[發明專利]一種并行的極化碼譯碼方法及裝置

有效

• 申請號: 201610993556.4
• 申請日: 2016-11-11
• 公開（公告）號: CN106788453B
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 張小軍;高健;曾慶田;張德學;崔建明;董雁飛;隋榮全;張作文;陳晨;李俊
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: H03M13/09
• 分類號: H03M13/09;H03M13/13
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 劉世純;王恩遠

1.一種并行的極化碼譯碼方法，具體步驟如下：

步驟一、構建譯碼樹，將長度為N的序列A按奇偶位拆分成兩個序列A_a和A_b，在A_a中0的位置放置固定位節點，1的位置放置信息位節點，以放置好的N/2個節點為葉子構建一棵完全二叉樹T_a，在A_b中0的位置放置固定位節點，1的位置放置信息位節點，以放置好的N/2個節點為葉子構建一棵完全二叉樹T_b；所構建的兩棵二叉樹T_a和T_b分別是兩個并行快速譯碼器PFD_a和PFD_b的譯碼樹；兩棵譯碼樹中的父節點根據孩子節點類型定義；

在兩棵譯碼樹中，當節點的葉子全為固定位時，節點是RATE0節點；當節點的葉子全為信息位時，節點是RATE1節點；當節點的葉子只有第一位是固定位，其余位是信息位時，節點是SPC節點；當節點的葉子只有最后一位是信息位，其余位是固定位時，節點是REP節點；當節點的葉子一半是固定位，一半是信息位時，節點是RATE0-RATE1節點；除去上述5類節點及其子樹，剩余的節點是OTHER型節點；

步驟二、譯碼器接收一幀信道α數據，所述信道α是一個序列，信道α的長度和譯碼使用的Polar碼字的長度相等，都為N，其取值為(α₀，α₁…α_N-1)；

步驟三、利用信道α的前一半(α₀…α_N/2-1)初始化譯碼樹T_a，利用后一半數據(α_N/2…α_N-1)初始化譯碼樹T_b，譯碼樹T_a用于并行快速譯碼器PFD_a的譯碼，譯碼樹T_b用于并行快速譯碼器PFD_b的譯碼；

步驟四、譯碼器PFD_a和PFD_b由根節點開始，按照深度優先的順序同時激活兩棵譯碼樹的節點；

根節點的輸入是信道α，除根節點外其他節點的輸入是中間值α，中間值α由F運算，如式(1)所示，或G運算，如式(2)所示，獲得；

中間值α是譯碼樹中每個節點進行譯碼時的輸入值，中間值α是個序列，中間值α的序列長度和激活節點的序列長度n_v相等；

式(1)和式(2)中，α_v表示激活節點的中間值α，α_l表示激活節點左孩子的中間值α，α_r表示激活節點右孩子的中間值α；激活節點的輸出是該節點的子碼估值，即序列β，其長度和該節點的長度相等，該節點長度等于該節點的葉子數；式(2)中，β_l表示激活節點左孩子的子碼估值；

當兩棵譯碼樹中的RATE0、RATE1、REP或SPC節點被激活時，根據兩棵譯碼樹中激活節點的類型，譯碼器選擇不同的譯碼方法計算節點的子碼估值β

1)當PFD_a和PFD_b中的激活節點同為RATE0節點時，兩節點合稱為RATE0-P節點；此時，PFD_a和PFD_b中該節點的子碼估值β同時被判定為0，即式(10)所示；

β_a[i]＝β_b[i]＝0,0≤in_v (10)

2)當PFD_a和PFD_b中的激活節點同為RATE1節點時，兩節點合稱為RATE1-P節點；當RATE1-P節點被激活，PFD_a和PFD_b根據式(11)進行獨立譯碼，分別獲得兩個子碼估值β_a和β_b；

3)當PFD_a中的激活節點為SPC節點，PFD_b中的激活節點為RATE1節點時，兩節點合稱為RATE1B節點，當RATE1B節點被激活，首先根據式(12)組合兩個譯碼器中相應激活節點的中間值α，之后對組合得到的中間值α進行硬判決，如式(13)所示，判決結果用序列HD表示；由于硬判決只有0和1兩種結果，因此序列HD是一個只含0、1的序列；之后對判決結果進行奇偶校驗，即檢測序列HD中1的個數，如式(14)所示，校驗結果用parity表示；如果HD中有偶數個1，即滿足奇偶校驗，則硬判決結果就是節點的子碼估值β，如果HD中有奇數個1，即不滿足奇偶校驗，則尋找絕對值最小的中間值α的判決結果，并對該判決結果進行取反運算，如果該判決結果是0，取反后變為1，如果該判決結果是1，取反后變為0；取反運算后的HD序列為該節點的子碼估值β，如式(15)和式(16)所示，其中j表示絕對值最小的中間值α的標號；

