CN114285419A - 一种自适应码长低复杂度bpl译码器 - Google Patents

一种自适应码长低复杂度bpl译码器 Download PDF

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CN114285419A CN202111551074.0A CN202111551074A CN114285419A CN 114285419 A CN114285419 A CN 114285419A CN 202111551074 A CN202111551074 A CN 202111551074A CN 114285419 A CN114285419 A CN 114285419A
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周玲霞
张梅香
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Abstract

本发明公开了一种自适应码长低复杂度BPL译码器，包括以下步骤，输入码长N、列表尺寸L和最大迭代次数；根据列表尺寸，选择置换因子图的个数；在每一个置换之后的因子图上进行译码并将译码结果保存下来；通过寻找最小欧式距离来确定最终的译码结果；本发明能根据码长选择合适的译码器结构，在改善BP译码性能的同时很大程度上降低了译码复杂度。

Description

一种自适应码长低复杂度BPL译码器
技术领域
本发明涉及5G极化码的译码技术领域，尤其涉及一种自适应码长低复杂度BPL译码器。
背景技术
互联网技术于近年有了长足发展，涌现出的海量信息数据向现有通讯系统提出了更高要求。第五代移动通信体系(5G)作为当前研究热点，着力解决数据的超高速、超可靠、低时延传输问题，这些问题对无线通信物理层的核心模块——信道编码，提出了更难满足的需求。近年提出的Polar码源起于信道极化现象，是当下唯一可达香农极限传输的信道编码方式。经过学术界、产业界的共同全力推动，近几年Polar码的研究取得了丰富的成果累积。2016年11月，3GPP决定将eMBB场景下控制信道的短码标准定为Polar码，而现有的译码器译码复杂度高，响应速度慢。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明提供了一种自适应码长低复杂度BPL译码器，其降低译码复杂度的同时，又能保证译码器的性能。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：包括以下步骤，
输入码长N、列表尺寸L和最大迭代次数；
根据列表尺寸，选择置换因子图的个数；
在每一个置换之后的因子图上进行译码并将译码结果保存下来；
通过寻找最小欧式距离来确定最终的译码结果。
作为本发明所述的自适应码长低复杂度BPL译码器的一种优选方案，其中：对每一个置换的因子图进行译码时，开两个矩阵的存储，LN×n+1和RN×n+1矩阵内元素初始值全部为0。
作为本发明所述的自适应码长低复杂度BPL译码器的一种优选方案，其中：对因子图进行译码时，还包括以下步骤，
将接收到的对数似然比LLR作为因子图里最右侧的输入数据，填入L的第n+1列，将信源比特的先验LLR作为因子图中最左列的输入数据，填入R的第一列，具体为
Li,n+1＝LLR,1≤i≤N
Figure BDA0003417606890000021
其中，Li,n+1为矩阵L的第n+1列，Ri,1为矩阵R的第1列，A为信息比特索引集，Ac为冻结比特索引集。
作为本发明所述的自适应码长低复杂度BPL译码器的一种优选方案，其中：对因子图进行译码时，还包括以下步骤，将长度为N＝2n的极化码的最左侧的2×2模块构成的列记为第一列，以此类推，最右侧的2×2模块构成的列记为第n列，在每一列都有N/2个2×2模块，从上到下依次标记为第1，2，…，N/2个模块，那么，(i，j),1≤i≤N/2,1≤j≤n表示第j中的第i个2×2模块。
作为本发明所述的自适应码长低复杂度BPL译码器的一种优选方案，其中：使用往返调度进行译码。
作为本发明所述的自适应码长低复杂度BPL译码器的一种优选方案，其中：进行译码运算时，先去除4种组成码的节点信息，再整体计算从左到右的R信息，以及从右到左的L信息，完成一次迭代后，继续下一次迭代，直至实际迭代次数达到设定的最大迭代次数为止，译码结束
作为本发明所述的自适应码长低复杂度BPL译码器的一种优选方案，其中：译码结束后，根据下面的公式进行硬判决，得到L个置换因子图的信源序列(u1,u2,…,uN)和码字序列(x1,x2,…,xN)，它们的判决公式为：
Figure BDA0003417606890000022
Figure BDA0003417606890000023
