极化码的SC-BP混合译码方法及其可调式硬件架构技术

本发明专利技术公开了一种极化码的SC‑BP混合译码方法及其可调式硬件架构，包括如下步骤：将输入的信道对数似然比，经过k阶SC译码器，得到BP译码器的输入对数似然比；将输入经过迭代后得到BP译码器的输出，其中k为混合译码器的分解因子，将输出编码后返回SC译码器，作为一组SC译码器的返回值，SC译码器根据该返回值，进行下一组译码操作。本发明专利技术将SC译码器算法和BP译码器算法整合成SC‑BP混合译码单元并且加入预计算技术，在SC编码反馈架构和混合译码的脉动架构的作用下，通过本发明专利技术的SC‑BP混合译码方法，使得译码的时延和性能可在SC和BP两种算法的效果之间做出取舍，使得译码器能够适应多种通信要求，具备极好的市场应用前景。

SC-BP Hybrid Decoding Method of Polarization Code and Its Adjustable Hardware Architecture

The invention discloses a SC BP hybrid decoding method for polarization codes and an adjustable hardware architecture, which comprises the following steps: the input channel log-likelihood ratio is obtained by k-order SC decoder, and the input log-likelihood ratio of BP decoder is obtained by iterating the input, and the output of BP decoder is obtained, where k is the decomposition factor of the hybrid decoder, and the output is returned to SC decoder after encoding. As the return value of a set of SC decoders, SC decoders perform the next set of decoding operations according to the return value. The invention integrates SC decoder algorithm and BP decoder algorithm into SC BP hybrid decoding unit and adds predictive computing technology. Under the function of SC coding feedback architecture and pulse architecture of hybrid decoding, the SC BP hybrid decoding method of the present invention can make a trade-off between the effects of SC and BP algorithms, so that the decoder can adapt to multiple passes. Letter requirements, with excellent market application prospects.

