极化码置信传播译码器的流水线架构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线通信技术领域，是应用于新型信道编码极化码的置信传播(BP)译 码器的流水线架构。
【背景技术】
[0002] 无线通信技术的现代化发展开始于20世纪90年代，其发展速度一直呈上升状态， 其发展规模在不断扩大，且运用的范围也越来越广泛。近年来，无线通信技术已成为当今通 信领域内发展潜力最大、市场前景最广的热点技术。移动通信目前已进入了第四代移动通 信(4G)产业化的应用阶段，正朝着高速率，高容量，高频谱效率和低功耗的方向发展，不断 满足人们日益增长的数据和视频需求。据主要运营商和权威咨询机构预测:移动宽带业务 流量将在未来10年增长1000倍。现有4G技术在传输速率和资源利用率等方面仍然无法满足 未来的需求，其无线覆盖和用户体验也有待进一步提高。世界各国在推动4G产业化工作的 同时，第五代移动通信技术(5G)已经成为了国内外无线通信领域的研究热点。
[0003] 对于每一代移动通信，物理层的空口技术就像皇冠上的明珠，是划时代的标致。随 着对5G需求定义的逐步明确，5G候选的物理层空口技术也日渐清晰地浮出水面，包括多载 波、多址方式、调制编码等模块算法，正作为5G研究的焦点被重新设计。对于二进制输入的 离散无记忆信道(B-DMCs),理论上已经证明了极化码能够达到香农信道容量。作为第一个 能够达到香农容量的信道编码，极化码是信息理论和无线通信领域的重大突破，引起了学 术界和工业界的广泛关注。在5G移动通信的全新应用场景下，极化码将取代化rbo码和LDPC 码，成为信道纠错编码的候选者。研究适用于5G移动通信系统的高效极化码构造及译码算 法具有重大的理论意义与应用价值。
[0004] 关于极化码的相关文献中，有大量针对理想误码性能，低复杂度和低延时的极化 码译码器的相关研究。基于栅栏格的Viterbi和BC JR算法所实现的最大似然和最大后验概 率译码器是性能最优的，但其复杂度过高。近年来，连续消除的列表极化码译码器因其接近 最优的检测性能而引起了广泛的关注。然而，运种译码器由于自身的串行性，将会带来较大 的系统延时，从而限制了其在实际场景中的应用。因此，在保证期望的检测性能前提下，一 种实用的低延时、低复杂度的极化码流水线译码器架构显得尤为重要。
【发明内容】
[0005] 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种极化码置信传播译 码器的流水线架构，本发明的架构为一种前向和后向反馈BP译码器的流水线架构，适用于 极化码的高吞吐率、低复杂度BP译码器架构。相比传统的全并行架构，在降低硬件实现复杂 度的同时，提高了处理速度。
[0006] 技术方案:为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0007] 一种极化码置信传播译码器的流水线架构，包括BP译码器和计算模块BCB，其中， BP译码器的BP译码算法通过包含(n+l)N个节点的n阶因子图迭代实现，N代表码长，N = 2D， 每一个节点包含两种类型的似然概率，分别为第一似然概率和第二似然概率，WBP译码器 的输入端为左端，输出端为右端，则第一似然概率用于左边到右边消息更新和传递，第二似 然概率用于右边到左边的消息更新和传递。
[0008] 所述计算模块BCB用于相邻两阶相隔N八比特位置的4个节点之间的消息更新和传 递。
[0009] 迭代开始时，第1阶因子图的消息根据各节点是否为信息比特而被初始化为零或 者正无穷;第n+1阶因子图的消息初始化为信道输出的对数似然比LLR。
[0010] 在每次迭代中，各个节点的消息在相邻的两个阶之间先向右更新和传递，再向左 更新和传递。
[0011] 优选的：将左边到右边消息和右边到左边的消息统一化为同一种消息P。
[0012]优选的:所述计算模块BCB集成有W下公式；
[001引其中，表因子图中第i阶第j个输入比特的消息，N代表码长，t代表当前迭代 次数，且
[0019] g(x，y)二log(cosh((x+y)/2))-log(cosh((x-y)/2));
[0020] 经过迭代次数1后，得到中间判决值邸二拘，...，^^~]\^
[0022]通过对if进行反序重排操作，即可得到最终的译码输出马W。
[002；3] 优选的：对
