CN110768680A - 一种scl剪枝技术联合球形列表译码的方法及装置 - Google Patents

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    • H04L1/0056—Systems characterized by the type of code used
    • H04L1/0061—Error detection codes

Abstract

本发明属于移动通信技术领域，具体涉及一种SCL剪枝技术联合球形列表译码的方法，该方法包括：采用综合检测串行抵消列表译码的方式从第一个比特开始解码至第M个比特；采用列表球型译码方式从第M+1个比特开始解码至最后一个比特；综合检测串行抵消列表译码器和列表球型译码器同时开始译码；采用CRC校验两种译码的码字，最后得到译码结果；采用本发明的译码方法不仅降低了时延性，而且降低了译码的时间复杂度，提高了译码的效率。

Description

一种SCL剪枝技术联合球形列表译码的方法及装置
技术领域
本发明属于移动通信技术领域，具体涉及一种SCL剪枝技术联合球形列表译码的方法及装置。
背景技术
极化码的设计核心理论是对信道的极化方案，来提高截止速率。信道极化过程主要包括两部分：信道联合过程和信道分裂过程。通过信道联合和信道分裂，各个子信道的二进制对称容量将呈现两极分化形式。随着信道联合数的增加，一部信道的容量趋近于1，而另一部分趋近于0。正是利用这种极化现象，一般用趋近于1的信道传送信息，而趋近于0为冻结位，信息一般为0。理论推导证明，随着码长N趋于无穷大，极化码是一种可以达到香农信道容量的理想码字。SC(Successive Cancellation，串行消除)译码是最早提出的极化码译码方法，它可以被看做是一种树的遍历。在SC译码中，以深度优先的方式访问码树的节点，所以采用这种方式会有不小的时间复杂度。所以对不必要的子树进行修剪是提高SC译码性能的关键，即在满足特定条件时可以停止子树的遍历，从而降低时间复杂度。
现有技术中对于译码的方法有很多，例如CN201810324133.2《基于连续消除列表译码和列表球型译码的联合译码方法及装置》这篇专利，在这篇专利中指出了采用连续消除列表译码方式从第一个比特开始解码至第M个比特，采用列表球型译码方式从第最后一个比特开始解码至第M+1个比特；在匹配阶段，分别选中连续消除列表中的一个路径i和列表球型译码的列表中的一个路径j进行匹配，并计算匹配合成的码字于接收码字之间的欧式距离，选取欧式距离最小的一个码字作为解码方法的输出。这篇专利通过采用两种方法进行译码，提高了译码效率。
但是连续消除列表译码是一种复杂度和时延性很高的译码方法，采用这种方法进行译码会造成时间复杂度高的问题。
发明内容
为解决上现有技术的问题，本发明提出了一种SCL剪枝技术联合球形列表译码的方法，该方法步骤如下：
S1：将长度为N的码字{u1,u2,…,uM,…,uN}以分段点uM划分为两段码字，对两段码字分别进行译码；
S2：对码字{u1,u2,…,uM}采用SC-SCL译码；
在进行SC-SCL译码时，激活SC译码器；当已激活的SC译码器的个数l<L时，执行SCL译码；
当译码器运行到一个SC译码器的节点
Figure BDA0002258883790000021
和另一个SC译码器的
Figure BDA0002258883790000022
节点时，判断已激活的SC译码器的节点是否同时满足综合检测；其中两个节点
Figure BDA0002258883790000024
为两个不同SC译码器的相同位置节点；
若满足综合检测，则将满足综合检测的SC译码器的
Figure BDA0002258883790000025
较小的路径直接译码，得到较小的路径译码结果；将另一条
Figure BDA0002258883790000027
较大的路径继续进行SCL译码，得到
Figure BDA0002258883790000028
较大的路径译码结果；通过CRC校验的方式选出两条路径的最优结果；当已激活的SC译码器个数达到LS时，停止激活新的SC译码器；完成对已激活的SC译码器的译码；
