基于高斯构造的Polar码有效自适应译码方法技术

本发明专利技术公开了一种基于高斯构造的Polar码有效自适应译码方法，在基于高斯构造的条件下引入高斯判断来进行路径分裂并结合有效自适应译码算法。本发明专利技术在高斯信道下采用高斯构造计算获取各信息比特的后验概率，并以此作为各信息比特的译码的可靠性，将各信息比特译码可靠性应用于连续删除序列译码，如果当前比特位的译码（译为0或1）的可靠性大于可以正确译码的可靠度时，直接进行译码，如果不满足，则仍保持路径分裂，通过这种基于比特可靠性进行路径分裂后得到当前比特的所有有效路径再结合有效自适应译码算法进行译码。数值仿真实验表明，在同等条件下，本发明专利技术在保持性能不变的情形下，具有更低的复杂度。

Efficient adaptive decoding algorithm for Polar codes based on Gauss construction

The invention discloses a Polar code effective adaptive decoding method based on Gauss construction, and introduces Gauss judgment to split the path under the condition of Gauss construction, and combines an effective adaptive decoding algorithm. The invention adopts the structure of Gauss in the Gauss channel obtained the information bits of the posterior probability, and as the reliability of the decoded information bits, each information bit decoding reliability applied to continuous deleted sequence decoding, if the current bit decoding (for 0 or 1) reliability reliability can be greater than the correct decoding when the direct decoding, if not satisfied, still keep the path split through this path splitting based on bit reliability obtained after all the valid path of the current bit combined with effective adaptive decoding algorithm for decoding. Numerical simulation experiments show that under the same conditions, the present invention has lower complexity when the performance is kept unchanged.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于高斯构造的Polar码有效自适应译码方法，属于纠错编码

