一种并行的极化码译码方法及装置与流程

技术特征：

1.一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A_a和A_b，在A_a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T_a，在A_b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T_b；所构建的两棵二叉树T_a和T_b分别是两个并行快速译码器PFD_a和PFD_b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…α_N-1)；

步骤三、利用信道α的前一半(α₀…α_N/2-1)初始化译码树T_a，利用后一半数据(α_N/2…α_N-1)初始化译码树T_b，译码树T_a用于并行快速译码器PFD_a的译码，译码树T_b用于并行快速译码器PFD_b的译码；

步骤四、译码器PFD_a和PFD_b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n_v相等；

$\begin{array}{c}{\mathrm{\α}}_1\[i\]=F({\mathrm{\α}}_v\[2*i\],{\mathrm{\α}}_v\[2*i+1\])\\ =sign\left({\mathrm{\α}}_v\[2*i\]\right)sign\left({\mathrm{\α}}_v\[2*i+1\]\right)\min \left(\left|{\mathrm{\α}}_v\[2*i\]\right|,\left|{\mathrm{\α}}_v\[2*i+1\]\right|\right)\end{array},0\≤i\<n_v---\left(1\right)$

$\begin{array}{c}{\mathrm{\α}}_r\[i\]=G({\mathrm{\α}}_v\[2*i\],{\mathrm{\α}}_v\[2*i+1\],{\mathrm{\β}}_l\[i\])\\ ={\mathrm{\α}}_v\[2*i+1\]-\left(2{\mathrm{\β}}_l\[i\]-1\right){\mathrm{\α}}_v\[2*i\]\end{array},0\≤i\<n_v---\left(2\right)$

式(1)和式(2)中，α_v表示激活节点的中间值α，α_l表示激活节点左孩子的中间值α，α_r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，β_l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β

1)当PFD_a和PFD_b中的激活节点同为RATE0节点时，两节点合称为RATE0-P节点；此时，PFD_a和PFD_b中该节点的子码估值β同时被判定为0，即式(10)所示；

β_a[i]＝β_b[i]＝0,0≤i<n_v (10)

2)当PFD_a和PFD_b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，PFD_a和PFD_b根据式(11)进行独立译码，分别获得两个子码估值β_a和β_b；

$\begin{array}{cc}{\mathrm{\&beta;}}_a\&lsqb;i\&rsqb;=\left\{\begin{array}{cc}0,& \begin{array}{cc}if& {\mathrm{\&alpha;}}_a\&lsqb;i\&rsqb;\&GreaterEqual;0\end{array}\\ 1,& otherwise\end{array}\right.& {\mathrm{\&beta;}}_b\&lsqb;i\&rsqb;=\left\{\begin{array}{cc}0,& \begin{array}{cc}if& {\mathrm{\&alpha;}}_b\&lsqb;i\&rsqb;\&GreaterEqual;0\end{array}\\ 1,& otherwise\end{array}\right.\end{array},0\&le;i\&lt;n_v---\left(11\right)$

3)当PFD_a中的激活节点为SPC节点，PFD_b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＝[α_a α_b] (12)

$HD\&lsqb;i\&rsqb;=\left\{\begin{array}{cc}0,& \mathrm{\&alpha;}\&lsqb;i\&rsqb;\&GreaterEqual;0\\ 1,& \mathrm{\&alpha;}\&lsqb;i\&rsqb;\&lt;0\end{array}\right.,0\&le;i\&lt;n_v---\left(13\right)$

$parity=\underset{i=0}{\overset{N_i-1}{\&CirclePlus;}}HD\&lsqb;i\&rsqb;,0\&le;i\&lt;n_v---\left(14\right)$

j＝arg_i min|α[i]|，0≤i<n_v (15)

$\mathrm{\&beta;}\&lsqb;i\&rsqb;=\left\{\begin{array}{cc}HD\&lsqb;i\&rsqb;\&CirclePlus;parity,& i=j\\ HD\&lsqb;i\&rsqb;,& otherwise\end{array}\right.,0\&le;i\&lt;n_v---\left(16\right)$

4)当PFD_a和PFD_b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，PLD_a和PLD_b根据式(17)独立译码，分别获得两个子码估值β_a和β_b；

