本發(fā)明屬于光通信領(lǐng)域，具體涉及一種用于光信道傳輸?shù)幕诙辔慌袥Q的極化碼譯碼方法。

背景技術(shù)：

寬帶光網(wǎng)絡(luò)被國家中長期科技發(fā)展綱要明確將其列為“信息產(chǎn)業(yè)及現(xiàn)代服務(wù)業(yè)”重點(diǎn)領(lǐng)域下的優(yōu)先支持主題，寬帶光網(wǎng)絡(luò)已被明確提升到了國家戰(zhàn)略層面。

在寬帶用戶數(shù)量和單用戶接入帶寬兩大因素持續(xù)快速增長的推動(dòng)下，帶寬需求量呈現(xiàn)高速增長。三網(wǎng)融合促使各種新型網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用逐漸普及，以往的網(wǎng)絡(luò)帶寬已經(jīng)不能滿足需求。通信行業(yè)正在經(jīng)歷從以往的語音通信業(yè)務(wù)為主向大力發(fā)展數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型，通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸量大幅增長。

極化碼在二進(jìn)制離散無記憶信道(Binary Discrete Memoryless Channel，BDMC)下在理論上使得通信系統(tǒng)的容量可以達(dá)到香農(nóng)容量。這種編碼方法是基于一種信道極化的現(xiàn)象下完成的，信道極化使一部分信道變成完全好的，一部分信道變成完全差的，基于這個(gè)現(xiàn)象，極化碼就是將要傳送的信息比特放在完全好的信道上傳輸。極化碼的實(shí)際性能隨著列表連續(xù)消去譯碼算法(Successive Cancellation List(SCL)Decoding)等技術(shù)的提出雖然有所改善，但是上述譯碼算法的延時(shí)和硬件資源占用情況仍不理想，硬件實(shí)現(xiàn)還很不成熟。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種基于多位判決的極化碼譯碼方法，顯著降低算法的延時(shí)，提高算法硬件實(shí)現(xiàn)的成熟度。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。

一種基于多位判決的極化碼譯碼方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、譯碼樹路徑展開：每一條SC譯碼序列都產(chǎn)生出多級譯碼子樹，從而形成基于LLR的多個(gè)LLR消息輸出；

S2、多位譯碼度量計(jì)算：利用譯碼樹路徑展開提供的多個(gè)LLR消息，一次性計(jì)算出所有相關(guān)路徑的路徑度量；

S3、譯碼器的迫零修正：當(dāng)所有譯碼路徑的路徑度量計(jì)算完畢后，對路徑度量進(jìn)行分析判斷，如果發(fā)現(xiàn)有路徑度量的值過低，則強(qiáng)迫凍結(jié)該路徑度量所對應(yīng)的位；

S4、譯碼器的比較與剪枝：對于路徑度量取值正常的路徑，比較其度量值，取出最大的L條路徑，作為進(jìn)一步譯碼的起點(diǎn)，將其他路徑剪枝。

進(jìn)一步地：

步驟S1中，實(shí)施啟動(dòng)L個(gè)基于LLR的SC譯碼器，維護(hù)L條譯碼序列，其中每一條SC譯碼序列都產(chǎn)生出K級譯碼子樹，從而形成基于LLR的2^K個(gè)LLR消息輸出；步驟S2中，利用譯碼樹路徑展開提供的2^K個(gè)LLR消息，一次性計(jì)算出所有相關(guān)路徑的路徑度量。

步驟S2包括以下步驟：

步驟301，讀入待譯碼的數(shù)據(jù)；

步驟302，對極化碼編碼器進(jìn)行初始化，包括初始化2^k*2^k階的編碼矩陣；

步驟303，循環(huán)計(jì)數(shù)器j置為0，求和緩存sum置為0，準(zhǔn)備進(jìn)入循環(huán)；

步驟304，判斷循環(huán)計(jì)數(shù)器是否到達(dá)循環(huán)上限2^k，如果是，則轉(zhuǎn)入步驟311，如果否，則轉(zhuǎn)入步驟305；

步驟305，計(jì)算U(j)，即2^k*2^k階的編碼矩陣的第j列；

步驟306，計(jì)算U(j)與譯碼產(chǎn)生的位值向量a＝(a₁,…,a₂^k)之間的內(nèi)積，即

步驟307，計(jì)算譯碼度量的中間值B_j，其中包括以下三個(gè)步驟

獲取譯碼位值向量a＝(a₁,…,a₂^k)所對應(yīng)的LLR向量s＝(s₁,…,s₂^k)；

計(jì)算D(s_j)，其中函數(shù)D定義為

按照下式計(jì)算中間值

B_j＝s_j(1-<U(j),a>)-D(s_j)

