一种减少译码路径分裂的极化码译码方法技术

本发明专利技术公开了一种减少译码路径分裂的极化码译码方法，本方法在进行比特判决时，以该比特的对数似然比为置信度，当该比特位的置信度达到一定的门限时，不需要分裂出新的译码路径，以减少列表中待选译码路径的数量，从而降低译码复杂度。译码时根据译码置信度是否超过门限值、以及译码节点的类型确定译码路径的分裂策略。由于置信度门限值计算过一次之后可以存到表格中待查，本方法在译码器实时译码时不会增加额外的计算复杂度。本发明专利技术在比特位置信度很高的情况下可以不分裂新的译码路径，又不会损失误码率性能。该方法能够自适应信道噪声条件，当信噪比越高时，译码器性能增益越明。

Polarization code decoding method for reducing splitting of decoding path

The invention discloses a method for reducing the decoding method of decoding path splitting polarization code, this method in the bit decision, the log likelihood ratio for the bit for confidence, confidence reached a certain threshold when the bit, do not need to split out a new path to decoding, reducing the number to the list choose the decoding path, thereby reducing the complexity of decoding. When decoding, the splitting strategy of the decoding path is determined according to whether the confidence level of the decoding exceeds the threshold value and the type of decoding node. Because of the confidence threshold value after one to save in the form of unknown origin, the method in real time decoding decoder without adding extra computational complexity. When the bit position reliability is high, the invention can not split the new decoding path without losing error rate performance. This method can adaptively channel noise conditions, and the higher the signal-to-noise ratio is, the better the decoder performance gain is.

