码信息进行极化译码，生成译码路径时对关键集合中的信息比特进行译码路径分裂，对关键集合之外的信息比特进行逐比特判决，由于首错位置比特以高概率被包含在关键集合中，译码路径将会以高概率在第一个译码错误的位置进行分裂，因此正确路径以高概率被保留在了当前的译码路径中，从而获得较好的译码性能，而路径分裂次数却大幅减少，降低了计算复杂度和由于排序带来的译码时延。因此，实现了在保证较好的译码性能的同时降低Polar码译码的计算复杂度和译码时延。
在一种可能的设计中，对关键集合中的信息比特进行译码路径分裂，对关键集合之外的信息比特进行逐比特判决，包括：
其中，ui为信息比特集合中的信息比特，S为关键集合，L(ui)为ui的对数似然比LLR，h(·)为硬判决函数，
在一种可能的设计中，根据信息比特集合、K和N确定关键集合，包括：
根据信息比特集合、K和N构造深度为n的满二叉树，n＝log2N，满二叉树中信息比特和固定比特均为叶子节点；
从满二叉树中确定出所有比率为1的子块，比率为1的子块为所有叶子节点均为信息比特的子树，比率为1的子块所包含的叶子节点数目大于或等于1；
从所有比率为1的子块中确定组成关键集合的元素，组成关键集合的元素为每一个比率为1的子块中的第一个信息比特。
通过该实施方式提供的译码方法，根据信息比特集合、K和N构造深度为n的满二叉树，从满二叉树中确定出所有比率为1的子块，从所有比率为1的子块中确定组成关键集合的元素，从而确定出以高概率包括译码首错位置比特的关键集合，最后根据关键集合和预设规则对待译码信息进行极化译码，生成译码路径时对关键集合中的信息比特进行译码路径分裂，对关键集合之外的信息比特进行逐比特判决，由于首错位置比特以高概率被包含在关键集合中，译码路径将会以高概率在第一个译码错误的位置进行分裂，因此正确路径以高概率被保留在了当前的译码路径中，从而获得较好的译码性能，而路径分裂次数却大幅减少，降低了计算复杂度和由于排序带来的译码时延。因此，实现了在保证较好的译码性能的同时降低Polar码译码的计算复杂度和译码时延。
在一种可能的设计中，组成关键集合的元素还包括：所有比率为1的子块中的剩余信息比特中的至少一个信息比特。
通过该实施方式提供的译码方法，可进一步提高关键集合包含译码首错位置比特的概率。
在一种可能的设计中，根据信息比特集合、K和N确定关键集合，包括：
从存储的关键集合表中查询与信息比特集合、K和N对应的关键集合，作为关键集合，关键集合表中存储信息比特集合、K和N与关键集合的对应关系。
通过该实施方式提供的译码方法，通过预先存储关键集合表，根据待译码信息的信息比特数量和目标码长确定出信息比特集合后，从存储的关键集合表中查询与信息比特集合、K和N对应的关键集合，从而确定出以高概率包括译码首错位置比特的关键集合，最后根据关键集合和预设规则对待译码信息进行极化译码，不用在线构造满二叉树确定关键集合，可进一步降低译码时延。
在一种可能的设计中，第一门限值为99％。
第二方面，本申请提供一种译码设备，包括：第一确定模块，用于根据待译码信息的信息比特数量K和目标码长N确定信息比特集合；第二确定模块，用于根据信息比特集合、K和N确定关键集合，关键集合中包含译码首错位置比特的概率大于第一门限值，关键集合为信息比特集合的子集；译码模块，用于根据关键集合和预设规则对待译码信息进行极化译码，预设规则为：对关键集合中的信息比特进行译码路径分裂，对关键集合之外的信息比特进行逐比特判决，生成译码路径，当译码路径的总数超过预设的路径宽度L时，选择出路径度量PM值最大的L条路径保存并继续发展译码路径，根据每一级译码比特的译码路径得到每一级译码比特的译码结果。
在一种可能的设计中，对关键集合中的信息比特进行译码路径分裂，对关键集合之外的信息比特进行逐比特判决，包括：
其中，ui为信息比特集合中的信息比特，S为关键集合，L(ui)为ui的对数似然比LLR，h(·)为硬判决函数，
在一种可能的设计中，第二确定模块用于：根据信息比特集合、K和N构造深度为n的满二叉树，n＝log2N，满二叉树中信息比特和固定比特均为叶子节点；从满二叉树中确定出所有比率为1的子块，比率为1的子块为所有叶子节点均为信息比特的子树，比率为1的子块所包含的叶子节点数目大于或等于1；从所有比率为1的子块中确定组成关键集合的元素，组成关键集合的元素为每一个比率为1的子块中的第一个信息比特。
在一种可能的设计中，组成关键集合的元素还包括：所有比率为1的子块中的剩余信息比特中的至少一个信息比特。
在一种可能的设计中，第二确定模块用于：从存储的关键集合表中查询与信息比特集合、K和N对应的关键集合，作为关键集合，关键集合表中存储信息比特集合、K和N与关键集合的对应关系。
在一种可能的设计中，第一门限值为99％。
上述第二方面以及上述第二方面的各可能的设计所提供的译码设备，其有益效果可以参见上述第一方面和第一方面的各可能的设计所带来的有益效果，在此不再赘述。
第三方面，本申请提供一种译码器，包括：存储器和处理器；
存储器用于存储程序指令；
处理器用于调用存储器中的程序指令执行第一方面及第一方面任一种可能的设计中的译码方法。
