CN110830051A - 一种译码方法和装置 - Google Patents

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CN110830051A CN201810890586.1A CN201810890586A CN110830051A CN 110830051 A CN110830051 A CN 110830051A CN 201810890586 A CN201810890586 A CN 201810890586A CN 110830051 A CN110830051 A CN 110830051A
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Abstract

本申请公开了一种快速译码方法和装置，其中方法包括：对于译码树中需要进行译码处理的Rate‑1节点上的每个比特，确定是否满足预设的路径分裂条件；该条件为：当前前L‑1条路径度量值最小的候选译码路径中存在路径满足：
Figure DDA0001756286340000011
其中，i为比特编号，0≤l＜L‑1，
Figure DDA0001756286340000012
为比特i在路径l对应的对数似然值，
Figure DDA0001756286340000013
为比特i‑1在路径l上的路径度量值，
Figure DDA0001756286340000014
为比特i‑1在路径L‑1上的路径度量值；当满足所述条件时，采用路径分裂的方式，确定当前的L条候选译码路径，以及所述比特i在每条候选译码路径对应的比特值；当不满足所述条件时，对于所有所述Rate‑1节点上未经译码处理的每个比特，采用硬判决的方式，确定该比特在当前每条候选译码路径对应的比特值。采用本发明，有利于提高译码效率。

Description

一种译码方法和装置
技术领域
本发明涉及移动通信技术，特别是涉及一种译码方法和装置。
背景技术
极化码(Polar code)是目前仅有的一种被严格数学证明，在码长足够长时能够实现香农信道容量的信道编码方式。极化码通过信道的组合和拆分可以将N个独立的有相同参数的信道变成N个具有相关性、且信道容量分布发生变化的信道，信道总容量保持不变。经过极化后信道容量发生极化现象：一部分信道容量增大，一部分信道容量减少。通过在容量大的信道传输信息比特，在容量小的信道上传输发送端和接收端已知的冻结比特，从而减少噪声干扰等对通信系统性能的影响，提高系统的编码可靠性。目前极化码已经采用到第5代移动通信系统中了。
串行抵消列表(Successive Cancellation List，SCL)算法是一种常用的极化码的译码算法，是对串行抵消(Successive cancellation，SC)算法的改进。它能有效降低SC译码算法中存在错误扩散而产生的极化码误码性能，尤其是在中短长度的码字。但是SCL译码是通过付出更高一些的译码复杂度，来提高极化码的译码性能的。当使用SC译码时每比特在译码时只选取唯一的一条路径度量值最小的作为译码路径，而当使用SCL译码时，每比特在译码时选取小于或等于L(L一般为2的幂次方)条路径度量值较小的译码路径作为候选路径，这里L表示每个比特处保留的路径数，最终在L条路径中选择一条最优的，从而使得译码性能得到提升。
针对SCL算法复杂度的问题，目前学术界给出了多种性能等价的优化算法。如Seyyed Ali Hashemi等人提出的快速简化串行抵消列表算法(Fast SimplifiedSuccessive Cancellation List，FSSCL)能够将SCL算法的复杂度降低，但性能上没有任何损失。FSSCL算法充分利用了极化码的递归结构以及信息比特和冻结比特的位置等特性，定义了Rate zero(Rate-0)节点、Rate one(Rate-1)节点和Repetition(Rep)节点等三种节点。其中Rate-0节点只含冻结比特，Rate-1节点中只包含信息比特，Rep节点中只包含一个信息比特，且信息比特的位置在最右端。图1所示为一译码树的示意图，三角形表示Rep节点，白色圆圈代表Rate-0节点，黑色圆圈代表Rate-1节点。
在每一层中每个节点对应的每条路径相应的对数似然值(logarithmiclikelihood ratio，LLR)表示为
Figure BDA0001756286320000021
这里，Nv为第v层上每个节点包含的比特数，Nv＝2v，0≤l＜L，l为路径编号，L为译码树中的路径数，v为译码树中的层编号，i为单个节点上的比特编号，0≤i＜Nv，