技术介绍
Polar码是由Arikan提出的一种新型的纠错编码，对于二进制对称信道，理论上已证明可达香农限，并且具有较低的编译码复杂度。由于Polar码的优异特性，引起了学术界的极大关注，现已被应用于信源编码、信道编码，信源信道联合编码、窃听信道编码，以及码率兼容中。Polar码常见的译码算法为连续删除(SuccessiveCancellation,SC)译码算法，它是由Arikan首次提出。该算法利用比特信道似然概率的硬判决值输出译码序列，且根据信道的拆分进行迭代计算。它具有译码简单、但时延较大、吞吐量不高等特点。为了降低SC译码的复杂度，已经出现了一些译码算法，如A.Alamdar-Yazdi等人利用SC译码中的递归结构，简化了对信息位的处理，提出了一个简化的SC译码器。它在不影响译码性能的前提下极大地减少了SC译码器的延时，提高了译码性能。但由于简化的SC译码器并不能改善误码率，因此I.Tal和A.Vardy等人相继提出了连续删除序列(SuccessiveCancellationList，SCL)译码算法。与SC算法不同，在SCL译码算法中，当译到信息位时，不再是选择可能性较好的路径，而是同时保留两种可能的取值(“0”和”1”)进行路径的扩展，当拓展路径大于预设的L时，选取其中可能性最大的L条路径继续进行后面的译码。该算法在牺牲了一定的译码复杂度的情况下，能够获得非常接近极化码在最大似然(Maximum-Likelihood，ML)译码下的性能。随后，牛凯等人对SCL算法进行了进一步的改进，提出了用循环冗余校验(CyclicRedundancyCheck，CRC)辅助的SCL译码算法，由于CRC校验漏检概率非常低，因此这种方案得到的译码性能将优于最大似然译码。为了降低SCL译码算法的复杂度，B.Li等人提出了一种自适应方案，该方案先将预设值L设为较小的值，如果可以通过CRC校验，则译码接收，如果不能通过校验，则逐渐增大L的值再继续译码，直到译码成功。但是在该算法中，如果没有通过CRC校验，则要重新开始译码算法，因此译码延时将会增加。在此基础上，ChuanZhang等人提出了一种有效的自适应算法，在该算法中，设定一个路径度量值的阈值，当最中间的两条路径的度量值的差值大于这个阈值时，删除剩下的一半路径，如果小于阈值，则仍保留所有的路径。该算法在不影响误码性能的前提下有效的降低了译码复杂度。但是当不满足设定的条件时，译码路径不改变，因此对复杂度的降低还有所限制。
技术实现思路
为了更进一步地降低Polar码译码复杂度，本专利技术以信息比特的可靠性作为路径分裂判据，称为高斯判断，对译码正确性较大的信息比特不实施分裂，而译码正确性较小的信息比特才进行分裂，分裂后再将所得到的l条译码路径依据可靠性从大到小的排序后进行有效自适应筛选，即对第l/2和第l/2+1条路径的可靠性的差值与预设的值进行比较，如果其差值大于预设的值，则只保留前l/2条路径，如果小于则所有路径都保留，得到一种基于高斯构造的Polar码有效自适应译码算法。本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于高斯构造的Polar码有效自适应译码方法，降低Polar码连续删除译码算法的复杂度。该方法在高斯构造的条件下，基于不同的信息比特的可靠性进行路径分裂，只对译码正确性较小的信息比特才进行分裂，译码正确性较大的信息比特不分裂，并结合有效自适应算法，获得了更低的平均路径数，进一步降低Polar码译码复杂度。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：本专利技术提供一种基于高斯构造的Polar码有效自适应译码方法，该方法包括以下具体步骤：步骤1：对于码长为N、信息位为k的Polar码，信道为二进制输入的高斯信道，Polar码被分裂为N个子信道，初始对数似然比值L(yi)服从的高斯分布，其中，yi表示第i个子信道的输出，i＝1,2,…,N，σ2为高斯白噪声的方差；第i个服从高斯分布的子信道的均值通过以下递归公式得到：其中，u为信道噪声期望；步骤2：计算第i个子信道的错误概率Pe(ui)，选取子信道错误概率小的子信道传输信息位，完成高斯构造，其中，步骤3：置序列为空，序列个数为0，i＝1，路径最大数为Lmax，路径差值阈值为τ，第i个子信道译码错误概率Pe(ui)；步骤4：进行SCL译码算法，当第i比特为信息位时，若则第i比特的译码估值为0，若则第i比特的译码估值为1，否则进行路径分裂；当所有路径的第i个比特位都译码完成，对所得路径的可靠性进行排序，并得到路径数L；其中，为第l条路径中第i比特的对数似然比，l＝1,2，...,L；步骤5：如果L＞Lmax，则保留可靠性较大的Lmax条路径；如果小于Lmax，则L条路径都保留，并取第L/2和L/2+1路径的度量值进行比较，若差值大于τ则删除度量值较小的L/2路径，否则仍都保留；步骤6：如果i＜N，则令i＝i+1，返回步骤2，否则在步骤5得到的译码路径中选择第一次通过CRC校验的路径作为输出；若所有路径均不能通过CRC校验，则选择最可靠的路径即度量值最大的路径作为输出路径。