CN113242045A - 一种极化码的高效译码方法、译码装置及计算机可读存储介质 - Google Patents

一种极化码的高效译码方法、译码装置及计算机可读存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种极化码的高效译码方法、译码装置及计算机可读存储介质，高效译码方法采用包括有多种译码算法的译码器对所述极化码进行译码，包括步骤：获取待译码的极化码，极化码长度为M；构建译码器的译码树及对所述极化码补零，得到新的待译码的极化码；译码：将K种SCL译码算法采用串行或并行译码；获得最终的译码序列：将解算出译码序列进行CRC校验，验证获得的CRC校验数据是否与译码后的CRC码一致。本发明在保证译码的准确性的基础上有效降低译码运算的复杂度，实用性强、灵活度高。

Description

一种极化码的高效译码方法、译码装置及计算机可读存储 介质
技术领域
本发明属于测控通信与导航技术领域，具体涉及一种极化码的高效译码方法、译码装置及计算机可读存储介质。
背景技术
极化码是一种基于信道极化理论的信道编码，具有确定性的编译码方法，并且是唯一能够被严格证明达到信道容量的信道编码方法，现已成为5G中的终端码长纠错编码方法，被广泛应用在导航、测控和通讯等领域。
一方面，现有极化码译码方法主要是基于串行抵消译码(SC)算法进行改进，以牺牲方法复杂度为前提，来提高译码性能。如串行抵消列表(SCL) 算法中，每个译码阶段保留至多L条路径，最终选出其中一条最佳的路径对应的译码序列作为译码结果，降低了误码率的同时，计算复杂度也增加，其值为SC算法计算复杂度的L倍，复杂度为O(L×N×logN)；随后又提出了CRC校验辅助的SCL译码算法，该算法降低了误码率，但是在通常情况下，都会采用L为8的SCL译码算法，计算复杂度也较高。
另一方面，现有译码方法适合待译码极化码长度M=2n（n=1,2……）的传统极化码，不适合于任意M的极化码译码，且现有译码方法不能准确判定当前极化码是未经过比特翻转操作的基本极化码还是经过比特翻转操作的非基本极化码，增加用户使用的难度。
综上所述，亟需提供一种能确保译码的准确性、有效降低计算复杂度，实用性强、灵活度高的极化码的高效译码方法、译码装置及计算机可读存储介质。
发明内容
本发明的目的是提供一种能确保译码的准确性、有效降低计算复杂度，实用性强、灵活度高的极化码的高效译码方法、译码装置及计算机可读存储介质。
上述目的是通过如下技术方案实现：一种极化码的高效译码方法，采用包括有多种译码算法的译码器对所述极化码进行译码，包括如下步骤：
获取待译码的极化码，所述极化码长度为M；
根据所述极化码长度M，构建译码器的译码树及对所述极化码补零，得到新的待译码的极化码；
译码：采用K种SCL译码算法对新的待译码极化码进行译码，将所述K种SCL译码算法采用串行或并行译码，若有一种译码算法解算出正确的译码序列，则停止尚未进行的译码算法或者正在进行的译码算法，其中K为大于或等于2的整数，每种SCL译码算法包括有一种或多种译码路径；
获得最终的译码序列：将从L条有效路径中解算出的译码序列进行CRC校验，验证当前获得的CRC校验数据是否与译码后的CRC码一致，若一致，则译码成功，并输出当前有效路径的正确的译码序列，如若都不成功，则比较当前L条有效路径的概率值，并输出概率值最大的有效路径的译码序列，其中，L为K种SCL译码算法中的有效路径的数量。
本发明根据输入的待译码极化码的长度选择合理的译码树和填补比特0，采用多种译码算法并行或串行的方式进行译码，有多种不同有效路径的译码算法，如果一种译码算法解算正确，则停止其他不同的译码算法，提高译码速度；如果所有的有效路径都未成功译码，则可以比较当前L条有效路径的概率值，并输出概率值最大的路径的译码序列，保证了译码的可靠性，降低了误码率，提高整体性能。
进一步的技术方案是，所述高效译码方法至少包括将待译码的极化码进行比特翻转后再进行译码的SCL译码算法，若该算法译码获得正确的译码序列，则表示接收到的待译码的极化码在未经过比特翻转操作，此时译码器输出标志符为高电平。
进一步的技术方案是，所述高效译码方法至少包括将待译码的极化码直接进行译码的SCL译码算法，若该算法译码获得正确的译码序列，则表示接收到的待译码的极化码经过比特翻转操作，此时译码器输出标志符为低电平。
如此，本发明适应有无比特翻转处理方式的待译码的极化码，当输入的待译码极化码有非比特翻转/比特翻转，可以选择直接进行SCL译码算法和/或进行比特翻转后再进行译码的SCL译码算法进行译码操作，实用性强、灵活度高。