Figure BDA0001756286320000022
为比特i在路径l对应的对数似然值。将父节点上的对数似然值传递给子节点后，子节点将比特值
Figure BDA0001756286320000023
就返回给父节点。
记每条路径的路径度量值为0≤l＜L，0≤i＜Nv(路径度量值一般是按照由小到大的顺序排列的，则有
Figure BDA0001756286320000025
)。
对于Rate-0节点，相应的路径度量值由下式给出：
Figure BDA0001756286320000026
对于Rep节点，相应的路径度量值由下式给出：
Figure BDA0001756286320000027
对于Rate-1节点，相应的路径度量值由下式给出：
Figure BDA0001756286320000028
其中，sgn()为符号函数，
Figure BDA0001756286320000029
Seyyed Ali Hashemi在文献中基于如下结论，对Rate-1节点的译码过程进行了优化：如果L-1＜Nv，则逐步估计完成L-1次比特值之后，每条路径将不会再发生分裂，剩余的比特值可通过硬判决的方式得出，即：
Figure BDA0001756286320000031
如果L-1≥Nv，则需逐步估计每个比特值。注意逐步求解每个比特值时，是按照对数似然值的从小到大的顺序求解出对应位置的比特值的。
发明人通过研究分析发现：在实际应用中，采用Seyyed Ali Hashemi提出的上述优化方案进行译码时，对于Rate-1节点，在逐步估计每个比特值时，可能会出现：不需要执行min(L-1，Nv)次，L条路径就不再发生分裂了，而当路径不再分裂后，还未估计的比特值可直接通过硬判决方式得出，此时如果再采用路径分裂的方式确定比特值，则会增加译码复杂度，进而降低译码效率。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种译码方法和装置，有利于提高译码效率。
为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：
一种快速译码方法，包括：
对于译码树中需要进行译码处理的Rate-1节点上的每个比特，接收端设备确定是否满足预设的路径分裂条件；所述路径分裂条件为：当前前L-1条路径度量值最小的候选译码路径中存在路径满足：
Figure BDA0001756286320000032
其中，所述译码树为当前极化码编码结构对应的译码树，i为比特编号，0≤l＜L-1，
Figure BDA0001756286320000033
为比特i在路径l对应的对数似然值，
Figure BDA0001756286320000034
为比特i-1在路径l上的路径度量值，
Figure BDA0001756286320000035
为比特i-1在路径L-1上的路径度量值；
当满足所述路径分裂条件时，所述接收端设备采用路径分裂的方式，确定当前的L条候选译码路径，以及所述比特i在每条候选译码路径对应的比特值；
当不满足所述路径分裂条件时，对于所有所述Rate-1节点上未经译码处理的每个比特，所述接收端设备采用硬判决的方式，确定该比特在当前每条候选译码路径对应的比特值。
较佳地，所述确定当前的L条候选译码路径，以及所述比特i在每条候选译码路径对应的比特值包括：
对于当前的L条候选译码路径中的每条路径l，按照
Figure BDA0001756286320000041
Figure BDA0001756286320000042
将该路径l分裂为2条路径，得到路径(l，0)和路径(l，1)；其中，
Figure BDA0001756286320000043
为比特i在当前候选译码路径(l，0)对应的候选比特值，
Figure BDA0001756286320000044
为比特i在当前候选译码路径(l，1)对应的候选比特值，
Figure BDA0001756286320000045
为比特i在当前候选译码路径(l，0)的候选路径度量值，
Figure BDA0001756286320000046
为比特i在当前候选译码路径(l，1)的候选路径度量值，
Figure BDA0001756286320000047
为比特i-1在当前候选译码路径l的路径度量值；
从所述L条候选译码路径分裂后得到的2L条路径中，选择出L条路径度量值最小的路径作为当前的L条候选译码路径；
对于所选择出的每条候选译码路径，将比特i在该路径对应的候选比特值确定为比特i在该路径对应的比特值，将比特i在该路径的候选路径度量值确定为比特i在该路径的路径度量值。
