一种极化码特殊形式节点的快速译码方法和装置

1.本发明涉及通信及电子信息技术领域，特别涉及一种极化码特殊形式节点的快速译码方法。


背景技术：

2.极化码是一种新型的信道编码方式，是第一种被严格证明了的可以达到对称二进制输入离散无记忆信道(例如二进制对称信道和二进制擦除信道)的容量的现代纠错码。极化码于2008年由土耳其毕尔肯大学erdal arikan教授首次提出，并受到学界广泛关注，成为编码界的新星。极化码技术基于信道极化现象：当组合信道的数量趋近于无穷大时，一部分信道会趋向无噪信道，另一部分信道则会趋向于全噪信道。此时，利用无噪信道传输有用信息，而用全噪信道传输约定好的信息，即可达到香农限。极化码已经成为最新的移动通信系统5g中控制信道的编码方案。
3.目前，常用的极化码编码、译码过程分离无噪信道与全噪信道的方法是在待传输内容中设置冻结比特位作为通信双方约定的信息，参与信息比特的估计。极化码经典的串行抵消(sc)译码过程可以看作是对一棵完全二叉树的深度优先搜索的过程。二叉树的叶节点即对应极化码待编码向量的每一个比特。sc译码串行地访问二叉树中的每一个节点，每当访问到一个叶子节点时就译出对应的比特。故sc译码天然具有译码速度慢，译码耗时长的缺点。
4.本发明通过观察极化码中冻结比特与信息比特的分布，发现了一种特殊的分布模式，并据此在译码二叉树中识别了一种特殊形式的节点，可称之为双重复 (binary repetition，bi-rep)节点，并提出了针对bi-rep节点的快速译码方法。此方法无需访问该节点派生出的子节点，在避免大量计算的同时降低了译码延时，并且与传统sc译码算法是完全等价的，不会引起任何的性能损失。


技术实现要素：

5.本发明针对极化码原始的sc译码存在的译码速度慢、译码延迟长的技术问题，提出了一种针对bi-rep这一特殊形式节点的快速译码方法，达到了加速译码的过程、降低译码延迟且不造成任何性能损失的效果。
6.令(u0，u1，...，u
n-1
)表示bi-rep节点所对应的待编码比特，其中u0，u1，...， u
n/2-2
，u
n/2
，u
n/2 1
，...，u
n-2
均为冻结比特，即0，仅有u
n/2-1
，u
n-1
为信息比特。令 (x0，x1，...，x
n-1
)为(u0，u1，...，u
n-1
)经过极化编码后的比特。令(l0，l1，...，l
n-1
)表示节点接收到的llr。本发明包括以下步骤：
7.若采用克罗内克(kronecker)编译码方式：
8.(1)计算
9.(2)计算
10.(3)判决：若s1≥0，则x0，x1，...x
n/2-1
判决为全0序列，否则为全1序列；
11.(4)判决：若s2≥0，则x
n/2
，x
n/2 1
，...，x
n-1
判决为全0序列，否则为全1序列；
12.(5)判决：u
n-1
＝x
n/2
。
13.若采用洗牌(shuffle)方式：
14.(1)计算
15.(2)计算
16.(3)判决：若s1≥0，则x0，x2，x4，...x
n-2
判决为全0序列，否则为全1序列；
17.(4)判决：若s2≥0，则x1，x3，x5，...，x
n-1
判决为全0序列，否则为全1序列；
18.(5)判决：u
n-1
＝x1。
19.根据上述发明思路，还可以得到以下技术方案：一种极化码特殊形式节点的快速译码装置，使用了如上任意一种技术方案所述的译码方法。
附图说明
20.图1(a)是码长为16的bi-rep码节点采用kronecker方式编译码的信号流图，从左向右是编码方向，从右向左是译码方向；
21.图1(b)是码长为16的bi-rep码节点采用shuffle方式编译码的信号流图，编、译码方向与图1相同；
22.图2是码长为8，信息位为a，冻结位为0的rep节点编码示例；
具体实施方式
23.下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
24.如图1(a)和图1(b)所示，本算法实例所针对的特殊形式的极化码的一个重要特征是输出编码结果为
[0025][0026]
或
[0027][0028]
以下对此结论进行证明：
[0029]
对于任意的码长n＝2n，(n＝2，3，4，5，...)，则编码的层数为n，第n层即为输出层(如图1(a)和图1(b)，以码长16为例)。层数小于等于(n-1)层的部分可以视为两个独立的极化码重复(repetition，rep)节点。对于2m(m＝ 1，2，3，4，...)位rep节点，其输出满足(如图2所示，以rep码长8为例)。
[0030]
于是，u0，u1，...，u
n/2-1
的第(n-1)层编码结果满足x
0，n-1
＝x
1，n-1
＝...＝ x
n/2-1，n-1
＝u
n/2-1
；u
n/2
，u
n/2 1
，...，u
n-1
的第(n-1)层编码结果满足x
n/2，n-1
＝ x
n/2 1，n-1
＝...＝x
n-1，n-1
＝u
n-1
(x
i，j
表示第j层、第i位的编码比特)。
[0031]
由图1(a)展示的kronecker编码方式的信号流图，可得：
[0032][0033]
则有
[0034][0035]
由图1(b)展示的shuffle编码方式的信号流图，可得：
[0036][0037]
则有
[0038][0039]
以下以16位码长、kronecker编码方式为例，通过完整的编码、传输、译码流程解释该针对特殊形式极化码的译码算法的工作过程：
[0040]
1、设u7＝a，u
15
＝b，其他冻结位均置为0，编码得到输出端：
[0041][0042]
2、设接收到的llr为li(i是索引，0≤i≤15)；
[0043]
3、计算
[0044]
4、计算
[0045]
5、若s1≥0，则得x0，x1，x2，...，x7的估计值反之则得
[0046]
6、若s2≥0，则得x8，x9，x
10
，...，x
15
的估计值反之则得
[0047]
7、译码：