【技术实现步骤摘要】
一种减少译码路径分裂的极化码译码方法
本专利技术属于通信系统中的信道编译码
，具体涉及通信系统信道译码器中一种基于串行抵消列表的极化码改进译码方法。
技术介绍
极化码是一种新型编码方式，是目前唯一可理论证明在二进制离散无记忆信道下达到香农极限，并且具有可实用的线性复杂度编译码能力的信道编码技术，成为下一代通信系统(5G)中信道编码方案的强有力候选者。极化码在码长趋于无穷时，采用低复杂度的串行抵消(SC，SuccessiveCancellation)译码方法就可以无限逼近信道容量。极化码在长码时性能优异，但在中短码时需要采用串行抵消列表(SCL，SuccessiveCancellationList)译码才能实现更好的性能。串行抵消译码是从译码树的根节点开始，通过递归计算的方式深入到叶节点，在叶节点进行判别。通过在译码树上定义特殊节点，当译码树深入到特殊节点时，直接判别而不再深入到叶节点，从而降低译码时延和运算复杂度。然而串行抵消列表译码方法的复杂度会随着列表长度增大而增加。现有的串行抵消列表译码方法在判决每个比特时都要分裂出新的译码路径，放入列表中作为待选路径。当信道条件较好(如信噪比较高或者子信道极化程度较高)时，仍需在判决每个比特时都要分裂出新的译码路径，串行抵消列表译码方法复杂度依然很高。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种减少译码路径分裂的极化码译码方法，本专利技术在保证极化码译码器误码率性能的情况下，能够使串行抵消列表译码方法有效减少译码路径的平均数量，提高译码器吞吐量的极化码译码。该方法在进行比特判决时，以该比特的对数似然比为置信度，当该比特位的置信度达到一定的门限时，不需要分裂出新的译码路径，以减少列表中待选译码路径的数量，从而降低译码复杂度。译码时根据译码置信度是否超过门限值、以及译码节点的类型确定译码路径的分裂策略。由于置信度门限值计算过一次之后可以存到表格中待查，本方法在译码器实时译码时不会增加额外的计算复杂度；得益于该方法的自适应特性，该译码方法能够降低译码复杂度，提高译码器的吞吐量，在信噪比较高时性能增益尤为明显。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种减少译码路径分裂的极化码译码方法，包括以下步骤：步骤1，递归遍历译码树：对于一个码长为N，信息位长度为K的极化码，其译码树为深度为n＝log2N的二叉树，采用基于串行抵消的译码方法从根节点开始递归遍历整个译码树。其中，左子节点和右子节点以同样的方式向其子节点遍历，如果遇到以下4种类型的节点，则不再向下递归而直接译码后返回。这4种节点类型分别是：若其包含的叶节点全是休眠位比特，则记为Rate-0节点。若其包含的叶节点全是信息位比特，则记为Rate-1节点。若其包含的叶节点只有最后一位是信息位比特，则记为REP节点。若其包含的叶节点只有第一位是休眠位比特，则记为SPC节点。步骤2，对步骤1中提到的4种类型的节点根据节点类型分别给出相应的译码策略，得到各节点相应的译码结果。步骤3，根据译码时节点之间传递待译符号的对数似然比计算译码路径分裂门限，根据译码路径分裂门限决定是否分裂新的译码路径。译码时先估计信噪比Eb/No，当前Eb/No对应的译码路径分裂门限计算过一次之后就将译码路径分裂门限存入一张列表中。下一个码块译码时，如果Eb/No对应的译码路径分裂门限已存在则直接找到对应的列表待查，如果不存在则重新计算存到对应的列表中。步骤4，译码路径分裂策略：译码开始时，列表里只有一条译码路径，每条译码路径都有一个评价路径优劣的度量值PM，初始路径的PM值设为0。第2步在译码时，根据当前信噪比估计值Eb/No，结合步骤3列表中的分裂门限，根据步骤1所述的节点类型确定不同的译码路径分裂策略，同时更新路径的PM值。分裂后产生的新路径添加到同一列表中，如果列表中路径数量多于设定的最大值Lmax，则只保留PM值最大的Lmax个路径。步骤5，根据循环冗余校验选择最终译码结果：如果译码树从根节点返回，对于列表中的第l个译码路径Pl，其返回的比特序列βv记为βv(l)，为译码结果，则路径Pl的译码结果为：其中，Gn为码长为n的极化码生成矩阵。如果满足循环冗余校验，则将选为最终译码结果。如果所有存活路径的译码结果均不满足循环冗余校验，则选择路径度量值PM最小的路径所得到的作为最终译码结果，整个译码过程结束。优选的：所述采用基于串行抵消的译码方法如下：译码时需要在节点之间传递待译符号的对数似然比LLR，对数似然比LLR初始值通过如下方式计算得到：其中，L(ui)表示ui的对数似然比，ui表示发送比特，yi为译码器接收到的待译码的符号，Pr(yi|ui)表示发送符号为ui时接收到符号yi的概率。对于译码树上的一个节点v，其包含的叶节点的个数为Nv，该节点从父节点接收一个长度为Nv的LLR值序列，记为av。译码开始时，由公式(1)计算接收符号的对数似然比并传递给根节点，然后由av计算要传递给左子节点的LLR值序列al：al[i]＝sgn(av[i])sgn(av[i+Nv/2])min(|av[i]|，|av[i+Nv/2]|)，0≤i＜Nv/2(2)其中，i是向量av的位置索引，av[i]表示av的第i个元素，以递归的方式遍历左子节点，返回后从左子节点接收到长度为Nv/2的比特序列βl，然后计算要传递给右子节点的LLR值序列ar：ar[i]＝av[i+Nv/2]-(2βl[i]-1)av[i]，0≤i＜Nv/2(3)以递归的方式遍历右子节点，返回后从右字节点接收到长度为Nv的比特序列βr，然后计算要返回给父节点的比特序列βv：其中，为二进制异或运算。优选的：所述步骤2中的译码策略如下：如果是Rate-0节点，则：βv[i]＝0，0≤i＜Nv(5)如果是Rate-1节点，则：βv[i]＝h(αv[i])，0≤i＜Nv(6)其中，如果是REP节点，则：如果是SPC节点，则：βv[i]＝h(αv[i])，0≤i＜Nv(9)如果SPC节点的译码结果βv不满足奇偶校验，则找到序列αv中绝对值最小的，记为αv[min]，min是其在序列αv中的索引，然后将βv[min]中的比特位反转。优选的：译码路径分裂门限的计算方法：对于一个码长为N的极化码，第i个极化子信道记为子信道的截止速率为通过如下方式递推计算得到：其中，K为信息位长度，N为码长，Eb/No为接收端信噪比的估计值。码长为N的第i个比特，决定是否进行路径分裂的判决门限为如果则令T为门限常数。优选的：所述步骤4中根据节点类型确定不同的译码路径分裂策略，同时更新路径的PM值的方法：当前节点深度为d，令N＝2d。当前信噪比估计值为Eb/No，按第3步所述方法找到Eb/No对应的列表待查。如果是Rate-0节点，不产生新的译码路径，更新当前路径的度量值PM：其中，h(·)为式(7)。如果是Rate-1节点，原有路径的度量值PM不变。找到序列av中绝对值最小的两个，记为av[min1]，av[min2]，min1、min2为其分别在序列av中的位置索引，在该列表中查询判断式(14)(15)是否成立：若式(14)成立将当前路径复制一份新路径P1，复制时路径中的av、βv、PM都本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种减少译码路径分裂的极化码译码方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，递归遍历译码树：对于一个码长为N，信息位长度为K的极化码，其译码树为深度为n＝log

