一种适用于polar译码的低复杂度路径选择方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体而言，涉及一种适用于polar译码的低复杂度路径选择方法。

背景技术

当前5GNR系统的物理层中，控制信息(MIB、DCI和UCI)主要使用polar码。Polar码可视为一种线性分组码，但与传统的线性分组码的设计思想也不大不同：传统的线性分组码(如LDPC编码)大多为系统码，其将原始比特信息一一映射到系统比特后，再“均匀”地分散到校验比特中去作为“副本”传输，以抵抗突发的随机的比特翻转的错误；而polar码没有系统比特和校验比特的区分，直接将原始比特信息“非均匀”地分散到编码输出序列中去作为“副本”传输。

Polar码的理论依据为信道的极化理论，该理论证明了基于适当的编码方式，可将通信信道虚拟成为多个子信道，这些子信道可分为两类，一类信道容量趋近于1，即为可靠信道，一类信道容量趋近于0，即为不可靠的信道。因此，可将原始比特信息直接映射到可靠的子信道中去传输。

由此可见，polar码的关键在于编码矩阵的设计，以及可靠信道的选择。

polar码编码矩阵可记为G

相应的可靠信道的选择有密度演进(Density Evolution，DE)和极化权重(PolarWeight，PW)两种机制，前者是基于polar码的译码算法(大多是SCL译码算法)计算出各个子信道的传输错误概率，进而获取各个子信道的可靠度，优点是评估准确度高，缺点是计算复杂且需要实时计算；后者是通过直接追踪子信道经历的极化过程来评估子信道可靠度，优点是计算简单且不需要实时计算(即可存储成表使用)，缺点是评估准确度略低。最终5GNR中试选择了PW机制。

当前5GNR物理层中，大多采用以SCL译码算法为核心的译码处理，如图1所示，SCL译码器处理过程如下：

Step 1：初始化SCL译码结果和状态信息：U＝0，p＝0，Y＝0，y

Step 2：初始化LLR循环计数：i＝1；

Step 3：若i>N，则结束译码，并输出译码结果U；否则，继续执行Step4；

Step 4：初始化临时译码结果：p

Step 5：初始化路径循环计数：k＝1；

Step 6：进行路径循环判断：若k>L，则跳转Step 10；否则，继续执行Step 7；

Step 7：求取译码结果：调用LLR计算模块(FUNC

Step 8：更新SCL临时译码结果和状态信息：先执行右向循环移位操作更新Y，然后按照第i个比特的三种类型(冻结比特、信息比特和PC校验比特)，分别进行更新p

y

condition 1:

condition 2:for i∈qI and i∈qPC

condition 3:

Step 9：进行路径循环累加：k＝k+1，并跳转到Step 6；

Step 10：路径选择：选出p

1≤k≤L

Step 11：路径复制：基于K和u

1≤j≤i-1

1≤j'≤5

1≤k≤L

Step 12：进行LLR循环累加：i＝i+1，并跳转到Step 3；

其中，LLR计算模块记为FUNC

输入参数为：(n',LLR

输出参数为：llr；

该LLR计算模块基于嵌套实现，处理过程如下所示，其中，用x(start:duration:end)表示从向量x中在[start,end]索引范围内以duration为间隔选取的元素集合；

Step 1：求取参数a和b：若2

condition1:for2

Δi＝mod(i-1,2)

condition 2:for2

Step 2：求取更新后的llr：按照i的奇偶分为两种情况，如下式所示：

以上处理过程中：

llr

U为N*L矩阵，其每一列对应一种译码路径和相应译码结果，共计有L条译码路径，L物理含义为最大译码路径数(也可理解为最大译码搜索路径)；

p为L*1向量，表示U中每一列对应的译码路径的路径度量(path metric)，其取值越大，相应的译码结果可靠性越低；

p

u

LLR计算模块(即FUNC

Y为5*L向量，用于对L条路径的译码结果进行奇偶校验；

K为polar编码输出序列的长度，物理含义为原始信息比特序列的长度；

N为polar译码输入序列长度，N>K，取值需为2的幂，即n＝log2(N)为整数，可参考协议TS38.212计算得到；

qI表示选择用于传输原始信息比特和校验比特的可靠子信道索引集合，包含(K+n

qPC表示用于传输校验比特的可靠子信道索引集合，是qI的子集，包含n

为统一描述便于理解，本文中，x

可见，SCL译码过程中，路径复制处理中对于所有路径译码结果(即U矩阵)的拷贝工作量较为巨大：U需要被更新N次，而U矩阵为N*L维度的矩阵。但对于于冻结比特和校验比特，其并不会产生新的有效译码路径，即相应的的拷贝过程是无意义的。

发明内容

本发明旨在提供一种适用于polar译码的低复杂度路径选择方法，以解决SCL译码过程存在无意义的拷贝过程的问题。

本发明提供的一种适用于polar译码的低复杂度路径选择方法，包括：

规避冻结比特和校验比特对应的路径复制处理；

基于路径度量的排序索引数组降低拷贝路径数量。

进一步的，所述适用于polar译码的低复杂度路径选择方法，包括如下步骤：

S1：初始化SCL译码结果和状态信息：U＝0，p＝0，Y＝0，y

S2：初始化LLR循环计数：i＝1；

S3：若i>N，则结束译码，并输出译码结果U；否则，继续执行S4；

S4：初始化临时译码结果：p

S5：初始化路径循环计数：k＝1；

S6：进行路径循环判断：

若k>L，则跳转到S10；否则，继续执行S7；

S7：求取译码结果：

调用LLR计算模块求取llr，输入参数为(log2(N),llr

S8：更新SCL临时译码结果和状态信息：

先执行右向循环移位操作更新Y，然后按照第i个比特的三种类型，即冻结比特、信息比特和PC校验比特，分别更新p

y

condition 1:

condition 2:for i∈qI and i∈qPC

condition 3:

S9：进行路径循环累加：k＝k+1，并跳转到S6；

S10：路径选择与复制：若i∈qPC或i∈qI，则直接执行S11；否则调用路径选择模块选择出有效路径，并对路径相关的信息，U、p、Y、order

S11：进行LLR循环累加：i＝i+1，并跳转到S3；

其中参数含义：

U为N*L矩阵，其每一列对应一种译码路径和相应译码结果，共计有L条译码路径；

N为polar译码输入序列长度，N>K，取值需为2的幂；

K为polar编码输出序列长度；

p为L*1向量，表示U中每一列对应的译码路径的路径度量；

Y为5*L向量，用于对L条译码路径的译码结果进行奇偶校验；

p

u

llr

qI表示选择用于传输原始信息比特和校验比特的可靠子信道索引集合，包含(K+n

qPC表示用于传输校验比特的可靠子信道索引集合，是qI的子集，包含n

order

N

进一步的，步骤S10中路径选择模块的处理过程包括：

S101：重排序临时路径度量：对p

S102：计算路径更新集合，包括新增路径索引集合SET

S103：初始化路径循环计数k＝1；

S104：进行路径循环判断：若k>|SET

S105：更新路径顺序和路径度量：若N

S106：重置Y和U；

S107：路径循环计数累加：k＝k+1，并跳转到S104；

S108：更新路径信息：先更新N

进一步的，步骤S102中计算路径更新集合的公式表示为：

其中，

进一步的，步骤S105中更新路径顺序order

进一步的，步骤S106中，重置Y和U的公式表示为：

/>

进一步的，步骤S108中更新路径信息的公式表示为：

step1:N

step 2:

1≤m≤N

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明基于比特类型规避部分无效拷贝，并路径度量的排序索引数组来实现部分拷贝U矩阵来达到路径复制的目的，可在不降低译码性能条件下有效降低SCL译码处理复杂度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为传统SCL译码处理流程图。

图2为本发明实施例中适用于polar译码的低复杂度路径选择方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

为方便描述，记：

llr

U为N*L矩阵，其每一列对应一种译码路径和相应译码结果，共计有L条译码路径，L物理含义为最大译码路径数(也可理解为最大译码搜索路径)；

p为L*1向量，表示U中每一列对应的译码路径的路径度量(path metric)，其取值越大，相应的译码结果可靠性越低；

N

llr

LLR

B

order

p

u

LLR计算模块(即FUNC

Y为5*L向量，用于对L条译码路径的译码结果进行奇偶校验；

为DCRC交织序列，长度为/>

K为polar编码输出序列长度，物理含义为原始信息比特序列的长度；

N为polar译码输入序列长度，N>K，取值需为2的幂，可参考协议TS38.212计算得到；

qI表示选择用于传输原始信息比特和校验比特的可靠子信道索引集合，包含(K+n

qPC表示用于传输校验比特的可靠子信道索引集合，是qI的子集，包含n

为统一描述便于理解，本文中，x

本实施例提出一种适用于polar译码的低复杂度路径选择方法，包括：

(1)规避冻结比特和校验比特对应的路径复制处理；为规避对于冻结比特和校验比特对应的路径复制处理，本实施例通过设计特定的数据存放机制来主动舍弃掉无效路径，如下式所示：

y

condition 1:for i∉qI

/>

condition 2:for i∈qI and i∈qPC

condition 3:

(2)基于路径度量的排序索引数组降低拷贝路径数量。基于路径度量的排序索引数组，实现个别路径的数据交换即可达到各路径译码结果更新的目的，如下所所示：

由此，本实施例中所述适用于polar译码的低复杂度路径选择方法，包括如下步骤：

S1：初始化SCL译码结果和状态信息：U＝0，p＝0，Y＝0，y

S2：初始化LLR循环计数：i＝1；

S3：若i>N，则结束译码，并输出译码结果U；否则，继续执行S4；

S4：初始化临时译码结果：p

S5：初始化路径循环计数：k＝1；

S6：进行路径循环判断：

若k>L，则跳转到S10；否则，继续执行S7；

S7：求取译码结果：

调用LLR计算模块求取llr，输入参数为(log2(N),llr

S8：更新SCL临时译码结果和状态信息：

先执行右向循环移位操作更新Y，然后按照第i个比特的三种类型，即冻结比特、信息比特和PC校验比特，分别更新p

y

condition 1:

condition 2:for i∈qI and i∈qPC

condition 3:

S9：进行路径循环累加：k＝k+1，并跳转到S6；

S10：路径选择与复制：若i∈qPC或i∈qI，则直接执行S11；否则调用路径选择模块选择出有效路径，并对路径相关的信息，U、p、Y、order

S11：进行LLR循环累加：i＝i+1，并跳转到S3。

其中，路径选择模块的处理过程包括：

S101：重排序临时路径度量：对p

S102：计算路径更新集合，包括新增路径索引集合SET

/>

其中，

S103：初始化路径循环计数k＝1；

S104：进行路径循环判断：若k>|SET

S105：更新路径顺序和路径度量：若N

S106：重置Y和U，如下式所示：

S107：路径循环计数累加：k＝k+1，并跳转到S104；

S108：更新路径信息：先更新N

step1:N

step 2:

1≤m≤N

由此，所述适用于polar译码的低复杂度路径选择方法中，基于比特类型规避部分无效拷贝，并路径度量的排序索引数组来实现部分拷贝U矩阵来达到路径复制的目的，可在不降低译码性能条件下有效降低SCL译码处理复杂度。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。