一种基于预判机制的极化码译码系统及其方法与流程

本发明属于集成电路片上网络的通信技术领域，尤其涉及一种基于预判机制的极化码译码系统及其方法。

背景技术：

2016年，第三代合作伙伴计划，ran187次会议上最终确立了5g网络embb场景下的编码技术方案，其中国内华为公司主导的极化码成为控制信道下的编码方案；美国高通公司主导的ldpc码成为数据信道的编码方案。对于未来“万物互联”的物联网时代，5g网络urllc和mmtc场景下的编码技术标准还未确定，因此对极化码译码算法的深入研究，对未来“物联网”时代的到来具有深刻意义；

目前有很多种极化码译码算法，其中，串行抵消列表译码算法，串行抵消列表译码算法增加了每一层路径搜索后允许保留的候选路径数量，在每一层扩展后选择路径度量值最小的l条，保存在一个列表中，等待下一次扩展；

串行抵消列表译码算法解决了串行抵消译码算法存在的错误传递问题，但是该算法也存在着局限性：1)码树结构中每一层的保留节点(父节点)，都将分裂为下一层左右两个子节点，增加了路径分裂的冗余度；2)完成一层的路径扩展后，需要从2l条候选路径中筛选出l条(l为列表宽度)，冗余的排序增加了额外的解码周期；3)对于码树结构中的固定比特，同样需要计算其路径度量值，存在路径度量值的冗余计算；逐次逐比特进行判决，通过计算每个节点的路径度量值和筛选，这是整个系统复杂度和延迟的主要来源，如何减少译码路径分裂，进而减少路径度量值的计算和筛选环节，就成为了一个关键问题。

技术实现要素：

本发明为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出了一种基于预判机制的极化码译码系统及其方法，以期能减少译码路径分裂、减少路径度量值的计算和筛选环节，从而能有效的减少计算量，降低延迟的同时降低功耗。

本发明为达到上述目的所采用的技术方案是：

本发明一种基于预判机制的极化码译码系统的特点包括：查找表模块、控制模块、输入模块、对数似然比计算模块、路径度量值计算模块、排序模块；

定义列表搜索宽度为list；

定义当前层数为i，并初始化i＝1；

所述查找表模块根据所述列表搜索宽度list＝2ⁿ，计算出指数n，且n∈{0,1,2,3……n}，n为码长；

所述输入模块获取一定信噪比的带噪信号作为第i-1层的对数似然比传递给所述对数似然比计算模块；

所述对数似然比计算模块根据所述第i-1层的对数似然比计算出第i层的所有节点的对数似然比并传递给所述路径度量值计算模块；

若第i层为信息比特层，则所述控制模块判断i＜n是否成立，若成立，则将第i层的每个节点都分裂为左右两个子节点，否则，根据第i-1层的对数似然比的符号将第i层的每个节点分裂为左子节点或右子节点；

若分裂为左右两个子节点，则所述路径度量值计算模块判断所述对数似然比的符号，若则令左子节点的路径度量值为第i-1层的路径度量值，令右子节点的路径度量值等于第i-1层的路径度量值加上第i层的对数似然比的绝对值；若则令左子节点的路径度量值等于第i-1层的路径度量值加上第i层的对数似然比的绝对值；令右子节点的路径度量值为第i-1层的路径度量值；当i＝1时，第i-1层的路径度量值为“0”；

若分裂为左子节点或右子节点；则所述路径度量值计算模块令左子节点或右子节点的路径度量值为第i-1层的路径度量值；

若第i层为固定比特层，则所述控制模块按照所设定的比特值将第i层的每个节点分裂为相应比特值所对应的子节点；

所述路径度量值计算模块令所分裂出的相应比特值所对应的子节点的第i层的路径度量值为第i-1层的路径度量值；

所述控制模块将i+1赋值给i后，判断i>n是否成立，若成立，则将n层的所有路径度量值传递给所述排序模块；否则，所述控制模块按照第i层为信息比特层或固定比特层的判断和处理过程进行循环操作；

