低复杂度的极化码简化软消除列表译码器及译码方法

1.本发明属于信道编码技术领域，涉及一种低复杂度的极化码简化软消除列表译码器及译码方法。


背景技术：

2.极化码是一类在数学上被严格证明当其码长接近于无穷大时可以达到信道容量的线性纠错码。极化码编码方案已经在rani第87次会议讨论中被采纳为第五代通信系统控制信道的编码方式，其在超大规模机器通信(mmtc)及超可靠低时延(urrlc)通信和增强型移动宽带通信(embb)都有着广泛的应用。
3.当前主流的极化码译码器可按其译码输出分为两类，即硬输出译码器和软输出译码器。极化码硬输出译码器是指译码器根据接收信号直接判决发送信息比特，而极化码软输出译码器指译码器根据接收信号计算发送信息的软信息值，然后对软信息值进行硬判决。所以，软输出译码器具有更好的灵活性、适应性。目前极化码硬输出译码器主要有连续消除(sc)译码器、连续消除列表(scl)译码器以及crc辅助连续消除列表(ca-scl)译码器，而极化码软输出译码器主要有置信度传播(bp)译码器、软消除(scan)译码器以及软消除列表(scanl)译码器。就译码性能而言，sc译码器性能最差，bp译码器与scan译码器性能相近且优于sc译码器，scanl译码器性能较前三者有很大提升，但不及scl译码器以及ca-scl译码器。
4.由于一些5g场景应用中，需要译码器输出软信息，因此在这种情况下只能采用bp译码器、scan译码器以及scanl译码器等软输出译码器才能达到输出软信息的目的。虽然scanl译码器性能较好，但其计算复杂度偏高，在实际应用中难以实现。因此如何设计一种既能保持scanl译码器的高译码性能又能降低其计算复杂度的译码器是目前需要解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明的一个目的是为了解决现有技术中软消除列表译码器计算复杂度偏高的问题，提供一种低复杂度的极化码简化软消除列表译码器，用于降低软消除列表译码器的计算复杂度。
6.本发明的译码器包括：参数配置模块，置换排列选择模块，预处理模块，多个简化软消除译码模块，以及判决器模块；简化软消除译码模块包括：初始化子模块，迭代译码子模块，译码比特判决子模块；
7.参数配置模块用于在译码开始前为后续模块提供所需要的信息；
8.置换排列选择模块用于为后续模块提供所需要的置换排列集合；
9.预处理模块用于将信道接收信息按置换排列集合进行相应置换；
10.多个简化软消除译码模块具有相同因子图形式，多个简化软消除译码模块并行译码，其中：初始化子模块对译码因子图进行初始参数设置；迭代译码子模块用于软信息更新
传递操作，进行译码节点删除，以初始化子模块中冻结位对应节点上设置的初始参数为标准对因子图中节点进行分类；译码比特判决子模块用于获取译码序列信息；
11.判决器模块用于选择最小路径度量值对应的译码序列，并从中取出初始信息序列。
12.本发明的另一个目的是提供该译码器的译码方法。具体如下：
13.步骤(1)将给定极化码参数信息(n,k,f)以及接收到的信道对数似然比信息llrs输入参数配置模块，llrs＝{llr0,llr1,
…
,llr
n-1
,}，根据信道对数似然比信息llrs确定索引信息pos＝(0,1,
…
,n-1)，n表示极化码码长，k表示初始信息序列长度，f表示冻结位索引集合，长度为n-k；
14.根据极化码参数信息、信道对数似然比信息和索引信息进行参数配置，将各信息输入参数配置模块中的信息存储单元，供后续模块随时读取使用。
15.步骤(2)置换排列选择模块从参数配置模块中读取索引信息，定义长度为n的排列π0＝{0,1,
…
,n-1}；将排列π0中元素进行排列组合，得到n！种不同的排列即{π0,π1,
…
,π
n！-1
}，比较排列之间汉明距离,选择出具有汉明距离大的前l个排列，构成排列集合π(π)＝{π0,π1,
…
,π
l-1
}。
16.步骤(3)预处理模块读取置换排列选择模块中排列集合π(π)＝{π0,π1,
…
,π
l-1
}以及参数配置模块中极化码参数信息(n,k,f)和信道对数似然比信息llrs＝{llr0,llr1,
…
,llr
n-1
,}，依据排列集合π(π)对llrs进行排列置换，得到置换对数似然比信息集合π(llrs)＝{llrs0,llrs1,
…
,llrs
l-1
}＝π[π(llrs)]。
[0017]
步骤(4)将置换对数似然比信息集合π(llrs)中元素对应输入到l个具有相同因子图形式的简化软消除译码模块中进行并行译码，简化软消除译码模块从预处理模块中读取极化码参数信息(n,k,f)。其中：
[0018]
(4-1)初始化子模块利用置换对数似然比信息与极化码参数信息(n,k,f)对译码因子图进行初始参数设置，设置译码因子图最右列节点上的左信息λ
