一种基于动态阈值的分裂简化极化码连续消除列表译码器制造技术

本发明专利技术提供了一种基于动态阈值的分裂简化极化码连续消除列表(Dynamic Threshold‑based Splitting‑reduced Successive Cancellation List,DTSR‑SCL)译码器。该译码器由处理单元模块、路径度量值更新模块、动态阈值更新模块、排序模块等组成。在传统连续消除列表(Successive Cancellation List,SCL)译码器中增加动态阈值更新模块，基于动态阈值来减少不必要的路径分裂数量。通过在路径分裂前把当前保留的路径动态地划分成两段，将第一段路径度量值加上惩罚值与第二段未施加惩罚值的路径度量值比较，由此确定动态阈值，第一段中施加惩罚值后路径度量值大于阈值的路径不分裂，第二段中的路径可提前剪枝。分裂前通过动态阈值更新模块减少SCL译码器冗余的路径分裂次数，进一步减少路径复制和排序模块的计算复杂度，同时保证译码性能没有下降。

【技术实现步骤摘要】
一种基于动态阈值的分裂简化极化码连续消除列表译码器
本专利技术属于通信信道编码的译码
，涉及一种连续消除列表极化码译码器，尤其在路径分裂时通过动态阈值更新模块减少不必要的分裂路径，达到在不影响译码性能的情况下减少译码器的实现复杂度。
技术介绍
极化码在2007年被Arikan首次提出，在二进制离散无记忆信道下能够达到香农极限，是目前5G信道编码领域的基础。针对极化码的编码结构，Arikan提出了连续消除(SuccessiveCancellation,SC)译码算法，其译码复杂度低，当码长趋近于无穷时，译码性能比较优秀，但在中短码长下性能不太理想。为了对SC译码进行性能上的改进，连续消除列表(SuccessiveCancellationList,SCL)译码算法被提出。SCL译码器是目前在极化码译码方面应用最广泛的译码器，SCL译码对每个信息比特进行路径分裂和剪枝，同时保留L条译码的候选路径，每条路径都有一个衡量路径可靠性的路径度量值。路径度量值越小，路径越可靠，被保留下来作为最终译码结果的概率也就越大。SCL译码随着列表L增大能达到十分优越的性能，但同时译码复杂度和资源消耗也随之增加。为了降低SCL译码器的实现复杂度，可通过减少路径的冗余分裂次数来减少不必要的译码运算。目前，从路径分裂方面看，已有部分改进的SCL译码算法被提出，如：Z.Zhaoyang等提出在译码比特的可靠性很高时不需要进行路径分裂。C.Gao等提出基于rate-1节点建立搜索集合，由于rate-1节点的第一个比特更容易发生错误，因此只在搜索集合所包含的索引比特上进行路径分裂来减少复杂度。在此基础上，J.Houren等提出利用每次译码最差路径的度量值作为阈值来控制路径减少不必要的分裂。这种用阈值控制减少分裂路径的方法可以进一步被优化。因此，本专利技术基于路径度量值，在原有的SCL译码器中加入了一个动态阈值更新模块，在不需要先验知识的前提下仅仅利用当前路径度量值以及LLR值就能够根据计算得到的动态阈值减少不必要的路径分裂。
技术实现思路
本专利技术为了解决已有的减少路径分裂所存在的局限问题，提出了一种基于动态阈值的分裂简化极化码连续消除列表(DynamicThreshold-basedStrictSplitting-reducedSuccessiveCancellationList,DTSR-SCL)译码器。其译码结构如图1所示，DTSR-SCL译码器由处理单元模块、路径度量值更新模块、动态阈值更新模块、排序模块等组成。DTSR-SCL译码器相比于传统连续消除列表(SuccessiveCancellationList,SCL)译码器增加了动态阈值更新模块，具有分裂路径数少，不需要引入先验知识，完全依靠当前路径的度量值和LLR值来减少分裂路径等特点；同时其减少路径分裂的准确率高，对性能不构成损失。本专利技术的基本构思：为了解决现有减少路径分裂方法不够严格精确的问题，在现有阈值的基础上，通过引入动态阈值更新模块确定一个动态阈值来约束路径分裂，将分裂的路径数降到最低，提出了一种更加精确的分裂简化极化码SCL译码器。基于以上技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：本专利技术提供的极化码DTSR-SCL译码器，通过处理单元模块对接收向量的LLR值进行f运算和g运算，依次得到LLR并采取硬判决得到译码结果，同时路径度量值更新模块根据当前LLR值和译码结果是否相符进行度量值更新。每个信息比特进行路径分裂，同时保留0和1两种译码结果。当路径数达到L时，通过动态阈值更新模块确定下一个信息比特的阈值，找出不需要分裂的路径。将分裂后的路径通过排序模块对路径度量值进行升序排序，保留较优的L条路径。这L条路径继续通过处理单元模块译码，在遇到信息比特后通过动态阈值更新模块确定阈值，再将分裂后的路径通过排序模块进行剪枝，直到译码结束。实验的码长为1024，码率为0.5，信噪比为0.5-2.5dB。动态阈值更新模块的实现过程为首先在当前基于路径度量值升序排序的L条路径中，从排序后度量值末位动态分段，标记分段的位置在第k条路径之前，分段后的路径度量值存放在两个一维数组中，第一段对应的数组长度为k-1，存放较小的k-1个路径度量值PMm,(m＝1,2,…,k-1)，第二段对应的数组长度为L-k+1，存放较大的L-k+1个路径度量值PMw,(w＝k,k+1,…,L)。初始化k＝L，第一段对应的数组存放较小的L-1个路径度量值PMm,(m＝1,2,…,L-1)，第二段对应的数组存放最大的路径度量值PML。将第一个数组中存放的路径度量值PMm分别加上对应的惩罚值|LLRm|，记为PMm'，逐个与第二个数组中的路径度量值PMk比较，比较的结果存放在一个的数组Ω中，若PMm'≤PMk，对应位置Ωm,k标1，反之标0。比较结束后令k＝k-1，将第一个数组中最大的路径度量值移到第二个数组的首位，再将第一段对应数组中剩余的L-2个路径度量值PMm,(m＝1,2,…,L-2)加上惩罚值后与第二段数组中的PMk相比较，以此类推，当比较到两个数组长度都为时比较结束。对数组Ω每个列向量的元素为1的个数进行计算，得到一个新的数组Θ，若满足则第条路径的度量值将作为阈值来权衡其他路径是否需要进行分裂。对于第条路径前加上惩罚值后路径度量值大于阈值的路径不需要进行分裂。对第条路径后度量值大于阈值的路径进行提前剪枝。这样可以尽可能地将不必要分裂的路径找到，同时还能剪枝掉可靠性低的路径。由于未分裂出来的路径和剪枝的路径是不可靠的，即使对他们进行保留，也会在排序模块中被剪枝掉，因此不影响译码器的纠错性能。本专利技术相对现有技术具有的优点和有益效果为：1)本专利技术不需要先验知识作为阈值确定不需要分裂的路径。2)本专利技术的剪枝与减少分裂操作准确性高，不影响译码性能。3)本专利技术可以在SCL及其衍生方法中的任何分裂比特位置进行应用。附图说明图1为本专利技术极化码DTSR-SCL译码器系统框图；图2为本专利技术极化码DTSR-SCL译码器初始路径分裂过程示意图；图3为本专利技术极化码DTSR-SCL译码器阈值更新模块比较结果图；图4为本专利技术极化码DTSR-SCL译码器L＝4阈值更新模块比较结果图；图5为本专利技术极化码DTSR-SCL译码器L＝4路径分裂示意图；图6为本专利技术极化码DTSR-SCL译码器剩余路径数和剪枝路径数的点列图；具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述，以下实施例有助于对本专利技术的理解，是比较好的应用实例，但不应看作是对本专利技术的限制。如图1所示，DTSR-SCL译码器由处理单元模块、路径度量值更新模块、动态阈值更新模块、排序模块等组成。DTSR-SCL译码器对信道LLR值经过处理单元模块进行f运算、g运算和硬判决得到当前译码比特的LLR值和译码结果，同时通过路径度量值更新模块更新度量值，若译码结果和LLR值的硬判决结果相符则保持度量值不变，否则对路径度量值施加惩罚值|LLR|。在每个信息比特进行路径分裂，当路径数量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.所述的一种基于动态阈值的分裂简化极化码连续消除列表(Dynamic Threshold-based Splitting-reduced Successive Cancellation List,DTSR-SCL)译码器其特征在于在传统连续消除列表(Successive Cancellation List,SCL)译码器中增加了一个动态阈值更新模块，该模块利用当前路径的度量值和对数似然比(Log-likelihood Ratio,LLR)的绝对值之间的关系确定一个动态阈值，利用该阈值确定不必要分裂的路径。/n