【技术实现步骤摘要】
极化码的SC-BP混合译码方法及其可调式硬件架构
本专利技术属于无线通信
，具体涉及一种极化码的SC-BP混合译码方法及其可调式硬件架构设计结构。
技术介绍
极化码E.Arikan在2009年提出的一种基于信道极化的思想的信道编译码方案，并在理论上证明了在二进制离散无记忆信道(B-DMC)下，其码率可以达到香农所提出的信道容量[1]。在2016年的3GPP会议关于5G短码方案的讨论中，极化码方案成为5GeMBB场景下控制信道的编码方案，因此，对极化码编译码算法及其实现的研究有重大的理论和实现价值。在极化码的译码方案中，有两种主流的方案，一种是连续消除(SC)译码算法，另一种是置信传播(BP)译码算法，对于这两种算法而言，SC译码往往具有更好的译码性能，但是由于SC译码本身具有的串行特性，有较高的译码时延，对码长N的极化码，传统SC译码器的译码时延为2N-1，利用预计算节点的SC译码器的时延为N-1，仍然有较高的时延。BP算法由于其并行性，时延较低，利用脉动架构的BP算法的时延为2(itr-1)+log2N，其中，itr为BP译码算法所采用的迭代次数，但是性能略逊于SC算法。
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，提供一种极化码的SC-BP混合译码方法及其可调式硬件架构，使得极化码译码器能在高性能和低时延之间进行取舍，使得译码器能够适应多种通信要求。技术方案：为实现上述目的，本专利技术提供一种极化码的SC-BP混合译码方法，包括如下步骤：1)将输入的信道对数似然比，经过k阶SC译码器，得到BP译码器的输入对数似然比；2)将输入经过迭代后得到BP译码器的输出其中k为混合译码器的分解因子并且能够被任意拆分，将输出编码后返回SC译码器，作为一组SC译码器的返回值，SC译码器根据该返回值，进行下一组译码操作。进一步地，所述SC译码器部分的译码算法原理具体为：SC译码器算法可以使用二叉树的结构表示，对二叉树内部的任意一个节点，连接的边数右五条，从父节点输入的对数似然比组αv，从左子节点和右子节点分别返回的结果βl和βr，将βl和βr经过编码操作返回父节点的βv，以及输入左右子节点的对数似然比αl和αr。其中，所述对数似然比αl和αr的更新规律如下所示：αl[i]＝sgn(αv[2i])sgn(αv[2i+1])min(|αv[2i]|,|αv[2i+1]|),fori＝0:2k-1αr[i]＝αv[2i](1-2βl[i])+αv[2i+1],fori＝0:2k-1进一步地，所述BP译码器部分的译码算法具体包括如下步骤：2.1)初始化为相应的对数似然比，其中R为从BP译码算法的DFG左端向右端传播的数据，L为从右端向左端传播的数据；2.2)利用下式将L从右向左迭代更新后，将R从左向右迭代更新；2.3)检查迭代次数是否达到最大迭代次数，若没有，则运行步骤2.2，若达到，则进行对L1,j的硬判决，得到译码结果，编码后，作为β返回至SC译码器部分。一种极化码的SC-BP混合译码方法的可调式硬件架构，包括加入预计算技术的SC-BP混合译码单元、可变时延的SC编码反馈架构、以及混合译码的脉动架构。其中，混合译码的脉动架构每个处理单元(PE)之间的连接与BP译码相似，可变时延的SC编码反馈架构在第m层的时延定义如下式所示：Tm,k＝2k-m-1+(k-m+1)TBP其中K为混合译码器的分解因子，TBP为BP译码器的时延。本专利技术先用连续消除译码(SC)译码算法得到极化码的innercode对应的对数似然比，将得到的对数似然比输入置信传播(BP)译码器，经过多次迭代后得到最终译码结果。在硬件架构方面，本专利技术基于极化码SC和BP译码算法在计算上的相似性，采用一种混合的运算节点，使得一个节点可以提供两种运算的执行。同时使用pre-computation技术来减少SC译码部分计算的时延，在SC译码的Feedback对应的硬件架构上使用可调的时延，最终使得译码器通过输入的可任意拆分的混合译码器的分解因子k，指明两种算法在译码过程中所占比例，在SC和BP的性能与时延之间达到可调节的效果。有益效果：本专利技术与现有技术相比，将SC译码器算法和BP译码器算法整合成SC-BP混合译码单元并且加入预计算技术，在SC编码反馈架构和混合译码的脉动架构的作用下，通过本专利技术的SC-BP混合译码方法，使得译码的时延和性能可在SC和BP两种算法的效果之间做出取舍，使得译码器能够适应多种通信要求，译码器的灵活性和功能性得到了大幅提升。附图说明图1是码长为1024，码率为0.5，BP算法迭代次数为10时，不同分解因子下混合译码器的性能对比示意图；图2是本实施例译码器所使用的硬件处理单元的结构示意图；图3是本实施例译码器的整体架构图；图4是本实施例译码器在硬件消耗，性能，时延三方面和SC，BP译码器的对比图；图5是本实施例译码器的算法结构图。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。本实施例中建立了N比特极化码在AWGN信道下的传输模型对混合译码器进行模拟操作，对于K位信息位，先经过极化码编码器，插入冻结位变成N位u，经过及比特翻转重排操作后生成N位待传码字x。将码字经调制后输出，经过AWGN信道并计算其对数似然比y并输入译码器。在上述内容的基础上，为了通过对数似然比y求BP译码器的输出本实施例采用极化码的SC-BP混合译码方法，包括如下步骤：1)将输入的信道对数似然比，经过k阶SC译码器，得到BP译码器的输入对数似然比；2)将输入经过迭代后得到BP译码器的输出其中k为混合译码器的分解因子，将输出编码后返回SC译码器，作为一组SC译码器的返回值，SC译码器根据该返回值，进行下一组译码操作。如图5所示为本实施例中SC-BP混合译码方法的算法结构图，以下参照图5分别对SC译码器部分和BP译码器部分的译码算法进行说明。对于SC译码器部分的译码算法原理具体为：SC译码器算法使用二叉树的结构表示，对二叉树内部的任意一个节点，连接的边数右五条，从父节点输入的对数似然比组αv，从左子节点和右子节点分别返回的结果βl和βr，将βl和βr经过编码操作返回父节点的βv，以及输入左右子节点的对数似然比αl和αr。其中，所述对数似然比αl和αr的更新规律如下所示：αl[i]＝sgn(αv[2i])sgn(αv[2i+1])min(|αv[2i]|,|αv[2i+1]|),fori＝0:2k-1αr[i]＝αv[2i](1-2βl[i])+αv[2i+1],fori＝0:2k-1对于BP译码器部分的译码算法具体包括如下步骤：2.1)初始化为相应的对数似然比，其中R为从BP译码算法的DFG左端向右端传播的数据，L为从右端向左端传播的数据；2.2)利用下式将L从右向左迭代更新后，将R从左向右迭代更新；2.3)检查迭代次数是否达到最大迭代次数，若没有，则运行步骤2.2，若达到，则进行对L1,j的硬判决，得到译码结果，编码后，作为β返回至SC译码器部分。如图3所示为本实施例中上述极化码的SC-BP混合译码方法所采用的译码器的整体架构图，包括加入预计算技术的SC-BP混合译码单元、可变时延的SC编码反馈架构、以及混合译码的脉动架构，其中，混合译码的脉动架构每个处理单本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种极化码的SC‑BP混合译码方法，其特征在于：包括如下步骤：1)将输入的信道对数似然比，经过k阶SC译码器，得到BP译码器的输入对数似然比；2)将输入经过迭代后得到BP译码器的输出

【技术特征摘要】
1.一种极化码的SC-BP混合译码方法，其特征在于：包括如下步骤：1)将输入的信道对数似然比，经过k阶SC译码器，得到BP译码器的输入对数似然比；2)将输入经过迭代后得到BP译码器的输出其中k为混合译码器的分解因子并且能够被任意拆分，将输出编码后返回SC译码器，作为一组SC译码器的返回值，SC译码器根据该返回值，进行下一组译码操作。2.根据权利要求1所述的一种极化码的SC-BP混合译码方法，其特征在于：所述SC译码器部分的译码算法具体为：SC译码器算法使用二叉树的结构表示，对二叉树内部的任意一个节点，连接的边数右五条，从父节点输入的对数似然比组αv，从左子节点和右子节点分别返回的结果βl和βr，将βl和βr经过编码操作返回父节点的βv，以及输入左右子节点的对数似然比αl和αr。3.根据权利要求2所述的一种极化码的SC-BP混合译码方法，其特征在于：所述对数似然比αl和αr的更新规律如下所示：αl[i]＝sgn(αv[2i])sgn(αv[2i+1])min(|αv[2i]|,|αv[2i+1]|),fori＝0:2k-1αr[i]＝α...

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