CN113676288B - 一种用于极化码串行抵消列表译码器的译码值复制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于极化码串行抵消列表译码器的译码值复制方法，包括：将码长为N的极化码分为M个子块，以N/M比特一组进行译码值存储和更新。每译码N/M比特后，将这N/M比特写入相应子块的存储空间，并更新当前路径的索引坐标。则每条路径只需根据M个索引坐标即可实现总码长为N的译码结果的索引。当译码至信息比特时，L条路径分裂为2L条路径，并从中选取最优的L条路径进行保留，此时存在大量的译码路径复制与替换过程。本方法只需复制替换路径的M个索引坐标及当前分组的N/M个比特，即可实现译码值的复制。本方法使用复制索引坐标的方法实现译码值的复制，在硬件实现时，大大减少逻辑资源消耗；还能提高系统时钟频率，提高译码器的吞吐率。

Description

一种用于极化码串行抵消列表译码器的译码值复制方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种用于极化码串行抵消列表译码器的译码值复制方法。

背景技术

极化码是目前唯一能够从理论证明达到香农极限的信道编码方法，其已经成为5G控制信道编码的编码方案。极化码具有两种最常见的译码方法，串行抵消(SC,SuccessiveCancellation)与串行抵消列表(SCL,Successive Cancellation List)译码算法。SC译码算法是一种低复杂度，译码结构简单的译码算法，但其译码性能不够理想。SCL译码算法保留L条译码路径，存在L个并行的SC译码单元，以复杂度为代价，提升译码性能。SCL译码算法在信息比特对译码路径进行分裂，当分裂路径总数达到2L时，从2L条译码路径中筛选出L条路径度量值(PM,Path Metric)最小的路径作为保留译码路径。由于需要从2L条译码路径中保留L条译码路径，SCL译码器存在大量的复制过程来实现译码路径的替换。在硬件实现SCL译码器时，大部分的资源消耗用于实现译码值的复制。因此，减少译码值复制的资源消耗，是降低硬件SCL译码器复杂度的关键。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对SCL译码器硬件实现时存在较高的算法复杂度的技术问题，提供一种用于极化码串行抵消列表译码器的译码值复制方法解决上述问题。

一种用于极化码串行抵消列表硬件译码器的译码路径复制方法，具体步骤如下：

S1、将码长为N的极化码分为M个子块，设置串行抵消列表译码器的最大译码路径数为L，为L条译码路径分配L块存储空间，每块存储空间存储N比特，同时，将每块存储空间分为M个存储空间子块，每个存储空间子块存储N/M个比特；

S2、为L条译码路径分别分配N/M个比特的临时存储空间；每组的N/M个比特全部译码完成后才写入存储空间子块，N/M个比特的临时存储空间用于临时存储当前分组的译码值；

S3、串行抵消列表译码器以每N/M个比特进行译码，当译码至冻结比特时，译码路径不进行分裂；当译码至信息比特时，译码路径进行分裂，在分裂后得到的总译码路径中选取保留路径，判断原始L条译码路径中是否有路径被舍弃，若是，复制译码路径的译码值索引坐标和N/M个比特的临时存储空间；否则，不进行复制；

S4、每完成N/M个比特的译码，将所述N/M个比特的译码值写入存储空间，并更新第i条译码路径的第k个子块索引坐标；

S5、重复步骤S3和S4，直至所有比特译码完成，从最终的L条保留译码路径中选取最优译码路径，根据所述最优译码路径的译码值索引坐标从存储空间中依次读取各个子块的译码值作为最终的译码结果。