Figure BDA0003417606890000024
为译码信息比特序列，
Figure BDA0003417606890000025
为译码码字序列，Li,1和Ri,1分别为矩阵L和R的第1列，Li,n+1和Ri,n+1分别为矩阵L和R的第n+1列。
作为本发明所述的自适应码长低复杂度BPL译码器的一种优选方案，其中：确定译码结果时，在L个译码结果中选出最好的译码结果xs，其中s的确定公式如下：
Figure BDA0003417606890000031
其中，s为与接收信号欧式具体最小码字序列的位置，y为接受信号，N为码长，sl为第l个码字序列的BPSK符号，
Figure BDA0003417606890000032
为欧式距离。
作为本发明所述的自适应码长低复杂度BPL译码器的一种优选方案，其中：所述4种组成码具体如下：
将码长为8，前6个节点为冻结比特，后2个节点为信息比特的组成码记为
Figure BDA0003417606890000033
移除
Figure BDA0003417606890000034
后，R3,i的更新公式如下，
Figure BDA0003417606890000035
将码长为8，前2个节点为冻结比特，后6个节点为信息比特的组成码记为
Figure BDA0003417606890000036
移除
Figure BDA0003417606890000037
后，R3,i的更新公式如下：
Figure BDA0003417606890000038
其中，g(x,y)＝sign(x)sign(y)min{|x|,|y|}，函数sign(x),sign(y)为对x,y取符号，函数min{|x|,|y|}为取x,y中最小值；
将码长为8，前5个节点为冻结比特，后3个节点为信息比特的组成码记为
Figure BDA0003417606890000039
移除
Figure BDA00034176068900000310
后，R3,i的更新公式如下，
Figure BDA00034176068900000311
其中，Li,k为矩阵L第i行第k列的元素，Li,k+4为矩阵L第i行第k+4列的元素，Li,k-4为矩阵L第i行第k-4列的元素，min|Li,k+Li,k+4|为取Li,k,Li,k+4中最小值，min|Li,k+Li,k-4|为取Li,k,Li,k-4中最小值。
将码长为8，前3个节点为冻结比特，后5个节点为信息比特的组成码记为
Figure BDA0003417606890000041
移除
Figure BDA0003417606890000042
后，R3,i的更新公式如下：
Figure BDA0003417606890000043
其中，j1为该组成码的初始位置。
本发明的有益效果：本发明确保译码性能的同时，大大降低译码复杂度，提高译码速度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明的流程图。
图2为N＝8的极化码的因子图。
图3为本发明中的
Figure BDA0003417606890000044
组成码简化图。
图4为本发明中的
Figure BDA0003417606890000045
组成码简化图。
图5为本发明中的
Figure BDA0003417606890000046
组成码简化图。
图6为本发明中的
Figure BDA0003417606890000047
组成码简化图。
图7为本发明的仿真结果。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
参照图1～图6，为本发明的第一个实施例，该实施例提供了一种自适应码长低复杂度BPL译码器，包括以下步骤：
S1：输入码长N、列表尺寸L和最大迭代次数；
S2：根据列表尺寸，选择置换因子图的个数；
S3：在每一个置换之后的因子图上进行译码并将译码结果保存下来，译码过程为，
(S301)对每一个置换的因子图进行译码时，开两个矩阵的存储，LN×n+1和RN×n+1矩阵内元素初始值全部为0；
(S302)将接收到的对数似然比LLR作为因子图里最右侧的输入数据，填入L的第n+1列，将信源比特的先验LLR作为因子图中最左列的输入数据，填入R的第一列，具体为
Li,n+1＝LLR,1≤i≤N
Figure BDA0003417606890000061
其中，Li,n+1为矩阵L的第n+1列，Ri,1为矩阵R的第1列，A为信息比特索引集，Ac为冻结比特索引集；
(S303)将长度为N＝2n的极化码的最左侧的2×2模块构成的列记为第一列，以此类推，最右侧的2×2模块构成的列记为第n列，在每一列都有N/2个2×2模块，从上到下依次标记为第1，2，…，N/2个模块，那么，(i，j),1≤i≤N/2,1≤j≤n表示第j中的第i个2×2模块；