所述排序模块比较所有路径度量值的大小，并筛选出路径度量值最小路径并作为极化码的译码结果。

本发明一种基于预判机制的极化码译码方法的特点是按如下步骤进行：

步骤1、定义列表搜索宽度为list；定义当前层数为i，并初始化i＝1；并根据所述列表搜索宽度list＝2ⁿ，计算出指数n，且n∈{0,1,2,3……n}，n为码长；

步骤2、获取一定信噪比的带噪信号作为第i-1层的对数似然比

步骤3、根据所述第i-1层的对数似然比计算出第i层的所有节点的对数似然比

步骤4、判断第i层是否为信息比特层，若是，则执行步骤5；否则表示第i层为固定比特层，并执行步骤8；

步骤5、判断i＜n是否成立，若成立，则将第i层的每个节点都分裂为左右两个子节点后，执行步骤6；否则，根据第i-1层的对数似然比的符号将第i层的每个节点分裂为左子节点或右子节点后，执行步骤7；

步骤6、若则令左子节点的路径度量值为第i-1层的路径度量值，令右子节点的路径度量值等于第i-1层的路径度量值加上第i层的对数似然比的绝对值；

若则令左子节点的路径度量值等于第i-1层的路径度量值加上第i层的对数似然比的绝对值；令右子节点的路径度量值为第i-1层的路径度量值；

当i＝1时，第i-1层的路径度量值为“0”；

步骤7、令左子节点或右子节点的路径度量值为第i-1层的路径度量值；

步骤8、按照所设定的比特值将第i层的每个节点分裂为相应比特值所对应的子节点；

步骤9、令所分裂出的相应比特值所对应的子节点的第i层的路径度量值为第i-1层的路径度量值；

步骤10、将i+1赋值给i后，判断i>n是否成立，若成立，则执行步骤11；否则，返回步骤3；

步骤11、比较所有路径度量值的大小，并筛选出路径度量值最小路径并作为极化码的译码结果。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果体现在：

1、本发明为了解决路径分裂的冗余问题，提出了一种根据对数似然比符号来判断路径分裂的方法，解决了分裂路径的冗余问题，降低了分裂的时间，减少了分裂路径的存储空间，降低了延时，同时降低了功耗；

2、本发明针对固定比特层的路径度量值进行了简化计算；当路径分裂到固定比特层时，可以直接获得某一条路径的路径度量值，简化了路径度量值值的冗余计算，计算量的减少直接降低了功耗；

3、本发明通过对数似然比的符号直接进行路径分裂，假设第i层的候选路径等于列表搜索宽度l，那么第i层以后每层都只分裂为l条路径；无需从2l条路径中少选出l条路径度量值最小的路径，从而减少了路径筛选环节，降低了延迟；

4、本发明通过对数似然比的符号直接进行路径分裂，假设第i层的候选路径等于列表搜索宽度l，那么第i层以后每层都只分裂为l条路径；减少了路径度量值的计算，进而减少了延迟，也降低了功耗。

附图说明

图1为本发明基于预判机制的极化码译码系统框图；

图2为本发明码长n＝4，列表搜索宽度list＝16的路径分裂的码树结构图；

图3为本发明码长n＝4，列表搜索宽度list＝4的路径分裂的码树结构图；

图4为本发明(1024,512)极化码在不同信噪比和不同列表搜索宽度下的误码率对比图。

具体实施方式

本实施例中，如图1所示，一种基于预判机制的极化码译码系统，包括：查找表模块、控制模块、输入模块、对数似然比计算模块、路径度量值计算模块、排序模块和存储模块；其中，存储模块包括：对数似然比存储器、路径度量值存储器和保留路径存储器；

定义列表搜索宽度为list；

定义当前层数为i，并初始化i＝1；

查找表模块根据列表搜索宽度list＝2ⁿ，计算出指数n，且n∈{0,1,2,3……n}，n为码长；

输入模块获取一定信噪比的带噪信号作为第i-1层的对数似然比传递给对数似然比计算模块；

对数似然比计算模块根据第i-1层的对数似然比计算出第i层的所有节点的对数似然比并传递给路径度量值计算模块；同时将计算出的对数似然比存储在对数似然比存储器中；

若第i层为信息比特层，则控制模块判断i＜n是否成立，若成立，则将第i层的每个节点都分裂为左右两个子节点，否则，根据第i-1层的对数似然比的符号将第i层的每个节点分裂为左子节点或右子节点；

