一種高資源利用率的極性譯碼批處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高資源利用率的極性譯碼批處理方法，屬于移動(dòng)通信極性譯碼技 術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] Polar碼是信道極化（ChannelPolarization)碼，因其低譯碼復(fù)雜度已成為當(dāng)今 信道編碼領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。其中，SCL算法是一種被廣泛接受的Polar譯碼算法，然而 其吞吐率卻不高。為實(shí)現(xiàn)高吞吐率，SCL譯碼算法在前人的實(shí)驗(yàn)中不斷被優(yōu)化，SSCL算法由 此而生。
[0003] 然而傳統(tǒng)的SSCL算法為并行處理在搜索寬度L內(nèi)譯碼過程，需要提供L個(gè)處理單 元，譯碼過程中存在許多PE運(yùn)算節(jié)點(diǎn)處于閑置的狀態(tài)，極大影響譯碼速率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種高資源利用率的極性譯碼批處理方 法，充分利用了閑置的PE運(yùn)算節(jié)點(diǎn)來進(jìn)行搜索寬度內(nèi)其他路徑上的譯碼，只要運(yùn)用一定的 時(shí)序邏輯，搜索寬度為L(zhǎng)路徑上的譯碼環(huán)節(jié)僅需在同一個(gè)處理單元上完成，而所增加的時(shí) 鐘周期也僅是與L相比的一個(gè)量，大大小于譯一幀碼的耗時(shí)，因此對(duì)原有的譯碼速率影響 不大，所節(jié)省下來的處理節(jié)點(diǎn)所消耗的資源可用于完成更多功能的函數(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)MCU的 極大優(yōu)化。
[0005] 本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供了一種高資源利用率的極性 譯碼批處理方法，包括以下步驟：
[0006] ⑴對(duì)于每個(gè)待譯碼的字節(jié)，用克羅內(nèi)克矩陣示意圖表示其從yoy^yi^ysyey·/譯碼 ^u0u1u2u3u4u5u6u7^ilfM；
[0007] (2)將克羅內(nèi)克矩陣示意圖內(nèi)加號(hào)運(yùn)算作為f節(jié)點(diǎn)，連接運(yùn)算作為g節(jié)點(diǎn)；
[0008] (3)將與y。、y2、y3、y4、y5、y#Py7直接連接的4個(gè)f節(jié)點(diǎn)和4個(gè)g節(jié)點(diǎn)合并為 一個(gè)集合形成根節(jié)點(diǎn)T1，將與T1中的4個(gè)f節(jié)點(diǎn)直接連接的2個(gè)f節(jié)點(diǎn)和2個(gè)g節(jié)點(diǎn)合并 為一個(gè)集合形成T1節(jié)點(diǎn)的左子節(jié)點(diǎn)T2,將與T1中的4個(gè)g節(jié)點(diǎn)直接連接的2個(gè)f節(jié)點(diǎn)和 2個(gè)g節(jié)點(diǎn)合并為一個(gè)集合形成T1節(jié)點(diǎn)的右子節(jié)點(diǎn)T3,將與T2中的2個(gè)f節(jié)點(diǎn)直接連接 的1個(gè)f節(jié)點(diǎn)和1個(gè)g節(jié)點(diǎn)合并為一個(gè)集合形成T2節(jié)點(diǎn)的左子節(jié)點(diǎn)T4,將與T2中的2個(gè) g節(jié)點(diǎn)直接連接的1個(gè)f節(jié)點(diǎn)和1個(gè)g節(jié)點(diǎn)合并為一個(gè)集合形成T2節(jié)點(diǎn)的右子節(jié)點(diǎn)T5， 將與T3中的2個(gè)f節(jié)點(diǎn)直接連接的1個(gè)f節(jié)點(diǎn)和1個(gè)g節(jié)點(diǎn)合并為一個(gè)集合形成T3節(jié)點(diǎn) 的左子節(jié)點(diǎn)T6,將與T3中的2個(gè)g節(jié)點(diǎn)直接連接的1個(gè)f節(jié)點(diǎn)和1個(gè)g節(jié)點(diǎn)合并為一個(gè)集 合形成T3節(jié)點(diǎn)的右子節(jié)點(diǎn)T7,將u。