进一步地，所述步骤S1还包括：

S11、为每块存储空间的每个子块都分配坐标；

S12、初始化第i条译码路径的译码值索引坐标为(i，1)，(i，2)……(i，M)。

进一步地，所述步骤S3具体步骤包括：

S31，设置串行抵消列表译码器最大译码路径数L，初始译码路径数为1，初始化第i条译码路径的PM值为m_i＝0；

S32，译码器进行译码，当译码至冻结比特时，译码结果为0，译码路径不进行分裂，各译码路径按照公式：

更新各条译码路径的PM值m_i，其中LLR为当前比特的对数似然比(log-likelihood ratio)；当译码至信息比特时，译码路径由当前译码路径条数分裂为现有译码路径条数的两倍。若译码路径当前比特译码为1，按照公式：

更新各条译码路径的PM值m_i；若译码路径当前比特译码为0，按照公式：

更新各条译码路径的PM值m_i；

S33，重复步骤S32，直至译码路径条数达到设置的最大译码路径数L；

S34，译码器进行译码，当译码至冻结比特时，译码结果为0，译码路径不进行分裂，按照步骤S32中的方法更新各条译码路径的PM值；当译码至信息比特时，译码路径由L条原始译码路径分裂为2L条译码路径，按照步骤S32中的方法更新各条译码路径PM值，并对译码路径分裂后产生的2L条译码路径的路径度量值(PM值)从大到小进行排序，选取后L条译码路径进行保留；从2L条译码路径中选取L条译码路径进行保留，舍弃余下的L条译码路径。若L条原始译码路径中存在译码路径被舍弃，则需要对译码路径进行复制与替换；

进一步地，所述的步骤S34中译码路径进行复制与替换的过程具体步骤如下：

若存在原始译码路径被舍弃，将分裂后产生的保留译码路径的译码值索引坐标覆盖被舍弃的原始译码路径的译码值索引坐标；

若存在原始译码路径被舍弃，由于译码值索引坐标只能索引完整的N/M比特的子块，当前分组的译码比特并未写入到存储空间子块。因此，要实现完整的译码值复制，还需要将分裂后产生的保留译码路径的N/M比特临时存储空间复制至被舍弃的原始译码路径的N/M比特临时存储空间。

本发明的有益效果在于：对串行抵消列表译码器硬件实现时译码值的复制过程进行了优化；通过将存储空间分块并使用索引坐标来实现译码值的复制，使得码长N较大时，译码值复制不再需要大量的逻辑资源，大大减少了串行抵消列表译码器硬件实现时所需的逻辑资源消耗。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明一种用于极化码串行抵消列表译码器的译码值复制方法示意图；

图2为本发明总码长N＝32，最大译码路径数L＝4时，每个子块的比特个数M＝8时存储空间分布。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

参考图1，图1为本发明一种用于极化码串行抵消列表译码器的译码值复制方法示意图。该方法包括以下步骤：

S1、将码长为N的极化码分为M个子块，设置串行抵消列表译码器的最大译码路径数为L，为L条译码路径分配L块存储空间，每块存储空间存储N比特，同时，将每块存储空间分为M个存储空间子块，每个存储空间子块存储N/M个比特；

S2、为L条译码路径分别分配N/M个比特的临时存储空间；每组的N/M个比特全部译码完成后才写入存储空间子块，N/M个比特的临时存储空间用于临时存储当前分组的译码值。

在本实施例中，步骤S1和S2具体步骤如下：

S11、以总码长N＝32，子块个数M＝4，最大译码路径数L＝4为例，参考图2，分配4块存储空间，每块存储空间分为4个子块，每个子块对应一个索引坐标；

S12、为L条译码路径分别分配N/M个比特的临时存储空间。

S3、串行抵消列表译码器以每N/M个比特进行译码，当译码至冻结比特时，译码路径不进行分裂；当译码至信息比特时，译码路径进行分裂，在分裂后得到的总译码路径中选取保留译码路径，判断原始L条译码路径中是否有路径被舍弃，若是，复制译码路径的译码值索引坐标和N/M个比特的临时存储空间；否则，不进行复制。