第四方面，本申请提供一种可读存储介质，可读存储介质中存储有执行指令，当译码装置的至少一个处理器执行该执行指令时，译码装置执行第一方面及第一方面任一种可能的设计中的译码方法。
第五方面，本申请提供一种程序产品，该程序产品包括执行指令，该执行指令存储在可读存储介质中。译码装置的至少一个处理器可以从可读存储介质读取该执行指令，至少一个处理器执行该执行指令使得译码装置实施第一方面及第一方面任一种可能的设计中的译码方法。
附图说明
图1为SCL算法中的译码路径示意图；
图2为本申请提供的一种发送设备和接收设备的系统架构示意图；
图3为N＝4时构造满二叉树的过程示意图；
图4为本申请提供的一种译码方法实施例的流程图；
图5为N＝16时构造的满二叉树；
图6为本申请提供的另一种译码方法实施例的流程图；
图7为本申请提供的另一种译码方法实施例的流程图；
图8为采用Split-reduced译码方法的CA-SCL译码达到0.1％BLER所需的SNR与传统CA-SCL译码方法性能的对比图；
图9为采用Split-reduced译码方法在不同码率下的时延与复杂度增益示意图；
图10a-图10f为采用Split-reduced译码方法与传统CA-SCL译码方法在不同码长码率配置下的BLER性能对比图；
图11为本申请提供的译码设备实施例的结构示意图；
图12为本申请提供的一种译码器的结构示意图；
图13为本申请提供的另一种译码器的结构示意图。
具体实施方式
本申请实施例可以应用于无线通信系统，需要说明的是，本申请实施例提及的无线通信系统包括但不限于：窄带物联网系统(Narrow Band-Internet of Things，NB-IoT)、全球移动通信系统(Global System for Mobile Communications，GSM)、增强型数据速率GSM演进系统(Enhanced Data rate for GSM Evolution，EDGE)、宽带码分多址系统(Wideband Code Division Multiple Access，WCDMA)、码分多址2000系统(Code DivisionMultiple Access，CDMA2000)、时分同步码分多址系统(Time Division-SynchronizationCode Division Multiple Access，TD-SCDMA)，长期演进系统(Long Term Evolution，LTE)以及下一代5G移动通信系统的三大应用场景增强型移动宽带(Enhanced Mobile BroadBand，eMBB)、超低时延超高可靠通信(Ultra-reliable and low-latencycommunications，uRLLC)以及大规模机器通信(Massive Machine-Type Communications，mMTC)。
本申请涉及的通信装置主要包括网络设备或者终端设备。本申请提供的译码方法可以在网络设备侧/终端设备侧由软件或硬件实现，若本申请中的发送设备为网络设备，则接收设备为终端设备；若本申请中的发送设备为终端设备，则接收设备为网络设备。
在本申请实施例中，终端设备(terminal device)包括但不限于移动台(MS，Mobile Station)、移动终端(Mobile Terminal)、移动电话(Mobile Telephone)、手机(handset)及便携设备(portable equipment)等，该终端设备可以经无线接入网(RAN，Radio Access Network)与一个或多个核心网进行通信，例如，终端设备可以是移动电话(或称为“蜂窝”电话)、具有无线通信功能的计算机等，终端设备还可以是便携式、袖珍式、手持式、计算机内置的或者车载的移动装置或设备。
在本申请实施例中，网络设备可以是用于与终端设备进行通信的设备，例如，可以是GSM系统或CDMA中的基站(Base Transceiver Station，BTS)，也可以是WCDMA系统中的基站(NodeB，NB)，还可以是LTE系统中的演进型基站(Evolved Node B，eNB或eNodeB)，或者该网络设备可以为中继站、接入点、车载设备、可穿戴设备以及未来5G网络中的网络侧设备或未来演进的公共陆地移动网络(Public Land Mobile Network，PLMN)中的网络设备等。
本申请的无线通信系统可以包括发送设备和接收设备，图1为本申请提供的一种发送设备和接收设备的系统架构示意图，如图1所示，其中，发送设备为编码侧，可以用于编码和输出编码信息，编码信息在信道上传输至译码侧；接收设备为译码侧，可以用于接收发送设备发送的编码信息，并对该编码信息译码。
图2为一种无线通信系统的流程示意图，如图2所示，在发送设备侧，信源依次经过信源编码、信道编码、速率匹配和数字调制后发出。在接收设备侧，依次通过数字解调、解速率匹配、信道译码和信源译码输出信宿。信道编译码可以采用Polar码，信道译码可以采用本申请提供的译码方法。