和u 別作為T4的左子節(jié)點(diǎn)T8和右子節(jié)點(diǎn)T9,將u2 和叫分別作為T5的左子節(jié)點(diǎn)T10和右子節(jié)點(diǎn)T11，將u4和u5分別作為T6的左子節(jié)點(diǎn)T12 和右子節(jié)點(diǎn)T13,將116和u7分別作為T7的左子節(jié)點(diǎn)T14和右子節(jié)點(diǎn)T15,其中u。、化、％、％、 U4、U5、116和U7分別表示的節(jié)點(diǎn)為葉子節(jié)點(diǎn)，所有節(jié)點(diǎn)組成一棵譯碼樹；
[0009] (4)根據(jù)譯碼樹的滿二叉樹結(jié)構(gòu)由根節(jié)點(diǎn)開始譯碼，得到每個(gè)葉子節(jié)點(diǎn)的值，完成 譯碼過程。
[0010] 驟（4)中，利用譯碼樹的完全二叉樹結(jié)構(gòu)通過深度優(yōu)先算法由根節(jié)點(diǎn)開始進(jìn)行f 運(yùn)算和g運(yùn)算，得到每個(gè)葉子節(jié)點(diǎn)的值。
[0011] 步驟（4)所述的利用譯碼樹的完全二叉樹結(jié)構(gòu)由根節(jié)點(diǎn)開始譯碼，得到每個(gè)葉子 節(jié)點(diǎn)的值，具體包括以下過程：
[0012] (4-1)將譯碼樹中的樹節(jié)點(diǎn)分為三類，均由固定比特計(jì)算得到的節(jié)點(diǎn)作為N°節(jié)點(diǎn)， 均由信息比特計(jì)算得到的節(jié)點(diǎn)作為N1節(jié)點(diǎn)，其他節(jié)點(diǎn)為混合節(jié)點(diǎn)；
[0013] (4-2)若一個(gè)父節(jié)點(diǎn)到其葉子節(jié)點(diǎn)路徑上的所有節(jié)點(diǎn)均為#節(jié)點(diǎn)，并且葉子節(jié)點(diǎn) 和父節(jié)點(diǎn)均為N°節(jié)點(diǎn)，則將該父節(jié)點(diǎn)、父節(jié)點(diǎn)到其葉子節(jié)點(diǎn)路徑上的所有節(jié)點(diǎn)以及葉子節(jié) 點(diǎn)合并為一個(gè)樹節(jié)點(diǎn)；若一個(gè)父節(jié)點(diǎn)到其葉子節(jié)點(diǎn)路徑上的所有節(jié)點(diǎn)均為N1節(jié)點(diǎn)，并且葉 子節(jié)點(diǎn)和父節(jié)點(diǎn)均為N1節(jié)點(diǎn)，則將該父節(jié)點(diǎn)、父節(jié)點(diǎn)到其葉子節(jié)點(diǎn)路徑上的所有節(jié)點(diǎn)以及 葉子節(jié)點(diǎn)合并為一個(gè)樹節(jié)點(diǎn)；
[0014] (4-3)根據(jù)譯碼樹的二叉樹結(jié)構(gòu)由根節(jié)點(diǎn)開始譯碼，得到每個(gè)葉子節(jié)點(diǎn)的值，完成 譯碼過程。
[0015] 本發(fā)明基于其技術(shù)方案所具有的有益效果在于：充分利用了閑置的PE運(yùn)算節(jié)點(diǎn) 來進(jìn)行搜索寬度內(nèi)其他路徑上的譯碼，只要運(yùn)用一定的時(shí)序邏輯，搜索寬度為L(zhǎng)路徑上的 譯碼環(huán)節(jié)僅需在同一個(gè)處理單元上完成，而所增加的時(shí)鐘周期也僅是與L相比的一個(gè)量， 大大小于譯一幀碼的耗時(shí)，因此對(duì)原有的譯碼速率影響不大，所節(jié)省下來的處理節(jié)點(diǎn)所消 耗的資源可用于完成更多功能的函數(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)MCU的極大優(yōu)化。