进一步的技术方案是，所述将从L条有效路径中解算出的译码序列进行CRC校验的步骤包括：将从L条有效路径中解算的译码序列前N比特译码值进行CRC校验处理，选择当前路径前N比特生成的L_CRC比特CRC码与当前路径的后L_CRC比特进行对比，若一致，则译码成功，若不一致，继续进行下一条路径的CRC校验处理，其中，N为译码后的极化码序列的长度，L_CRC为CRC校验后的数据长度。
进一步的技术方案是，所述待译码的极化码由待编码序列通过极化码编码得到，其中所述待编码序列包括信息比特、固定比特和CRC校验码。
进一步的技术方案是，所述译码前处理单元的处理过程为：所述待译码的极化码的长度M，选择大于或等于M值的最小值2Z，其中Z为正整数，随后生成深度为Z的极化码译码树，并在待译码的极化码输入序列M比特数据后填补2Z-M个比特0。
为实现上述目的，本发明还提供一种极化码的译码装置，所述极化码的译码装置采用上述任一所述的极化码的译码算法进行译码，包括接收单元、译码前处理单元和译码处理单元，所述接收单元用于接收待译码的极化码，所述极化码长度为M；所述译码前处理单元用于根据当前待译码的极化码长度M选择有效的译码树和补零，并得到最新的待译码的极化码；所述译码处理单元用于进行串行或并行译码操作，并输出译码序列；所述译码前处理单元分别和所述接收单元、译码处理单元通信连接。
进一步的技术方案是，所述译码前处理单元的处理过程为：所述译码前处理单元的处理过程为：根据所述极化码的长度M，选择大于或等于M值的最小值2Z，其中Z为正整数，随后生成深度为Z的极化码译码树，并在待译码的极化码M比特数据后填补2Z-M个比特0。
进一步的技术方案是，所述译码处理单元中包括译码器，所述译码器包括对未进行比特翻转的待译码序列进行比特翻转的子译码器。
为实现上述目的，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质为非易失性存储介质或非瞬态存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令运行时执行上述任一所述的极化码的高效译码方法。
相比于现有技术，本发明的优势在于：本发明采用多种有效路径参数的设定，加快译码的速度，有效减少译码方法的复杂度，同时保证了译码的可靠性，降低误码率，提高整体性能；另外，本发明根据待译码序列的长度，自适应地对选择合理的译码树和填补比特0，还将比特翻转模块整合至译码器，适应有无比特翻转处理的待译码的极化码，提高了译码装置的实用性和灵活性。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明一种实施方式所涉及的极化码的高效译码方法的流程图；
图2为本发明一种实施方式所涉及的极化码的高效译码方法示意图；
图3为本发明一种实施方式所涉及的极化码的高效译码方法示意图；
图4为本发明一种实施方式所涉及的极化码的译码装置的信息传递示意图；
图5为本发明一种实施方式所涉及的译码前处理单元选择译码树和补零示意图；
图6为本发明一种实施方式所涉及的译码器的示意图；
图7为本发明一种实施方式所涉及的译码器的无比特翻转序列示意图；
图8为本发明一种实施方式所涉及的译码器的有比特翻转序列示意图；
图9为本发明一种实施方式所涉及的译码器的译码过程的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。此外，本领域技术人员根据本文件的描述，可以对本文件中实施例中以及不同实施例中的特征进行相应组合。
本发明实施例如下，参照图1~5，本发明是基于信道编码的基础上提出一种高效的极化码高效译码方法，如图1所示，实现包括如下几个步骤：
步骤1：获取待译码的极化码，所述极化码长度为M：
所述待译码的极化码由待编码序列通过极化码编码得到，包括信息比特、固定比特和CRC校验码。
步骤2：根据所述极化码长度M，构建译码器的译码树及对所述极化码补零，得到新的待译码的极化码：
根据极化码长度M，构建当前译码器的译码树，选择大于或等于M值的最小值2Z，其中Z为正整数，随后生成深度为Z的极化码译码树，并在输入序列M比特数据后填补2Z-M个比特0。
步骤3：译码：
在译码器中，采用K种SCL译码算法对所述最新的待译码极化码进行译码，将所述K种SCL译码算法采用串行或并行译码操作，若有一种译码算法解算出正确的译码序列，则停止尚未进行的译码算法或者正在进行的译码算法，其中K为大于或等于2的整数，每种SCL译码算法包括有一种或多种译码路径。