若不同时满足综合检测，即只有一个已激活的SC译码器满足综合检测，直接得到译码的结果，同时停止译码；
当激活的SC译码器的个数l＝L时，停止激活新的SC译码器；完成对已激活的SC译码器的译码，译码中进行综合检测；
若满足综合检测，则将满足综合检测的SC译码器的
Figure BDA0002258883790000029
较小的路径直接译码，得到
Figure BDA00022588837900000210
较小的路径译码结果；将另一条
Figure BDA00022588837900000211
较大的路径继续进行SCL译码，得到
Figure BDA00022588837900000212
较大的路径译码结果；通过CRC校验的方式选出两条路径的最优结果；终止已经激活的SC译码器的译码，同时不激活新的SC译码器，完成已激活的SC译码器译码；
若不同时满足综合检测，即只有一个已激活的SC译码器满足综合检测，直接得到译码的结果，同时停止译码；
S3：对码字{uM+1,uM+2,…,uN}使用LSD译码，得到LD条译码结果，其中L＝LD；
S4：对结果的LS条路径和LD条路径进行组合，并通过CRC校验的码字为最终译码结果。
优选的，所述综合检测包括：极化码为(N,K)，其中N为码长，K为信息比特位数；极化码(N,K)对应的奇偶校验矩阵H为(N-K)×N的二进制矩阵；若向量x满足xHT＝0,则满足综合检测；若向量x不满足xHT＝0，则不满足综合计检测。
进一步的，所述译码结果为：
优选的，SC-SCL译码和LSD译码采用并行译码的方式进行译码。
一种SCL剪枝技术联合球形列表译码的装置，所述装置包括：码字输入模块，分段点选取模块，综合检测串行抵消列表译码器，列表球型译码器，译码匹配模块，译码显示器；
所述码字输入模块用于输入码字，并将输入的码字发送给分段点选取模块；
所述分段点选取模块，用于对输入的码字进行分段点uM的选取；其中分段点的选取包括：选取2N/3这个点，当2N/3不为整数时，将2N/3向上取整，得到整数M，并将分段点uM前的码字发送给综合检测串行抵消列表译码器，分段点uM后的码字发送给列表球型译码器；
所述综合检测串行抵消列表译码器，用于对分段点uM前的极化码进行译码；其中综合检测串行抵消列表译码器包括SC译码器个数激活模块，综合检测判断模块，译码发送模块；
所述SC译码器个数激活模块用于激活SC译码器，根据发送的码字长度确定激活SC译码器的个数；当已激活的SC译码器的个数l<L时，执行SCL译码，并且在执行完一个已激活的SC译码器时，激活下一个SC译码器；当已激活的SC译码器的个数l＝L时，执行SCL译码，在执行完第L个已激活的SC译码器后不再激活下一个SC译码器；
所述综合检测判断模块用于判断译码过程中两个已激活的SC译码器中相同位置的节点是否满足综合检测；若满足综合检测，则满足综合检测的SC译码器的
Figure BDA0002258883790000042
较小的路径直接译码，得到
Figure BDA0002258883790000043
较小的路径译码结果；另一条较大的路径继续进行SCL译码，得到
Figure BDA0002258883790000045
较大的路径译码结果；通过CRC校验的方式选出两条路径的最优结果；若不同时满足综合检测，即只有一个已激活的SC译码器满足综合检测，直接得到译码的结果，同时停止译码；
所述译码发送模块用于将得到译码的结果发送给译码匹配模块；
所述列表球型译码器，用于对分段点选取模块发送的分段点uM以后的极化码进行译码，采用列表球型译码方式从第M+1个比特开始解码至最后一个比特，并将译码的结果发送给译码匹配模块；
所述译码匹配模块，用于分别选中综合检测串行抵消列表译码列表中的一个路径i和列表球型译码列表中的一个路径j进行匹配，采用CRC校验两种译码的码字，最后得到译码结果，将译码结果发送给译码显示器；
其中，CRC表示循环冗余校验；
所述译码显示器用于显示译码结果。
优选的，所述综合检测串行抵消列表译码器和列表球型译码器同时译码。
本发明通过对SCL译码方法的改进得到了SC-SCL译码方法，这种方法不仅提高了译码的效率，而且还降低了SCL译码的时间复杂度。
附图说明
图1是本发明的SC-SCL译码节点
Figure BDA0002258883790000046