较佳地，所述接收端设备采用硬判决的方式，确定该比特在当前每条候选译码路径对应的比特值包括：
对于所有所述Rate-1节点上未经译码处理的每个比特，所述接收端设备按照确定该比特在当前每条候选译码路径对应的比特值，其中，
Figure BDA0001756286320000051
为比特i在路径l对应的比特值。
一种快速译码装置，设于接收端设备中，包括：
判断单元，用于对于译码树中需要进行译码处理的Rate-1节点上的每个比特，确定是否满足预设的路径分裂条件；所述路径分裂条件为：当前前L-1条路径度量值最小的候选译码路径中存在路径满足：其中，所述译码树为当前极化码编码结构对应的译码树，i为比特编号，0≤l＜L-1，
Figure BDA0001756286320000053
为比特i在路径l对应的对数似然值，
Figure BDA0001756286320000054
为比特i-1在路径l上的路径度量值，
Figure BDA0001756286320000055
为比特i-1在路径L-1上的路径度量值；
分裂处理单元，用于当满足所述路径分裂条件时，所述接收端设备采用路径分裂的方式，确定当前的L条候选译码路径，以及所述比特i在每条候选译码路径对应的比特值；
硬判决处理单元，用于当不满足所述路径分裂条件时，对于所有所述Rate-1节点上未经译码处理的每个比特，所述接收端设备采用硬判决的方式，确定该比特在当前每条候选译码路径对应的比特值。
较佳地，所述分裂处理单元，用于对于当前的L条候选译码路径中的每条路径l，按照
Figure BDA0001756286320000056
Figure BDA0001756286320000057
将该路径l分裂为2条路径，得到路径(l，0)和路径(l，1)；其中，
Figure BDA0001756286320000058
为比特i在当前候选译码路径(l，0)对应的候选比特值，为比特i在当前候选译码路径(l，1)对应的候选比特值，
Figure BDA00017562863200000510
为比特i在当前候选译码路径(l，0)的候选路径度量值，
Figure BDA00017562863200000511
为比特i在当前候选译码路径(l，1)的候选路径度量值，
Figure BDA00017562863200000512
为比特i-1在当前候选译码路径l的路径度量值；从所述L条候选译码路径分裂后得到的2L条路径中，选择出L条路径度量值最小的路径作为当前的L条候选译码路径；对于所选择出的每条候选译码路径，将比特i在该路径对应的候选比特值确定为比特i在该路径对应的比特值，将比特i在该路径的候选路径度量值确定为比特i在该路径的路径度量值。
较佳地，所述硬判决处理单元，用于对于所有所述Rate-1节点上未经译码处理的每个比特，按照
Figure BDA0001756286320000061
确定该比特在当前每条候选译码路径对应的比特值，其中，为比特i在路径l对应的比特值。
综上所述，本发明提出的译码方法和装置，当前路径度量值最小的前L-1条路径中不存在路径满足：
Figure BDA0001756286320000063
0≤l＜L-1时，直接采用硬判决的方式确定剩余的其他比特在当前每条路径对应的比特值。这样，当路径不再分裂后，对于还未估计的比特值不再采用路径分裂的方式确定比特值，而是直接通过硬判决方式得出，因此，可以大幅度提高译码效率。
附图说明
图1为译码树示意图；
图2为本发明实施例的方法流程示意图；
图3为本发明实施例的方法流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步地详细描述。
发明人通过研究分析发现，路径不再分裂的判决条件为当前路径度量值最小的前L-1条路径中不存在路径满足：
Figure BDA0001756286320000064
0≤l＜L-1。该结论的证明如下：
首先，每条路径的路径度量值的更新公式可以采用下述公式表达：
Figure BDA0001756286320000065
其中，l为路径编号，0≤l＜L，
Figure BDA0001756286320000066
为比特i在路径l对应的路径度量值，
Figure BDA0001756286320000071
为比特i-1在路径l上的路径度量值，为比特i在路径l对应的比特值，为比特i在路径l对应的对数似然值。
接下来，采用反证法来证明路径不再分裂的判决条件：即如果当前路径度量值最小的前L-1条路径中不存在路径满足0≤l＜L-1时，L条路径还将分裂。
根据现有采用路径分裂确定节点上的每个比特在每条路径对应的比特值的方法，如果存在某条路径发生分裂，则该路径必然有