【技术特征摘要】
1.一种减少译码路径分裂的极化码译码方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，递归遍历译码树：对于一个码长为N，信息位长度为K的极化码，其译码树为深度为n＝log2N的二叉树，采用基于串行抵消的译码方法从根节点开始递归遍历整个译码树；其中，左子节点和右子节点以同样的方式向其子节点遍历，如果遇到以下4种类型的节点，则不再向下递归而直接译码后返回；这4种节点类型分别是：若其包含的叶节点全是休眠位比特，则记为Rate-0节点；若其包含的叶节点全是信息位比特，则记为Rate-1节点；若其包含的叶节点只有最后一位是信息位比特，则记为REP节点；若其包含的叶节点只有第一位是休眠位比特，则记为SPC节点；步骤2，对步骤1中提到的4种类型的节点根据节点类型分别给出相应的译码策略，得到各节点相应的译码结果；步骤3，根据译码时节点之间传递待译符号的对数似然比计算译码路径分裂门限，根据译码路径分裂门限决定是否分裂新的译码路径；译码时先估计信噪比Eb/No，当前Eb/No对应的译码路径分裂门限计算过一次之后就将译码路径分裂门限存入一张列表中；下一个码块译码时，如果Eb/No对应的译码路径分裂门限已存在则直接找到对应的列表待查，如果不存在则重新计算存到对应的列表中；步骤4，译码路径分裂策略：译码开始时，列表里只有一条译码路径，每条译码路径都有一个评价路径优劣的度量值PM，初始路径的PM值设为0；第2步在译码时，根据当前信噪比估计值Eb/No，结合步骤3列表中的分裂门限，根据步骤1所述的节点类型确定不同的译码路径分裂策略，同时更新路径的PM值；分裂后产生的新路径添加到同一列表中，如果列表中路径数量多于设定的最大值Lmax，则只保留PM值最大的Lmax个路径；步骤5，根据循环冗余校验选择最终译码结果：如果译码树从根节点返回，对于列表中的第l个译码路径Pl，其返回的比特序列βv记为βv(l)，为译码结果，则路径Pl的译码结果为：其中，Gn为码长为n的极化码生成矩阵；如果满足循环冗余校验，则将选为最终译码结果；如果所有存活路径的译码结果均不满足循环冗余校验，则选择路径度量值PM最小的路径所得到的作为最终译码结果，整个译码过程结束。2.根据权利要求1所述减少译码路径分裂的极化码译码方法，其特征在于：所述采用基于串行抵消的译码方法如下：译码时需要在节点之间传递待译符号的对数似然比LLR，对数似然比LLR初始值通过如下方式计算得到：其中，L(ui)表示ui的对数似然比，ui表示发送比特，yi为译码器接收到的待译码的符号，Pr(yi|ui)表示发送符号为ui时接收到符号yi的概率；对于译码树上的一个节点v，其包含的叶节点的个数为Nv，该节点从父节点接收一个长度为Nv的LLR值序列，记为av；译码开始时，由公式(1)计算接收符号的对数似然比并传递给根节点，然后由av计算要传递给左子节点的LLR值序列al：al[i]＝sgn(av[i])sgn(av[i+Nv/2])min(|av[i]|，|av[i+Nv/2]|)，0≤i＜Nv/2(2)其中，i是向量av的位置索引，av[i]表示av的第i个元素，以递归的方式遍历左子节点，返回后从左子节点接收到长度为Nv/2的比特序列βl，然后计算要传递给右子节点的LLR值序列ar：ar[i]＝av[i+Nv/2]-(2βl[i]-1)av[i]，0≤i＜Nv/2(3)以递归的方式遍历右子节点，返回后从右字节点接收到长度为Nv的比特序列βr，然后计算要返回给父节点的比特序列βv：其中，为二进制异或运算。3.根据权利要求2所述减少译码路径分裂的极化码译码方法，其特征在于：所述步骤2中的译码策略如下：如果是Rate-0节点，则：βv[i]＝0，0≤i＜Nv(5)如果是Rate-1节点，则：βv[i]＝h(αv[i])，0≤i＜Nv(6)其中，如果是REP节点，则：如果是SPC节点，则：βv[i]＝h(αv[i])，0≤i＜Nv(9)如果SPC节点的译码结果βv不满足奇偶校验，则找到序列αv中绝对值最小的，记为αv...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘志文，徐庆云，刘楠，尤肖虎，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32