本申请提供的译码方法主要涉及Polar码的译码过程，为得到较好的译码性能，现有的译码方法SCL中，在译码每个信息比特时，将0和1对应的译码结果都保存作为2个分支译码路径，当译码路径的总数超过预设的路径宽度L时，选择出PM值最佳的L条路径保存并继续发展路径以译出后续的译码比特，对于每一个译码比特，都要计算每一个译码比特下所有路径的PM值，并对所有路径根据PM值进行一次排序，其计算复杂度和由于排序带来的译码时延(下文中简称译码时延)都很高。针对上述问题，本申请提供一种译码方法，根据待译码信息的信息比特集合、待译码信息的信息比特数量K和目标码长N确定出关键集合，关键集合中包含译码首错位置比特(第一个译码错误的比特)的概率大于第一门限值，在译码时对关键集合中的信息比特进行译码路径分裂，对除了关键集合中的信息比特之外的信息比特采用硬判决函数进行逐比特判决，由于首错位置比特以高概率被包含在关键集合中，译码路径将会以高概率在第一个译码错误的位置进行分裂，因此正确路径以高概率被保留在了当前的译码路径中，从而获得较好的译码性能，而路径分裂次数却大幅减少，从而减少了译码路径的总数，因此降低了所要计算PM值的路径数目以及参与排序的路径数目，降低计算复杂度和由于排序带来的译码时延，因此，实现了在保证较好的译码性能的同时降低Polar码译码的计算复杂度和译码时延。下面结合附图详细说明本申请提供的译码方法及设备、译码器。
为方便起见，首先给出本申请中可能用到的参数的定义，如表一所示：
表一
下面对本申请中涉及的满二叉树、比率为1的子块和比率为0的子块做一简单介绍，以N＝4，K＝2，R＝2/4的极化码为例进行说明，其中信息比特集合首先根据N构造一棵深度为n＝log2(N)＝2的满二叉树，图3为N＝4时构造满二叉树的过程示意图，如图3中左边所示的一棵满二叉树，其4个叶子节点{D,E,F,G}分别对应信息比特{u1,u2,u3,u4}，如图3中中间所示的一棵满二叉树，对于属于信息比特集合的比特，叶子节点用黑色来表示，属于固定比特集合的叶子节点则用白色节点来表示，接着对满二叉树中的节点染色，染色规则为：对于非叶子节点(如A，B，C)，如果其左右孩子节点颜色一致，则该节点颜色与其孩子节点颜色一致，否则该节点被染色为灰色节点，染色后的满二叉树如图3右边所示的一棵满二叉树，为最终构造的满二叉树。
基于构造的满二叉树(图3右边所示的一棵满二叉树)，称该满二叉树中节点C这样的全黑二叉树对应的根节点为一个比率为1的子块(因为其叶子节点都为信息比特)，即就是，比率为1的子块为所有叶子节点均为信息比特的子树。称节点B这样的全白二叉树的根节点为一个比率为0的子块(因为其叶子结点都为固定比特)。子块(sub-block)，就是一个分量极化码(component polar codes)。
图4为本申请提供的一种译码方法实施例的流程图，本实施例的执行主体可以是作为发送设备的网络设备或者终端设备，如图4所示，本实施例的方法可以包括：
S101、根据待译码信息的信息比特数量K和目标码长N确定信息比特集合。
具体地，接收到待译码信息后，待译码信息的目标码长N和R就可确定，目标码长也称为极化码的码长，K的值可以是根据码率R和编码后的序列长度M确定，K＝M*R，M通过确定。
其中，确定信息比特集合时，可采用现有的任意一种构造信息比特集合的方法确定信息比特集合，例如通过高斯近似(Gaussian Approximation，GA)、密度演进(DensityEvolution，DE)、极化权重(Polar Weight，PW)等方式来确定，以高斯近似方法为例，具体是根据高斯近似方法计算极化信道可靠度，根据极化信道可靠度按照升序或降序排列，将可靠度高的前K个极化信道作为信息比特的子信道，信息比特的子信道的索引即为信息比特的索引，即确定出了信息比特集合。其他的信息比特集合构造方法本实施例中不再一一列举。
S102、根据信息比特集合、K和N确定关键集合，关键集合中包含译码首错位置比特的概率大于第一门限值，关键集合为信息比特集合的子集。
其中，译码首错位置比特具体可以为SC译码过程中的首错位置比特，第一门限值为使得关键集合以较高的概率包含译码首错位置比特，第一门限值可以为99％。
具体地，作为第一种可实施的方式，根据信息比特集合、K和N确定关键集合，具体可以包括：
S1021、根据信息比特集合、K和N构造深度为n的满二叉树，n＝log2N，满二叉树中信息比特和固定比特均为叶子节点。
其中，信息比特和固定比特的位置根据S101中确定的信息比特集合确定，例如待译码信息的N＝24，K＝9，根据S101确定出信息比特集合固定比特集合相应为：以信息比特和固定比特为叶子节点，构造深度为n＝log2(N)＝4的满二叉树，图5为N＝16时构造的满二叉树，图5所示的满二叉树中根据上文中的染色规则进行了染色，叶子节点为黑色的是信息比特，叶子节点为白色的是固定比特，对于非叶子节点，如果其左右孩子节点颜色一致，则该节点颜色与其孩子节点颜色一致，否则该节点被染色为灰色节点。
S1022、从满二叉树中确定出所有比率为1的子块，比率为1的子块为所有叶子节点均为信息比特的子树，比率为1的子块所包含的叶子节点数目大于或等于1。
