CN110730007B - 极化码sscl译码路径分裂方法、存储介质和处理器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种极化码SSCL译码路径分裂方法、存储介质和处理器，其中方法包括在当前层的码字节点处，从相应的所述候选译码路径中选取最大的路径度量值作为阈值，利用硬判决译码和对该码字节点所包含的比特中置信似然值最小的比特进行翻转，每次翻转分裂出两条译码路径；将分裂后的各路径的路径度量值与当前阈值比较，大于阈值的译码路径终止分裂，小于阈值的按照路径置信度量值从小到大排序，选取前L条作为新的候选译码路径更新译码列表；当所有路径的路径度量值均大于当前阈值时，对当前码字节点的路径分裂迭代终止。本发明在不牺牲SSCL译码性能的情况下，收紧SSCL路径分裂次数边界，降低时间复杂度。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种极化码SSCL译码路径分裂方法、存储介质和处理器。
背景技术
极化码是将特定码字通过一定的编码后，随着码长增加，不同码位的信息容量出现“极化”，一部分信息容量趋近于0，一部分信息比特的容量趋近于香农极限。通过选取信息容量趋近香农极限的码位来传递信息，即信息位，剩下的传特定信息，即冻结位。极化码的译码主要有连续消除列表(SCL)译码，其译码列表中包含多条可能正确的译码路径做备选进行译码，多条译码路径的产生是通过翻转不确定译码比特分裂而来，最终使其在译码性能方面实现了对原来SC译码算法的极大改善，申请号为201910197347.2的发明专利申请“一种自适应Polar码SCL译码方法及译码装置”即是记载了这种技术，然而由于SCL全二叉树的译码结构和单比特逐一分裂比较的特点，使其在译码过程中存在过多的分裂比较和路径重新排序的问题，将多个可能的候选路径引入列表进行译码，导致其算法具有较高计算复杂度，从而在实际应用方面，其译码实现具有较高的延时。
简化连续消除列表(SSCL)译码算法，则将原来的串行译码通过划分不同的码字节点的方式，实现了部分并行译码，一定程度上降低了译码延时。但无论是SCL还是SSCL译码，它们都存在原有列表多个候选路径分裂扩展以及重新排序选择的问题，这一部分也是列表译码算法中计算复杂度增加的原因。SSCL中对码字1节点(连续信息位的集合节点)的路径分裂次数有一定限制，但在实际场景中路径分裂迭代的最大次数为
T＝min(L-1,Nv)
其中L为译码列表容量，Nv为码字1节点所包含的比特数。此边界过于宽松，不能有效降低计算复杂度。随后的研究围绕路径置信度量(PM)的大小，通过大量仿真不同信噪比路径分裂的度量阈值，提前存储在内存中，完成有选择性的路径扩展，然而这种阈值在不同码率和信噪比下都需要大量仿真重新设定且一定程度上增加了空间复杂度。
发明内容
本发明目的在于对传统SSCL译码路径分裂做优化设计，在不牺牲原有译码性能的前提下，有效收紧其在码字节点路径分裂次数的理论边界，最终达到降低计算复杂度，实现低延时译码的目标。
本发明第一方面，提供一种极化码SSCL译码的路径分裂方法，包括：给定用于传输的极化码(N，K)，其中N为码长，K为信息位个数，构造极化码信息位位置，将信息容量高的前K个码位作为信息位，其余为冻结位，形成组合码字节点，设置译码列表用于存放候选译码路径的容量L；从根节点开始逐层译码，在当前层的码字节点处，在相应的所述候选译码路径中选取最大的路径度量值作为阈值，每条候选译码路径根据该码字节点各比特置信似然值进行硬判决译码，并对该码字节点所包含的比特按置信似然值由小到大依次进行翻转，每次翻转分裂出两条译码路径；将分裂后得到的各译码路径的路径度量值与所述阈值比较，路径度量值大于所述阈值的译码路径终止分裂，小于所述阈值的译码路径按照路径置信度量值从小到大进行排序，选取前L条作为新的候选译码路径更新所述译码列表；当译码列表中所有译码路径由比特翻转分裂得到的路径的路径度量值均大于当前的阈值时，对当前码字节点的路径分裂迭代终止。
进一步的，所述组合码字节点包括码字0节点和码字1节点，所述码字0节点由冻结位凝结而成，传输固定比特0；所述码字1节点由信息位凝结而成，传输消息比特。
进一步的，所述分裂后得到的各译码路径的路径度量值满足：
其中，PM的上角标表示新分裂出的译码路径，0表示分裂出的最优路径，1表示次优路径；下角标表示第c条路径的第k次分裂迭代；αi表示最小置信比特位i对应的似然值。
第二方面，本发明提供一种存储介质，包括存储在该存储介质中的程序，在所述程序运行时控制所述存储介质所在的设备执行上述任一技术方案所述的基于极化码SSCL译码的路径分裂方法。
第三方面，本发明提供一种处理器，用于运行程序，所述程序运行时执行上述任一技术方案所述的基于极化码SSCL译码的路径分裂方法。