$\begin{array}{cc}{\mathrm{\&beta;}}_a\&lsqb;i\&rsqb;=\left\{\begin{array}{cc}0,& \underset{i=0}{\overset{n_v}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&alpha;}}_a\&lsqb;i\&rsqb;\&GreaterEqual;0\\ 1,& otherwise\end{array}\right.& {\mathrm{\&beta;}}_b\&lsqb;i\&rsqb;=\left\{\begin{array}{cc}0,& \underset{i=0}{\overset{n_v}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&alpha;}}_b\&lsqb;i\&rsqb;\&GreaterEqual;0\\ 1,& otherwise\end{array}\right.\end{array},0\&le;i\&lt;n_v---\left(17\right)$

5)当PFD_a中的激活节点为RATE0节点，PFD_b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×n_v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β_a和β_b；

$\mathrm{\&alpha;}=\underset{i=0}{\overset{n_v}{\&Sigma;}}{\mathrm{\&alpha;}}_a\&lsqb;i\&rsqb;+\underset{i=0}{\overset{n_v}{\&Sigma;}}{\mathrm{\&alpha;}}_b\&lsqb;i\&rsqb;,0\&le;i\&lt;n_v---\left(18\right)$

${\mathrm{\&beta;}}_a\&lsqb;i\&rsqb;={\mathrm{\&beta;}}_b\&lsqb;i\&rsqb;=\left\{\begin{array}{cc}0,& \mathrm{\&alpha;}\&GreaterEqual;0\\ 1,& otherwise\end{array}\right.,0\&le;i\&lt;n_v---\left(19\right)$

6)当PFD_a和PFD_b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，PFD_a和PFD_b根据式(15)(16)(17)(18)(19)独立译码，分别获得两个子码估值β_a和β_b；

7)当PFD_a中的激活节点为RATE0-RATE1节点，PFD_b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，PFD_a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α_a表示；PFD_b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α_b表示；将α_a和α_b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β_a用β_a0表示，公式(19)的另一个输出β_b用β_b0表示；

之后PFD_a将α_a和β_a0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β_a1表示，PFD_b将α_b和β_b0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β_b1表示；将[β_a0,β_a1]作为公式(20)的输入，公式(20)的输出就是RATE0-RATE1节点的β值，将[β_b0,β_b1]作为公式(21)的输入，公式(21)的输出就是SPC节点的β值；

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\&beta;}}_a\&lsqb;2i\&rsqb;=={\widehat{\mathrm{\&beta;}}}_a\&lsqb;i\&rsqb;\&CirclePlus;{\widehat{\mathrm{\&beta;}}}_a\&lsqb;i+n_v/2\&rsqb;\\ {\mathrm{\&beta;}}_a\&lsqb;2i+1\&rsqb;={\widehat{\mathrm{\&beta;}}}_a\&lsqb;i+n_v/2\&rsqb;\end{array}\right.,0\&le;i\&lt;n_v/2---\left(20\right)$

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\&beta;}}_b\&lsqb;2i\&rsqb;={\widehat{\mathrm{\&beta;}}}_b\&lsqb;i\&rsqb;\&CirclePlus;{\widehat{\mathrm{\&beta;}}}_b\&lsqb;i+n_v/2\&rsqb;\\ {\mathrm{\&beta;}}_b\&lsqb;2i+1\&rsqb;={\widehat{\mathrm{\&beta;}}}_b\&lsqb;i+n_v/2\&rsqb;\end{array}\right.,0\&le;i\&lt;n_v/2---\left(21\right)$

8)当PFD_a中的激活节点为REP节点，PFD_b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，PFD_a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α_a表示；PFD_b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α_b表示；将α_a和α_b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β_a用β_a0表示，公式(19)的另一个输出β_b用β_b0表示；

之后PFD_a将α_a和β_a0作为G运算的输入做一个G运算，PFD_b将α_b和β_b0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β_a0和β_b0表示；将β_a0作为公式(20)的输入，公式(20)的输出就是REP节点的β值，将β_b0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PFD_b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＝log₂n_v，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PFD_b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PFD_a所有的局部码字估值按获得的顺序拼接，就是译码器PFD_a的码字估值，将译码器PFD_b所有的局部码字估值按获得的顺序拼接，就是译码器PFD_b的码字估值；将译码器PFD_a的码字估值与译码器PFD_b的码字估值异或运算，并替换译码器PFD_a的码字估值；