具体地，以图5所示的满二叉树为例，从该满二叉树中确定出所有比率为1的子块，比率为1的子块为所有叶子节点均为信息比特的子树，为图5中所示的A、B、C、D子树，每个子块都是一个分量极化码，但是仅仅包含信息比特，如子树A是一个长度为4的分量码，包含了信息比特{u13,u14,u15,u16}，子树B是一个长度为2的分量码，包含了信息比特{u11,u12}，子树C是一个长度为2的分量码，包含了信息比特{u7,u8}，子树D是一个长度为1的分量码，包含了信息比特{u6}。
S1023、从所有比率为1的子块中确定组成关键集合的元素，组成关键集合的元素为每一个比率为1的子块中的第一个信息比特。
具体地，以图5所示的满二叉树为例，比率为1的子块包括A、B、C、D子树，从A、B、C、D子树中确定组成关键集合的元素，分别取出第一个信息比特放入关键集合，A、B、C、D子树中第一个信息比特分别为u6、u7、u11、u13，因此图5所示的满二叉树对应的关键集合S＝{u6,u7,u11,u13}。
进一步地，作为第二种可实施的方式，为提高关键集合包含译码首错位置比特的概率，组成关键集合的元素还可以包括：所有比率为1的子块中的剩余信息比特中的至少一个信息比特，还是以图5所示的满二叉树为例，从A、B、C、D子树中分别取出第一个信息比特后，因为D子树只包含一个信息比特，从A、B、C子树包含的所有剩余信息特中，还可以取出至少一个信息比特作为组成关键集合的元素，例如，从C子树中取出u8，则关键集合S＝{u6,u7,u11,u13,u8}；或者从B子树中取出u12，关键集合S＝{u6,u7,u11,u13,u12}；或者，从A子树中取出u14，关键集合S＝{u6,u7,u11,u13,u14}，或者，从每个子树中均取出一个信息比特，需要说明的是，为保证译码过程中路径分裂数减少，关键集合S为信息比特集合的子集。
作为第三种可实施的方式，根据信息比特集合、K和N确定关键集合，具体可以包括：
从存储的关键集合表中查询与信息比特集合、K和N对应的关键集合，作为关键集合，关键集合表中存储信息比特集合、K和N与关键集合的对应关系。
具体来说，可采用第一种可实施的方式和第二种可实施的方式确定出不同信息比特集合、K和N对应的关键集合，预先存储在关键集合表中，接收到待译码信息后，根据待译码信息的信息比特数量K和目标码长N确定信息比特集合，然后可直接从关键集合表中查询与信息比特集合、K和N对应的关键集合，采用该方式，可进一步降低译码时延。
S103、根据关键集合和预设规则对待译码信息进行极化译码，预设规则为：对关键集合中的信息比特进行译码路径分裂，对关键集合之外的信息比特进行逐比特判决，生成译码路径，当译码路径的总数超过预设的路径宽度L时，选择出PM值最大的L条路径保存并继续发展译码路径，根据每一级译码比特的译码路径得到每一级译码比特的译码结果。
其中，对关键集合中的信息比特进行译码路径分裂，路径分裂就是将0和1对应的译码结果都保存作为2个分支译码路径，对除关键集合中的信息比特之外的信息比特采用逐比特判决，生成译码路径，对固定比特也采用逐比特判决，固定比特的逐比特判决结果都置为0，当译码路径的总数超过预设的路径宽度L时，选择出路径度量PM值最大的L条路径保存并继续发展译码路径，生成译码路径后，可采用与SCL译码方法或循环冗余辅助检查SCL(Cyclic redundancy check Aided-SCL，CA-SCL)译码方法相同的过程确定出每一级译码比特的译码路径，例如采用与SCL译码方法相同的过程，即就是计算每一级译码比特的所有译码路径的PM值并进行排序，将PM值最大的一条译码路径作为译码比特的译码路径，最后根据每一级译码比特的译码路径得到每一级译码比特的译码结果。需要说明的是，PM值的计算可采用现有的计算方式，本申请对此不作限制。例如采用与CA-SCL译码方法相同的过程，即就是计算每一级译码比特的所有译码路径的PM值并进行排序，将PM值最大的一条译码路径作为译码比特的译码路径，通过循环冗余码校验(Cyclic Redundancy Check，CRC)来验证该译码路径的正确性。最后根据每一级译码比特的译码路径得到每一级译码比特的译码结果。
对关键集合中的信息比特进行译码路径分裂，对关键集合之外的信息比特进行逐比特判决，即就是在生成译码路径时，关键集合中的信息比特的下一级路径为2条，关键集合之外的信息比特的下一级路径为1条，作为一种可实施的方式，具体可以为：
其中，ui为信息比特集合中的信息比特，S为关键集合，L(ui)为ui的对数似然比LLR，h(·)为硬判决函数，
接收到待译码信息后，通过计算得到待译码信息对应的N个LLR，逐比特判决时根据LLR和硬判决函数判决，固定比特的逐比特判决结果都为0。