[0024] g(x,y) = log(cosh( (x+y)/2))-log(cosh((x-y)/2))运用BP算法的最小和近似， 得到：
[0025] g(x,y) * sign(x)sign(y)min(|x|,|y|)〇
[0026] 有益效果:本发明提供的一种极化码置信传播译码器的流水线架构，相比现有技 术，具有W下有益效果：
[0027] 与现有译码技术相比，本发明适用于极化码的BP译码器架构。本发明运用BP译码 算法自身的高度并行运算，降低了总体的译码延时，适用于实际应用场景。基于极化码的BP 译码器与FFT处理器的相似性，提出了前向和后向反馈的两种流水线BP译码器架构。因此本 发明适用于极化码的高吞吐率、低复杂度BP译码器架构。相比传统的全并行架构，在降低硬 件实现复杂度的同时，提高了处理速度。
【附图说明】
[002引图1是基本计算单元BCB的逻辑结构。
[0029] 图2是BP译码算法不同量化方案的仿真结果。
[0030] 图3是通过BCB的双向消息更新。
[0031] 图4是化k特极化码的前向反馈流水线BP译码器。
[0032] 图5是化k特极化码的前向反馈译码器对应的数据处理时序图。
[0033] 图6是N比特极化码的前向反馈流水线BP译码器。
[0034] 图7是N比特极化码的后向反馈流水线BP译码器。
【具体实施方式】
[0035] 下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解运些实例仅用于说明本 发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种 等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
[0036] 1.定点化方案
[0037] 在给出BP译码算法的硬件实现之前，首先需要确定定点化方案。对于（1024,512) 的极化码，不同定点化方案的仿真结果如图2所示。其中，lS+kI + lF代表定点化方案中，有 Ibit符号位，kbits整数位记忆1 bits小数位;在所有定点化方案中，迭代次数均设为30。由 图2可知，1S+8I+3F的定点化方案在检测性能和实现复杂度之间取得了较好的折衷。在后续 的硬件实现中，采用1S+8I+3F的定点化方案。
[0038] 2. BP译码器的流水线架构
[0039] 通过BCB单元的双向消息更新与传递如图3所示。一种极化码置信传播译码器的流 水线架构，如图6、7所示，为了突出不同方向的消息更新和传递，与从左到右的消息相关的 符号及数据流等统一用深黑色表示;与从右到左的消息相关的符号及数据流等统一用淡黑 色表示。在从左到右的消息传递过程中，因子图的第n阶用L_Sn来表示;类似地，在相反方向 的消息传递过程中，因子图的第n阶用R_Sn来表示。当前的迭代次数为m，译码总迭代次数为 I)。在数据处理时序分析中，不考虑最终的判决延时。具体包括BP译码器和基本计算 模块(BCB)，其中，BP译码器的BP译码算法通过一个包含(n+l)N个节点的n阶因子图迭代实 现，N代表码长。在图1(a)中，节点Q J)代表第i级的第j个输入。每一个节点包含两种类型 的似然概率，分别为第一似然概率和第二似然概率，WBP译码器的输入端为左端，输出端为 右端，则第一似然概率用于左边到右边消息更新和传递，第二似然概率用于右边到左边的 消息更新和传递。
[0040] 迭代开始时，第1阶因子图的消息根据各节点是否为信息比特而被初始化为零或 者正无穷;第n+1阶因子图的消息初始化为信道输出的对数似然比LLR。
[0041] 在每次迭代中，各个节点的消息在相邻的两个阶之间先向右更新和传递，再向左 更新和传递。
[00创如图6、7所示，对于参数为(W，K，年的极化码，N，K，A及分别代表码长，消息 长度，消息比特的集合W及空闲比特，且N = 2n"BP译码算法可通过一个包含(n+1) N点的n 阶因子图迭代实现。每一个点包含两种类型的似然概率，分别用于左边到右边W及右边到 左边的消息更新和传递。为了降低存储复杂度，我们将两种消息统一化为同一种消息P。迭 代开始时，第1阶的消息根据各节点是否为信息比特而被初始化为零或者正无穷；第n+1阶 的消息初始化为信道输出的对数似然比化LR)。在每次迭代中，各个节点的消息在相邻的两 个阶之间先向右更新和传递，再向左更新和传递。相邻两阶相隔N/2比特位置的4个节点之 间的消息更新和传递，构成一个BCB，完成公式(1)中的相