若分裂为左右两个子节点，则路径度量值计算模块判断对数似然比的符号，若则令左子节点的路径度量值为第i-1层的路径度量值，令右子节点的路径度量值等于第i-1层的路径度量值加上第i层的对数似然比的绝对值；若则令左子节点的路径度量值等于第i-1层的路径度量值加上第i层的对数似然比的绝对值；令右子节点的路径度量值为第i-1层的路径度量值；当i＝1时，第i-1层的路径度量值为“0”；

若分裂为左子节点或右子节点；则路径度量值计算模块令左子节点或右子节点的路径度量值为第i-1层的路径度量值；

若第i层为固定比特层，则控制模块按照所设定的比特值将第i层的每个节点分裂为相应比特值所对应的子节点；

路径度量值计算模块令所分裂出的相应比特值所对应的子节点的第i层的路径度量值为第i-1层的路径度量值；其中，所有计算出的路径度量值存储在路径度量值存储器中；

控制模块将i+1赋值给i后，判断i>n是否成立，若成立，则将n层的所有路径度量值传递给排序模块；否则，控制模块按照第i层为信息比特层或固定比特层的判断和处理过程进行循环操作；

排序模块比较所有路径度量值的大小，并筛选出路径度量值最小路径存储在保留路径存储器中并作为极化码的译码结果。

本实施例中，一种基于预判机制的极化码译码方法是如下步骤进行：

步骤1、设定列表搜索宽度为list，定义当前层数为i，并初始化i＝1；并根据列表搜索宽度list＝2ⁿ，且n∈{0,1,2,3……n}，n为码长；本实施例中，当list＝16，码长n＝4；计算出指数n＝4；路径分裂的码树结构如图2所示；当list＝4，码长n＝4；路径分裂的码树结构如图3所示；

步骤2、获取一定信噪比的带噪信号作为第i-1层的对数似然比

步骤3、根据第i-1层的对数似然比计算出第i层的所有节点的对数似然比

步骤4、判断第i层是否为信息比特层，若是，则执行步骤5；否则表示第i层为固定比特层，并执行步骤8；

步骤5、判断i＜4是否成立，若成立，则将第i层的每个节点都分裂为左右两个子节点后，执行步骤6；否则，根据第i-1层的对数似然比的符号将第i层的每个节点分裂为左子节点或右子节点后，执行步骤7；

步骤6、若则令左子节点的路径度量值为第i-1层的路径度量值，令右子节点的路径度量值等于第i-1层的路径度量值加上第i层的对数似然比的绝对值；

若则令左子节点的路径度量值等于第i-1层的路径度量值加上第i层的对数似然比的绝对值；令右子节点的路径度量值为第i-1层的路径度量值；

当i＝1时，第i-1层的路径度量值为“0”；

步骤7、令左子节点或右子节点的路径度量值为第i-1层的路径度量值；

步骤8、按照所设定的比特值将第i层的每个节点分裂为相应比特值所对应的子节点；

步骤9、令所分裂出的相应比特值所对应的子节点的第i层的路径度量值为第i-1层的路径度量值；

步骤10、将i+1赋值给i后，判断i>4是否成立，若成立，则执行步骤11；否则，返回步骤3；

步骤11、比较所有路径度量值的大小，并筛选出路径度量值最小路径并作为极化码的译码结果。

实验验证：

测试的信道为加性高斯白噪声信道，在码长为1024，码率为0.5的基础上，测试不同信噪比和列表所搜宽度下的误码率，如图4所示，信噪比范围为(0.5，3.5)，列表搜索宽度分别设为8、16、32、64；

基于上述设定的实验条件，测试得出的误码率实验结果如图4所示，随着信噪比的增大对应的误码率降低，随着列表搜索宽度的增大误码率降低，列表搜索宽度越大，译码的误码率越低，当列表搜索宽度增大到一定程度时，误码率基本不变，维持在10^-4。