(S304)使用往返调度进行译码，先去除4种组成码的节点信息，再整体计算从左到右的R信息，以及从右到左的L信息，完成一次迭代后，继续迭代，直至实际迭代次数达到设定的最大迭代次数为止，译码结束；
(S305)译码结束后，根据下面的公式进行硬判决，得到L个置换因子图的信源序列(u1,u2,…,uN)和码字序列(x1,x2,…,xN)，它们的判决公式为：
Figure BDA0003417606890000062
Figure BDA0003417606890000063
Figure BDA0003417606890000064
为译码信息比特序列，
Figure BDA0003417606890000065
为译码码字序列，Li,1和Ri,1分别为矩阵L和R的第1列，Li,n+1和Ri,n+1分别为矩阵L和R的第n+1列；
S4：通过寻找最小欧式距离来确定最终的译码结果。
进一步的，确定译码结果时，在L个译码结果中选出最好的译码结果xs，其中s的确定公式如下：
Figure BDA0003417606890000066
其中，s为与接收信号欧式具体最小码字序列的位置，y为接受信号，N为码长，sl为第l个码字序列的BPSK相移键控符号，
Figure BDA0003417606890000067
为欧式距离。
进一步的，4种组成码具体如下：
将码长为8，前6个节点为冻结比特，后2个节点为信息比特的组成码记为
Figure BDA0003417606890000068
移除
Figure BDA0003417606890000069
后，R3,i的更新公式如下，
Figure BDA0003417606890000071
将码长为8，前2个节点为冻结比特，后6个节点为信息比特的组成码记为
Figure BDA0003417606890000072
移除
Figure BDA0003417606890000073
后，R3,i的更新公式如下：
Figure BDA0003417606890000074
其中，g(x,y)＝sign(x)sign(y)min{|x|,|y|}，函数sign(x),sign(y)为对x,y取符号，函数min{|x|,|y|}为取x,y中最小值；
将码长为8，前5个节点为冻结比特，后3个节点为信息比特的组成码记为
Figure BDA0003417606890000075
移除
Figure BDA0003417606890000076
后，R3,i的更新公式如下，
Figure BDA0003417606890000077
其中，Li,k为矩阵L第i行第k列的元素，Li,k+4为矩阵L第i行第k+4列的元素，Li,k-4为矩阵L第i行第k-4列的元素，min|Li,k+Li,k+4|为取Li,k,Li,k+4中最小值，min|Li,k+Li,k-4|为取Li,k,Li,k-4中最小值。
将码长为8，前3个节点为冻结比特，后5个节点为信息比特的组成码记为
Figure BDA0003417606890000078
移除
Figure BDA0003417606890000079
后，R3,i的更新公式如下：
Figure BDA00034176068900000710
其中，j1为该组成码的初始位置。
实施例2
为了对本方法中采用的技术效果加以验证说明，本实施例对目前5G应用比较多的码长N,K＝1024,512，码率为0.5进行了仿真，使用传输信道为BPSK-AWGN信道，迭代次数为60。在该情况下的仿真结果如图7所示。从图中可以看出本发明所提方法和现有的BP译码器相比具有相似的性能。
就复杂度而言，本发明所提译码器的复杂度比传统的BP译码器的复杂度低很多，表1为在一次迭代过程中，四种组成码和普通BP译码组成码长度为8时的复杂度比较。
表1
Figure BDA0003417606890000081
从表1中不难看出
Figure BDA0003417606890000082
和
Figure BDA0003417606890000083
组成码的复杂度比普通BP译码的复杂度降低了将近86％，
Figure BDA0003417606890000084
和
Figure BDA0003417606890000085
组成码的复杂度比现有的BP译码的复杂度降低了将近40％。
从上可验证得到，使用本发明在保证译码性能的同时，大大降低译码的复杂度，提高译码的速度。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种自适应码长低复杂度BPL译码器，其特征在于：包括，
输入码长N、列表尺寸L和最大迭代次数；
根据列表尺寸，选择置换因子图的个数；
在每一个置换之后的因子图上进行译码并将译码结果保存下来；
通过寻找最小欧式距离来确定最终的译码结果。