Figure BDA0001756286320000075
这与上述判决条件矛盾。因此，当当前路径度量值最小的前L-1条路径中不存在路径满足
Figure BDA0001756286320000076
时，在比特i处，所有路径都不再发生分裂，所有路径的度量值为
Figure BDA0001756286320000077
另外，由于
Figure BDA0001756286320000078
0≤l＜L-1，剩余的i+1，…，Nv比特处都不会发生路径分裂的情况。
因此，当前L-1条路径度量值最小的路径中不存在路径满足
Figure BDA0001756286320000079
0≤l＜L-1时，L条路径将不再分裂。
基于上述，本发明的核心思想是：在逐步估计每个比特值时，如果判断出此时L条路径将不再分裂，则Rate-1节点上剩余还未估计的比特值可通过硬判决的方式直接给出，如此，相比于现有快速简化串行抵消列表方法，可以进一步提高译码效率。
图2为本发明实施例的方法流程示意图，如图2所示，该实施例实现的快速译码方法主要包括：
步骤201、对于译码树中需要进行译码处理的Rate-1节点上的每个比特，接收端设备确定是否满足预设的路径分裂条件。
所述路径分裂条件为：当前前L-1条路径度量值最小的候选译码路径中存在路径满足：
Figure BDA00017562863200000710
其中，所述译码树为当前极化码编码结构对应的译码树，i为比特编号，0≤l＜L-1，
Figure BDA0001756286320000081
为比特i在路径l对应的对数似然值，
Figure BDA0001756286320000082
为比特i-1(即比特i的前一比特)3在路径l上的路径度量值，
Figure BDA0001756286320000083
为比特i-1在路径L-1上的路径度量值。
本步骤中，与现有方案所不同的是，在处理Rate-1节点上的每个比特时，需要确定是否满足预设的路径分裂条件，即判断当前前L-1条路径度量值最小的候选译码路径中是否存在至少一条路径满足：
Figure BDA0001756286320000084
当不满足路径分裂条件时，说明此时L条路径不再分裂，这样，可以直接采用硬判决的方式确定剩余的比特值，从而可以最大程度的降低译码复杂度，提高译码效率。
步骤202、当满足所述路径分裂条件时，所述接收端设备采用路径分裂的方式，确定当前的L条候选译码路径，以及所述比特i在每条候选译码路径对应的比特值；
当不满足所述路径分裂条件时，对于所有所述Rate-1节点上未经译码处理的每个比特，所述接收端设备采用硬判决的方式，确定该比特在当前每条候选译码路径对应的比特值。
本步骤中，当满足所述路径分裂条件时，接收端设备将采用路径分裂的方式，确定当前的L条候选译码路径，以及比特i在每条候选译码路径对应的比特值，从而完成比特i处的译码处理。
较佳地，可以采用下述方法，按照路径分裂的方式，确定当前的L条候选译码路径，以及所述比特i在每条候选译码路径对应的比特值：
对于当前的L条候选译码路径中的每条路径l，按照
Figure BDA0001756286320000085
Figure BDA0001756286320000086
将该路径l分裂为2条路径，得到路径(l，0)和路径(l，1)；其中，为比特i在当前候选译码路径(l，0)对应的候选比特值，
Figure BDA0001756286320000088
为比特i在当前候选译码路径(l，1)对应的候选比特值，
Figure BDA0001756286320000091
为比特i在当前候选译码路径(l，0)的候选路径度量值，
Figure BDA0001756286320000092
为比特i在当前候选译码路径(l，1)的候选路径度量值，
Figure BDA0001756286320000093
为比特i-1在当前候选译码路径l的路径度量值；
从所述L条候选译码路径分裂后得到的2L条路径中，选择出L条路径度量值最小的路径作为当前的L条候选译码路径；
对于所选择出的每条候选译码路径，将比特i在该路径对应的候选比特值确定为比特i在该路径对应的比特值，将比特i在该路径的候选路径度量值确定为比特i在该路径的路径度量值。
较佳地，接收端设备可以按照下述方法，采用硬判决的方式，确定该比特在当前每条候选译码路径对应的比特值：
对于所有所述Rate-1节点上未经译码处理的每个比特，所述接收端设备按照
Figure BDA0001756286320000094
确定该比特在当前每条候选译码路径对应的比特值，其中，