【附圖說明】
[0016] 圖1是本發(fā)明的流程示意圖。
[0017] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例的碼字Xl的示意圖。
[0018]圖3是本發(fā)明實(shí)施例的蝶形結(jié)構(gòu)圖。
[0019] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例蝶形結(jié)構(gòu)圖各節(jié)點(diǎn)圖例，圖4(1)是Dec.節(jié)點(diǎn)圖例，圖4(2) 是g節(jié)點(diǎn)圖例，圖4 (3)是f節(jié)點(diǎn)圖例。
[0020] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例蝶形結(jié)構(gòu)圖節(jié)點(diǎn)融合示意圖。
[0021] 圖6是本發(fā)明實(shí)施例二叉樹結(jié)構(gòu)圖。
[0022] 圖7是本發(fā)明實(shí)施例優(yōu)化二叉樹結(jié)構(gòu)圖。
[0023] 圖8是基于SSC算法的硬件頂層架構(gòu)示意圖。
[0024] 圖9是路徑選擇構(gòu)架。
[0025] 圖10是路徑選擇構(gòu)架。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0027] 本發(fā)明提供了一種高資源利用率的極性譯碼批處理方法，參照?qǐng)D1，包括以下步 驟：
[0028] 搭建如圖8所示的基于SSC算法的硬件頂層架構(gòu)。將指令流（Instruction)加載 到指令流寄存器（InstructionRAM)中，指令流被控制器（controller)獲?。豢刂破麽尫?一個(gè)信號(hào)量控制信道加載區(qū)（ChannelLoader)將LLR值加載到信道寄存器（ChannelRAM) 中，LLR值不斷進(jìn)入處理單元（ProcessingUnit)進(jìn)行處理；其中LLR值加載到信道寄存器 的過程和處理單元進(jìn)行處理的過程以流水線的工作形式分開進(jìn)行；處理單元進(jìn)行處理包括 以下過程：
[0029] ⑴對(duì)于每個(gè)待譯碼的字節(jié)，用克羅內(nèi)克矩陣示意圖表示其從yoy^yi^ysyey·/譯碼 ^u0u1u2u3u4u5u6u7^ilfM：
[0030] 若通過克羅內(nèi)克矩陣對(duì)輸入的碼字^進(jìn)行極性編碼得到碼字Xl，得到碼字 ^的示意圖，如圖2所示，編碼的逆過程即譯碼過程，用克羅內(nèi)克矩陣示意圖表示其從
[0031] (2)將碼字Ul通過克羅內(nèi)克矩陣編碼得到碼字過程用克羅內(nèi)克矩陣示意圖 表示，將其中的加號(hào)符用f節(jié)點(diǎn)替換，將其中的連接符用g節(jié)點(diǎn)替換，得到蝶形結(jié)構(gòu)圖，如圖 3和圖4所示；其中，f節(jié)點(diǎn)和g節(jié)點(diǎn)統(tǒng)稱為PE節(jié)點(diǎn)；
[0032] 傳統(tǒng)的傳統(tǒng)的SC算法譯碼過程直接利用蝶形結(jié)構(gòu)圖對(duì)圖中的每個(gè)路徑分別譯 碼，編碼后的碼字序列X進(jìn)入高斯信道后變?yōu)楦↑c(diǎn)型序列，由公式（1)得到最大似然比，將 該似然比作為譯碼的輸入。
[0033]
[0034] 每需要計(jì)算一個(gè)比特Ul，都要得到相應(yīng)的終端節(jié)度量值PM。PM的計(jì)算公式如下：
[0035]
[0036] 其中，ΡΜ(Φ) = 0。f和g節(jié)點(diǎn)計(jì)算式如下：