在实施例中，如图1，所示为本发明一种实施方式所涉及的极化码的高效译码方法的流程图。此实施例下K=4，即有4种SCL译码算法，L可分别为1、2、4和8条有效路径，译码完成需要的时间从快到慢依次为1条有效路径、2条有效路径、4条有效路径、8条有效路径，其中，1条有效路径的SCL译码算法又被称为SC译码算法。比如待译码极化码长度M为256，由于译码树的深度Z满足M=2Z，则译码树的深度Z为8，码率为1/2，信息比特长度为128，信息比特占用的位置如下：{59，61，62，63，79，87，91，93，94，95，103，105，106，107，108，109，110，111，113，114，115，116，117，118，119，120，121，122，123，124，125，126，127，143，150，151，153，154，155，156，157，158，159，163，165，166，167，169，170，171，172，173，174，175，177，178，179，180，181，182，183，184，185，186，187，188，189，190，191，195，197，198，199，201，202，203，204，205，206，207，208，209，210，211，212，213，214，215，216，217，218，219，220，221，222，223，224，225，226，227，228，229，230，231，232，233，234，235，236，237，238，239，240，241，242，243，244，245，246，247，248，249，250，251，252，253，254，255}，固定比特的位置为编号0到255中除去信息比特占用的位置。对当前实施例而言，1条有效路径译码成功大体需要16ms，2条有效路径译码成功大体需要35ms，4条有效路径译码成功大体需要93ms，8条有效路径译码成功大体需要191ms。
步骤4：获得最终的译码序列：将从L条有效路径中解算出的译码序进行CRC校验处理，选择当前路径前N比特生成的L_CRC比特CRC码与当前路径的后L_CRC比特进行对比，若一致，则译码成功；若不一致，继续进行下一条路径的CRC校验处理，其中，N为译码后的极化码序列的长度，L_CRC为CRC校验后的数据长度。如若都不成功，则比较当前L条有效路径的概率值，并输出最大概率路径的译码序列。其中，L为K种SCL译码算法中的有效路径的数量，L=2n-1（n为小于等于K的正整数）。
图2示出了本发明一种实施方式所涉及的极化码的高效译码方法示意图，max≤2Z，具体地，在本实施例中待译码的极化码长度M为256，max为16，译码器中K=4，即有4种不同有效路径的SCL译码算法串行译码，设定初始有效路径L为1。假如当前L条有效路径下的译码算法译码成功，则直接输出有效译码序列假如当前L条有效路径下的译码算法译码不成功，则将有效路径数扩大两倍，即继续进行译码的有效路径L=2*L，一旦当前L条有效路径译码成功，则直接停止还未进行的译码操作，输出正确的译码序列，直到L等于max时结束译码，此时比较当前L条有效路径的概率值，并输出概率值最大的有效路径的译码序列。
具体地，若前一时刻采用L为2的SCL译码算法，且前一时刻未译码成功，则在当前时刻采用L为4的SCL译码算法，将从L为4条有效路径中解算出的译码序列前N比特进行CRC校验处理，选择当前路径前N比特生成的L_CRC比特CRC码与当前路径的后L_CRC比特进行对比，若一致，则译码成功，直接停止还未进行的译码操作，输出正确的译码序列，其中，N为译码后的极化码序列长度；若不一致，则继续采用L为8的SCL译码算法，再选择当前路径前N比特生成的L_CRC比特CRC码与当前路径的后L_CRC比特进行对比，若一致，则译码成功，则直接停止还未进行的译码操作，输出正确的译码序列，其中，N为译码后的极化码序列长度。若不一致，则继续译码，直到L等于max时结束译码。当K种SCL译码算法都未成功译码，则比较L=max条的有效路径的概率值，并输出概率值最大的有效路径的译码序列。
图3示出了本发明一种实施方式所涉及的极化码的高效译码方法示意图，译码器中K=4，即有4种不同有效路径的SCL算法同时并行进行译码，参数小的有效路径SCL译码算法的速度快于参数大的有效路径SCL译码算法，与串行的处理方法类似，一旦有成功译码，则暂停其他的译码。当以上4种不同有效路径的SCL算法都未成功译码，则比较L=8时，8条有效路径的概率值，并选择概率最大的有效路径对应的译码序列进行输出。
在一个实施方式中，还包括将待译码的极化码进行比特翻转后再进行译码的SCL译码算法，若该算法译码获得正确的译码序列，则表示接收到的待译码的极化码未经过比特翻转操作，此时译码器输出标志符为高电平。
