[發明專利]一種基于極化碼的自適應堆棧譯碼方法及系統

有效

• 申請號: 201811284264.9
• 申請日: 2018-10-30
• 公開（公告）號: CN109450456B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 李麗;宋文清;張川;陳沁雨;傅玉祥;何書專;李偉
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H03M13/13
• 分類號: H03M13/13
• 代理公司: 南京匯盛專利商標事務所(普通合伙) 32238
• 代理人: 陳揚;吳揚帆

本發明涉及基于極化碼的自適應堆棧譯碼方法及系統，該系統包括：控制單元，路徑計算單元，決策單元，堆棧排序單元。所述的控制單元為整個譯碼過程提供了控制信息；所述的路徑計算單元計算出每條路徑的轉移概率；所述的決策單元通過兩種配合使用的自適應策略來限制搜索寬度和存儲堆棧深度；所述的堆棧排序單元對所有的候選路徑按轉移概率從大到小進行排序。有益效果：本發明提出了兩種自適應策略，新增了決策單元，通過路徑剪枝操作，大大降低了算法的計算復雜度和空間復雜度，并保證了譯碼性能，適用于各種信道場景。

技術領域

本發明涉及無線通信技術領域，尤其涉及基于極化碼的自適應堆棧譯碼方法及系統。

背景技術

迄今，信道編碼已發展了近70年。20世紀五六十年代，對于有噪信道各種編譯碼方法被提出，漢明碼、卷積碼、BCH碼、RS碼、LDPC碼、Turbo碼先后被提出。信道編碼理論體系進入成熟階段，香農極限被不斷逼近。自從2009年提出并闡述了信道極化的概念，并提出極化碼后，極化碼因其通用性、內在并行性、低編譯碼復雜度、并被嚴格證明達到B-DMC的信道容量，被用于5G增強信道場景下的短碼方案。因此，研究適用于5G移動通信系統的高速率、低功耗極化碼譯碼器具有極強的理論意義與應用價值。

極化碼的基礎便是信道極化。首先N個相同的獨立二進制離散無記憶信道W被轉換為兩種置信度不同的合成信道：好的信道和壞的信道。在所得到的信道中遞歸地應用這種極化變換，合成的信道的置信度將會有顯著的差異，即兩極分化現象，好的更好，差的更差。最后，當碼長足夠長時，幾種所有的合成信道趨于兩個極端：充滿的噪聲的信道和幾乎沒有噪聲的信道，無噪聲信道便可用于信息比特傳輸。

在提出極化碼的同時，也給出了一種合理的極化碼譯碼算法——連續消除(Successive Cancellation,SC)譯碼算法。但因為SC譯碼在每個譯碼階段只選取一條路徑的特性，譯碼過程中如果出錯的話也無法進行糾正，若干在SC算法基礎上進行優化的譯碼算法陸續被提出，如類似廣度優先遍歷的連續消除列表(Successive Cancellation List,SCL)譯碼算法和類似深度優先遍歷的連續消除堆棧(Successive Cancellation Stack,SCS)譯碼算法。

與在每層找出所有滿足條件的L個候選路徑的SCL譯碼算法不同，SCS譯碼算法沿著單個候選路徑繼續搜索，直到其轉移概率不再是最大的，所有候選路徑均存放在堆棧中，只有擁有最大轉移概率的路徑方可出棧。一旦在所有候選路徑中找到具有最大轉移概率，且長度為N的候選路徑，則將其輸出為最后的譯碼結果，譯碼到此結束。以這種方式譯碼，可以節省用于擴展其他路徑的不必要的計算以減小計算復雜度。

通過觀察SCS譯碼算法不難發現傳統的SCS算法存在下述問題：1)其最大定長路徑訪問次數L是固定的，不能根據譯碼場景而變化；2)其路徑擴展策略是固定的，擴展路徑必須入棧。這就有可能帶來不必要的計算及空間復雜度。基于以上的分析可知，現有的SCS譯碼架構并不能很好地滿足實際應用的需求。

發明內容

本發明的目的在于克服以上現有技術之不足，提供一種基于極化碼的自適應堆棧譯碼方法及系統，該方法可以有效地提高系統的通信性能、降低譯碼復雜度，減少硬件資源開銷，更好地滿足實際應用的需求，具體由以下技術方案實現：

所述基于極化碼的自適應堆棧譯碼方法，包括如下步驟：

步驟1)初始化：將空路徑入棧并將對應的轉移概率置為0，將當前棧深d置為1，等長路徑最大訪問次數L置為L_max；

步驟2)出棧：將棧頂路徑從堆棧中移出；

步驟3)擴展：在信息碼二叉樹的第i級，如果是凍結位，則譯碼路徑擴展為d＝d+1；如果是信息位，則譯碼矩陣擴展為及并擁有不同的轉移概率，同時d＝d+2；