步驟308，在求和緩存中進(jìn)行積累操作

sum＝sum+B_j

步驟309，調(diào)整循環(huán)計(jì)數(shù)器j，轉(zhuǎn)入步驟304；

步驟310，在原有譯碼度量的基礎(chǔ)上，增加sum，得到新的譯碼度量，從而完成譯碼度量的計(jì)算；

步驟311，將計(jì)算所得到的譯碼度量輸出。

一種基于多位判決的極化碼譯碼方法，包括：

步驟501，讀入待譯碼的原始數(shù)據(jù)；

步驟502，對譯碼路徑初始化；

步驟503，譯碼路徑度量置零；

步驟504，將譯碼路徑索引置零，該路徑索引作為譯碼計(jì)算循環(huán)的標(biāo)志，用于在n/2^k條譯碼路徑上進(jìn)行遍歷循環(huán)；

步驟505，判斷譯碼路徑索引是否到達(dá)循環(huán)上限n/2^k，如果是，則轉(zhuǎn)入步驟510，如果否，則轉(zhuǎn)入步驟506；

步驟506，對每一條路徑實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)的SC譯碼，得到2^k個(gè)譯碼位值輸出，并且得到相應(yīng)的LLR值；

步驟507，譯碼路徑展開，得到若干條長度增加的譯碼路徑；

步驟508，計(jì)算譯碼路徑度量，利用譯碼樹路徑展開提供的多個(gè)LLR消息，一次性計(jì)算出所有相關(guān)路徑的路徑度量；

步驟509，對得到的譯碼路徑進(jìn)行迫零調(diào)整，其中對路徑度量進(jìn)行分析判斷，如果發(fā)現(xiàn)有路徑度量的值過低，則強(qiáng)迫凍結(jié)該路徑度量所對應(yīng)的位；之后轉(zhuǎn)入步驟505；

步驟510，對譯碼路徑實(shí)施剪枝，留下路徑度量最好的L條路徑；

步驟511，輸出譯碼結(jié)果。

一種基于多位判決的極化碼譯碼系統(tǒng)，包括：

譯碼樹路徑展開裝置：每一條SC譯碼序列都產(chǎn)生出多級譯碼子樹，從而形成基于LLR的多個(gè)LLR消息輸出；

多位譯碼度量計(jì)算裝置：利用譯碼樹路徑展開提供的多個(gè)LLR消息，一次性計(jì)算出所有相關(guān)路徑的路徑度量；

譯碼器的迫零修正裝置：當(dāng)所有譯碼路徑的路徑度量計(jì)算完畢后，對路徑度量進(jìn)行分析判斷，如果發(fā)現(xiàn)有路徑度量的值過低，則強(qiáng)迫凍結(jié)該路徑度量所對應(yīng)的位；

譯碼器的比較與剪枝裝置：對于路徑度量取值正常的路徑，比較其度量值，取出最大的L條路徑，作為進(jìn)一步譯碼的起點(diǎn)，將其他路徑剪枝。

進(jìn)一步地：

譯碼樹路徑展開裝置實(shí)施啟動(dòng)L個(gè)基于LLR的SC譯碼器，維護(hù)L條譯碼序列，其中每一條SC譯碼序列都產(chǎn)生出K級譯碼子樹，從而形成基于LLR的2^K個(gè)LLR消息輸出；多位譯碼度量計(jì)算裝置利用譯碼樹路徑展開提供的2^K個(gè)LLR消息，一次性計(jì)算出所有相關(guān)路徑的路徑度量。

本發(fā)明的技術(shù)效果包括：

本發(fā)明提出了一種基于多位判決的列表連續(xù)消去的新譯碼方法，該方法可以顯著降低算法的延時(shí)，提高算法硬件實(shí)現(xiàn)的成熟度。本發(fā)明是一種低延時(shí)的極化碼譯碼算法，其利用編碼和譯碼的互易特性，利用似然比值一次性計(jì)算多個(gè)位的譯碼度量，取得比傳統(tǒng)譯碼算法更低的延遲。

附圖說明

圖1為本發(fā)明基于多位判決的極化碼譯碼方法流程圖；

圖2為本發(fā)明一種實(shí)施例中的極化碼SCL譯碼樹的結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明一種實(shí)施例中的極化碼多位譯碼度量計(jì)算的流程圖；