在本实施例的译码方法中，由于关键集合以较高的概率包括译码首错位置比特(第一个译码错误的比特)，而在译码时对关键集合中的信息比特进行译码路径分裂，对除了关键集合中的信息比特之外的信息比特进行逐比特判决，当译码路径的总数超过预设的路径宽度L时，选择出PM值最大的L条路径保存并继续发展译码路径，最后根据每一级译码比特的译码路径得到每一级译码比特的译码结果，由于首错位置比特以高概率被包含在关键集合中，译码路径将会以高概率在第一个译码错误的位置进行分裂，因此正确路径以高概率被保留在了当前的译码路径中，从而获得较好的译码性能，而路径分裂次数却大幅减少，从而减少了译码路径的总数，因此降低了所要计算PM值的路径数目以及参与排序的路径数目，因此降低了计算复杂度和由于排序带来的译码时延。
本实施例提供的译码方法，首先根据待译码信息的信息比特数量和目标码长确定信息比特集合，根据信息比特集合、K和N确定关键集合，关键集合以大于第一门限值的概率包括译码首错位置比特，在译码时根据关键集合对待译码信息进行极化译码，生成译码路径时对关键集合中的信息比特进行译码路径分裂，对关键集合之外的信息比特进行逐比特判决，由于首错位置比特以高概率被包含在关键集合中，译码路径将会以高概率在第一个译码错误的位置进行分裂，因此正确路径以高概率被保留在了当前的译码路径中，从而获得较好的译码性能，而路径分裂次数却大幅减少，降低了计算复杂度和由于排序带来的译码时延。因此，实现了在保证较好的译码性能的同时降低Polar码译码的计算复杂度和译码时延。
下面采用几个具体的实施例，对图4所示方法实施例的技术方案进行详细说明。
图6为本申请提供的另一种译码方法实施例的流程图，本实施例的执行主体可以是作为发送设备的网络设备或者终端设备，本实施例中，以信息比特数量K＝9，目标码长N＝24为例，本实施例中通过构造满二叉树确定关键集合，如图6所示，本实施例的方法可以包括：
S201、根据待译码信息的信息比特数量K和目标码长N确定信息比特集合。
本实施例中，K＝9，N＝24＝16，根据K和N确定的信息比特集合例如为则固定比特集合相应为：
S202、根据信息比特集合、K和N构造深度为n的满二叉树，满二叉树中信息比特和固定比特均为叶子节点。
以信息比特和固定比特为叶子节点，n＝log2(N)＝4，构造深度为4的满二叉树，如图5所示，图5所示的满二叉树中根据上文中的染色规则进行了染色，黑色的叶子节点是信息比特，白色的叶子节点是固定比特，对于非叶子节点，如果其左右孩子节点颜色一致，则该节点颜色与其孩子节点颜色一致，否则该节点被染色为灰色节点。
S203、从满二叉树中确定出所有比率为1的子块。
其中，比率为1的子块为所有叶子节点均为信息比特的子树，比率为1的子块所包含的叶子节点数目大于或等于1。
S204、从所有比率为1的子块中确定组成关键集合的元素，组成关键集合的元素为每一个比率为1的子块中的第一个信息比特。
具体地，以图5所示的满二叉树为例，比率为1的子块包括A、B、C、D子树，从A、B、C、D子树中确定组成关键集合的元素，分别取出第一个信息比特放入关键集合，关键集合S＝{u6,u7,u11,u13}。
进一步地，作为第二种可实施的方式，为提高关键集合包含译码首错位置比特的概率，本步骤还可以为：
S204’、从所有比率为1的子块中确定组成关键集合的元素，组成关键集合的元素为每一个比率为1的子块中的第一个信息比特和所有比率为1的子块中的剩余信息比特中的至少一个信息比特。
具体地，从A、B、C、D子树中分别取出第一个信息比特后，因为D子树只包含一个信息比特，从A、B、C子树包含的所有剩余信息特中，还可以取出至少一个信息比特作为组成关键集合的元素。
S205、根据关键集合和预设规则对待译码信息进行极化译码。
预设规则为：对关键集合中的信息比特进行译码路径分裂，对关键集合之外的信息比特进行逐比特判决，生成译码路径，当译码路径的总数超过预设的路径宽度L时，选择出PM值最大的L条路径保存并继续发展译码路径，根据每一级译码比特的译码路径得到每一级译码比特的译码结果。
本实施例提供的译码方法，首先根据待译码信息的信息比特数量和目标码长确定信息比特集合，根据信息比特集合、K和N构造深度为n的满二叉树，从满二叉树中确定出所有比率为1的子块，从所有比率为1的子块中确定组成关键集合的元素，从而确定出以高概率包括译码首错位置比特的关键集合，最后根据关键集合和预设规则对待译码信息进行极化译码，生成译码路径时对关键集合中的信息比特进行译码路径分裂，对关键集合之外的信息比特进行逐比特判决，由于首错位置比特以高概率被包含在关键集合中，译码路径将会以高概率在第一个译码错误的位置进行分裂，因此正确路径以高概率被保留在了当前的译码路径中，从而获得较好的译码性能，而路径分裂次数却大幅减少，降低了计算复杂度和由于排序带来的译码时延。因此，实现了在保证较好的译码性能的同时降低Polar码译码的计算复杂度和译码时延。
图7为本申请提供的另一种译码方法实施例的流程图，本实施例的执行主体可以是作为发送设备的网络设备或者终端设备，本实施例中通过查询关键集合表确定关键集合，关键集合可通过图6所示的方式确定后预先存储在关键集合表中，不用在线构造满二叉树确定关键集合，可进一步降低译码时延，如图7所示，本实施例的方法可以包括：
S301、根据待译码信息的信息比特数量K和目标码长N确定信息比特集合。
S302、从存储的关键集合表中查询与信息比特集合、K和N对应的关键集合，作为关键集合，关键集合表中存储信息比特集合、K和N与关键集合的对应关系。