作为本专利技术的进一步优化方案，步骤1中简化为作为本专利技术的进一步优化方案，调制方式为BPSK。作为本专利技术的进一步优化方案，步骤5中第i个比特的第l条路径的译码度量值为第j个比特的译码估值，为第l条路径的对数似然比。作为本专利技术的进一步优化方案，步N的取值为512。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1、本专利技术能够考虑到不同信息比特的译码正确概率不同，运用基于译码比特可靠性的方法，将不可靠的信息比特进行分裂，对可靠的信息比特直接译码，减少分裂路径；2、本专利技术能够从路径可靠性对译码结果的影响方面考虑，根据译码路径的可靠性的大小来进行删余路径的选取，将译码复杂度进一步优化，更具适用性。附图说明图1为N比特基于高斯判断的Polar码连续删除序列译码示意图。图2为CRC辅助的连续删除序列译码算法及原有效自适应译码算法与本专利技术提出的方案的误帧率(frameerrorrate，FER)曲线比较图(N＝512)。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明：本专利技术中，路径分裂取决于各信息比特的译码可靠性。本专利技术在高斯信道下采用高斯构造计算获取各信息比特的后验概率，并以此作为各信息比特的译码的可靠性，将各信息比特译码可靠性应用于连续删除序列译码，如果当前比特位的译码(译码为0或1)的可靠性大于可以正确译码的可靠度时，直接进行译码，如果不满足，则仍保持路径分裂，通过这种基于比特可靠性进行路径分裂后得到当前比特的所有有效路径再结合有效自适应译码算法进行译码。数值仿真实验表明，在同等条件下，与原有效自适应方法相比，基于高斯构造的Polar码有效自适应译码算法在保持性能不变的情形下，具有更低的复杂度。本专利技术的方法以Polar码的高斯构造理论为基础，在连续删除序列译码过程中计算出每个比特信道译码的错误概率Pe(ui)，从而得到译码可靠性，以可靠性作为路径分裂判据，称为高斯判断，对译码正确性较大的信息比特不实施分裂，而译码正确性较小的信息比特才进行分裂。本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于高斯构造的Polar码有效自适应译码方法，其特征在于，该方法包括以下具体步骤：步骤1：对于码长为N、信息位为k的Polar码，信道为二进制输入的高斯信道，Polar码被分裂为N个子信道，初始对数似然比值L(yi)服从的高斯分布，其中，yi表示第i个子信道的输出，i＝1,2,…,N，σ2为高斯白噪声的方差；第i个服从高斯分布的子信道的均值通过以下递归公式得到：E[LN(2i)]=2E[LN/2(i)]]]>其中，u为信道噪声期望；步骤2：计算第i个子信道的错误概率Pe(ui)，选取子信道错误概率小的子信道传输信息位，完成高斯构造，其中，步骤3：置序列为空，序列个数为0，i＝1，路径最大数为Lmax，路径差值阈值为τ，第i个子信道译码错误概率Pe(ui)；步骤4：进行SCL译码算法，当第i比特为信息位时，若则第i比特的译码估值为0，若则第i比特的译码估值为1，否则进行路径分裂；当所有路径的第i个比特位都译码完成，对所得路径的可靠性进行排序，并得到路径数L；其中，为第l条路径中第i比特的对数似然比，l＝1,2，...,L；步骤5：如果L＞Lmax，则保留可靠性较大的Lmax条路径；如果小于Lmax，则L条路径都保留，并取第L/2和L/2+1路径的度量值进行比较，若差值大于τ则删除度量值较小的L/2路径，否则仍都保留；步骤6：如果i＜N，则令i＝i+1，返回步骤2，否则在步骤5得到的译码路径中选择第一次通过CRC校验的路径作为输出；若所有路径均不能通过CRC校验，则选择最可靠的路径即度量值最大的路径作为输出路径。...

【技术特征摘要】
1.基于高斯构造的Polar码有效自适应译码方法，其特征在于，该方法包括以下具体步骤：步骤1：对于码长为N、信息位为k的Polar码，信道为二进制输入的高斯信道，Polar码被分裂为N个子信道，初始对数似然比值L(yi)服从的高斯分布，其中，yi表示第i个子信道的输出，i＝1,2,…,N，σ2为高斯白噪声的方差；第i个服从高斯分布的子信道的均值通过以下递归公式得到：E[LN(2i)]=2E[LN/2(i)]]]>其中，u为信道噪声期望；步骤2：计算第i个子信道的错误概率Pe(ui)，选取子信道错误概率小的子信道传输信息位，完成高斯构造，其中，步骤3：置序列为空，序列个数为0，i＝1，路径最大数为Lmax，路径差值阈值为τ，第i个子信道译码错误概率Pe(ui)；步骤4：进行SCL译码算法，当第i比特为信息位时，若则第i比特的译码估值为0，若则第i比特的译码估值为1，否则进行路径分裂；当所有路径的第i个比特位都译码完成，对所得路径的可靠性进行排序，并得到路径数L；其中，为第l...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵生妹，曹妙，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32