[0041] 可以看出，如果直接利用逆克羅內(nèi)克矩陣譯碼，每譯一比特碼字需要計(jì)算一棵由7 個(gè)PE節(jié)點(diǎn)構(gòu)成、深度為3的譯碼樹，且每個(gè)時(shí)鐘周期可以計(jì)算一層上的PE節(jié)點(diǎn)。每個(gè)PE節(jié)點(diǎn)只計(jì)算一次，因此，所需要花費(fèi)的時(shí)鐘周期為2N-2 (N為碼長(zhǎng)）。
[0042] 因此，在傳統(tǒng)的SC算法基礎(chǔ)上，SSC算法做如下改進(jìn)：
[0043] (3)對(duì)于（8,3)碼，參照?qǐng)D5,將與y。、y2、y3、y4、y5、yjPy7直接連接的4個(gè)f 節(jié)點(diǎn)和4個(gè)g節(jié)點(diǎn)合并為一個(gè)集合形成根節(jié)點(diǎn)ΤΙ，將與T1中的4個(gè)f節(jié)點(diǎn)直接連接的2個(gè)f節(jié)點(diǎn)和2個(gè)g節(jié)點(diǎn)合并為一個(gè)集合形成T1節(jié)點(diǎn)的左子節(jié)點(diǎn)T2,將與T1中的4個(gè)g節(jié)點(diǎn) 直接連接的2個(gè)f節(jié)點(diǎn)和2個(gè)g節(jié)點(diǎn)合并為一個(gè)集合形成T1節(jié)點(diǎn)的右子節(jié)點(diǎn)T3,將與T2 中的2個(gè)f節(jié)點(diǎn)直接連接的1個(gè)f節(jié)點(diǎn)和1個(gè)g節(jié)點(diǎn)合并為一個(gè)集合形成T2節(jié)點(diǎn)的左子 節(jié)點(diǎn)T4,將與T2中的2個(gè)g節(jié)點(diǎn)直接連接的1個(gè)f節(jié)點(diǎn)和1個(gè)g節(jié)點(diǎn)合并為一個(gè)集合形成 T2節(jié)點(diǎn)的右子節(jié)點(diǎn)T5,將與T3中的2個(gè)f節(jié)點(diǎn)直接連接的1個(gè)f節(jié)點(diǎn)和1個(gè)g節(jié)點(diǎn)合并 為一個(gè)集合形成T3節(jié)點(diǎn)的左子節(jié)點(diǎn)T6,將與T3中的2個(gè)g節(jié)點(diǎn)直接連接的1個(gè)f節(jié)點(diǎn)和 1個(gè)g節(jié)點(diǎn)合并為一個(gè)集合形成T3節(jié)點(diǎn)的右子節(jié)點(diǎn)T7,將u。和u 別作為T4的左子節(jié)點(diǎn) T8和右子節(jié)點(diǎn)T9,將112和u3分別作為T5的左子節(jié)點(diǎn)T10和右子節(jié)點(diǎn)T11，將u4和u5分別 作為T6的左子節(jié)點(diǎn)T12和右子節(jié)點(diǎn)T13,將116和u7分別作為T7的左子節(jié)點(diǎn)T14和右子節(jié) 點(diǎn)T15,其中u7分別表示的節(jié)點(diǎn)為葉子節(jié)點(diǎn)，所有節(jié)點(diǎn)組成一棵如 圖6所示的譯碼樹；
[0044] (4)根據(jù)譯碼樹的滿二叉樹結(jié)構(gòu)由根節(jié)點(diǎn)開始譯碼，得到每個(gè)葉子節(jié)點(diǎn)的值，完成 譯碼過程。
[0045] 步驟（4)中，所述的利用譯碼樹的完全二叉樹結(jié)構(gòu)通過深度優(yōu)先算法由根節(jié)點(diǎn)開 始進(jìn)行f運(yùn)算和g運(yùn)算，即克羅內(nèi)克矩陣示意圖所示的加號(hào)運(yùn)算和連接運(yùn)算，得到每個(gè)葉子 節(jié)點(diǎn)的值，具體通過以下步驟完成譯碼過程：
[0046] 參照?qǐng)D5,首先T1集合中的f節(jié)點(diǎn)進(jìn)行f運(yùn)算得到α值，T1將該值傳遞給T2，T2 繼續(xù)進(jìn)行f運(yùn)算得到自己的α值，將其傳遞給Τ4，Τ4的孩子節(jié)點(diǎn)均為葉子節(jié)點(diǎn)，Τ4進(jìn)行f 運(yùn)算和g運(yùn)算即可得到葉子節(jié)點(diǎn)T8和T9即待譯碼字1!。和ui的值；