S303、根据关键集合和预设规则对待译码信息进行极化译码。
预设规则为：对关键集合中的信息比特进行译码路径分裂，对关键集合之外的信息比特进行逐比特判决，生成译码路径，当译码路径的总数超过预设的路径宽度L时，选择出PM值最大的L条路径保存并继续发展译码路径，根据每一级译码比特的译码路径得到每一级译码比特的译码结果。
本实施例提供的译码方法，通过预先存储关键集合表，根据待译码信息的信息比特数量和目标码长确定出信息比特集合后，从存储的关键集合表中查询与信息比特集合、K和N对应的关键集合，从而确定出以高概率包括译码首错位置比特的关键集合，最后根据关键集合和预设规则对待译码信息进行极化译码，相比较图6所示实施例提供的方法，不用在线构造满二叉树确定关键集合，可进一步降低译码时延。
本申请实施例中，为了分析通过S202～S204所示方法得到的关键集合包含SC译码过程中第一个译码错误比特的能力，通过蒙特卡洛仿真统计了在SC译码过程中第一个译码错误比特落入关键集合S中的概率。具体仿真结果见表二，表二中，仿真采用的极化码码长N＝1024，K＝512，仿真次数为T＝106，“落入集合S”代表了首错位置比特属于关键集合S发生的次数，“错误帧数目”为SC译码过程总发生错误的总帧数，“概率”为“落入集合S”与“错误帧数目”两者之间的比值，“S大小”为关键集合S所包含的信息比特数目。
表二
从表二中可以看出，即使在低信噪比(Eb/N0)下，SC译码过程中关键集合包含译码首错位置比特的概率亦十分接近100％，随着信噪比的增加，关键集合包含译码首错位置比特的能力也在增加，甚至概率达到了100％，而且关键集合包含的信息比特数目相比于信息比特K而言只有K的25％左右，这意味着和传统CA-SCL译码器相比，本申请提供的译码方法将会减少75％的路径分裂数，从而大幅降低了CA-SCL译码由于排序(sorting)带来的译码时延与复杂度。
下面对SCL译码方法和本申请提供的译码方法的时延和复杂度进行分析，相对于SC译码，SCL译码除了具有SC译码固有的串行译码时延外，还具有对2L条译码路径进行筛选产生的排序时延(Sorting Latency)，L为预设的路径宽度。对于一个N长的极化码，由于串行译码特性导致的译码时延为2N-2。当SC译码器译到第i个信息比特的时候，由于串行译码导致的串行译码时延可以用下式来近似：
LatencySC(i)≈2×i-2，i∈[1,N]
假设SCL译码器在译码第i个信息比特的时候，所有L条译码路径同时并行处理，则SCL译码器的译码时延为：
通过上式可见，SCL译码方法的译码时延与达到最大路径数目时的信息比特位置有关，通过延长到达最大路径数目对应的译码信息比特的序号可以降低对应的译码时延。对于一般的SCL译码器，在译码到第log2L个信息比特的时候就要对2L条路径进行排序，对于码长为N，码率为R＝K/N的极化码而言，总共的译码时延可以利用2N-2+(K-log2(L))·Latencysort(L)来计算。因此SCL译码器相对于SC译码器的译码时延，即由于排序带来的时延为
Latencysorting＝(K-log2(L))·Latencysort(L) (公式1)
其中Latencysort根据所使用的排序算法而异，一般是最大路径数目的函数。
SCL译码方法的计算复杂可以利用下式来计算：
ComplexitySCL-based(N,K,L)＝L·(Nlog2N)·Q+(K-log2(L))·CAS(L)
SC译码中的一次f运算和一次g运算共包含5次加法运算与1次比较运算，上式中Q为一次f计算或者一次g运算的平均复杂度。CAS(L)是所用排序算法的比较和选择(Compare-And-Select)复杂度，根据所选用的排序网络不同而有差别，由于排序带来的复杂度可以通过下式来计算：
Complexitysorting(N,K,L)＝(K-log2(L))·CAS(L) (公式2)
其中，双调排序法(bitonic sorter)以及简化冒泡排序法(simplified bubblesorter)所对应的CAS为：
与传统的SCL译码方法不同，本申请提供的译码方法(下文中简称Split-reducedSCL)当且仅当信息比特属于关键集合S时译码路径才会分裂，也就是说达到最大List数目的时间将被推迟，Split-reduced SCL译码器的排序时延为：
Latencysorting(N,K,L)＝(|S|-log2(L))·Latencysort(L) (公式3)
由于排序带来的译码复杂度为：
Complexitysorting＝(|S|-log2(L))·CAS(L) (公式4)
结合(公式1)-(公式4)，Split-reduced SCL译码的时延与复杂度增益可以通过下式来计算：
其中，S为关键集合的信息比特数目。
下面结合仿真对比图来说明本申请提供的Split-reduced SCL译码方法的性能，仿真所用的具体参数如表三所示：
表三