满足综合检测时的结构图；
图2是本发明的SC-SCL译码节点
Figure BDA0002258883790000051
不满足综合检测时的结构图；
图3是本发明的未出现同时满足综合检测时的误帧率比较图；
图4是本发明的出现相同点同时满足综合检测时的误帧率比较图；
图5是本发明的码长1024的不同译码方法误帧率比较图。
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、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。
本发明为一种SCL剪枝技术联合球形列表译码的方法，如图1所示，所述方法步骤包括：
S1：将长度为N的码字{u1,u2,…,uM,…,uN}以分段点uM划分为两段码字，对两段码字分别进行译码；
S2：对码字{u1,u2,…,uM}使用SC-SCL译码，其中L＝LS；若节点同时满足综合检测，得到LS条译码结果；若节点
Figure BDA0002258883790000053
中任一个节点不满足综合检测，得到唯一结果，即LS＝1；
S3：对码字{uM+1,uM+2,…,uN}使用LSD译码，得到LD条译码结果，其中L＝LD；
S4：对结果的LS条路径和LD条路径进行组合，并通过CRC校验的码字为最终译码结果。
其中，l1表示已激活的SC译码器的编号，l2表示已激活的SC译码器的另一个编号，LS表示由SC-SCL译码得到的结果，LD表示由LSD译码得到的结果，SC-SCL表示综合检测串行抵消列表，LSD表示球型列表，CRC表示循环冗余校验。
对于步骤1所述的分段点，选取2N/3这个点为分段点，当2N/3不为整数时，将2N/3向上取整，得到整数M。
对于步骤2所述的SC-SCL译码包括：
在进行SC-SCL译码时，激活SC译码器；当已激活的SC译码器的个数l<L时，执行SCL译码；
当译码器运行到一个SC译码器的节点
Figure BDA0002258883790000061
和另一个SC译码器的
Figure BDA0002258883790000062
节点时，判断已激活的SC译码器的节点
Figure BDA0002258883790000063
是否满足综合检测；其中两个节点
Figure BDA0002258883790000064
为两个不同SC译码器的相同位置节点；
若满足综合检测，则将满足综合检测的SC译码器的
Figure BDA0002258883790000065
较小的路径直接译码，得到
Figure BDA0002258883790000066
较小的路径译码结果；将另一条
Figure BDA0002258883790000067
较大的路径继续进行SCL译码，得到
Figure BDA0002258883790000068
较大的路径译码结果；通过CRC校验的方式选出两条路径的最优结果；当已激活的SC译码器个数达到LS时，停止激活新的SC译码器；完成对已激活的SC译码器的译码；
如图2所示，若未出现同时满足综合检测的情况，由于只有1个已激活的SC译码器满足综合检测，所以最终的结果可直接由此SC译码器得到，相比于传统SC译码器，此时SC-SCL译码不需要继续完成此SC的译码，译码结果可直接得到，SC-SCL译码只有唯一的结果，时间复杂度极大降低，性能得到明显改善。
当激活的SC译码器的个数l＝L时，停止激活新的SC译码器；完成对已激活的SC译码器的译码，译码中进行综合检测；
若满足综合检测，则将满足综合检测的SC译码器的
Figure BDA00022588837900000610
较小的路径直接译码，得到
Figure BDA00022588837900000611
较小的路径译码结果；将另一条
Figure BDA00022588837900000612
较大的路径继续进行SCL译码，得到
Figure BDA00022588837900000613
较大的路径译码结果；通过CRC校验的方式选出两条路径的最优结果；终止已经激活的SC译码器的译码，同时不激活新的SC译码器，完成已激活的SC译码器译码；
若不同时满足综合检测，即只有一个已激活的SC译码器满足综合检测，直接得到译码的结果，同时停止译码；