2.如权利要求1所述的自适应码长低复杂度BPL译码器，其特征在于：对每一个置换的因子图进行译码时，开两个矩阵的存储，LN×n+1和RN×n+1矩阵内元素初始值全部为0。
3.如权利要求2所述的自适应码长低复杂度BPL译码器，其特征在于：对因子图进行译码时，还包括以下步骤，
将接收到的对数似然比LLR作为因子图里最右侧的输入数据，填入L的第n+1列，将信源比特的先验LLR作为因子图中最左列的输入数据，填入R的第一列，具体为
Li,n+1＝LLR,1≤i≤N
Figure FDA0003417606880000011
其中，Li,n+1为矩阵L的第n+1列，Ri,1为矩阵R的第1列，A为信息比特索引集，Ac为冻结比特索引集。
4.如权利要求2或3所述的自适应码长低复杂度BPL译码器，其特征在于：对因子图进行译码时，还包括以下步骤，将长度为N＝2n的极化码的最左侧的2×2模块构成的列记为第一列，以此类推，最右侧的2×2模块构成的列记为第n列，在每一列都有N/2个2×2模块，从上到下依次标记为第1，2，…，N/2个模块，那么，(i，j),1≤i≤N/2,1≤j≤n表示第j中的第i个2×2模块。
5.如权利要求4所述的自适应码长低复杂度BPL译码器，其特征在于：使用往返调度进行译码。
6.如权利要求5所述的自适应码长低复杂度BPL译码器，其特征在于：进行译码运算时，先去除4种组成码的节点信息，再整体计算从左到右的R信息，以及从右到左的L信息，完成一次迭代后，继续下一次迭代，直至实际迭代次数达到设定的最大迭代次数为止，译码结束。
7.如权利要求6所述的自适应码长低复杂度BPL译码器，其特征在于：译码结束后，根据下面的公式进行硬判决，得到L个置换因子图的信源序列(u1,u2,…,uN)和码字序列(x1,x2,…,xN)，它们的判决公式为：
Figure FDA0003417606880000021
Figure FDA0003417606880000022
Figure FDA0003417606880000023
为译码信息比特序列，
Figure FDA0003417606880000024
为译码码字序列，Li,1和Ri,1分别为矩阵L和R的第1列，Li,n+1和Ri,n+1分别为矩阵L和R的第n+1列。
8.如权利要求1～7任一项所述的自适应码长低复杂度BPL译码器，其特征在于：确定译码结果时，在L个译码结果中选出最好的译码结果xs，其中s的确定公式如下：
Figure FDA0003417606880000025
其中，s为与接收信号欧式具体最小码字序列的位置，y为接受信号，N为码长，sl为第l个码字序列的BPSK符号，
Figure FDA0003417606880000026
为欧式距离。
9.如权利要求5～7任一项所述的自适应码长低复杂度BPL译码器，其特征在于：所述4种组成码具体如下：
将码长为8，前6个节点为冻结比特，后2个节点为信息比特的组成码记为
Figure FDA0003417606880000027
移除
Figure FDA0003417606880000028
后，R3,i的更新公式如下，
Figure FDA0003417606880000029
将码长为8，前2个节点为冻结比特，后6个节点为信息比特的组成码记为
Figure FDA00034176068800000210
移除
Figure FDA00034176068800000211
后，R3,i的更新公式如下：
Figure FDA00034176068800000212
其中，g(x,y)＝sign(x)sign(y)min{|x|,|y|}，函数sign(x),sign(y)为对x,y取符号，函数min{|x|,|y|}为取x,y中最小值；
将码长为8，前5个节点为冻结比特，后3个节点为信息比特的组成码记为
Figure FDA0003417606880000031
移除
Figure FDA0003417606880000032
后，R3,i的更新公式如下，
Figure FDA0003417606880000033
其中，Li,k为矩阵L第i行第k列的元素，Li,k+4为矩阵L第i行第k+4列的元素，Li,k-4为矩阵L第i行第k-4列的元素，min|Li,k+Li,k+4|为取Li,k,Li,k+4中最小值，min|Li,k+Li,k-4|为取Li,k,Li,k-4中最小值。
将码长为8，前3个节点为冻结比特，后5个节点为信息比特的组成码记为
Figure FDA0003417606880000034
移除
Figure FDA0003417606880000035
后，R3,i的更新公式如下：
Figure FDA0003417606880000036
其中，j1为该组成码的初始位置。
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