基于部分信息比特似然比的极化码早期迭代停止方法技术

本发明专利技术公开了一种基于部分信息比特似然比的极化码早期迭代停止方法，包括如下步骤：S1)预设BP译码的最大迭代次数；S2)利用BP译码算法对极化编码信息进行译码；S3)一次迭代完成后，对相邻两次迭代译码输出部分信息比特似然比进行比较；如果其中相同的信息比特似然比在预设的比较空间中的比例达到预设阈值，则停止迭代并输出当前迭代所得到的译码结果，否则，继续进行迭代，直至达到预设的最大迭代次数。本发明专利技术在每一次迭代过程中，均对前后两次迭代译码器输出的部分信息比特似然比进行判断；如果相同的信息比特似然比在比较空间中的比例达到预设阈值则停止，从而大大降低译码的计算复杂度和译码延时，有效降低硬件资源消耗。

An early iterative stopping method of polarization codes based on bit likelihood ratio of partial information

The invention discloses a part information bit likelihood ratio iteration method based on polarization code early stop, comprises the following steps: S1) the maximum number of iterations preset BP decoding; S2) decoding of polarization encoding information using the BP decoding algorithm; S3) iteration after the completion of the two adjacent iterative decoding output information bit likelihood ratio comparison; if the information bit likelihood than the same in the preset space comparison in proportion reaches a preset threshold, then stop the iterative decoding results and the output of the current iteration are otherwise, continue to iterate until it reaches the preset maximum number of iterations. The present invention in each iteration, both before and after the two iterative decoder output part information bit likelihood ratio test; if the information bit likelihood than the same in space in the proportion reaches a preset threshold is stopped, thereby greatly reducing the computational complexity of decoding and decoding delay, reduce the consumption of hardware resources.