Figure BDA0001756286320000095
为比特i在候选译码路径l对应的比特值。
利用上述步骤201～203即可实现单个比特的译码处理，在实际应用中，如果比特i之后还有待处理的比特，则在完成比特i处的译码处理后，继续利用上述快速译码方法进行下一比特i+1的译码处理。
图3为与上述方法实施例相对应的快速译码装置结构示意图，该装置设于接收端设备中，如图3所示该装置包括：
判断单元，用于对于译码树中需要进行译码处理的Rate-1节点上的每个比特，确定是否满足预设的路径分裂条件；所述路径分裂条件为：当前前L-1条路径度量值最小的候选译码路径中存在路径满足：
Figure BDA0001756286320000096
其中，所述译码树为当前极化码编码结构对应的译码树，i为比特编号，0≤l＜L-1，
Figure BDA0001756286320000097
为比特i在路径l对应的对数似然值，
Figure BDA0001756286320000098
为比特i-1(即比特i的前一比特)在路径l上的路径度量值，
Figure BDA0001756286320000099
为比特i-1在路径L-1上的路径度量值。
分裂处理单元，用于当满足所述路径分裂条件时，所述接收端设备采用路径分裂的方式，确定当前的L条候选译码路径，以及所述比特i在每条候选译码路径对应的比特值。
硬判决处理单元，用于当不满足所述路径分裂条件时，对于所有所述Rate-1节点上未经译码处理的每个比特，所述接收端设备采用硬判决的方式，确定该比特在当前每条候选译码路径对应的比特值。
较佳地，所述硬判决处理单元，用于对于所有所述Rate-1节点上未经译码处理的每个比特，按照确定该比特在当前每条候选译码路径对应的比特值，其中，
Figure BDA0001756286320000102
为比特i在路径l对应的比特值。
较佳地，所述分裂处理单元，用于对于当前的L条候选译码路径中的每条路径l，按照 将该路径l分裂为2条路径，得到路径(l，0)和路径(l，1)；其中，
Figure BDA0001756286320000105
为比特i在当前候选译码路径(l，0)对应的候选比特值，
Figure BDA0001756286320000106
为比特i在当前候选译码路径(l，1)对应的候选比特值，
Figure BDA0001756286320000107
为比特i在当前候选译码路径(l，0)的候选路径度量值，为比特i在当前候选译码路径(l，1)的候选路径度量值，
Figure BDA0001756286320000109
为比特i-1在当前候选译码路径l的路径度量值；从所述L条候选译码路径分裂后得到的2L条路径中，选择出L条路径度量值最小的路径作为当前的L条候选译码路径；对于所选择出的每条候选译码路径，将比特i在该路径对应的候选比特值确定为比特i在该路径对应的比特值，将比特i在该路径的候选路径度量值确定为比特i在该路径的路径度量值。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，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)

1.一种快速译码方法，其特征在于，包括：
对于译码树中需要进行译码处理的Rate-1节点上的每个比特，接收端设备确定是否满足预设的路径分裂条件；所述路径分裂条件为：当前前L-1条路径度量值最小的候选译码路径中存在路径满足：
Figure FDA0001756286310000011
其中，所述译码树为当前极化码编码结构对应的译码树，i为比特编号，0≤l＜L-1，
Figure FDA0001756286310000012
为比特i在路径l对应的对数似然值，为比特i-1在路径l上的路径度量值，
Figure FDA0001756286310000014
为比特i-1在路径L-1上的路径度量值；
当满足所述路径分裂条件时，所述接收端设备采用路径分裂的方式，确定当前的L条候选译码路径，以及所述比特i在每条候选译码路径对应的比特值；
当不满足所述路径分裂条件时，对于所有所述Rate-1节点上未经译码处理的每个比特，所述接收端设备采用硬判决的方式，确定该比特在当前每条候选译码路径对应的比特值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收端设备采用硬判决的方式，确定该比特在当前每条候选译码路径对应的比特值包括：
对于所有所述Rate-1节点上未经译码处理的每个比特，所述接收端设备按照
Figure FDA0001756286310000015
