[發明專利]一種基于GPU的Polar碼高速并行譯碼方法

有效

• 申請號: 202010629868.3
• 申請日: 2020-07-03
• 公開（公告）號: CN111966405B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 李舒
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學杭州創新研究院
• 主分類號: G06F9/38
• 分類號: G06F9/38;G06F9/50;G06F9/54;H03M13/13;H04L1/00
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 李娜

本發明公開了一種基于GPU的Polar碼高速并行譯碼方法，整個譯碼過程可以分為三個階段：初始化階段、譯碼階段、結果回傳階段，具體包括：步驟1：主機初始化；步驟2：GPU初始化；步驟3：譯碼內核函數進行若干次循環迭代，最大循環次數由程序預先設定；步驟4：對于因子圖p_good的所有線程塊的0號線程，將其共享內存中的Local_L[][0]+Local_R[][0]經過逆置換后，作為譯碼結果；步驟5：主機將譯碼結果從GPU傳回到主機。本發明方法包括了三個層次的并行，即多子圖之間、多線程塊之間和多線程之間的并行。此外，本發明方法最大限度地降低了內核函數的啟動開銷；提高了訪存效率和運行速度。

技術領域

本發明屬于通信技術領域，涉及一種基于GPU(Graphics Processing Unit，圖形處理器)的Polar碼高速并行譯碼方法。

背景技術

Polar碼由Erdal Arikan于2008年提出(參考文獻[1]:Erdal Arikan,“ChannelPolarization:A Method for Constructing Capacity-Achieving Codes”,IEEEISIT2008)，是目前唯一能夠被嚴格證明可以達到香農極限的信道編碼方法。Polar碼已經被5G標準化組織正式采納。Polar碼的譯碼方法可以分為兩類：基于串行抵消的方法和基于置信傳播的方法。基于串行抵消的方法運算量較小，但是算法本質上是串行的，因此譯碼延遲較大；對于基于置信傳播的方法來說，為了保證Polar碼譯碼的糾錯性能，通常采用置信傳播列表算法，即基于多個置換因子圖的迭代算法，因此這種譯碼方法運算量很大，但是置信傳播列表算法具有并行實現的潛力。

另一方面，近年來GPU技術得到了迅猛的發展，一張商業級的GPU卡上可以擁有超過4000個并行處理的核心，這為并行計算提供了高性價比的硬件基礎。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于GPU的Polar碼高速并行譯碼方法，以實現低延遲、高吞吐量的譯碼。

本發明提出了一種基于GPU的Polar碼高速并行譯碼方法。本方法包括三個層次的并行，可以充分利用GPU上的核資源。本發明還設計了高效的分布式存儲方法，提高了訪存效率和運行速度。整個譯碼過程可以分為三個階段：初始化階段、譯碼階段、結果回傳階段。初始化階段包括以下步驟1和步驟2，譯碼階段包括以下步驟3和步驟4，以下步驟5是結果回傳階段。

步驟1：主機初始化。依次包括：為信息比特標志、因子圖置換和逆置換信息、接收機接收到的信號、譯碼的結果即源比特的對數似然比分配內存空間，信息和變量的初始化，存儲接收到的信號并計算編碼比特對數似然比。

步驟2：GPU初始化。依次包括：GPU全局內存分配，主機將數據發送給GPU，啟動GPU的并行譯碼線程，GPU分配共享內存，初始化共享內存，根據全局內存給共享內存的數組賦值。

步驟3：譯碼內核函數進行若干次循環迭代，最大循環次數由程序預先設定。每次循環依次包括：L1階段、L1-L2階段間交換線程塊共享內存、L2階段、R1階段、R1-R2階段間交換線程塊共享內存、R2階段和循環終止條件判斷。如果在循環過程中有因子圖滿足早期終止條件，或者已達到最大循環次數，則設置變量p_good，并終止循環，跳轉到步驟4。

步驟4：對于因子圖p_good的所有線程塊的0號線程，即線程((p_good,b),0)，其中b＝0,1,...,N1-1，N為Polar碼的碼長，將其共享內存中的Local_L[][0]+Local_R[][0]經過逆置換后，作為譯碼結果。

步驟5：主機將譯碼結果從GPU傳回到主機。

其中，步驟3循環迭代的每次循環包括以下步驟：

步驟3.1：向左迭代的第一階段，即L1階段，包括第n-1,...,n-n1級迭代，其中n＝log₂N，n1＝log₂N1；