基于比特冻结辅助的极化码SCL译码方法技术

本发明专利技术公开了一种基于比特冻结辅助的极化码串行抵消列表(SCL)译码方法，在循环冗余校验(CRC)辅助的SCL(CA‑SCL)译码算法的基础上结合适当的额外比特冻结处理，进一步尝试CA‑SCL译码，有效提升了译码性能。其基本思路是如果常规CA‑SCL译码无法得到有效码字，即L条译码路径均无法通过CRC校验检测，通过遍历信息位中的部分不可靠位置的所有取值情况，并依次冻结再进行CA‑SCL译码的方式来提高译码性能。极化码译码具有错误传递性，即先译码比特的错误会影响后续比特的译码，本方法的本质是尽量排除不可靠位置译码错误给后续比特译码带来的错误传递，以提高CA‑SCL译码算法的性能。

Bit Freezing Assisted SCL Decoding Method for Polarization Codes

The invention discloses a method of decoding polarization code serial cancellation list (SCL) based on bit freezing assistance, which further attempts CA SCL decoding based on cyclic redundancy check (CRC) assisted SCL decoding algorithm combined with appropriate additional bit freezing treatment, and effectively improves the decoding performance. The basic idea is that if conventional CA SCL decoding can not be effectively coded, that is, the path of L bar decoding can not pass CRC check detection, through traversing all the values of parts of the unreliable position in the information bits, and then freezing and then CA SCL decoding in turn to improve the decoding performance. Polarization decoding has error transmission, that is, the error of first decoding bit will affect the decoding of subsequent bits. The essence of this method is to eliminate the error transmission caused by unreliable position decoding error to subsequent bit decoding, so as to improve the performance of CA SCL decoding algorithm.

