LDPC 5G#

此模块包含 API，用于使用 cuPHY 库中的 GPU 加速 LDPC 编码链。这包括编码和解码、速率匹配和 CRC 校验。此外，此模块还包含许多实用程序函数，例如用于确定 LDPC 基图、传输块大小等。

class aerial.phy5g.ldpc.decoder.LdpcDecoder#

LDPC 解码器。

此类支持解码按照 TS 38.212 编码的 LDPC 代码块。它在底层使用 cuPHY 加速的 LDPC 解码例程。

__init__( num_iterations=10, throughput_mode=False, cuda_stream=None, )#

初始化 LdpcDecoder。

参数:

num_iterations (int) – LDPC 解码器迭代次数。默认值：10。
throughput_mode (bool) – 启用吞吐量模式。默认值：False。
cuda_stream (int) – CUDA 流。如果未给定，将创建一个。

返回类型:

None

decode( *, input_llrs, pusch_configs=None, tb_sizes=None, code_rates=None, redundancy_versions=None, rate_match_lengths=None, num_iterations=None, )#

LDPC 解码器的解码函数。

解码器输出解码后的代码块，可以使用 CrcChecker 将其进一步连接成接收到的传输块。

可以使用 Numpy 或 CuPy 数组调用该方法。如果输入数组位于 GPU (CuPy) 上，则输出将在 GPU (CuPy) 上。因此，当调用该方法时，返回类型应与用于 input_llrs 的类型相同。

参数:

input_llrs (List[Array]) – 每个 UE 的输入 LLR，每个数组都是 N x C 的 32 位浮点数组，其中 N 是每个代码块的 LLR 数量，C 是代码块的数量。
pusch_configs (List[PuschConfig]) – PUSCH 配置对象列表，每个 UE 组一个。如果给出了此参数，则忽略其余参数。如果未给出，则需要给出所有其他参数。
tb_sizes (List[int]) – 传输块大小（以比特为单位），不含 CRC，每个 UE 一个。
code_rates (List[float]) – 每个 UE 的目标码率。
redundancy_versions (List[int]) – 冗余版本，即 0、1、2 或 3，每个 UE 一个。
rate_match_lengths (int) – 每个 UE 的速率匹配输出比特数。这等于 N。
num_iterations (int) – LDPC 迭代次数。如果未给出，则使用构造函数中的默认值。

返回值:

解码后的比特。

返回类型:

List[Array]

set_num_iterations(num_iterations)#

设置要运行的迭代次数的特定值。

参数:: num_iterations (int) – 迭代次数的值。
返回类型:: None

set_throughput_mode(throughput_mode)#

启用吞吐量模式。

参数:: throughput_mode (bool) – 启用 (True) 吞吐量模式。
返回类型:: None

get_soft_bits()#

获取解码器的软比特输出。

返回值:: 数组中的软比特。
返回类型:: List[Array]

class aerial.phy5g.ldpc.encoder.LdpcEncoder#

LDPC 编码器。

此类提供使用 LDPC 编码按照 TS 38.212 对传输的传输块比特进行编码。编码过程使用 cuPHY 例程进行 GPU 加速。作为输入，传输块应附加 CRC 并分段为代码块（根据 TS 38.212）。

__init__( num_profiling_iterations=0, puncturing=True, max_num_code_blocks=152, cuda_stream=None, )#

初始化 LdpcEncoder。

初始化为 cuPHY 执行所有必要的内存分配。

参数:

num_profiling_iterations (int) – 性能分析迭代次数。设置为 0 以禁用性能分析。默认值：0。
puncturing (bool) – 是否对系统比特 (2Zc) 进行删余。默认值：True。
max_num_code_blocks (int) – 代码块的最大数量。内存基于此数量分配。默认值：152。
cuda_stream (int) – CUDA 流。如果未给定，将创建一个。

返回类型:

None

encode(input_data, tb_size, code_rate, redundancy_version)#

LDPC 编码器的编码函数。

此函数的输入是代码块，这意味着代码块分段应在此函数调用之前完成。代码块分段可以使用 code_block_segment() 完成。

参数:

input_data (np.ndarray) – 输入代码块，为 K x C 数组，其中 K 是每个代码块的输入比特数（包括 CRC），C 是代码块的数量。输入数组的 dtype 必须为 np.float32。
tb_size (int) – 传输块大小（以比特为单位），不含 CRC。
code_rate (float) – 目标码率。
redundancy_version (int) – 冗余版本，0、1、2 或 3。