本发明是基于现有SSCL译码路径分裂做优化设计，故可在不牺牲SSCL译码性能的情况下，收紧SSCL路径分裂次数边界，降低时间复杂度；同时，与需要针对不同译码场景大量仿真得到分裂阈值相比，本发明可以自适应地调整路径分裂策略，适用于各种不同的译码场景，并省去大量需事先存储分裂阈值的内存空间；本发明不需要针对不同码位的信息容量在存储中预存局部阈值，而是靠自身自适应的最差PM阈值比较的特点，省去预设阈值存储，一定程度上降低了空间复杂度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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为本发明实施例基于极化码SSCL译码的路径分裂方法流程图；
图2(a)为一(8,3)极化码的全二叉树结构示意图；
图2(b)为图2(a)中极化码在确定信息位后的简化结构示意图；
图3为图1实施例中列表容量为4时对码字1节点的路径分裂策略图；
图4为针对极化码(1024,512)，图1实施例和传统的固定1比特分裂算法关于误帧率的性能比较曲线图；
图5为图1实施例和传统的固定1比特分裂算法关于路径平均分裂次数的比较曲线图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本实施例是一种基于极化码SSCL译码的路径分裂方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤1、给定用于传输的极化码(N，K)，其中N为码长，K为信息位个数，构造极化码信息位位置，将信息容量高的前K个码位作为信息位，其余为冻结位，形成组合码字节点，设置译码列表用于存放候选译码路径的容量L。
图2(a)所示为一(8,3)极化码的全二叉树结构。在确定了通信应用场景，即通信码长、码率以及环境信噪比后，选取信息容量高的码位作为信息位进行数据传输，其余的作为冻结位，只传输特定码字。图2(a)中的译码二叉树的黑色叶节点为信息容量高的信息位，白色节点是冻结位，冻结位全部传输0作为特定码字。
确定了信息位后，整个码字节点的构造随之形成，原始的译码二叉树因此简化为如图2(b)所示的结构，其中第3层叶节点的第1-4个码位为冻结位，凝结成如图白色的“码字0节点”，第7-8个码位为信息位，凝结成如图黑色的“码字1节点”，灰色的节点代表其叶节点对应的码位既有冻结位，又有信息位。
步骤2、从根节点开始逐层译码，在当前层的码字节点处，在相应的所述候选译码路径中选取最大的路径度量值作为阈值，每条候选译码路径根据该码字节点各比特置信似然值进行硬判决译码，并对该码字节点所包含的比特按置信似然值由小到大依次进行翻转，每次翻转分裂出两条译码路径。
当L条译码路径译到码字节点时，该码字节点所包含的所有信息位根据各信息位的比特置信似然值进行硬判决译码，一次性得到该节点所有信息位的译码，完成对L条译码路径的第一次硬判决译码；为提高译码准确性，将已有的L条译码路径各信息位的置信似然值按从小到大依次翻转(从可信度最小的比特开始)，每次翻转译码路径从原来的L条变成2L条。
以下以图3为例说明该步骤的实现过程，图3示出的是译码列表容量为4的码字1节点的路径分裂策略。可以看出，在第一次路径分裂迭代时，排在译码列表第4位即“最差”路径的路径度量值(PM)被设为第一次分裂阈值T1，4条译码路径分裂得到的8个路径的PM分别为
图中/>
为第j条译码路径中第i个最小置信度对应比特位的似然值，/>
为第j条候选译码路径在第i次分裂迭代中的路径度量值。
分裂后得到的各译码路径的路径度量值满足：
其中，PM的上角标表示新分裂出的译码路径，0表示分裂出的最优路径，1表示次优路径；下角标表示第c条路径的第k次分裂迭代；αi表示最小置信比特位i对应的似然值。
与阈值T1比较，列表中第3和第4条路径没有通过阈值比较，即为无需分裂路径，不参与第二轮分裂迭代的扩展和排序。
步骤3、将分裂后得到的各译码路径的路径度量值与所述阈值比较，路径度量值大于所述阈值的译码路径终止分裂，小于所述阈值的译码路径按照路径置信度量值从小到大进行排序，选取前L条作为新的候选译码路径更新所述译码列表。
仍以图3所示的译码节点为例，将第一次分裂得到的8条路径的PM与阈值T1比较，假设第3和第4条路径分裂得到的路径PM值大于阈值T1，即
和/>
均大于T1，则/>
和
所处的路径无需再分裂，不参与第二轮分裂迭代的扩展和排序。其他6条路径的PM值小于T1，根据PM值的大小从小到大进行排序。但由于译码列表容量为4，故只选取前4条作为新的候选译码路径，位于后两位的/>
和/>
不再参与分裂。将前4条路径中PM最大值作为新的阈值T2开始下一轮分裂迭代。
从图3可看出，根据每一次分裂迭代的比特翻转后路径PM呈单调递增的特点，多次翻转会令路径越来越不可信，可以看到第二轮第2、3、4条路径都没有通过阈值比较，不满足分裂条件且继续翻转也不会进入候选译码路径列表，故本轮只需要分裂第一条路径，分裂后参与排序重选的有5条路径。
步骤4、当译码列表中所有译码路径由比特翻转分裂得到的路径的路径度量值均大于当前的阈值时，对当前码字节点的路径分裂迭代终止。