其中，SC表示串行消除，PM表示路径度量值，MV表示在译码到节点V时已完成的译码码字个数，l表示第l个激活的SC译码器。
采用SC-SCL译码的结果为：
Figure BDA0002258883790000071
其中表示第l个译码器中第MV个码字的译码结果，
Figure BDA0002258883790000073
表示第l个SC译码器中硬判决，i表示译码树的第i层，表示译码生成的多项式，NV表示在V这个节点下还未完成的译码个数。
对于步骤3所述的LSD译码，对{uM+1,uM+2,…,uN}使用LSD译码，LSD译码有固定的时间复杂度，每编译一个码字都需要重新估计比特值，这个比特值为0或者为1；即若存在L组码字候选时，每次译码更新后产生2L组候选路径，其中丢弃一半的路径，没有涉及半径，最终得到LD条候选路径。
对于步骤4对得到的LS和LD条路径进行两两组合。选出通过CRC校验的码字作为最终译码结果。由于两种译码方法同时进行，从而降低原始的译码时间，改进后的方法中，进行译码所需的时间为：
t＝MAX(tSC-SCL,tLSD)
其中MAX表示选取最大值，tSC-SCL表示SC-SCL译码所用的时间，tLSD表示LSD译码所需要的时间。
如图3所示，对长码字采用ESSCL(Early Stopping Successive CancellationList，早期停止串行抵消列表)译码和SC-SCL译码，若未出现不同节点
Figure BDA0002258883790000075
同时满足综合检测时，其性能和现在应用最广的CA-SCL(CyclicRedundancy Check Aided Successive Cancellation List，循环冗余协助下的串行抵消列表)译码性能相当。
如图4所示，当节点同时满足综合检测时，ESSCL译码的误帧率明显高于CA-SCL和SC-SCL，且极为不可靠。因此，所提出的SC-SCL译码方法能改善ESSCL译码的缺陷。
所述综合检测包括：对于极化码(N,K)其中N为码长，K为信息比特位数。对应的奇偶校验矩阵H为(N-K)×N的二进制矩阵。若向量x满足xHT＝0,则满足综合检测；若向量x不满足xHT＝0，则不满足综合计检测。
如图5所示，在相同的情况下，采用SC-SCL译码和LSD译码的性能明显优于SC、SCL和LSD译码，虽然相比于CA-SCL在高信噪比时，有一定的性能损失，如在信噪比为2dB时，有约0.4dB的性能损失，但由于此方法的并行特性，可极大的降低译码复杂度。
如表1所示，给出(512，256)的极化码，且LS＝LD＝4，M＝342时，分进行CA-SCL、SC-SCL和LSD、LSD译码所需的加法次数，乘法次数，比较次数。虽然SC-SCSL加入了CRC会在高信噪比时，有轻微的性能损失，但却降低了50％-55％的时间复杂度。
Figure BDA0002258883790000081
表1码长512时几种译码方法运算器次数
从表中可以看出SC-SCL和LSD译码实际所需要的运算时间为12292次计算所需时间，节省时间约为CA-SCL译码的50％。
一种SCL剪枝技术联合球形列表译码的装置，所述装置包括：码字输入模块，分段点选取模块，综合检测串行抵消列表译码器，列表球型译码器，译码匹配模块，译码显示器；
所述码字输入模块用于输入码字，并将输入的码字发送给分段点选取模块；
所述分段点选取模块，用于对输入的码字进行分段点uM的选取；其中分段点的选取包括：选取2N/3这个点，当2N/3不为整数时，将2N/3向上取整，得到整数M，并将分段点uM前的码字发送给综合检测串行抵消列表译码器，分段点uM后的码字发送给列表球型译码器；
所述综合检测串行抵消列表译码器，用于对分段点uM前的极化码进行译码；其中综合检测串行抵消列表译码器包括SC译码器个数激活模块，综合检测判断模块，译码发送模块；
所述SC译码器个数激活模块用于激活SC译码器，根据发送的码字长度确定激活SC译码器的个数；当已激活的SC译码器的个数l<L时，执行SCL译码，并且在执行完一个已激活的SC译码器时，激活下一个SC译码器；当已激活的SC译码器的个数l＝L时，执行SCL译码，在执行完第L个已激活的SC译码器后不再激活下一个SC译码器；