返回值:

编码后的比特，为 N x C 数组，其中 N 是每个代码块的编码比特数。

返回类型:

np.ndarray

set_profiling_iterations(num_profiling_iterations)#

设置要运行的性能分析迭代次数的特定值。

参数:: num_profiling_iterations (int) – 性能分析迭代次数的值。
返回类型:: None

set_puncturing(puncturing)#

设置删余标志。

参数:: puncturing (bool) – 是否对系统比特 (2*Zc) 进行删余。默认值：True。
返回类型:: None

class aerial.phy5g.ldpc.rate_match.LdpcRateMatch#

LDPC 速率匹配。

__init__( enable_scrambling=True, num_profiling_iterations=0, max_num_code_blocks=152, cuda_stream=None, )#

初始化 LdpcRateMatch。

初始化为 cuPHY 执行所有必要的内存分配。

参数:

enable_scrambling (bool) – 是否在代码块连接后启用加扰。
num_profiling_iterations (int) – 性能分析迭代次数。设置为 0 以禁用性能分析。默认值：0（无性能分析）。
max_num_code_blocks (int) – 代码块的最大数量。内存将基于此数量分配。
cuda_stream (int) – CUDA 流。如果未给定，将创建一个。

返回类型:

None

rate_match( input_data, tb_size, code_rate, rate_match_len, mod_order, num_layers, redundancy_version, cinit, )#

LDPC 速率匹配函数。

此函数按照 TS 38.212 执行 LDPC 代码块的速率匹配。如果启用了加扰，它还会对速率匹配的比特进行加扰。在这种情况下，c_init 值需要设置为适当的加扰序列初始化值。

参数:

input_data (np.ndarray) – 输入比特，为 N x C numpy 数组，dtype 为 np.float32，其中 N 是每个代码块的比特数，C 是代码块的数量。
tb_size (int) – 传输块大小（以比特为单位），不含 CRC。
code_rate (float) – 码率。
rate_match_len (int) – 速率匹配输出比特数。
mod_order (int) – 调制阶数。
num_layers (int) – 层数。
redundancy_version (int) – 冗余版本，即 0、1、2 或 3。
cinit (int) – 用于初始化加扰的 c_init 值。

返回值:

速率匹配的比特。

返回类型:

np.ndarray

set_profiling_iterations(num_profiling_iterations)#

设置要运行的性能分析迭代次数的特定值。

参数:: num_profiling_iterations (int) – 性能分析迭代次数的值。
返回类型:: None

class aerial.phy5g.ldpc.derate_match.LdpcDeRateMatch#

LDPC 解速率匹配。

__init__(enable_scrambling=True, cuda_stream=None)#

初始化 LdpcDeRateMatch。

初始化为 cuPHY 执行所有必要的内存分配。

参数:

enable_scrambling (bool) – 是否在解速率匹配之前解扰比特。默认值：True。
cuda_stream (int) – CUDA 流。如果未给定，将创建一个。

返回类型:

None

derate_match( *, input_llrs, pusch_configs=None, tb_sizes=None, code_rates=None, rate_match_lengths=None, mod_orders=None, num_layers=None, redundancy_versions=None, ndis=None, cinits=None, ue_grp_idx=None, )#

LDPC 解速率匹配函数。

参数:

input_llrs (List[Array]) – 输入 LLR，为 N x 1 数组，dtype 为 np.float32，其中 N 是来自均衡器的 LLR 数量。此输入数据的顺序为 bitsPerQam x numLayers x numSubcarriers x numDataSymbols。每个 UE 组一个条目。
pusch_configs (List[PuschConfig]) – PUSCH 配置对象列表，每个 UE 组一个。如果给出了此参数，则忽略其余参数。如果未给出，则需要给出所有其他参数。
tb_sizes (List[int]) – 传输块大小（以比特为单位），不含 CRC，每个 UE 一个。
code_rates (List[float]) – 每个 UE 的码率。
rate_match_lengths (List[int]) – 速率匹配输出比特数，与 N 相同，每个 UE 一个。
mod_orders (List[int]) – 每个 UE 的调制阶数。
num_layers (List[int]) – 每个 UE 的层数。
redundancy_versions (List[int]) – 冗余版本，即 0、1、2 或 3，每个 UE 一个。
ndis (List[int]) – 每个 UE 的新数据指示符。
cinits (List[int]) – 用于初始化每个 UE 加扰的 c_init 值。
ue_grp_idx (List[int]) – 每个 UE 的 UE 组索引。默认值是一对一映射。