另一实施方式中，还包括将待译码的极化码直接进行译码的SCL译码算法，若该算法译码获得正确的译码序列，则表示接收到的待译码的极化码经过比特翻转操作，此时译码器输出标志符为低电平。
本发明将多种译码算法并行或串行的方式进行译码，有多种不同有效路径的译码算法，如果一种译码算法解算正确，则立即停止其他正在进行或未进行的译码算法，提高了译码速度；如果都译码不成功，则可输出当前L条有效路径中概率最大的译码序列，保证了译码的可靠性，降低误码率，提高整体性能。
同时，本发明根据输入的待译码极化码的长度自适应地选择合理的译码树和填补比特0，还包括将待译码的极化码进行比特翻转后再进行译码的SCL译码算法，适应有无比特翻转处理的待译码的极化码，实用性强、灵活度高。
为了提高本译码方法的实用性，本发明提出一种高效的极化码译码装置，图4为极化码的译码装置的信息传递示意图，如图4所示，极化码译码装置包括：
接收单元：用于接收待译码的极化码，所述极化码长度为M；
译码前处理单元：用于根据当前译码器的待译码的极化码长度M选择有效的译码树和补零，得到新的待译码的极化码。如图5所示，根据待译码的极化码长度M，选择大于或等于M值的最小值2Z，其中Z为正整数，随后生成深度为Z的极化码译码树，并在待译码的极化码M比特数据后填补2Z-M个比特0。
具体地，当M的长度为870，当前装置将会自适应选择最靠近870且比870大的2的正整数幂的值1024，幂的值为10，即生成深度为Z=10的译码树，且在待译码的极化码870比特后填补154比特0；又比如待译码的极化码长度M为513，当前装置将会自适应选择最靠近513且比513大的2的正整数幂的值1024，幂的值为10，生成深度为10的译码树，且在待译码的极化码513比特后填补511比特0。
译码处理单元：用于进行串行或并行译码操作，并输出译码序列；所述译码前处理单元分别和所述接收单元、译码处理单元通信连接。所述译码器包括对未进行比特翻转的待译码序列进行比特翻转的子译码器。该实施例下，译码器A中包含子译码器B和子译码器C，其中子译码器B采用高效的极化码译码方法进行译码，子译码器C需要先将待译码的极化码进行比特翻转后再采用高效的极化码译码方法进行译码。
当待译码的极化码输入到译码器A中，如图6所示，待译码的极化码输入到译码器A，可采用子译码器B和/或子译码器C进行译码，通过译码后，最终输出译码序列。当待译码的极化码未进行比特翻转时，待译码的极化码选择子译码器B和/或子译码器C进行译码，在此时，当待译码的极化码选择子译码器C时，若译码成功，此时译码器输出标志符为高电平；当待译码的极化码已进行比特翻转时，待译码的极化码选择子译码器B和/或子译码器C进行译码，在此时，当待译码的极化码选择译码器B时，若译码成功，此时输出标志符为低电平；如若两个子译码器B和C都不能译码成功，则选择子译码器B中的当前L条有效路径和C中当前L条有效路径中概率最大的一条路径，获得最终的译码序列。
如图7所示，待译码的极化码选择译码器A中的子译码器B进行译码，图8示出了待译码的极化码选择译码器A中的子译码器C进行译码，图9示出了待译码的极化码选择译码器A中的子译码器B和子译码器C同时进行译码。具体地，当待译码的极化码的长度M为8，待译码的极化码为：00101110时，比特翻转的位置排列为：1、5、3、7、2、6、4和8，未进行比特翻转的待译码的极化码为：01001110，经过比特翻转后的待译码的极化码为：01011100。当待译码序列为未进行比特翻转的序列01001110，当前待译码序列可以选择译码器A中的子译码器B和子译码器C同时进行译码操作，也可以分别选择子译码器B和子译码器C进行译码。
子译码器B和/或子译码器C将从L条有效路径中解算出正确的译码序列进行CRC校验，验证当前获得的CRC校验数据是否与译码后的CRC码一致，若一致，则译码成功，并输出当前有效路径的正确的译码序列，如若都不成功，则比较当前L条有效路径的概率值，并输出概率值最大的有效路径的译码序列，其中，L为K种SCL译码算法中的有效路径的数量。
具体进行CRC校验的步骤为：所将从L条有效路径中解算出正确的译码序列前N比特进行CRC校验处理，选择当前路径前N比特生成的L_CRC比特CRC码与当前路径的后L_CRC比特进行对比，若一致，则译码成功，若不一致，继续进行下一条路径的CRC校验处理，其中，N为译码后的极化码序列的长度，L_CRC为CRC校验后的数据长度。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质为非易失性存储介质或非瞬态存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令运行时执行上述任一所述的极化码的高效译码方法，具体译码方法同上，此处不再赘余。
