[发明专利]一种并行的极化码译码方法及装置

摘要

本发明公开了一种并行的极化码的译码方法及装置，属于无线通信领域，特别涉及一种针对极化码的并行译码方法。针对Fast‑SSC算法高译码延迟的缺点，本发明提出了一种并行的快速方法，由两个并行的Fast‑SSC译码器组成，译码时将信道信息分为两部分，通过两个并行的译码器进行译码工作，有效降低了Fast‑SSC算法的译码延迟。与Fast‑SSC具有相同的误比特率，但译码速度比Fast‑SSC算法更快；当两个Fast‑SSC译码器并行时，并行度比Fast‑SSC算法提高40％左右。

主权项

一种并行的极化码译码方法，具体步骤如下：步骤一、构建译码树，将长度为N的序列A按奇偶位拆分成两个序列Aa和Ab，在Aa中0的位置放置固定位节点，1的位置放置信息位节点，以放置好的N/2个节点为叶子构建一棵完全二叉树Ta，在Ab中0的位置放置固定位节点，1的位置放置信息位节点，以放置好的N/2个节点为叶子构建一棵完全二叉树Tb；所构建的两棵二叉树Ta和Tb分别是两个并行快速译码器PFDa和PFDb的译码树；两棵译码树中的父节点根据孩子节点类型定义；在两棵译码树中，当节点的叶子全为固定位时，节点是RATE0节点；当节点的叶子全为信息位时，节点是RATE1节点；当节点的叶子只有第一位是固定位，其余位是信息位时，节点是SPC节点；当节点的叶子只有最后一位是信息位，其余位是固定位时，节点是REP节点；当节点的叶子一半是固定位，一半是信息位时，节点是RATE0‑RATE1节点；除去上述5类节点及其子树，剩余的节点是OTHER型节点；步骤二、译码器接收一帧信道α数据，所述信道α是一个序列，信道α的长度和译码使用的Polar码字的长度相等，都为N，其取值为(α0，α1…αN‑1)；步骤三、利用信道α的前一半(α0…αN/2‑1)初始化译码树Ta，利用后一半数据(αN/2…αN‑1)初始化译码树Tb，译码树Ta用于并行快速译码器PFDa的译码，译码树Tb用于并行快速译码器PFDb的译码；步骤四、译码器PFDa和PFDb由根节点开始，按照深度优先的顺序同时激活两棵译码树的节点；根节点的输入是信道α，除根节点外其他节点的输入是中间值α，中间值α由F运算，如式(1)所示，或G运算，如式(2)所示，获得；中间值α是译码树中每个节点进行译码时的输入值，中间值α是个序列，中间值α的序列长度和激活节点的序列长度nv相等；α1[i]=F(αv[2*i],αv[2*i+1])=sign(αv[2*i])sign(αv[2*i+1])min(|αv[2*i]|,|αv[2*i+1]|),0≤i<nv---(1)]]>αr[i]=G(αv[2*i],αv[2*i+1],βl[i])=αv[2*i+1]-(2βl[i]-1)αv[2*i],0≤i<nv---(2)]]>式(1)和式(2)中，αv表示激活节点的中间值α，αl表示激活节点左孩子的中间值α，αr表示激活节点右孩子的中间值α；激活节点的输出是该节点的子码估值，即序列β，其长度和该节点的长度相等，该节点长度等于该节点的叶子数；式(2)中，βl表示激活节点左孩子的子码估值；当两棵译码树中的RATE0、RATE1、REP或SPC节点被激活时，根据两棵译码树中激活节点的类型，译码器选择不同的译码方法计算节点的子码估值β1)当PFDa和PFDb中的激活节点同为RATE0节点时，两节点合称为RATE0‑P节点；此时，PFDa和PFDb中该节点的子码估值β同时被判定为0，即式(10)所示；βa[i]＝βb[i]＝0,0≤i<nv  (10)2)当PFDa和PFDb中的激活节点同为RATE1节点时，两节点合称为RATE1‑P节点；当RATE1‑P节点被激活，PFDa和PFDb根据式(11)进行独立译码，分别获得两个子码估值βa和βb；βa[i]=0,ifαa[i]≥01,otherwiseβb[i]=0,ifαb[i]≥01,otherwise,0≤i<nv---(11)]]>3)当PFDa中的激活节点为SPC节点，PFDb中的激活节点为RATE1节点时，两节点合称为RATE1B节点，当RATE1B节点被激活，首先根据式(12)组合两个译码器中相应激活节点的中间值α，之后对组合得到的中间值α进行硬判决，如式(13)所示，判决结果用序列HD表示；由于硬判决只有0和1两种结果，因此序列HD是一个只含0、1的序列；之后对判决结果进行奇偶校验，即检测序列HD中1的个数，如式(14)所示，校验结果用parity表示；如果HD中有偶数个1，即满足奇偶校验，则硬判决结果就是节点的子码估值β，如果HD中有奇数个1，即不满足奇偶校验，则寻找绝对值最小的中间值α的判决结果，并对该判决结果进行取反运算，如果该判决结果是0，取反后变为1，如果该判决结果是1，取反后变为0；取反运算后的HD序列为该节点的子码估值β，如式(15)和式(16)所示，其中j表示绝对值最小的中间值α的标号；α＝[αa αb]  (12)HD[i]=0,α[i]≥01,α[i]<0,0≤i<nv---(13)]]>parity=⊕i=0Ni-1HD[i],0≤i<nv---(14)]]>j＝argi min|α[i]|，0≤i<nv  (15)β[i]=HD[i]⊕parity,i=jHD[i],otherwise,0≤i<nv---(16)]]>4)当PFDa和PFDb中的激活节点同为REP节点时，两节点合称为REP‑P节点，当REP‑P节点被激活时，PLDa和PLDb根据式(17)独立译码，分别获得两个子码估值βa和βb；βa[i]=0,Σi=0nvαa[i]≥01,otherwiseβb[i]=0,Σi=0nvαb[i]≥01,otherwise,0≤i<nv---(17)]]>5)当PFDa中的激活节点为RATE0节点，PFDb中的激活节点为REP节点时，两节点合称为REPB节点，两个REPB节点的译码结果相同，是对两个节点共2×nv个中间值α和的硬判决，根据式(18)和式(19)，获得两个子码估值βa和βb；α=Σi=0nvαa[i]+Σi=0nvαb[i],0≤i<nv---(18)]]>βa[i]=βb[i]=0,α≥01,otherwise,0≤i<nv---(19)]]>6)当PFDa和PFDb中的激活节点同为SPC节点时，两节点合称为SPC‑P节点，；当SPC‑P节点被激活，PFDa和PFDb根据式(15)(16)(17)(18)(19)独立译码，分别获得两个子码估值βa和βb；7)当PFDa中的激活节点为RATE0‑RATE1节点，PFDb中的激活节点为SPC节点时，两节点合称为SPCB1节点；当SPCB1节点被激活，PFDa将RATE0‑RATE1节点的中间值α作为F运算的输入做一次F运算，运算结果用αa表示；PFDb将SPC节点的中间值α作为F运算的输入做一次F运算，运算结果用αb表示；将αa和αb作为公式(18)的输入计算α，将α作为公式(19)的输入，公式(19)的输出βa用βa0表示，公式(19)的另一个输出βb用βb0表示；之后PFDa将αa和βa0作为G运算的输入做一个G运算，按照正数为0负数为1的规则，将G运算的结果转换成只含0、1的序列，用βa1表示，PFDb将αb和βb0作为G运算的输入做一个G运算，同样按照正数为0负数为1的规则将运算结果转换成只含0、1的序列，用βb1表示；将[βa0,βa1]作为公式(20)的输入，公式(20)的输出就是RATE0‑RATE1节点的β值，将[βb0,βb1]作为公式(21)的输入，公式(21)的输出就是SPC节点的β值；βa[2i]==β^a[i]⊕β^a[i+nv/2]βa[2i+1]=β^a[i+nv/2],0≤i<nv/2---(20)]]>βb[2i]=β^b[i]⊕β^b[i+nv/2]βb[2i+1]=β^b[i+nv/2],0≤i<nv/2---(21)]]>8)当PFDa中的激活节点为REP节点，PFDb中的激活节点为SPC节点时，两节点合称为SPCB2节点；当SPCB2节点被激活，PFDa将REP节点的中间值α作为F运算的输入做一次F运算，运算结果用αa表示；PFDb将SPC节点的中间值α作为F运算的输入做一次F运算，运算结果用αb表示；将αa和αb作为公式(18)的输入计算α，将α作为公式(19)的输入，公式(19)的输出βa用βa0表示，公式(19)的另一个输出βb用βb0表示；之后PFDa将αa和βa0作为G运算的输入做一个G运算，PFDb将αb和βb0作为G运算的输入做一个G运算；将两个G运算的结果带入公式(12)，计算完公式(12)之后，再利用公式(13)(14)(15)(16)计算REP节点和SPC节点的β，分别用βa0和βb0表示；将βa0作为公式(20)的输入，公式(20)的输出就是REP节点的β值，将βb0作为公式(21)的输入，公式(21)的输出就是SPC节点的β值；当OTHER型节点被激活时，译码器计算下一个激活节点的中间值α，为译码下一个节点做准备；步骤五、当译码器PFDa和PFDb中的激活节点是RATE0、RATE1、REP、SPC时，将该节点β值乘以生成矩阵G获得局部码字估值u，完成一个激活节点的译码；所述矩阵其中m＝log2nv，表示m次的克罗内克积，B为反序重排序列；步骤六、译码器PFDa和PFDb更新激活节点号，激活下一个节点；步骤七、重复步骤四至步骤六，至两棵译码树中所有的节点被激活；步骤八、将译码器PFDa所有的局部码字估值按获得的顺序拼接，就是译码器PFDa的码字估值，将译码器PFDb所有的局部码字估值按获得的顺序拼接，就是译码器PFDb的码字估值；将译码器PFDa的码字估值与译码器PFDb的码字估值异或运算，并替换译码器PFDa的码字估值；步骤九、将译码器PFDa的码字估值作为序列的前一半，即译码器PFDb的码字估值作为序列的后一半，即合并两个译码器的码字估值，获得序列即步骤十、输出序列一帧信道α数据的译码结束。