所述综合检测判断模块用于判断译码过程中两个已激活的SC译码器中相同位置的节点
Figure BDA0002258883790000091
是否满足综合检测；若满足综合检测，则满足综合检测的SC译码器的较小的路径直接译码，得到较小的路径译码结果；另一条
Figure BDA0002258883790000094
较大的路径继续进行SCL译码，得到
Figure BDA0002258883790000095
较大的路径译码结果；通过CRC校验的方式选出两条路径的最优结果；若不同时满足综合检测，即只有一个已激活的SC译码器满足综合检测，直接得到译码的结果，同时停止译码；
所述译码发送模块用于将得到译码的结果发送给译码匹配模块；
所述列表球型译码器，用于对分段点选取模块发送的分段点uM以后的极化码进行译码，采用列表球型译码方式从第M+1个比特开始解码至最后一个比特，并将译码的结果发送给译码匹配模块；
所述译码匹配模块，用于分别选中综合检测串行抵消列表译码列表中的一个路径i和列表球型译码列表中的一个路径j进行匹配，采用CRC校验两种译码的码字，最后得到译码结果，将译码结果发送给译码显示器；
其中，CRC表示循环冗余校验；
所述译码显示器用于显示译码结果。
综合检测串行抵消列表译码器和列表球型译码器同时译码。
以上所举实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所举实施例仅为本发明的优选实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种SCL剪枝技术联合球形列表译码的方法，其特征在于，所述方法步骤包括：
S1：将长度为N的码字{u1,u2,…,uM,…,uN}以分段点uM划分为两段码字，对两段码字分别进行译码；
S2：对码字{u1,u2,…,uM}采用SC-SCL译码；得到LS条译码结果；
在进行SC-SCL译码时，激活SC译码器；当已激活的SC译码器的个数l<L时，执行SCL译码；
当译码器运行到一个SC译码器的节点
Figure FDA0002258883780000011
和另一个SC译码器的
Figure FDA0002258883780000012
节点时，判断已激活的SC译码器的节点 是否同时满足综合检测；其中
两个节点
Figure FDA0002258883780000016
为两个不同SC译码器的相同位置节点；
若满足综合检测，则将满足综合检测的SC译码器的较小的路径直接译码，得到
Figure FDA0002258883780000018
较小的路径译码结果；将另一条
Figure FDA0002258883780000019
较大的路径继续进行SCL译码，得到
Figure FDA00022588837800000110
较大的路径译码结果；通过CRC校验的方式选出两条路径的最优结果；当已激活的SC译码器个数达到LS时，停止激活新的SC译码器；完成对已激活的SC译码器的译码；
若不同时满足综合检测，即只有一个已激活的SC译码器满足综合检测，直接得到译码的结果，同时停止译码；
当激活的SC译码器的个数l＝L时，停止激活新的SC译码器；完成对已激活的SC译码器的译码，译码中进行综合检测；
若满足综合检测，则将满足综合检测的SC译码器的
Figure FDA00022588837800000111
较小的路径直接译码，得到
Figure FDA00022588837800000112
较小的路径译码结果；将另一条
Figure FDA00022588837800000113
较大的路径继续进行SCL译码，得到较大的路径译码结果；通过CRC校验的方式选出两条路径的最优结果；终止已经激活的SC译码器的译码，同时不激活新的SC译码器，完成已激活的SC译码器译码；
若不同时满足综合检测，即只有一个已激活的SC译码器满足综合检测，直接得到译码的结果，同时停止译码；
S3：对码字{uM+1,uM+2,…,uN}采用LSD译码，得到LD条译码结果，其中L＝LD；
S4：对结果的LS条路径和LD条路径进行组合，并通过CRC校验码字得到最终译码结果；
