用于解码极化码和乘积码的解码器和方法技术

用于解码极化码和乘积码的解码器和方法。本发明专利技术涉及一种解码器(301)，用于解码极化码码字，极化码码字通过使用极化码编码方案对信息数据进行编码而得到。极化码码字包括多个码值。解码器(301)包括：处理器(303)，被配置为选择第一连续码值以获得第一子码字，并且选择第二连续码值以获得第二子码字。第二连续码值跟随第一连续码值。处理器还被配置为排列第一子码字和第二子码字以形成乘积码矩阵，乘积码矩阵包括：具有第一连续码值的第一矩阵行、具有第二连续码值的第二矩阵行、包括第一子码字和第二子码字的码值的第一矩阵列以及包括第一子码字和第二子码字的码值的第二矩阵列。使用乘积码解码方案解码乘积码矩阵，以从极化码码字中恢复信息数据。本发明专利技术还涉及一种解码器(311)，用于解码乘积码码字。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于解码极化码和乘积码的解码器和方法
通常，本专利技术涉及信道编码领域。更具体地，本专利技术涉及用于解码极化码码字以及乘积码码字的解码器和相应方法。
技术介绍
信道码在所有数字通信系统中都是必不可少的。前向纠错(forwarderrorcorrection，FEC)编码系统(也称为编码方案)由发送器侧的编码器和接收器侧的解码器组成。编码器将冗余添加到待发送的数据，即附加冗余数据，并且解码器利用此冗余来纠正传输错误，从而尽管存在有噪通信信道，接收器仍可以获得没有错误的所发送的数据。图1示出了这样的通信系统100，其中将待发送的数据u，称为信息字，提供给编码器101，编码器101产生包含冗余的码字x。然后，在通常引入错误的有噪通信信道103上对其进行发送。输出向量y被提供给解码器105，解码器105产生所发送的码字和所发送的数据的估计。可能的码字的集合C被称为码或信道码，并且以下特别涉及这种码。极化码是依赖于极化效应的线性分组码，极化效应允许按照可靠性的顺序对u的比特位置(称为比特信道)进行排序。随着码长趋于无穷大，极化现象会影响比特信道的可靠性，这些比特信道要么完全有噪，要么完全无噪。此外，无噪比特信道的比例等于信道容量。有关极化码的更多详细信息，参见2009年7月的IEEE信息理论学报第55卷第7期第3051页中E.Arikan的“信道极化：一种为对称的二进制输入无记忆信道构造容量实现码的方法”(E.Arikan，“Channelpolarization：Amethodforconstructingcapacityachievingcodesforsymmetricbinary-inputmemorylesschannels，”IEEETransactionsonInformationTheory，vol.55，no.7，pp.3051，July2009)。对于有限的实际码长，比特信道的极化是不完全的。因此，存在部分有噪的比特信道。极化编码过程包括将u中的比特信道分为两组：将携带信息比特并由信息集I索引的K个良好比特信道；和固定为预定义值(通常为0)并且由冻结集F索引的N-K个不良比特信道。在码长有限的情况下，选择K个最佳比特信道，即具有最高可靠性的比特信道以形成信息集，而其余比特信道则被冻结。冻结集F对编码器和解码器均可用(见图1)。Arikan极化码基于核矩阵这种长度为N＝2n且信息长度为K的极化码的编码如下。如上所述，选择大小为N-K的冻结集F。对于i∈F，输入向量u的比特ui设置为0，否则将其设置为信息比特。利用变换矩阵将码字x计算为x＝uT，表示n倍(n-fold)Kronecker积。作为概括，可以使用不同的核，并且可以以替代方式定义冻结集。大多数极化码解码算法都基于连续取消(SuccessiveCancellation，SC)解码算法，该算法本质上是顺序的。可以将其视为二叉树搜索，其中，估计叶节点处的比特，以深度优先的方式遍历该树，并优先考虑左分支。在SC解码时，解码器首先进行对比特u1的决策，并将该决策反馈回解码过程；然后，其做出对比特u2的决策，并将该决策反馈回解码过程；它以这种方式进行，直到获得最后一个比特uN的设计为止。除了普通的SC解码，还可以应用SC列表解码、SC堆栈解码或类似的解码算法。乘积码是一类通过使用行分量码逐行编码信息符号矩阵，然后使用列分量码逐列编码信息符号矩阵来构造的纠错码，如图2所示。双重编码充当行和列分量码的级联。在通用乘积码中，行可以使用不同的分量码，列可以使用不同的分量码。极化乘积码已在2018年光纤通信会议及展览中T.Koike-Akino等人的“用于高吞吐量光接口的不规则极化涡轮乘积编码”一文中提出(T.Koike-Akinoet.al.，“Irregularpolarturboproductcodingforhigh-throughputopticalinterface，”inOpticalFiberCommunicationConferenceandExhibition，2018)，其中，系统极化码用作分量码。