确定该比特在当前每条候选译码路径对应的比特值，其中，
Figure FDA0001756286310000016
为比特i在路径l对应的比特值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定当前的L条候选译码路径，以及所述比特i在每条候选译码路径对应的比特值包括：
对于当前的L条候选译码路径中的每条路径l，按照
Figure FDA0001756286310000017
Figure FDA0001756286310000021
将该路径l分裂为2条路径，得到路径(l,0)和路径(l,1)；其中，
Figure FDA0001756286310000022
为比特i在当前候选译码路径(l,0)对应的候选比特值，
Figure FDA0001756286310000023
为比特i在当前候选译码路径(l,1)对应的候选比特值，
Figure FDA0001756286310000024
为比特i在当前候选译码路径(l,0)的候选路径度量值，
Figure FDA0001756286310000025
为比特i在当前候选译码路径(l,1)的候选路径度量值，
Figure FDA0001756286310000026
为比特i-1在当前候选译码路径l的路径度量值；
从所述L条候选译码路径分裂后得到的2L条路径中，选择出L条路径度量值最小的路径作为当前的L条候选译码路径；
对于所选择出的每条候选译码路径，将比特i在该路径对应的候选比特值确定为比特i在该路径对应的比特值，将比特i在该路径的候选路径度量值确定为比特i在该路径的路径度量值。
4.一种快速译码装置，设于接收端设备中，其特征在于，包括：
判断单元，用于对于译码树中需要进行译码处理的Rate-1节点上的每个比特，确定是否满足预设的路径分裂条件；所述路径分裂条件为：当前前L-1条路径度量值最小的候选译码路径中存在路径满足：
Figure FDA0001756286310000027
其中，所述译码树为当前极化码编码结构对应的译码树，i为比特编号，0≤l＜L-1，
Figure FDA0001756286310000028
为比特i在路径l对应的对数似然值，
Figure FDA0001756286310000029
为比特i-1在路径l上的路径度量值，为比特i-1在路径L-1上的路径度量值；
分裂处理单元，用于当满足所述路径分裂条件时，所述接收端设备采用路径分裂的方式，确定当前的L条候选译码路径，以及所述比特i在每条候选译码路径对应的比特值；
硬判决处理单元，用于当不满足所述路径分裂条件时，对于所有所述Rate-1节点上未经译码处理的每个比特，所述接收端设备采用硬判决的方式，确定该比特在当前每条候选译码路径对应的比特值。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述硬判决处理单元，用于对于所有所述Rate-1节点上未经译码处理的每个比特，按照确定该比特在当前每条候选译码路径对应的比特值，其中，
Figure FDA0001756286310000032
为比特i在路径l对应的比特值。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述分裂处理单元，用于对于当前的L条候选译码路径中的每条路径l，按照
Figure FDA0001756286310000033
Figure FDA0001756286310000034
将该路径l分裂为2条路径，得到路径(l,0)和路径(l,1)；其中，
Figure FDA0001756286310000035
为比特i在当前候选译码路径(l,0)对应的候选比特值，为比特i在当前候选译码路径(l,1)对应的候选比特值，
Figure FDA0001756286310000037
为比特i在当前候选译码路径(l,0)的候选路径度量值，
Figure FDA0001756286310000038
为比特i在当前候选译码路径(l,1)的候选路径度量值，
Figure FDA0001756286310000039
为比特i-1在当前候选译码路径l的路径度量值；从所述L条候选译码路径分裂后得到的2L条路径中，选择出L条路径度量值最小的路径作为当前的L条候选译码路径；对于所选择出的每条候选译码路径，将比特i在该路径对应的候选比特值确定为比特i在该路径对应的比特值，将比特i在该路径的候选路径度量值确定为比特i在该路径的路径度量值。
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