在本实施例中，步骤S3具体步骤如下：

S31、设置串行抵消列表译码器最大译码路径数L，初始译码路径数为1，初始化第i条译码路径的PM值为m_i＝0；

S32、译码器进行译码，当译码至冻结比特时，译码结果为0，译码路径不进行分裂，各译码路径按照公式：

更新各条译码路径的PM值m_i，其中LLR为当前比特的对数似然比(log-likelihood ratio)；当译码至信息比特时，译码路径由当前译码路径条数分裂为现有译码路径条数的两倍。若译码路径当前比特译码为1，按照公式：

更新各条译码路径的PM值m_i；若译码路径当前比特译码为0，按照公式：

更新各条译码路径的PM值m_i；

S33、重复步骤S32，直至译码路径条数达到设置的最大译码路径数L；

S34、译码器进行译码，当译码至冻结比特时，译码结果为0，译码路径不进行分裂，按照步骤S32中的方法更新各条路径的PM值；

S35、当译码至信息比特时，译码路径由L条原始译码路径分裂为2L条译码路径，按照步骤S32中的方法更新各条译码路径PM值，对2L条译码路径的路径度量值从大到小进行排序，选取后L条译码路径作为保留。

S36、若L条原始译码路径中存在译码路径被舍弃，则需要对译码路径进行复制与替换。假设当前译码比特为第20个比特，第1，2，3，4条路径为原始译码路径，四条原始译码路径分裂出来的译码路径为第5，6，7，8条译码路径。且4条原始译码路径的PM值[m₁，m₂，m₃，m₄]＝[8，11，9，23]，由4条原始译码路径分裂得到的4条译码路径的PM值分别为[m₅，m₆，m₇，m₈]＝[10，19，21，23]。可以看出，m₁，m₂，m₃，m₅为4个较小的PM值，则需保留第1，2，3，5条译码路径。即第4条原始译码路径需要被舍弃，第5条分裂译码路径需要保留。由于第5条译码路径由第1条译码路径分裂而来，因此第5条译码路径的译码值与第1条译码路径相同，只是当前译码的第20个比特译码值不同，前19个比特的译码值与第1条译码路径相同。因此，将第5条译码路径的译码值复制至第4条译码路径存储空间时，只需将第1条译码路径的译码值索引坐标复制至第4条译码路径的译码值索引坐标。并将第1条译码路径的N/M比特的临时存储空间的值复制至第4条译码路径的N/M比特临时存储空间，并取反第1条译码路径第20个比特的译码值，即将临时存储空间的第2个比特取反，即可完成整个复制过程。

S4、每完成N/M个比特的译码，则完成一个子块的译码。此时将各条译码路径临时存储空间的N/M个比特译码值写入存储空间，并更新各条译码路径当前子块的译码值索引坐标。假设第16个比特译码完成，则第二个子块译码完成。各条译码路径将临时存储空间的N/M个比特，即第9个译码比特到第16个译码比特的译码值，写入各自的第二个子块的存储空间，并更新第i条译码路径的第二个子块的译码值索引坐标为(i，2)。

S5、重复步骤S3和S4，直至所有比特译码完成，从最终的L条保留译码路径中选取最优译码路径，根据最优译码路径的译码值索引坐标从存储空间中依次读取各个子块的译码值作为最终的译码结果。假设第2条译码路径为PM最小的译码路径，其译码值索引坐标为(1,1)，(2,2)，(4,3)，(1,4)，则分别从第1块存储空间的第1个子块，第2块存储空间的第2个子块，第4块存储空间的第3个子块，第1块存储空间的第4个子块依次取出译码结果即可得到SCL译码器的译码结果。可以看出，索引坐标可以由二维降低为一维，索引坐标进行复制时，可以进一步的降低复杂度。本方法进行译码值的复制时，能大大降低硬件复杂度，本发明方法的硬件复杂度与一般方法的硬件复杂度对比参考表1。

表1本发明方法的硬件复杂度与一般方法的硬件复杂度对比

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的。对上述的具体实施方式的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (5)