in
初始参数为置换对数似然比信息，设置因子图最左列冻结位对应节点上的右信息β
i0
初始参数γ为正整数，其余节点上的右信息初始参数设置为0：0≤i≤n-1，f为冻结位索引集合；
[0019]
(4-2)迭代译码子模块基于译码因子图结构进行软信息更新传递操作，在软信息更新过程中通过译码节点删除进行简化；
[0020]
计算路径度量值pm，pm初始化为0，当遇到冻结位对应节点时，更新路径度量值，其更新规则为：pm＝pm-λi,i∈f，λi为冻结位对应节点上的左信息；当左信息与右信息分别到达译码因子图左右两侧，迭代译码子模块译码完成，得到路径度量值信息；
[0021]
(4-3)译码比特判决子模块根据译码因子图最左列节点上软信息进行比特判决操作，第i位节点的译码序列λ
i0
、β
i0
分别为该节点上的左信息和右信息。
[0022]
步骤(5)当l个简化软消除译码模块并行译码完成，判决器模块依次从l个简化软消除译码模块中读取译码序列信息以及对应的路径度量值信息，并以译码序列集合和路径度量值集合π(pm)＝{pm0,pm1,
…
,pm
l-1
}的形式进行存储，选择
出集合π(pm)中最小路径度量值pm
min
＝min{pm0,
…
,pm
l-1
}，根据最小路径度量值pm
min
在集合中的索引位置，获取集合中对应索引位置的译码序列
[0023]
步骤(6)从译码序列中取出k位长的初始信息序列完成译码。
[0024]
进一步，步骤(2)中，排列πa与πb之间的汉明距离δ为克罗内克脉冲函数。
[0025]
进一步，(4-2)中所述通过译码节点删除进行简化具体如下，为需要传递的软信息值，0≤t≤(log2n-1)：
[0026]
(a)如果节点和节点上的右信息均小于γ，则判决节点和节点为信息位节点；软信息更新计算过程为：
[0027][0028][0029]
函数
[0030]
(b)如果节点上的右信息节点上的右信息则判决节点为冻结位节点,节点为信息位节点；与β
it
有关的软信息更新计算过程简化后为：有关的软信息更新计算过程简化后为：
[0031]
(c)如果节点上的右信息节点上的右信息则判决节点为信息位节点,节点为冻结位节点；与有关的软信息更新计算过程简化后为：有关的软信息更新计算过程简化后为：
[0032]
(d)如果节点和节点上的右信息均大于等于γ，则判决节点和节点为冻结位节点；软信息更新计算过程为：
[0033]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：利用译码节点删除技术对软消除列表译码器中译码模块进行改进，简化译码过程中与冻结位节点上软信息有关的计算过程，近似删除冻结位节点，从而实现降低译码器计算复杂度。
附图说明
[0034]
图1为本发明的译码器示意图；
[0035]
图2为初始化子模块中初始参数设置示意图；
[0036]
图3为软消除译码单位因子图软信息传递示意图；
[0037]
图4为近似删除节点后软信息传递示意图；
[0038]
图5为近似删除节点后软信息传递示意图。
具体实施方式
[0039]
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
[0040]
一种低复杂度的极化码简化软消除列表译码方法，采用的译码器如图1所示，包括：参数配置模块，置换排列选择模块，预处理模块，多个简化软消除译码模块，以及判决器模块；简化软消除译码模块包括：初始化子模块，迭代译码子模块，译码比特判决子模块。
[0041]
参数配置模块用于在译码开始前为后续模块提供所需要的信息；
[0042]
置换排列选择模块用于为后续模块提供所需要的置换排列集合；
[0043]
预处理模块用于将信道接收信息按置换排列集合进行相应置换；
[0044]
多个简化软消除译码模块具有相同因子图形式，多个简化软消除译码模块并行译码，其中：初始化子模块对译码因子图进行初始参数设置；迭代译码子模块用于软信息更新传递操作，进行译码节点删除，以初始化子模块中冻结位对应节点上设置的初始参数为标准对因子图中节点进行分类；译码比特判决子模块用于获取译码序列信息；
[0045]
判决器模块用于选择最小路径度量值对应的译码序列，并从中取出初始信息序列。
[0046]
具体译码方法如下：
[0047]
步骤(1)将给定极化码参数信息(n,k,f)以及接收到的信道对数似然比信息llrs输入参数配置模块，llrs＝{llr0,llr1,
…
,llr
n-1
,}，根据信道对数似然比信息llrs确定索引信息pos＝(0,1,
…
,n-1)，n表示极化码码长，k表示初始信息序列长度，f表示冻结位索引集合，长度为n-k；
[0048]