【技术特征摘要】
1.所述的一种基于动态阈值的分裂简化极化码连续消除列表(DynamicThreshold-basedSplitting-reducedSuccessiveCancellationList,DTSR-SCL)译码器其特征在于在传统连续消除列表(SuccessiveCancellationList,SCL)译码器中增加了一个动态阈值更新模块，该模块利用当前路径的度量值和对数似然比(Log-likelihoodRatio,LLR)的绝对值之间的关系确定一个动态阈值，利用该阈值确定不必要分裂的路径。


2.根据权利要求1所述的DTSR-SCL译码器，其特征在于动态阈值更新模块不需要先验知识作为阈值进行路径的可靠性判断，仅仅根据当前译码路径的度量值以及当前比特的LLR值就能确定当前译码路径的度量值之一作为控制路径分裂的动态阈值，阈值在每个译码比特进行更新。
动态阈值更新模块首先将已经按路径度量值升序排列的L条路径从末位开始动态分段，标记分段的位置在第k条路径之前。分段后的路径度量值存放在两个一维数组中，第一段对应的数组长度为k-1，存放较小的k-1个路径度量值PMm,(m＝1,2,…,k-1)，第二段对应的数组长度为L-k+1，存放较大的L-k+1个路径度量值PMw,(w＝k,k+1,…,L)。初始化k＝L，第一段对应的数组存放较小的L-1个路径度量值PMm,(m＝1,2,…,L-1)，第二段对应的数组存放最大的路径度量值PML。...

【专利技术属性】
技术研发人员：王秀敏，张鸿超，李君，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33