圖4為本發(fā)明一種實(shí)施例的基于多位判決的極化碼譯碼算法流程圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖以及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說明。理當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的基于多位判決的極化碼譯碼方法，包括以下步驟：

譯碼樹路徑展開；

多位譯碼度量計(jì)算；

譯碼器的迫零修正；

譯碼器的比較與剪枝。

譯碼樹路徑展開步驟為譯碼器多位判決作必要的準(zhǔn)備。在具體實(shí)施例中，首先啟動(dòng)L個(gè)基于LLR的SC譯碼器，維護(hù)L條譯碼序列。為了同時(shí)完成2^K個(gè)比特的譯碼工作，每一條SC譯碼序列都產(chǎn)生出K級譯碼子樹，從而形成基于LLR的2^K個(gè)LLR消息輸出，方便后續(xù)使用。

多位譯碼度量計(jì)算步驟中，利用譯碼樹路徑展開提供的2^K個(gè)LLR消息，一次性計(jì)算出所有相關(guān)路徑的路徑度量，避免了每一位順次計(jì)算的繁瑣步驟，降低譯碼延遲。

譯碼器的迫零修正步驟中，當(dāng)所有譯碼路徑的路徑度量計(jì)算完畢后，對路徑度量進(jìn)行分析判斷，如果發(fā)現(xiàn)有路徑度量的值過低，則強(qiáng)迫凍結(jié)該路徑度量所對應(yīng)的位。

譯碼器的比較與剪枝步驟中，對于路徑度量取值正常的路徑，比較其度量值，取出最大的L條路徑，作為進(jìn)一步譯碼的起點(diǎn)。將其他路徑剪枝，降低譯碼器的工作復(fù)雜度。

參見圖2，在一種具體實(shí)施例中，極化碼SCL譯碼樹的結(jié)構(gòu)包括：

節(jié)點(diǎn)11：譯碼樹的根節(jié)點(diǎn)，是所有譯碼路徑的起始，譯碼信息由此處開始發(fā)送。

路徑12：對于每一個(gè)非無效位而言，生成兩個(gè)不同的路徑，遍歷0、1兩種可能，同時(shí)針對兩種不同可能。計(jì)算譯碼的似然比(LLR)，并將該似然比向下一層傳遞。

節(jié)點(diǎn)13：每一層產(chǎn)生的節(jié)點(diǎn)都包含兩種信息，其一是譯碼值，即0或1；其二是基于LLR計(jì)算的譯碼路徑度量。

路徑14：為了避免譯碼復(fù)雜度的指數(shù)增長，只保留固定數(shù)量的譯碼路徑。也就是說，所有譯碼路徑中，具有最高度量的L條路徑被保留。

參見圖3，在優(yōu)選實(shí)施例中，計(jì)算極化碼多位譯碼度量的流程包括以下步驟：

步驟301，讀入待譯碼的數(shù)據(jù)；

步驟302，對極化碼編碼器進(jìn)行初始化。由于極化碼的編碼和譯碼過程存在對易性，我們在多位判決的計(jì)算中需要用到極化碼的編碼器。盡管極化碼譯碼的方法很多，但是編碼器卻相對標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一。這里對編碼器進(jìn)行初始化，以備后續(xù)使用；

步驟303，循環(huán)計(jì)數(shù)器j置為0，求和緩存sum置為0，準(zhǔn)備進(jìn)入循環(huán)；

步驟304，判斷循環(huán)計(jì)數(shù)器是否到達(dá)循環(huán)上限2^k，如果是，則轉(zhuǎn)入步驟311，如果否，則轉(zhuǎn)入步驟305；

步驟305，計(jì)算U(j)，即2^k*2^k階的編碼矩陣的第j列。由于編碼矩陣已經(jīng)在步驟S302初始化完畢，故此處只需從緩存中將相應(yīng)的列取出即可，無需多余計(jì)算。

步驟306，計(jì)算U(j)與譯碼產(chǎn)生的位值向量a＝(a₁,…,a₂^k)之間的內(nèi)積，即

步驟307，計(jì)算譯碼度量的中間值B_j，其中包括三個(gè)步驟

●獲取譯碼位值向量a＝(a₁,…,a₂^k)所對應(yīng)的LLR向量s＝(s₁,…,s₂^k)；

●計(jì)算D(s_j)，其中函數(shù)D定義為

●按照下式計(jì)算中間值

B_j＝s_j(1-<U(j),a>)-D(s_j)