图3的示例，在第三轮迭代中，由于列表中4条路径均无法通过阈值比较，即终止了后续的分裂迭代。
在传统的译码算法中，码字节点的路径分裂迭代的最大次数为
T＝min(L-1,Nv)
其中L为译码列表容量，Nv为码字1节点所包含的比特数。
本实施例的路径分裂方法根据多次比特翻转使路径可信度越来越低(PM越来越大)，结合每次分裂迭代次优路径PM单调递增的特点，加入自身的阈值比较后可及时发现没有必要继续分裂的译码路径，因此本实施例的技术方案不影响SSCL译码性能，收紧了分裂次数边界，降低了复杂度。如图4、图5所示，图4示出了针对极化码(1024,512)，采用本实施例和传统的固定1比特分裂算法关于误帧率的性能比较。可以看出，相比于在对码字节点中的所有信息位进行固定1比特翻转的分裂方式，随着信噪比的提高和译码路径列表容量L的增加，本实施例在误帧率性能上有较明显的优势。从图5可以看出，在每一个码字节点上，本实施例在几乎所有位置的码字节点上，译码路径的平均分裂次数都低于固定1比特翻转分裂的次数，大大降低了译码的复杂度。
本发明的另一实施例是一种存储介质，包括存储在该存储介质中的程序，在所述程序运行时控制所述存储介质所在的设备执行上述任一技术方案所述的极化码SSCL译码的路径分裂方法。存储介质可以包括易失性存储器(volatile memory)，例如随机存取存储器(random-access memory，RAM)；存储介质也可以包括非易失性存储器(non-volatilememory)，例如快闪存储器(flash memory)，硬盘(hard disk drive，HDD)或固态硬盘(solid-state drive，SSD)；存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
本发明的又一实施例是一种处理器，用于运行程序，所述程序运行时执行上述任一技术方案所述的基于极化码SSCL译码的路径分裂方法。处理器可以是中央处理器(central processing unit，CPU)，网络处理器(network processor，NP)或者CPU和NP的组合。
处理器还可以进一步包括硬件芯片。上述硬件芯片可以是专用集成电路(application-specific integrated circuit，ASIC)，可编程逻辑器件(programmablelogic device，PLD)或其组合。上述PLD可以是复杂可编程逻辑器件(complexprogrammable logic device，CPLD)，现场可编程逻辑门阵列(field-programmable gatearray，FPGA)，通用阵列逻辑(generic array logic,GAL)或其任意组合。
可选的，存储介质可以和处理器集成在一起。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。
Claims (5)
1.一种极化码SSCL译码路径分裂方法，其特征在于，包括：
给定用于传输的极化码(N，K)，其中N为码长，K为信息位个数，构造极化码信息位位置，将信息容量高的前K个码位作为信息位，其余为冻结位，形成组合码字节点，设置译码列表用于存放候选译码路径的容量L；
从根节点开始逐层译码，在当前层的码字节点处，在相应的所述候选译码路径中选取最大的路径度量值作为阈值；每条候选译码路径根据该码字节点各比特置信似然值进行硬判决译码，并对该码字节点所包含的比特按置信似然值由小到大依次进行翻转，每次翻转分裂出两条译码路径；将分裂后得到的各译码路径的路径度量值与所述阈值比较，路径度量值大于所述阈值的译码路径终止分裂，小于所述阈值的译码路径按照路径置信度量值从小到大进行排序，选取前L条作为新的候选译码路径更新所述译码列表；当译码列表中所有译码路径的路径度量值均大于当前的阈值时，对当前码字节点的路径分裂迭代终止。
2.根据权利要求1所述的极化码SSCL译码路径分裂方法，其特征在于，所述组合码字节点包括码字0节点和码字1节点，所述码字0节点由冻结位凝结而成，传输固定比特0；所述码字1节点由信息位凝结而成，传输消息比特。
3.根据权利要求1所述的极化码SSCL译码路径分裂方法，其特征在于，所述分裂后得到的各译码路径的路径度量值满足：
其中，PM的上角标表示新分裂出的译码路径，0表示分裂出的最优路径，1表示次优路径；下角标表示第c条路径的第k次分裂迭代；αi表示最小置信比特位i对应的似然值。
4.一种存储介质，其特征在于：包括存储在该存储介质中的程序，在所述程序运行时控制所述存储介质所在的设备执行权利要求1～3任一项所述的极化码SSCL译码路径分裂方法。
5.一种处理器，其特征在于：所述处理器用于运行程序，所述程序运行时执行权利要求1～3任一项所述的极化码SSCL译码路径分裂方法。
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