步骤九、将译码器PFD_a的码字估值作为序列的前一半，即译码器PFD_b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。

2.一种用于权利要求1所述并行的极化码译码方法的译码装置，其特征在于，该装置包括：信道α存储器、中间值α_a存储器、中间值α_b存储器、子码估值β_a存储器、子码估值β_b存储器、G_a乘生成矩阵模块、G_b乘生成矩阵模块、组合模块、控制器和并行的译码器PFD_a和PFD_b；

信道α存储器接收到的信道α分为两部分分别送入中间值α_a存储器和中间值α_b存储器，

中间值α_a存储器和中间值α_b存储器分别用于存储计算过程中的中间值α_a和中间值α_b；

子码估值β_a存储器和子码估值β_a存储器分别用于存储计算过程中的子码估值β_a和子码估值β_a；

G_a乘生成矩阵模块和G_b乘生成矩阵模块分别用于生成矩阵G并获得矩阵G与子码估值β_a和子码估值β_a的乘积，即各自的局部码字估值u；

模块将G_a乘生成矩阵模块和G_b乘生成矩阵模块获得的局部码字估值u合并，输出序列

并行的译码器PFD_a和PFD_b分别读取中间值α_a存储器、中间值α_b存储器、子码估值β_a存储器和子码估值β_b存储器中的中间值α_a、中间值α_b、子码估值β_a和子码估值β_a，并将计算得到的激活节点中间值α_a和中间值α_b存入中间值α_a存储器和中间值α_b存储器，将子码估值β_a和子码估值β_b存入子码估值β_a存储器和子码估值β_b存储器；

控制器用于控制其他各个模块按照所述译码方法完成译码的过程。

3.根据权利要求2所述的并行的极化码译码方法的译码装置，其特征在于，所述的并行的译码器PFD_a和PFD_b中包含如下运算架构：

1)F运算用来求激活节点左孩子的α值，其硬件架构如图2所示，选择两个相邻α值的符号做异或运算，作为输出的符号，选择较小的绝对值作为输出的数值位；

2)G运算用来获得激活节点右孩子的α值，硬件架构如图3所示；G运算有三个参数，除了激活节点本身的α值，还需要左孩子反馈的β值即β_l；β_l值不同，对α的运算不同，当β为0时，两个α相加，当β为1时，两个α相减；

3)C运算将激活节点左孩子反馈来的β_l和右孩子反馈来的β_r计算自身的β值，硬件架构如图4所示，其中偶数位的β值是β_l与β_r的异或，奇数位的β值与β_r相等；

4)REP和REPB运算分别用来计算REP节点和REPB节点的β值，两个都是累加运算，硬件架构如图5所示，根据REP节点和REPB节点的特殊结构，对激活节点的所有α值求和，对求和结果取符号位，便是激活节点的β值，其β值为全0或全1序列；

5)SPC运算和RATE1B运算分别用来求SPC节点和RATE1B节点的β值，根据RATE1B节点的特殊结构，其实质上是一个较长的SPC节点，因此具有和SPC运算相同的硬件架构，如图6所示；首先获取输入的符号位，并对其进行奇偶校验，若满足校验则符号位便是激活节点的β值，若不满足校验，对绝对值最小的符号位进去取反，取反后的结果作为激活节点的β值；

6)SPCB1运算用来计算SPCB1节点的β值，其硬件架构如图7所示，SPCB1节点的结构比较复杂，首先需要将SPCB1节点拆成一个REP节点，一个RATE1节点，通过F和G运算分别计算两个节点的α值，再将REP运算的结果和G运算的符号位合并成最终的β值；

7)SPCB2运算用来计算SPCB2节点的β值，其硬件架构如图8所示，首先需要将一个SPCB2节点拆分成一个REP节点和一个SPC节点，利用F运算和G运算分别计算两个节点的α值，在根据REP运算和SPC运算计算两个节点的β值，经过合并最终获得激活节点的β值。