α＝[α_a α_b] (12)

j＝arg_i min|α[i]|，0≤in_v (15)

4)當PFD_a和PFD_b中的激活節點同為REP節點時，兩節點合稱為REP-P節點，當REP-P節點被激活時，PLD_a和PLD_b根據式(17)獨立譯碼，分別獲得兩個子碼估值β_a和β_b；

5)當PFD_a中的激活節點為RATE0節點，PFD_b中的激活節點為REP節點時，兩節點合稱為REPB節點，兩個REPB節點的譯碼結果相同，是對兩個節點共2×n_v個中間值α和的硬判決，根據式(18)和式(19)，獲得兩個子碼估值β_a和β_b；

6)當PFD_a和PFD_b中的激活節點同為SPC節點時，兩節點合稱為SPC-P節點；當SPC-P節點被激活，PFD_a和PFD_b根據式(15)(16)獨立譯碼，分別獲得兩個子碼估值β_a和β_b；

7)當PFD_a中的激活節點為RATE0-RATE1節點，PFD_b中的激活節點為SPC節點時，兩節點合稱為SPCB1節點；當SPCB1節點被激活，PFD_a將RATE0-RATE1節點的中間值α作為F運算的輸入做一次F運算，運算結果用α_a表示；PFD_b將SPC節點的中間值α作為F運算的輸入做一次F運算，運算結果用α_b表示；將α_a和α_b作為公式(18)的輸入計算α，將α作為公式(19)的輸入，公式(19)的輸出β_a用β_a0表示，公式(19)的另一個輸出β_b用β_b0表示；

之后PFD_a將α_a和β_a0作為G運算的輸入做一個G運算，按照正數為0負數為1的規則，將G運算的結果轉換成只含0、1的序列，用β_a1表示，PFD_b將α_b和β_b0作為G運算的輸入做一個G運算，同樣按照正數為0負數為1的規則將運算結果轉換成只含0、1的序列，用β_b1表示；將[β_a0,β_a1]作為公式(20)的輸入，公式(20)的輸出就是RATE0-RATE1節點的β值，將[β_b0,β_b1]作為公式(21)的輸入，公式(21)的輸出就是SPC節點的β值；

8)當PFD_a中的激活節點為REP節點，PFD_b中的激活節點為SPC節點時，兩節點合稱為SPCB2節點；當SPCB2節點被激活，PFD_a將REP節點的中間值α作為F運算的輸入做一次F運算，運算結果用α_a表示；PFD_b將SPC節點的中間值α作為F運算的輸入做一次F運算，運算結果用α_b表示；將α_a和α_b作為公式(18)的輸入計算α，將α作為公式(19)的輸入，公式(19)的輸出β_a用β_a0表示，公式(19)的另一個輸出β_b用β_b0表示；

之后PFD_a將α_a和β_a0作為G運算的輸入做一個G運算，PFD_b將α_b和β_b0作為G運算的輸入做一個G運算；將兩個G運算的結果帶入公式(12)，計算完公式(12)之后，再利用公式(13)(14)(15)(16)計算REP節點和SPC節點的β，分別用β_a0和β_b0表示；將β_a0作為公式(20)的輸入，公式(20)的輸出就是REP節點的β值，將β_b0作為公式(21)的輸入，公式(21)的輸出就是SPC節點的β值；

當OTHER型節點被激活時，譯碼器計算下一個激活節點的中間值α，為譯碼下一個節點做準備；

步驟五、當譯碼器PFDa和PFD_b中的激活節點是RATE0、RATE1、REP、SPC時，將該節點β值乘以生成矩陣G獲得局部碼字估值u，完成一個激活節點的譯碼；所述矩陣其中m＝log₂n_v，表示m次的克羅內克積，B為反序重排序列；

步驟六、譯碼器PFDa和PFD_b更新激活節點號，激活下一個節點；

步驟七、重復步驟四至步驟六，至兩棵譯碼樹中所有的節點被激活；

步驟八、將譯碼器PFD_a所有的局部碼字估值按獲得的順序拼接，就是譯碼器PFD_a的碼字估值，將譯碼器PFD_b所有的局部碼字估值按獲得的順序拼接，就是譯碼器PFD_b的碼字估值；將譯碼器PFD_a的碼字估值與譯碼器PFD_b的碼字估值異或運算，并替換譯碼器PFD_a的碼字估值；

步驟九、將譯碼器PFD_a的碼字估值作為序列的前一半，即譯碼器PFD_b的碼字估值作為序列的后一半，即合并兩個譯碼器的碼字估值，獲得序列即

步驟十、輸出序列一幀信道α數據的譯碼結束。