本发明将多种译码算法并行或串行的方式进行译码，采用多种有效路径参数的设定，有多种不同有效路径的译码算法，加快译码的速度，有效减少译码方法的复杂度，同时保证了译码的可靠性，降低误码率，提高整体性能；另外，本发明根据输入的待译码序列的长度，对选择合理的译码树和填补比特0，适应有无比特翻转处理的待译码的极化码，提高了译码装置的实用性和灵活性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种极化码的高效译码方法，其特征在于，采用包括有多种译码算法的译码器对所述极化码进行译码，包括如下步骤：
获取待译码的极化码，所述极化码长度为M；
根据所述极化码长度M，构建译码器的译码树及对所述极化码补零，得到新的待译码的极化码；
译码：采用K种SCL译码算法对新的待译码极化码进行译码，将所述K种SCL译码算法采用串行或并行译码，若有一种译码算法解算出正确的译码序列，则停止尚未进行的译码算法或者正在进行的译码算法，其中K为大于或等于2的整数，每种SCL译码算法包括有一条或多条有效译码路径L；
获得最终的译码序列：将从L条有效路径中解算出的译码序列进行CRC校验，验证当前获得的CRC校验数据是否与译码后的CRC码一致，若一致，则译码成功，并输出当前有效路径的正确的译码序列，如若都不成功，则比较当前L条有效路径的概率值，并输出概率值最大的有效路径的译码序列，其中，L为K种SCL译码算法中的有效路径的数量。
2.根据权利要求1所述的极化码的高效译码方法，其特征在于，所述高效译码方法至少包括将待译码的极化码进行比特翻转后再进行译码的SCL译码算法，若该算法译码获得正确的译码序列，则表示接收到的待译码的极化码未经过比特翻转操作，此时译码器输出标志符为高电平。
3.根据权利要求2所述的极化码的高效译码方法，其特征在于，所述高效译码方法至少包括将待译码的极化码直接进行译码的SCL译码算法，若该算法译码获得正确的译码序列，则表示接收到的待译码的极化码经过比特翻转操作，此时译码器输出标志符为低电平。
4.根据权利要求1所述的极化码的高效译码方法，其特征在于，所述将从L条有效路径中解算出的译码序列进行CRC校验的步骤包括：将从L条有效路径中解算出的译码序列前N比特进行CRC校验处理，选择当前路径前N比特生成的L_CRC比特CRC码与当前路径的后L_CRC比特进行对比，若一致，则译码成功，若不一致，继续进行下一条路径的CRC校验处理，其中，N为译码后的极化码序列的长度，L_CRC为CRC校验后的数据长度。
5.根据权利要求1~3任意一项所述的极化码的高效译码方法，其特征在于，所述待译码的极化码由待编码序列通过极化码编码得到，其中所述待编码序列包括信息比特、固定比特和CRC校验码。
6.根据权利要求5所述的极化码的高效译码方法，其特征在于，所述高效译码方法包括根据所述待译码的极化码的长度M，选择大于或等于M值的最小值2Z，其中Z为正整数，随后生成深度为Z的极化码译码树，并在待译码的极化码M比特数据后填补2Z-M个比特0。
7.一种极化码的译码装置，其特征在于，所述极化码的译码装置采用权利要求1~6任一所述的极化码的高效译码方法进行译码，包括接收单元、译码前处理单元和译码处理单元，所述接收单元用于接收待译码的极化码，所述极化码长度为M；所述译码前处理单元用于根据当前待译码的极化码长度M选择有效的译码树和补零，并得到最新的待译码的极化码；所述译码处理单元用于最新的待译码极化码进行串行或并行译码操作，并输出译码序列；所述译码前处理单元分别和所述接收单元、译码处理单元通信连接。
8.根据权利要求7所述的极化码的译码装置，其特征在于，所述译码前处理单元的处理过程为：根据所述待译码的极化码的长度M，选择大于或等于M值的最小值2Z，其中Z为正整数，随后生成深度为Z的极化码译码树，并在待译码的极化码M比特数据后填补2Z-M个比特0。
9.根据权利要求7所述的极化码的译码装置，其特征在于，所述译码处理单元中包括译码器，所述译码器包括对未进行比特翻转的待译码序列进行比特翻转的子译码器。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质为非易失性存储介质或非瞬态存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，所述计算机指令运行时执行权利要求1~6任意一项所述的极化码的高效译码方法。
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