在乘积码中，信息比特按Kc×Kr数组排列，然后使用码Cr独立编码Kc行。之后，使用码Cc对在上一步中获得的Nr列进行编码。结果是一个Nr×Nc数组，其中行是码Cr的码字，列是码Cc的码字。可以通过顺序解码行和列分量码来解码乘积码。乘积码解码器通常首先解码所有行码字，这可以并行完成。接下来，使用行解码的结果，解码器对所有列码字进行解码，这可以并行完成。解码器以此方式进行一定数量的迭代，并产生所发送的比特的估计。软输入/软输出解码器通常用于通过迭代行和列的解码以及交换两个解码器之间的软信息来提高解码性能。可以以高度的并行度对乘积码进行解码，但是良好的纠错性能是以复杂的软输入软输出解码为代价的。另一方面，由于基于SC的解码的顺序性质，极化码解码经历长的解码延迟。使用极化码作为组成码引出了有效地组合乘积解码和分量码解码的问题。为了进行有效的乘积解码，从分量码解码输出的信息必须是软的。但是，基于SC解码的最有效的极化码解码器返回的是硬信息。极化码的软输出解码本质上是次优的，因为极化码在SC解码下实现容量，并且针对基于SC的解码算法进行构建。鉴于上述情况，仍然需要改进的解码器和相应的方法，该解码器和方法尤其允许更有效地解码极化码码字和乘积码码字。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供改进的解码器和相应的方法，该解码器和相应的方法尤其实现更有效地解码极化码码字和乘积码码字。通过独立权利要求的主题实现前述和其它目的。根据从属权利要求、说明书和附图，进一步的实施形式是显而易见的。极化码可以使用基于连续取消(SC)的算法进行解码，纠错性能良好且复杂度有限；但是，基于SC的解码不能很好地并行化。另一方面，乘积解码很容易并行化，但是为了改善乘积解码的纠错性能，需要使用软输入软输出解码算法，这对极化码在计算上是复杂且次优的。在现有技术中，这两种方法之间目前尚无折衷方案。本专利技术实施例解决了如何以低延迟解码极化码以及如何以增强的纠错性能解码乘积极化码的问题，这通过观察极化码属性并将乘积极化码解释为极化码来实现，反之亦然。本专利技术实施例允许并行化极化码的解码，并对极化码解释为乘积码进行利用，以将极化解码用作强大的后处理步骤。这允许将乘积解码的速度与对极化码最佳的解码算法(例如，连续取消(SC)解码算法)的效率相结合。更具体地，根据第一方面，本专利技术涉及一种解码器，用于解码极化码码字，该极化码码字通过使用极化码编码方案对信息数据进行编码而得到，该极化码码字包括多个码值，该解码器包括处理器，该处理器被配置为：选择第一连续码值以获得第一子码字；选择第二连续码值以获得第二子码字，第二连续码值跟随第一连续码值；排列该第一子码字和该第二子码字以形成乘积码矩阵，该乘积码矩阵包括：具有第一连续码值的第一矩阵行、具有第二连续码值的第二矩阵行、包括该第一子码字和该第二子码字的码值的第一矩阵列以及包括该第一子码字和该第二子码字本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种解码器(301)，用于解码极化码码字，所述极化码码字通过使用极化码编码方案对信息数据进行编码而得到，所述极化码码字包括多个码值，所述解码器(301)包括处理器(303)，所述处理器(303)被配置为：/n-选择第一连续码值以获得第一子码字；/n-选择第二连续码值以获得第二子码字，所述第二连续码值跟随所述第一连续码值；/n-排列所述第一子码字和所述第二子码字以形成乘积码矩阵，所述乘积码矩阵包括：具有所述第一连续码值的第一矩阵行、具有所述第二连续码值的第二矩阵行、包括所述第一子码字和所述第二子码字的码值的第一矩阵列以及包括所述第一子码字和所述第二子码字的码值的第二矩阵列；和/n-使用乘积码解码方案解码所述乘积码矩阵，以从所述极化码码字中恢复所述信息数据。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种解码器(301)，用于解码极化码码字，所述极化码码字通过使用极化码编码方案对信息数据进行编码而得到，所述极化码码字包括多个码值，所述解码器(301)包括处理器(303)，所述处理器(303)被配置为：
-选择第一连续码值以获得第一子码字；
-选择第二连续码值以获得第二子码字，所述第二连续码值跟随所述第一连续码值；
-排列所述第一子码字和所述第二子码字以形成乘积码矩阵，所述乘积码矩阵包括：具有所述第一连续码值的第一矩阵行、具有所述第二连续码值的第二矩阵行、包括所述第一子码字和所述第二子码字的码值的第一矩阵列以及包括所述第一子码字和所述第二子码字的码值的第二矩阵列；和
-使用乘积码解码方案解码所述乘积码矩阵，以从所述极化码码字中恢复所述信息数据。