【技术实现步骤摘要】
基于比特冻结辅助的极化码SCL译码方法
本专利技术涉及译码方法，尤其涉及一种基于比特冻结辅助的极化码SCL译码方法。
技术介绍
纠错编码是数字通信系统的关键技术之一。纠错编码通过增加冗余，能够有效对抗数字信号在传输过程中受到的干扰，是一种通过牺牲系统的有效性来换取可靠性的技术。极化码是2009年由E.Arikan提出的唯一在理论上被证明了能够达到二进制输入离散无记忆信道容量的纠错编码。其原理是通过信道拆分与合并将信道极化，使得在码长趋于无穷时，一部分信道的容量趋于0(即噪声无穷大的信道)，另一部分信道的容量则趋于1(即完全无噪声的信道)，并将所要传输的信息放在完全无噪声的信道上进行传输来达到系统性能。传统的极化码是在均匀信道中进行编码与构造的，以码长N＝8的极化码为例，如图1所示是极化码的极化单元，输出x2＝u2，图2是码长N＝8的极化码极化结构，其极化分为三个阶段。设均匀通信信道的删除率为0.5，在第一阶段的极化过程中信道一分为二，极化为删除率0.75和0.25的两级信道；第二阶段两级信道再次一分为二，分别极化，得到删除率{0.9375,0.5625,0.4375,0.0625}的四级信道；以此类推，经过三个阶段的极化得到的8个信道删除率互不相同，为{0.9961,0.8789,0.8086,0.3164,0.6836,0.1914,0.1211,0.0039}。若进行码率R＝1/2的编码，则将极化信道{4,6,7,8}作为信息位，剩余作为冻结位，对应传输的冻结比特通常置为全零。对于AWGN信道而言，其信道容量的计算就复杂的多，可以将信道容量计算问题转化为解码错误的概率计算问题，采用蒙特卡罗方法来进行模拟统计。尽管在理论上，对具体的信道严格计算各子信道容量并选择容量较高的作为信息位，这样构造出来的极化码能够达到信道容量，但其复杂度显然较高。2008年Arikan提出，对于任意给定的容量为C的二进制输入信道，采用相同容量二进制删除信道(BinaryErasureChannel，BEC)(即删除率ε＝1-C)下源码块构造的极化码能够获得较好的性能。极化码的SC译码算法是编码过程的逆过程，通过软量传递按序逐步译出每比特码字，如图3所示是N＝8的极化码SC译码结构图。每当计算出信息比特位置软量值，则直接进行硬判决，软量通常是对数似然比，因此软量大于0则判为0，反之则判为1；每当软量传递到冻结比特位置，则无论软量大小，直接硬判为冻结值，通常为0。SCL译码算法则是在SC算法基础上引入列表的概念，每当译码需要对信息比特进行判决时，同时保留该比特取0和取1两种情况，即每译一个信息比特，译码路径数翻倍，每当路径数超过列表长度L时，通过各条路径的路径度量选择其中较优的L条保留。因此SCL译码最后保存了L条译码序列，若联合循环冗余校验(CyclicRedundancyCheck，CRC)，即为CA-SCL译码，则可以对L条路径分别校验，其中校验正确的即作为译码输出。无论是SC译码算法还是SCL译码算法，都是按序译码，即码字中靠前的比特先译，靠后的比特后译，且译每比特时需要之前所有已译出比特的值，因此译码过程中一个信息比特的错误将在后续其他信息比特译码过程中带来严重的错误传播，因此靠前信息比特译码的正确与否就极为重要。在进行极化码的信息位选择时可以发现，子信道基本满足下标较小的信道容量趋于0，下标较大的信道容量趋于1，也就是靠前的位置较为不可靠，靠后的位置较为可靠。结合以上两点可以看出信息位可靠度升序排序中靠前的位置，较不可靠且其错误传播影响较大。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术针对现有技术存在的问题，提供一种基于比特冻结辅助的极化码SCL译码方法，有效改进了译码的性能。技术方案：本专利技术所述的基于比特冻结辅助的极化码SCL译码方法包括：(1)根据各极化码源码块的信息位和冻结比特构建信息位集合A(1)、可靠信息位集合A(2)和冻结图样集合{Ft}；(2)令t＝0，设置信息位A＝A(1)，选取第t个冻结图样Ft＝F0；(3)根据信息位A和冻结图样Ft，对接收向量进行CA-SCL译码；(4)若CA-SCL译码获得了有效码字，则译码成功，终止译码；否则执行(5)；(5)判断是否t＜2p，若是，则执行(6)；若否，则译码失败，终止译码；(6)令t＝t+1，设置信息位A＝A(2)，选取第t个冻结图样Ft，跳转执行(3)。进一步的，步骤(1)具体包括：(1-1)将各极化信道按照信道容量降序排序，得到根据该顺序得到信息位集合A(1)＝[q0,q1,…,qK-1]，则冻结位集合为其中，表示第qi条极化信道的信道容量，0≤i≤N-1，N为极化码码长，K为信息位长度；(1-2)选取A(1)中的后p个，即最不可靠信息位集合P＝[qK-p,qK-p+1,…,qK-1]作为冻结位，将原有冻结比特集合扩展到N-K+p长度，形成新的冻结位集合剩余信息位形成可靠信息位集合A(2)＝[q0,q1,…,qK-p-1]，p为选取的不可靠信息位个数，1≤p≤K。(1-3)根据P，构建一个元素为N比特的二进制序列的冻结图样集合{Ft,0≤t≤2p}；其中，集合中第t个冻结图样元素Ft的第i个比特0≤i≤N-1，第1个元素为缺省的N长度全零序列F0＝(0,0,…,0)，剩余2p个元素，根据以下方法确定：对集合P中的位置，从(0,0,…,0)到(1,1,…,1)依次变化，则冻结图样Ft，1≤t≤2p每比特取值进一步的，步骤(3)具体包括：(3-1)初始化：令i＝0，当前译码路径数ξ＝1，设置路径数为L，其中，形如中，b为输入，且b∈{0,1}，l为译码路径，λ为当前译码所处阶段，且0≤λ≤n，N＝2n，N为极化码码长，阶段λ共有Λ＝2λ个比特信道为比特信道序号，且每个比特信道含2n-λ个分支，β为分支编号，表示在译码路径l中，输入为b输出为的比特信道的分支β的信道转移概率，输入b记为表示接收向量的一个邻接子向量，表示源码块的估计值，yβ表示接收向量中第β个值，σ2表示传输信道中的加性高斯白噪声方差；(3-2)判断是否i＜N，即判断是否仍有码字未译码，若是则执行(3-3)，否则跳转至(3-7)；(3-3)对当前所有译码路径l＝0,1,…,ξ-1，计算每条路径在译码阶段n下，输入为b，输出为的比特信道转移概率(3-4)判断是否i∈A，即判断i是否为信息位，是则执行(3-5)；否则跳转至(3-6)；(3-5)对当前所有译码路径进行扩展：ξ条译码路径复制为2ξ条，对路径l＝0,1,…,ξ-1，设置Bl(n,i,0)＝0，对应对路径l＝ξ,ξ+1,…,2ξ-1，设置Bl(n,i,0)＝1，对应P1l(n,i,0)；2ξ条路径竞争：对这2ξ条路径的路径度量，即对应的2ξ个进行降序排序；由于译码路径数不能超出列表长度限制，令ξ＝min{2ξ,L}，选取前ξ个对应路径保留，对应保留相应Bl(n,i,0)；接着，译码下一比特，令i＝i+1，跳转至(3-2)；(3-6)对当前所有译码路径l＝0,1,…,ξ-1，将Bl(n,i,0)设置为冻结图样Ft中位置i对应的冻结值，即接着，译码下一比特，令i＝i+1，跳转至(3-2)；(3-7)0≤i≤N-1，0≤l≤L-1，对列表内存储的L条本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于比特冻结辅助的极化码SCL译码方法，其特征在于该方法包括：(1)根据各极化码源码块的信息位和冻结比特构建信息位集合A(1)、可靠信息位集合A(2)和冻结图样集合{Ft}；(2)令t＝0，设置信息位A＝A(1)，选取第t个冻结图样Ft＝F0；(3)根据信息位A和冻结图样F