1.一种用于极化码串行抵消列表译码器的译码值复制方法，其特征在于，具体步骤如下：

S1、将码长为N的极化码分为M个子块，设置串行抵消列表译码器的最大译码路径数为L，为L条译码路径分配L块存储空间，每块存储空间存储N比特，同时，将每块存储空间分为M个存储空间子块，每个存储空间子块存储N/M个比特；

S2、为L条译码路径分别分配N/M个比特的临时存储空间；每组的N/M个比特全部译码完成后才写入存储空间子块，N/M个比特的临时存储空间用于临时存储当前分组的译码值；

S3、串行抵消列表译码器以每N/M个比特进行译码，当译码至冻结比特时，译码路径不进行分裂；当译码至信息比特时，译码路径进行分裂，在分裂后得到的总译码路径中选取保留译码路径，判断原始L条译码路径中是否有路径被舍弃，若是，复制译码路径的译码值索引坐标和N/M个比特的临时存储空间；否则，不进行复制；

S4、每完成N/M个比特的译码，将所述N/M个比特的译码值写入存储空间，并更新第i条译码路径的第k个子块索引坐标；

S5、重复步骤S3和S4，直至所有比特译码完成，从最终的L条保留译码路径中选取最优译码路径，根据所述最优译码路径的译码值索引坐标从存储空间中依次读取各个子块的译码值作为最终的译码结果。

2.根据权利要求1所述的一种用于极化码串行抵消列表译码器的译码值复制方法，其特征在于，所述步骤S1还包括：

S11、为每块存储空间的每个子块都分配坐标；

S12、初始化第i条译码路径的译码值索引坐标为(i，1)，(i，2)……(i，M)。

3.根据权利要求1所述的一种用于极化码串行抵消列表译码器的译码值复制方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：

S31、设置初始译码路径数为1；

S32、串行抵消列表译码器进行译码，当译码至冻结比特时，译码结果为0，译码路径不进行分裂；当译码至信息比特时，译码路径条数分裂为现有译码路径条数的两倍；

S33、重复步骤S32，直至译码路径条数达到设置的最大译码路径数L；

S34、串行抵消列表译码器进行译码，当译码至冻结比特时，译码结果为0，译码路径不进行分裂；当译码至信息比特时，译码路径由L条原始译码路径分裂为2L条译码路径，从2L条译码路径中选取L条保留译码路径，舍弃余下的L条译码路径，若L条原始译码路径中存在路径被舍弃，则对译码路径进行复制与替换。

4.根据权利要求3所述的一种用于极化码串行抵消列表译码器的译码值复制方法，其特征在于，所述步骤S34中所述从2L条译码路径中选取L条保留译码路径的具体步骤包括：

初始化第i条译码路径的路径度量值PM为m_i＝0；

译码器进行译码；

当译码至冻结比特时，译码结果为0，译码路径不进行分裂，各译码路径按照公式：

更新各条译码路径的PM值；

当译码至信息比特时，译码路径由当前译码路径条数分裂为现有译码路径条数的两倍；若译码路径当前比特译码为1，按照公式：

更新各条译码路径的PM值；若译码路径当前比特译码为0，按照公式：

更新各条译码路径的PM值，其中LLR为当前比特的对数似然比；

对译码路径分裂后产生的2L条译码路径的路径度量值进行从大到小排序，选取后L条译码路径作为保留路径。

5.根据权利要求3所述的一种用于极化码串行抵消列表译码器的译码值复制方法，其特征在于，所述步骤S34中所述对译码路径进行复制与替换过程的具体步骤包括：

若存在原始译码路径被舍弃，将分裂后产生的保留译码路径的译码值索引坐标覆盖被舍弃的原始译码路径的译码值索引坐标；

若存在原始译码路径被舍弃，将分裂后产生的保留译码路径的N/M比特临时存储空间复制至被舍弃的原始译码路径的N/M比特临时存储空间。

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