步驟308，在求和緩存中進(jìn)行積累操作

sum＝sum+B_j

步驟309，調(diào)整循環(huán)計(jì)數(shù)器j，轉(zhuǎn)入步驟S304。

步驟310，在原有譯碼度量的基礎(chǔ)上，增加sum，得到新的譯碼度量，從而完成譯碼度量的計(jì)算。

步驟311，將計(jì)算所得到的譯碼度量輸出。

參閱圖4，在另一種實(shí)施例中，基于多位判決的極化碼譯碼方法包括以下步驟：

步驟501，讀入待譯碼的原始數(shù)據(jù)。

步驟502，對譯碼路徑初始化。這里的初始化指的是本階段譯碼的起始狀態(tài)準(zhǔn)備，即采用SCL譯碼方法所得到的L條給定長度的譯碼路徑。

步驟503，譯碼路徑度量置零。

步驟504，將譯碼路徑索引置零。該路徑索引是譯碼計(jì)算循環(huán)的標(biāo)志。譯碼計(jì)算將在n/2^k條譯碼路徑上進(jìn)行遍歷循環(huán)。

步驟505，判斷譯碼路徑索引是否到達(dá)循環(huán)上限n/2^k，如果是，則轉(zhuǎn)入步驟510，如果否，則轉(zhuǎn)入步驟506。

步驟506，對每一條路徑實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)的SC譯碼。譯碼過程進(jìn)行k級，得到2^k個(gè)譯碼位值輸出，并且得到相應(yīng)的LLR值。

步驟507，譯碼路徑展開，得到若干條長度增加的譯碼路徑。

受到資源和復(fù)雜度的限制，這些路徑不可能同時(shí)被維護(hù)，需要從中選擇L條繼續(xù)向下一級傳遞。選擇的依據(jù)是路徑度量，這是下一步計(jì)算的核心內(nèi)容。

步驟508，計(jì)算譯碼路徑度量。優(yōu)選地，譯碼路徑度量采用圖3所示的方法進(jìn)行計(jì)算。

步驟509，對得到的譯碼路徑進(jìn)行迫零調(diào)整，即對路徑度量進(jìn)行分析判斷，如果發(fā)現(xiàn)有路徑度量的值過低，則強(qiáng)迫凍結(jié)該路徑度量所對應(yīng)的位。之后轉(zhuǎn)入步驟S505。

步驟510，對譯碼路徑實(shí)施剪枝，留下路徑度量最好的L條路徑。

步驟511，輸出譯碼結(jié)果。

參閱圖1，在另一種實(shí)施例中，一種基于多位判決的極化碼譯碼系統(tǒng)，包括：

譯碼樹路徑展開裝置：每一條SC譯碼序列都產(chǎn)生出多級譯碼子樹，從而形成基于LLR的多個(gè)LLR消息輸出；

多位譯碼度量計(jì)算裝置：利用譯碼樹路徑展開提供的多個(gè)LLR消息，一次性計(jì)算出所有相關(guān)路徑的路徑度量；

譯碼器的迫零修正裝置：當(dāng)所有譯碼路徑的路徑度量計(jì)算完畢后，對路徑度量進(jìn)行分析判斷，如果發(fā)現(xiàn)有路徑度量的值過低，則強(qiáng)迫凍結(jié)該路徑度量所對應(yīng)的位；

譯碼器的比較與剪枝裝置：對于路徑度量取值正常的路徑，比較其度量值，取出最大的L條路徑，作為進(jìn)一步譯碼的起點(diǎn)，將其他路徑剪枝。

在一種具體實(shí)施例中，譯碼樹路徑展開裝置實(shí)施啟動(dòng)L個(gè)基于LLR的SC譯碼器，維護(hù)L條譯碼序列，其中每一條SC譯碼序列都產(chǎn)生出K級譯碼子樹，從而形成基于LLR的2^K個(gè)LLR消息輸出；多位譯碼度量計(jì)算裝置利用譯碼樹路徑展開提供的2^K個(gè)LLR消息，一次性計(jì)算出所有相關(guān)路徑的路徑度量。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，多位譯碼度量計(jì)算裝置采用圖3所示的計(jì)算方式計(jì)算極化碼多位譯碼度量。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體/優(yōu)選的實(shí)施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，其還可以對這些已描述的實(shí)施方式做出若干替代或變型，而這些替代或變型方式都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。