2.根据权利要求1所述的解码器(301)，其中所述处理器(303)被配置为确定指示解码所述乘积码矩阵时的解码质量的解码量度，并且如果所述解码量度超过或等于预定阈值，则使用极化码解码方案解码所述极化码码字。


3.根据权利要求2所述的解码器(301)，其中所述解码量度是指示解码所述乘积码矩阵时的解码错误的错误量度。


4.根据前述权利要求中任一项所述的解码器(301)，其中所述处理器(303)被配置为通过分别解码所述乘积码矩阵的行和/或列来解码所述乘积码矩阵。


5.根据权利要求4所述的解码器(301)，其中所述处理器(303)被配置为并行解码所述乘积码矩阵的至少两行，和/或并行解码所述乘积码矩阵的至少两列。


6.根据前述权利要求中任一项所述的解码器(301)，其中所述极化码码字基于包括冻结比特的位置的冻结比特集，所述冻结比特不携带信息，其中所述乘积码矩阵的每一行或每一列均基于冻结比特子集，其中所述处理器(303)被配置为通过复制包括逻辑1和逻辑零的比特向量以获得复制的比特向量来确定每个冻结比特子集中的冻结比特，并将所述复制的比特向量与冻结比特子集进行比较，其中所述逻辑1位于所述比特向量的将检测到冻结比特的位置处，所述逻辑零位于所述比特向量的其它位置处。


7.一种解码器(311)，用于解码乘积码码字，所述乘积码码字通过使用乘积码编码方案对信息数据进行编码而得到，所述乘积码编码方案提供乘积码矩阵，所述乘积码矩阵包括由所述乘积码码字的值构成的矩阵行和矩阵列，每个矩阵行和矩阵列包括分量码字，所述解码器(311)包括处理器(313)，所述处理器(313)被配置为级联分量码字以获得...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡洛·康多，瓦莱里奥·比奥里奥，英格玛·兰德，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44