图8为采用Split-reduced译码方法的CA-SCL译码达到0.1％误块率(BLER)所需的信噪比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)与传统CA-SCL译码方法性能的对比图，传统CA-SCL译码方法图8中用Direct splitting表示，从图8的仿真结果中可以看出，采用Split-reduced译码方法相对于传统的CA-SCL译码方法在BLER性能上几乎没有损失，即可获得与CA-SCL译码方法相似的译码性能。图9为采用Split-reduced译码方法在不同码率下的时延与复杂度增益示意图，可以看出本申请的Split-reduced译码方法在不同码率、码长配置下，都有相对于传统SCL译码器更低的译码时延与复杂度。
图10a-图10f为采用Split-reduced译码方法与传统CA-SCL译码方法在不同码长码率配置下的BLER性能对比图，传统CA-SCL译码方法图10a-图10f中用Direct splitting表示，图10a-图10f中信息比特K分别为32、48、64、80、120和200，从仿真结果可以看出，在任意码长码率配置下，本申请的Split-reduced译码方法都能获得与传统CA-SCL译码方法相似的BLER译码性能，同时在译码时延与复杂度上比传统的CA-SCL译码器具有更低的译码时延与译码复杂度。
图11为本申请提供的译码设备实施例的结构示意图，如图11所示，本实施例的装置可以包括：第一确定模块11、第二确定模块12和译码模块13，其中，第一确定模块11用于根据待译码信息的信息比特数量K和目标码长N确定信息比特集合，第二确定模块12用于根据所述信息比特集合、K和N确定关键集合，所述关键集合中包含译码首错位置比特的概率大于第一门限值，可选的，第一门限值为99％，所述关键集合为所述信息比特集合的子集，译码模块13用于根据所述关键集合和预设规则对所述待译码信息进行极化译码，所述预设规则为：对所述关键集合中的信息比特进行译码路径分裂，对所述关键集合之外的信息比特进行逐比特判决，生成译码路径，当译码路径的总数超过预设的路径宽度L时，选择出PM值最大的L条路径保存并继续发展译码路径，根据每一级译码比特的译码路径得到每一级译码比特的译码结果。
其中，对所述关键集合中的信息比特进行译码路径分裂，对所述关键集合之外的信息比特进行逐比特判决，具体可以为：
其中，ui为所述信息比特集合中的信息比特，S为所述关键集合，L(ui)为ui的对数似然比LLR，h(·)为硬判决函数，
可选的，第二确定模块12用于：
根据所述信息比特集合、K和N构造深度为n的满二叉树，n＝log2N，所述满二叉树中信息比特和固定比特均为叶子节点，从所述满二叉树中确定出所有比率为1的子块，比率为1的子块为所有叶子节点均为信息比特的子树，比率为1的子块所包含的叶子节点数目大于或等于1，从所有比率为1的子块中确定组成所述关键集合的元素，组成所述关键集合的元素为每一个比率为1的子块中的第一个信息比特。
可选的，组成所述关键集合的元素还包括：所有比率为1的子块中的剩余信息比特中的至少一个信息比特。
可选的，第二确定模块12用于：从存储的关键集合表中查询与所述信息比特集合、K和N对应的关键集合，作为所述关键集合，所述关键集合表中存储信息比特集合、K和N与关键集合的对应关系。
本实施例的装置，可以用于执行图4所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
本申请可以根据上述方法示例对译码设备进行功能模块的划分，例如，可以对应各个功能划分各个功能模块，也可以将两个或两个以上的功能集成在一个处理模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。需要说明的是，本申请各实施例中对模块的划分是示意性的，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。
图12为本申请提供的一种译码器的结构示意图，该译码器700包括：
存储器701，用于存储程序指令，该存储器可以是flash(闪存)。
处理器702，用于调用并执行存储器中的程序指令，以实现图4所示的译码方法中的各个步骤。具体可以参见前面方法实施例中的相关描述。
可选地，存储器701既可以是独立的，也可以如图13所示，图13为本申请提供的另一种译码器的结构示意图，存储器701跟处理器702集成在一起。
图12和图13的译码器还以包括收发器(图中未示出)，用于通过天线收发信号。
该译码器可以用于执行上述方法实施例中译码设备对应的各个步骤和/或流程。
本申请还提供一种可读存储介质，可读存储介质中存储有执行指令，当译码装置的至少一个处理器执行该执行指令时，译码装置执行上述的各种实施方式提供的译码方法。
本申请还提供一种程序产品，该程序产品包括执行指令，该执行指令存储在可读存储介质中。译码装置的至少一个处理器可以从可读存储介质读取该执行指令，至少一个处理器执行该执行指令使得译码装置实施上述的各种实施方式提供的译码方法。
本领域普通技术人员可以理解：在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘Solid State Disk(SSD))等。