技术特征：
1.一种极化码特殊形式节点的快速译码方法，其特征在于，通过以下方式进行特殊形式节点的识别：设极化码的某一节点的叶节点所对应的比特位为(u0，u1，...，u
n-1
)，其中若其符合u0，u1，...，u
n/2-2
，u
n/2
，u
n/2 1
，...，u
n-2
均为冻结比特，仅有u
n/2-1
，u
n-1
为信息比特，则此种节点为符合要求的特殊形式节点，称之为双重复(binary repetition，bi-rep)节点。2.如权利要求1中所述的极化码特殊形式节点的快速译码方法，其特征在于：若采用了克罗内克式(kronecker)编译码，则节点处的n个位置按照索引值(索引从0开始)分为小于与大于等于两部分。索引值小于的部分所有位置接收到的对数似然比(llr)之和记为l1，若l1≥0，令v＝0；否则令v＝1。索引值大于等于的部分所有位置接收到的llr之和记为l2，若l2≥0，令w＝0；否则令w＝1。由此可以判定u
n-1
＝w。3.如权利要求1中所述的极化码特殊形式节点的快速译码方法，其特征在于：若采用洗牌式(shuffle)编译码，则节点处的n个位置按照索引值(索引从0开始)分为偶数索引与奇数索引两部分。偶数索引的部分所有位置接收到的llr之和记为l1，若l1≥0，令v＝0；否则令v＝1。奇数索引部分所有位置接收到的llr之和记为l2，若l2≥0，令w＝0；否则令w＝1。由此可以判定u
n-1
＝w。4.一种极化码特殊形式节点的快速译码装置，基特征在于：若采用kronecker式编译码，则节点处的n个位置按照索引值分为小于与大于等于两部分。索引值小于的部分所有位置接收到的对数似然比(llr)之和记为l1，若l1≥0，令v＝0；否则令v＝1。索引值大于等于的部分所有位置接收到的llr之和记为l2，若l2≥0，令w＝0；否则令w＝1。由此判定u
n-1
＝w。若采用shuffle式编译码，则节点处的n个位置按照索引值分为偶数索引与奇数索引两部分。偶数索引的所有位置接收到的llr之和记为l1，若l1≥0，令v＝0；否则令v＝1。奇数索引所有位置接收到的llr之和记为l2，若l2≥0，令w＝0；否则令w＝1。由此判定u
n-1
＝w。

技术总结
本发明公开了一种极化码特殊形式节点的快速译码方法。设极化码的某一节点的叶节点所对应的比特位为(u0，u1，...，u


技术研发人员：王中风 陈弘炜 周杨灿 汪煜凯 吴凯 郑耀杰
受保护的技术使用者：南京大学
技术研发日：2022.05.18
技术公布日：2022/8/30