[發明專利]用于解碼極化碼和乘積碼的解碼器和方法

在審

• 申請號: 201880095995.0
• 申請日: 2018-09-13
• 公開（公告）號: CN112534724A
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 卡洛·康多;瓦萊里奧·比奧里奧;英格瑪·蘭德
• 申請（專利權）人: 華為技術有限公司
• 主分類號: H03M13/13
• 分類號: H03M13/13;H03M13/29
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司 11205
• 代理人: 王蕊;臧建明

用于解碼極化碼和乘積碼的解碼器和方法。本發明涉及一種解碼器(301)，用于解碼極化碼碼字，極化碼碼字通過使用極化碼編碼方案對信息數據進行編碼而得到。極化碼碼字包括多個碼值。解碼器(301)包括：處理器(303)，被配置為選擇第一連續碼值以獲得第一子碼字，并且選擇第二連續碼值以獲得第二子碼字。第二連續碼值跟隨第一連續碼值。處理器還被配置為排列第一子碼字和第二子碼字以形成乘積碼矩陣，乘積碼矩陣包括：具有第一連續碼值的第一矩陣行、具有第二連續碼值的第二矩陣行、包括第一子碼字和第二子碼字的碼值的第一矩陣列以及包括第一子碼字和第二子碼字的碼值的第二矩陣列。使用乘積碼解碼方案解碼乘積碼矩陣，以從極化碼碼字中恢復信息數據。本發明還涉及一種解碼器(311)，用于解碼乘積碼碼字。

技術領域

通常，本發明涉及信道編碼領域。更具體地，本發明涉及用于解碼極化碼碼字以及乘積碼碼字的解碼器和相應方法。

背景技術

信道碼在所有數字通信系統中都是必不可少的。前向糾錯(forward errorcorrection，FEC)編碼系統(也稱為編碼方案)由發送器側的編碼器和接收器側的解碼器組成。編碼器將冗余添加到待發送的數據，即附加冗余數據，并且解碼器利用此冗余來糾正傳輸錯誤，從而盡管存在有噪通信信道，接收器仍可以獲得沒有錯誤的所發送的數據。圖1示出了這樣的通信系統100，其中將待發送的數據u，稱為信息字，提供給編碼器101，編碼器101產生包含冗余的碼字x。然后，在通常引入錯誤的有噪通信信道103上對其進行發送。輸出向量y被提供給解碼器105，解碼器105產生所發送的碼字和所發送的數據的估計。可能的碼字的集合C被稱為碼或信道碼，并且以下特別涉及這種碼。

極化碼是依賴于極化效應的線性分組碼，極化效應允許按照可靠性的順序對u的比特位置(稱為比特信道)進行排序。隨著碼長趨于無窮大，極化現象會影響比特信道的可靠性，這些比特信道要么完全有噪，要么完全無噪。此外，無噪比特信道的比例等于信道容量。有關極化碼的更多詳細信息，參見2009年7月的IEEE信息理論學報第55卷第7期第3051頁中E.Arikan的“信道極化：一種為對稱的二進制輸入無記憶信道構造容量實現碼的方法”(E.Arikan，“Channel polarization：A method for constructing capacity achievingcodes for symmetric binary-input memoryless channels，”IEEE Transactions onInformation Theory，vol.55，no.7，pp.3051，July 2009)。

對于有限的實際碼長，比特信道的極化是不完全的。因此，存在部分有噪的比特信道。極化編碼過程包括將u中的比特信道分為兩組：將攜帶信息比特并由信息集I索引的K個良好比特信道；和固定為預定義值(通常為0)并且由凍結集F索引的N-K個不良比特信道。在碼長有限的情況下，選擇K個最佳比特信道，即具有最高可靠性的比特信道以形成信息集，而其余比特信道則被凍結。凍結集F對編碼器和解碼器均可用(見圖1)。

Arikan極化碼基于核矩陣這種長度為N＝2ⁿ且信息長度為K的極化碼的編碼如下。如上所述，選擇大小為N-K的凍結集F。對于i∈F，輸入向量u的比特u_i設置為0，否則將其設置為信息比特。利用變換矩陣將碼字x計算為x＝uT，表示n倍(n-fold)Kronecker積。作為概括，可以使用不同的核，并且可以以替代方式定義凍結集。

大多數極化碼解碼算法都基于連續取消(Successive Cancellation，SC)解碼算法，該算法本質上是順序的。可以將其視為二叉樹搜索，其中，估計葉節點處的比特，以深度優先的方式遍歷該樹，并優先考慮左分支。在SC解碼時，解碼器首先進行對比特u₁的決策，并將該決策反饋回解碼過程；然后，其做出對比特u₂的決策，并將該決策反饋回解碼過程；它以這種方式進行，直到獲得最后一個比特u_N的設計為止。除了普通的SC解碼，還可以應用SC列表解碼、SC堆棧解碼或類似的解碼算法。