【技术特征摘要】
1.一种基于比特冻结辅助的极化码SCL译码方法，其特征在于该方法包括：(1)根据各极化码源码块的信息位和冻结比特构建信息位集合A(1)、可靠信息位集合A(2)和冻结图样集合{Ft}；(2)令t＝0，设置信息位A＝A(1)，选取第t个冻结图样Ft＝F0；(3)根据信息位A和冻结图样Ft，对接收向量进行CA-SCL译码；(4)若CA-SCL译码获得了有效码字，则译码成功，终止译码；否则执行(5)；(5)判断是否t＜2p，若是，则执行(6)；若否，则译码失败，终止译码；(6)令t＝t+1，设置信息位A＝A(2)，选取第t个冻结图样Ft，跳转执行(3)。2.根据权利要求1所述的基于比特冻结辅助的极化码SCL译码方法，其特征在于：步骤(1)具体包括：(1-1)将各极化信道按照信道容量降序排序，得到根据该顺序得到信息位集合A(1)＝[q0,q1,…,qK-1]，则冻结位集合为其中，表示第qi条极化信道的信道容量，0≤i≤N-1，N为极化码码长，K为信息位长度；(1-2)选取A(1)中的后p个，即最不可靠信息位集合P＝[qK-p,qK-p+1,…,qK-1]作为冻结位，将原有冻结比特集合扩展到N-K+p长度，形成新的冻结位集合剩余信息位形成可靠信息位集合A(2)＝[q0,q1,…,qK-p-1]，p为选取的不可靠信息位个数，1≤p≤K。(1-3)根据P，构建一个元素为N比特的二进制序列的冻结图样集合{Ft,0≤t≤2p}。3.根据权利要求2所述的基于比特冻结辅助的极化码SCL译码方法，其特征在于：步骤(1-3)中构建的冻结图样集合中第t个冻结图样元素Ft的第i个比特为0≤i≤N-1，第1个元素为缺省的N长度全零序列F0＝(0,0,…,0)，剩余2p个元素，根据以下方法确定：对集合P中的位置，从(0,0,…,0)到(1,1,…,1)依次变化，则冻结图样Ft，1≤t≤2p每比特取值4.根据权利要求1所述的基于比特冻结辅助的极化码SCL译码方法，其特征在于：步骤(3)具体包括：(...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜明，阮梦，赵春明，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32