极化码置信传播译码器的流水线系统技术方案

本发明专利技术公开了一种极化码置信传播译码器的流水线系统，包括BP译码器和计算模块BCB，其中，BP译码器的BP译码算法通过一个包含(n+1)N个节点的n阶因子图迭代实现，N代表码长，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，以BP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。计算模块BCB包括相邻两阶相隔N/2比特位置的4个节点之间的消息更新和传递。本发明专利技术适用于极化码的高吞吐率、低复杂度BP译码器架构，在降低硬件实现复杂度的同时，提高了处理速度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线通信
，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。
技术介绍
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。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Turbo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。<br>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BCJR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，这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。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种极化码置信传播译码器的流水线架构，本专利技术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。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：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+1)N个节点的n阶因子图迭代实现，N代表码长,N＝2n，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，以BP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。所述计算模块BCB用于相邻两阶相隔N/2比特位置的4个节点之间的消息更新和传递。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。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。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。优选的：所述计算模块BCB集成有以下公式；和/或其中，代表因子图中第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g(x,y)＝log(cosh((x+y)/2))-log(cosh((x-y)/2))；经过迭代次数I后，得到中间判决值通过对进行反序重排操作，即可得到最终的译码输出优选的：对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：g(x,y)≈sign(x)sign(y)min(|x|,|y|)。有益效果：本专利技术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，具有以下有益效果：与现有译码技术相比，本专利技术适用于极化码的BP译码器架构。本专利技术运用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。因此本专利技术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。附图说明图1是基本计算单元BCB的逻辑结构。图2是BP译码算法不同量化方案的仿真结果。图3是通过BCB的双向消息更新。图4是8比特极化码的前向反馈流水线BP译码器。图5是8比特极化码的前向反馈译码器对应的数据处理时序图。图6是N比特极化码的前向反馈流水线BP译码器。图7是N比特极化码的后向反馈流水线BP译码器。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本专利技术，应理解这些实例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术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。1.定点化方案在给出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，1S+kI+lF代表定点化方案中，有1bit符号位，kbits整数位记忆lbits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。2.BP译码器的流水线架构通过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(m≤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+1)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(i,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，以BP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。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本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种极化码置信传播译码器的流水线架构，其特征在于：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+1)N个节点的n阶因子图迭代实现，N代表码长,N＝2n，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，以BP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；所述计算模块BCB用于相邻两阶相隔N/2比特位置的4个节点之间的消息更新和传递；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；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。

【技术特征摘要】
1.一种极化码置信传播译码器的流水线架构，其特征在于：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+1)N个节点的n阶因子图迭代实
现，N代表码长,N＝2n，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，以BP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；
所述计算模块BCB用于相邻两阶相隔N/2比特位置的4个节点之间的消息更新
和传递；
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；
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。
2.根据权利要求1所述的极化码置信传播译码器的流水线架构，其特征在于：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。
3.根据权利要求1或2所述的极化码置信传播译码器的流水线架构，其特征在于：所
述计算模块BCB集成有以下公式；
pi+1,j(t)=g(pi,j(t),pi,...

【专利技术属性】
技术研发人员：张川，杨俊梅，尤肖虎，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32