根据极化码参数信息、信道对数似然比信息和索引信息进行参数配置，将各信息输入参数配置模块中的信息存储单元，供后续模块随时读取使用。
[0049]
步骤(2)置换排列选择模块从参数配置模块中读取索引信息，定义长度为n的排列π0＝{0,1,
…
,n-1}；将排列π0中元素进行排列组合，得到n！种不同的排列即{π0,π1,
…
,π
n！-1
}，比较排列之间汉明距离,选择出具有汉明距离大的前l个排列，构成排列集合π(π)＝{π0,π1,
…
,π
l-1
}；排列πa与πb之间的汉明距离δ为克罗内克脉冲函数。
[0050]
步骤(3)预处理模块读取置换排列选择模块中排列集合π(π)＝{π0,π1,
…
,π
l-1
}以及参数配置模块中极化码参数信息(n,k,f)和信道对数似然比信息llrs＝{llr0,llr1,
…
,llr
n-1
,}，依据排列集合π(π)对llrs进行排列置换，得到置换对数似然比信息集合π(llrs)＝{llrs0,llrs1,
…
,llrs
l-1
}＝π[π(llrs)]。
[0051]
步骤(4)将置换对数似然比信息集合π(llrs)中元素对应输入到l个具有相同因子图形式的简化软消除译码模块中进行并行译码，简化软消除译码模块从预处理模块中读取极化码参数信息(n,k,f)。简化软消除译码模块包括：初始化子模块，迭代译码子模块，译码比特判决子模块。
[0052]
初始化子模块利用置换对数似然比信息与极化码参数信息(n,k,f)对译码因子图进行初始参数设置。以图2所示译码因子图为例，初始化子模块设置译码因子图最右列节点上的左信息λ
in
初始参数为置换对数似然比信息，设置因子图最左列冻结位对应节点上的右
信息β
i0
初始参数γ为正整数，其余节点上的右信息初始参数设置为0：0≤i≤n-1，f为冻结位索引集合。
[0053]
初始化设置完成后，迭代译码子模块开始运行。迭代译码子模块基于译码因子图结构进行软信息更新传递操作，在软信息更新过程中采用译码节点删除技术进行简化。译码节点删除技术说明如下，以图3所示的译码单位因子图为例，其中需要传递码节点删除技术说明如下，以图3所示的译码单位因子图为例，其中需要传递四个软信息值，0≤t≤(log2n-1)，其余软信息值已知。根据初始化子模块中冻结位对应节点上设置的初始参数γ对单位因子图中节点进行分类。冻结位节点表示为黑色节点，信息位节点表示为白色节点，未判决节点表示为阴影节点。如图3所示单位因子图中节点与节点上的右信息为所求软信息，其值未知，因此节点与节点即为未判决节点并用阴影节点表示，而节点与节点上的右信息已知，因此可对节点与节点进行分类判决如下：
[0054]
(a)如果节点和节点上的右信息均小于γ，则判决节点和节点为信息位节点；软信息更新计算过程为：
[0055][0056][0057]
函数
[0058]
(b)如果节点上的右信息节点上的右信息则判决节点为冻结位节点,节点为信息位节点；此时对软信息更新计算过程中与节点上的右信息有关的计算步骤进行简化，近似为对节点的删除处理。近似删除节点后软信息传递示意图如图4所示，根据图4可得，与β
it
有关的软信息更新计算过程简化后为：有关的软信息更新计算过程简化后为：
[0059]
(c)如果节点上的右信息节点上的右信息则判决节点为信息位节点,节点为冻结位节点；与(b)同理，近似将节点删除。近似删除节点后软信息传递示意图如图5所示，根据图5可得，与有关的软信息更新计算过程简化后为：
[0060]
(d)如果节点和节点上的右信息均大于等于γ，则判决节点和节点为冻结位节点；软信息更新计算过程为：从上述简化软信息更新计算过程可知，近似删除一个冻结位节点，便可减少两次运算。
[0061]
冻结位节点越多，计算复杂度降低效果越好。
[0062]
在软信息迭代更新过程中还需计算路径度量值pm，pm初始化为0，当遇到冻结位对应节点时，更新路径度量值，其更新规则为：pm＝pm-λi,i∈f，λi为冻结位对应节点上的左信息。当左信息与右信息分别到达译码因子图左右两侧，迭代译码子模块译码完成，得到路径度量值信息。
[0063]
译码比特判决子模块根据译码因子图最左列节点上软信息进行比特判决操作，第i位节点的译码序列λ
i0
、β
i0
分别为该节点上的左信息和右信息。
[0064]
步骤(5)当l个简化软消除译码模块并行译码完成，判决器模块依次从l个简化软消除译码模块中读取译码序列信息以及对应的路径度量值信息，并以译码序列集合和路径度量值集合π(pm)＝{pm0,pm1,
…
,pm
l-1
}的形式进行存储，选择出集合π(pm)中最小路径度量值pm
min
＝min{pm0,
…
,pm
l-1
}，根据最小路径度量值pm
min
在集合中的索引位置，获取集合中对应索引位置的译码序列
[0065]
步骤(6)从译码序列中取出k位长的初始信息序列完成译码。