其中，L表示SC译码器的个数，SC表示串行消除，PM表示路径度量值，MV表示在译码到节点V时已完成的译码码字个数，l1表示已激活的SC译码器的编号，l2表示已激活的SC译码器的另一个编号，l表示第l个激活的SC译码器，LS表示由SC-SCL译码得到的结果，LD表示由LSD译码得到的结果，SC-SCL表示综合检测串行抵消列表，LSD表示球型列表，CRC表示循环冗余校验。
2.根据权利要求1所述的一种SCL剪枝技术联合球形列表译码的方法，其特征在于，所述综合检测包括：极化码为(N,K)，其中N为码长，K为信息比特位数；极化码(N,K)对应的奇偶校验矩阵H为(N-K)×N的二进制矩阵；若向量x满足xHT＝0,则满足综合检测；若向量x不满足xHT＝0，则不满足综合计检测；
其中，T表示矩阵H的转置。
3.根据权利要求1所述的一种SCL剪枝技术联合球形列表译码的方法，其特征在于，所述译码结果为：
Figure FDA0002258883780000021
其中，
Figure FDA0002258883780000022
表示第l个译码器中第MV个码字的译码结果，
Figure FDA0002258883780000023
表示第l个SC译码器中硬判决，i表示译码树的第i层，
Figure FDA0002258883780000024
表示译码生成的多项式，Nv表示在V这个节点下还未完成的译码个数。
4.根据权利要求1所述的一种SCL剪枝技术联合球形列表译码的方法，其特征在于，所述SC-SCL译码和LSD译码同时进行。
5.一种SCL剪枝技术联合球形列表译码的装置，其特征在于，所述装置包括：码字输入模块，分段点选取模块，综合检测串行抵消列表译码器，列表球型译码器，译码匹配模块，译码显示器；
所述码字输入模块用于输入码字，并将输入的码字发送给分段点选取模块；
所述分段点选取模块，用于对输入的码字进行分段点uM的选取；其中分段点的选取包括：选取2N/3这个点，当2N/3不为整数时，将2N/3向上取整，得到整数M，并将分段点uM前的码字发送给综合检测串行抵消列表译码器，分段点uM后的码字发送给列表球型译码器；
所述综合检测串行抵消列表译码器，用于对分段点uM前的极化码进行译码；其中综合检测串行抵消列表译码器包括SC译码器个数激活模块，综合检测判断模块，译码发送模块；
所述SC译码器个数激活模块用于激活SC译码器，根据发送的码字长度确定激活SC译码器的个数；当已激活的SC译码器的个数l<L时，执行SCL译码，并且在执行完一个已激活的SC译码器时，激活下一个SC译码器；当已激活的SC译码器的个数l＝L时，执行SCL译码，在执行完第L个已激活的SC译码器后不再激活下一个SC译码器；
所述综合检测判断模块用于判断译码过程中两个已激活的SC译码器中相同位置的节点
Figure FDA0002258883780000031
是否满足综合检测；若满足综合检测，则满足综合检测的SC译码器的
Figure FDA0002258883780000033
较小的路径直接译码，得到
Figure FDA0002258883780000034
较小的路径译码结果；另一条
Figure FDA0002258883780000035
较大的路径继续进行SCL译码，得到
Figure FDA0002258883780000036
较大的路径译码结果；通过CRC校验的方式选出两条路径的最优结果；若不同时满足综合检测，即只有一个已激活的SC译码器满足综合检测，直接得到译码的结果，同时停止译码；
所述译码发送模块用于将得到译码的结果发送给译码匹配模块；
所述列表球型译码器，用于对分段点选取模块发送的分段点uM以后的极化码进行译码，采用列表球型译码方式从第M+1个比特开始解码至最后一个比特，并将译码的结果发送给译码匹配模块；
所述译码匹配模块，用于分别选中综合检测串行抵消列表译码列表中的一个路径i和列表球型译码列表中的一个路径j进行匹配，采用CRC校验两种译码的码字，最后得到译码结果，将译码结果发送给译码显示器；
其中，CRC表示循环冗余校验；
所述译码显示器用于显示译码结果。
6.根据权利要求5所述的一种SCL剪枝技术联合球形列表译码的装置，其特征在于，所述综合检测串行抵消列表译码器和列表球型译码器同时译码。
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