Claims (13)

1.一种译码方法，其特征在于，包括：
根据待译码信息的信息比特数量K和目标码长N确定信息比特集合；
根据所述信息比特集合、K和N确定关键集合，所述关键集合中包含译码首错位置比特的概率大于第一门限值，所述关键集合为所述信息比特集合的子集；
根据所述关键集合和预设规则对所述待译码信息进行极化译码，所述预设规则为：对所述关键集合中的信息比特进行译码路径分裂，对所述关键集合之外的信息比特进行逐比特判决，生成译码路径，当译码路径的总数超过预设的路径宽度L时，选择出路径度量PM值最大的L条路径保存并继续发展译码路径，根据每一级译码比特的译码路径得到每一级译码比特的译码结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述关键集合中的信息比特进行译码路径分裂，对所述关键集合之外的信息比特进行逐比特判决，包括：
其中，ui为所述信息比特集合中的信息比特，S为所述关键集合，L(ui)为ui的对数似然比LLR，h(·)为硬判决函数，
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述信息比特集合、K和N确定关键集合，包括：
根据所述信息比特集合、K和N构造深度为n的满二叉树，n＝log2N，所述满二叉树中信息比特和固定比特均为叶子节点；
从所述满二叉树中确定出所有比率为1的子块，比率为1的子块为所有叶子节点均为信息比特的子树，比率为1的子块所包含的叶子节点数目大于或等于1；
从所有比率为1的子块中确定组成所述关键集合的元素，组成所述关键集合的元素为每一个比率为1的子块中的第一个信息比特。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，组成所述关键集合的元素还包括：所有比率为1的子块中的剩余信息比特中的至少一个信息比特。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述信息比特集合、K和N确定关键集合，包括：
从存储的关键集合表中查询与所述信息比特集合、K和N对应的关键集合，作为所述关键集合，所述关键集合表中存储信息比特集合、K和N与关键集合的对应关系。
6.根据权利要求1～5任一项所述的方法，其特征在于，所述第一门限值为99％。
7.一种译码设备，其特征在于，包括：
第一确定模块，用于根据待译码信息的信息比特数量K和目标码长N确定信息比特集合；
第二确定模块，用于根据所述信息比特集合、K和N确定关键集合，所述关键集合中包含译码首错位置比特的概率大于第一门限值，所述关键集合为所述信息比特集合的子集；
译码模块，用于根据所述关键集合和预设规则对所述待译码信息进行极化译码，所述预设规则为：对所述关键集合中的信息比特进行译码路径分裂，对所述关键集合之外的信息比特进行逐比特判决，生成译码路径，当译码路径的总数超过预设的路径宽度L时，选择出路径度量PM值最大的L条路径保存并继续发展译码路径，根据每一级译码比特的译码路径得到每一级译码比特的译码结果。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述对所述关键集合中的信息比特进行译码路径分裂，对所述关键集合之外的信息比特进行逐比特判决，包括：
其中，ui为所述信息比特集合中的信息比特，S为所述关键集合，L(ui)为ui的对数似然比LLR，h(·)为硬判决函数，
9.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述第二确定模块用于：
根据所述信息比特集合、K和N构造深度为n的满二叉树，n＝log2N，所述满二叉树中信息比特和固定比特均为叶子节点；
从所述满二叉树中确定出所有比率为1的子块，比率为1的子块为所有叶子节点均为信息比特的子树，比率为1的子块所包含的叶子节点数目大于或等于1；
从所有比率为1的子块中确定组成所述关键集合的元素，组成所述关键集合的元素为每一个比率为1的子块中的第一个信息比特。
10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，组成所述关键集合的元素还包括：所有比率为1的子块中的剩余信息比特中的至少一个信息比特。
11.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述第二确定模块用于：
从存储的关键集合表中查询与所述信息比特集合、K和N对应的关键集合，作为所述关键集合，所述关键集合表中存储信息比特集合、K和N与关键集合的对应关系。
12.根据权利要求7～11任一项所述的设备，其特征在于，所述第一门限值为99％。
13.一种译码器，其特征在于，包括：
存储器，用于存储程序指令；
处理器，用于调用并执行所述存储器中的程序指令，以实现权利要求1～6任一项所述的译码方法。
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