返回值:

每个 UE 的解速率匹配 LLR。

返回类型:

List[Array]

class aerial.phy5g.ldpc.crc_check.CrcChecker#

CRC 校验。

此类支持解码代码块 CRC、将代码块解段在一起、组装传输块以及最终解码传输块 CRC。它在底层使用 cuPHY 加速的 CRC 例程。

__init__(cuda_stream=None)#

初始化 CrcChecker。

参数:: cuda_stream (int) – CUDA 流。如果未给定，将创建一个。
返回类型:: None

check_crc( *, input_bits, pusch_configs=None, tb_sizes=None, code_rates=None, )#

CRC 校验。

此方法将 LDPC 解码器输出作为其输入，检查代码块 CRC，解段代码块，将它们组合成一个传输块，并检查传输块 CRC。它返回不含 CRC 的传输块有效负载，以及传输块 CRC 校验结果。代码块 CRC 结果也存储，并且可以单独查询。

参数:

input_bits (List[Array]) – 每个 UE 的 LDPC 解码器输出，每个数组都是 K x C 的 32 位浮点数组，其中 K 是每个代码块的比特数，C 是代码块的数量。
pusch_configs (List[PuschConfig]) – PUSCH 配置对象列表，每个 UE 组一个。如果给出了此参数，则忽略其余参数。如果未给出，则需要给出所有其他参数。
tb_sizes (List[int]) – 传输块大小（以比特为单位），不含 CRC，每个 UE 一个。
code_rates (List[float]) – 每个 UE 的目标码率。

返回值:

包含以下内容的元组

List[Array]: 传输块有效负载（以字节为单位），不含 CRC，每个 UE 一个。
List[Array]: 每个 UE 的传输块 CRC 校验结果。

返回类型:

List[Array], List[Array]

aerial.phy5g.ldpc.util.get_mcs(mcs, table_idx=2)#

根据 MCS 索引获取调制阶数和码率。

参数:

mcs (int) – MCS 索引，指向由 table_idx 指示的表。
table_idx (int) – TS 38.214 第 5.1.3.1 节中 MCS 表的索引。值：- 1：TS38.214，表 5.1.3.1-1。- 2：TS38.214，表 5.1.3.1-2。- 3：TS38.214，表 5.1.3.1-3。

返回值:

包含以下内容的元组

int: 调制阶数。
float: 码率 * 1024。

返回类型:

int, float

aerial.phy5g.ldpc.util.get_tb_size( mod_order, code_rate, dmrs_syms, num_prbs, start_sym, num_symbols, num_layers, )#

根据给定参数获取传输块大小。

根据 TS 38.214 第 5.1.3.2 节确定传输块大小。

参数:

mod_order (int) – 调制阶数。
code_rate (float) – TS 38.214 第 5.1.3.1 节中的码率 * 1024。
dmrs_syms (List[int]) – 二进制数列表，指示哪些符号包含 DMRS。
num_prbs (int) – PRB 数量。
start_sym (int) – 起始符号。
num_symbols (int) – 符号数量。
num_layers (int) – 层数。

返回值:

传输块大小（以比特为单位）。

返回类型:

int

aerial.phy5g.ldpc.util.get_base_graph(tb_size, code_rate)#

获取 LDPC 基图。

参数:

tb_size (int) – 传输块大小（以比特为单位），不含 CRC。
code_rate (float) – 码率。

返回值:

基图，1 或 2。

返回类型:

int

aerial.phy5g.ldpc.util.max_code_block_size(base_graph)#

根据基图获取最大 LDPC 代码块大小。

参数:: base_graph (int) – 基图，1 或 2。
返回值:: 最大代码块大小。
返回类型:: int

aerial.phy5g.ldpc.util.find_lifting_size(base_graph, tb_size)#

查找基图的提升大小。

参数:

base_graph (int) – 基图，1 或 2。
tb_size (int) – 传输块大小（以比特为单位），不含 CRC。

返回值:

提升大小。

返回类型:

int

aerial.phy5g.ldpc.util.get_num_info_nodes(base_graph, tb_size)#

获取信息节点数。

注意：这是 TS 38.212 中的值 K_b。

参数:

base_graph (int) – 基图，1 或 2。
tb_size (int) – 不含任何 CRC 的传输块大小。

返回值:

信息节点数 (K_b)。

返回类型:

int

aerial.phy5g.ldpc.util.get_code_block_num_info_bits(base_graph, tb_size)#

获取代码块中的信息比特数。

这是 TS 38.212 中的数字 K’，即不含填充比特的信息比特数。

参数:

base_graph (int) – 基图，1 或 2。
tb_size (int) – 传输块大小（以比特为单位），不含 CRC。

返回值:

代码块中的信息比特数。

返回类型:

int

aerial.phy5g.ldpc.util.get_code_block_size(tb_size, code_rate)#

获取代码块大小。

这是 TS 38.212 中的数字 K，即包含填充比特的信息比特数。

参数:

tb_size (int) – 传输块大小（以比特为单位），不含 CRC。
code_rate (float) – 码率。

返回值:

代码块大小。

返回类型:

int

aerial.phy5g.ldpc.util.get_num_code_blocks(tb_size, code_rate)#

返回传输块的代码块数。

参数:

tb_size (int) – 传输块大小（以比特为单位），不含 CRC。
code_rate (float) – 码率。

返回值:

代码块数 (C)。

返回类型:

int

aerial.phy5g.ldpc.util.code_block_segment(tb_size, transport_block, code_rate)#

执行代码块分段。

此函数按照 TS 38.212 第 5.2.2 节执行代码块分段。如果有多个代码块，则将随机生成的 24 位字符串附加到每个代码块以模拟代码块 CRC。

参数:

tb_size (int) – 传输块大小（以比特为单位），不含 CRC。
transport_block (np.ndarray) – 传输块（以比特为单位），包括 CRC。
code_rate (float) – 码率。

返回值:

代码块。

返回类型:

np.ndarray

aerial.phy5g.ldpc.util.code_block_desegment( code_blocks, tb_size, code_rate, return_bits=True, )#

将来自 LDPC 解码的代码块连接成一个传输块。

此函数按照 TS 38.212 将代码块解段成一个传输块，并删除 CRC，即执行与 code_block_segment() 相反的操作。

参数:

code_blocks (np.ndarray) – 来自 LDPC 解码器的代码块，为 N x C 数组。
tb_size (int) – 传输块大小（以比特为单位），不含 CRC。
code_rate (float) – 码率。
return_bits (bool) – 如果为 True（默认值），则以比特为单位给出返回值。否则转换为字节。

返回值:

传输块（带有 CRC），以比特或字节为单位，具体取决于 return_bits 的值。

返回类型:

np.ndarray

aerial.phy5g.ldpc.util.add_crc_len(tb_size)#

将 CRC 长度附加到传输块大小。

参数:: tb_size (int) – 传输块大小（以比特为单位），不含 CRC。
返回值:: 传输块大小（以比特为单位），包括 CRC。
返回类型:: int

aerial.phy5g.ldpc.util.random_tb( mod_order, code_rate, dmrs_syms, num_prbs, start_sym, num_symbols, num_layers, return_bits=False, )#

生成随机传输块。

根据给定参数生成随机传输块。传输块大小首先按照 TS 38.214 第 5.1.3.2 节确定。

参数:

mod_order (int) – 调制阶数。
code_rate (float) – TS 38.214 第 5.1.3.1 节中的码率 * 1024。
dmrs_syms (List[int]) – 二进制数列表，指示哪些符号包含 DMRS。
num_prbs (int) – PRB 数量。
start_sym (int) – 起始符号。
num_symbols (int) – 符号数量。
num_layers (int) – 层数。
return_bits (bool) – 是否以比特 (True) 或字节 (False) 返回传输块。

返回值:

随机传输块有效负载。

返回类型:

np.ndarray

aerial.phy5g.ldpc.util.get_crc_len(tb_size)#

根据传输块大小返回 CRC 长度。

参数:: tb_size (int) – 传输块大小（以比特为单位），不含 CRC。
返回值:: CRC 长度（16 或 24 比特）。
返回类型:: int