【技术实现步骤摘要】
基于部分信息比特似然比的极化码早期迭代停止方法
本专利技术涉及一种极化码处理方法，尤其涉及一种基于部分信息比特似然比的极化码早期迭代停止方法。
技术介绍
基于信道极化现象，2008年Arikan在ISIT会议上提出了一种容量“可达”的码字，称为Polar码，其在论文中严格证明了在二进制输入离散无记忆信道中当码长趋于无穷时信道容量可以达到香农界。在译码端，Arikan同时提出了一种串行译码方法，称串行抵消算法(Successivecancellation，SC)。由于其串行译码结构，SC算法译码延迟较高。为了减少译码延迟，迭代的置信度传播(Beliefpropagation，BP)算法也被用于Polar码译码。BP算法是并行，其译码延迟为O(IlogN)，其中I为迭代次数。由此可知，减少迭代次数对于减少BP算法译码延迟非常重要。传统BP算法到达预设最大迭代次数才会停止，实际中正确译码结果在迭代早期就会得到，所以相关研究者提出了多种早期迭代停止方法以避免多余的迭代，例如minLLR、G-Martix、LMA和CA等方法。早期迭代停止方法在译码过程中对译码结果进行检测，如果满足停止标准则停止迭代输出译码结果，能够有效减少平均迭代次数。已有的早期迭代停止方法一般复杂度较高，提出一种复杂度更低的早期迭代停止方法是重要的研究方向。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于部分信息比特似然比的极化码早期迭代停止方法，能够大大降低译码的计算复杂度和译码延时，同时便于硬件实现。本专利技术为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种基于部分信息比特似然比的极化码早期迭代停止方法，包括如下步骤：S1)预设BP译码的最大迭代次数；S2)利用BP译码算法对极化码编码信息进行译码；S3)一次迭代完成后，对相邻两次迭代BP译码器输出的部分信息比特似然比进行比较；如果其中相同的信息比特似然比在预设的比较空间中的比例达到预设阈值，则停止迭代并输出当前迭代步所得到的译码结果，否则，继续进行迭代，直至达到预设的最大迭代次数。上述的基于部分信息比特似然比的极化码早期迭代停止方法，其中，所述极化码的码长为N，所述极化码包含K位信息位，设集合A为信息位的集合，集合称为比较空间，所述集合包含A中错误概率最小的M位信息位，M称为比较空间容量，K≥M>0，每个极化信道的错误概率通过高斯近似方法仿真得到，所述步骤S3)若满足如下不等式，则停止迭代：其中，R为比例阈值，其取值范围为{R|0<R≤1}，表示BP算法因子图中第1列第i行节点的L信息。上述的基于部分信息比特似然比的极化码早期迭代停止方法，其中，对于参数为(N，K)的极化码，其对应因子图由n＝log2N阶计算单元和n+1列节点构成，每阶由N/2个处理单元构成，(i,j)表示从左起第i行，第j列的节点；每个节点从右到左传递通过节点(i,j)的软信息记为Li,j，从左到右传递通过节点(i,j)的软信息记为Ri,j，对因子图最左端的1列节点中的软信息进行硬判决可得到信息比特序列u的估计值所述步骤S2)先向左传播更新节点中的Li,j，到达最左侧后开始向右传播更新节点中的Ri,j；迭代终止后，如果不是信息位则该位译码为0，否则依照最左端节点中的Li,1的符号判断信息位是0还是1。上述的基于部分信息比特似然比的极化码早期迭代停止方法，其中，所述步骤S3)通过组合使用比较器、加法器与阈值比较器实现早期迭代停止机制；每次迭代后使用M个比较器比较当前迭代所得到的与上次迭代所得到的t-1次迭代的从BP译码器的存储器中读取，t次迭代的直接从译码器处理单元中获得；比较器的比较结果为{q1,q2,...,qM}，若则qi＝1，否则qi＝0；加法器用于计算结果为阈值比较器判断Q是否大于等于M*R，若大于等于则输出D＝1，否则输出0；D＝1则BP译码器停止迭代输出译码结果，D＝0则BP译码器继续迭代直到达到预设的最大迭代次数。上述的基于部分信息比特似然比的极化码早期迭代停止方法，其中，所述最大迭代次数预设为15～80。本专利技术对比现有技术有如下的有益效果：本专利技术提供的基于部分信息比特似然比的极化码早期迭代停止方法，一次迭代完成后，对相邻两次迭代输出的属于比较空间的信息比特似然比进行比较；如果其中相同的信息比特似然比在比较空间中的比例达到预设阈值，则停止迭代并输出当前迭代步所得到的译码结果。当最大迭代次数为40次且Eb/N0＝3.5dB时，与固定迭代40次的原始BP译码器相比，本专利技术能使平均迭代次数减少83.16％，有效降低了计算复杂度与译码延迟。minLLR标准的加法运算复杂度为N，比较运算复杂度为N；LMA标准的加法运算复杂度为2N，比较运算复杂度为N。与之相比本专利技术的加法运算复杂度仅为N/32，比较运算的复杂度为N/32+1，可有效降低早期迭代停止标准的硬件复杂度。附图说明图1为本专利技术参数为(8，4)的极化码因子图；图2为本专利技术极化码因子图的基本单元示意图；图3是本专利技术早期迭代停止流程示意图；图4是本专利技术早期迭代停止模块硬件结构；图5是本专利技术参数为(1024，512)的极化码，最大迭代次数为40的BP译码方法与原始BP译码器在不同信噪比信道下的平均迭代次数比较示意图；图6本专利技术参数为(1024，512)的极化码，最大迭代次数为40的BP译码方法与原始BP译码器的译码性能比较示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的描述。为了减小BP译码算法的译码复杂度，早期迭代停止算法十分重要。早期迭代停止算法是指在译码迭代过程中自适应地检测是否已经得到可靠的译码输出，如果条件满足可以立刻结束译码。早期迭代停止算法可以线性地降低译码复杂度和译码延时。本专利技术提供的基于部分信息比特似然比的极化码早期迭代停止方法，包括如下步骤：S1)预设BP译码的最大迭代次数；S2)利用BP译码算法对极化编码信息进行译码；S3)一次迭代完成后，对相邻两次迭代输出的属于比较空间的信息比特似然比进行比较；如果其中相同的信息比特似然比在比较空间中的比例达到预设阈值，则停止迭代并输出当前迭代步所得到的译码结果，否则，继续进行迭代，直至达到预设的最大迭代次数。本专利技术的具有早期迭代停止机制的极化码BP译码方法，利用BP译码算法对信道接收值进行译码，信息更新公式如下：f(x,y)≈α*sign(x)sign(y)min(|x|,|y|)(2)码长为N的Polar码包含K位信息位，设集合A为信息位的集合。集合称为比较空间，包含A中错误概率最小的M(K≥M>0)位信息位，M称为比较空间容量，每个极化信道的错误概率可通过高斯近似方法仿真得到。在利用BP译码器对极化码进行译码的每一次迭代过程中，若满足不等式(3)则停止迭代，输出译码结果。其中0≤R≤1，表示BP算法因子图中第1列第i行节点的L信息。若不满足不等式(3)，则继续进行迭代，直至达到预设的最大迭代次数。相比现有技术方案，本专利技术能够在不造成译码性能损失的情况下显著减小译码迭代次数。对于(1024,512)极化码，当最大迭代次数为40次且Eb/E0＝3.5dB时，本专利技术能使平均迭代次数降低83.16％，有效降低了计算复杂度与译码延迟。本专利技术的加法运算复杂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于部分信息比特似然比的极化码早期迭代停止方法，其特征在于，包括如下步骤：S1)预设BP译码的最大迭代次数；S2)利用BP译码算法对极化码编码信息进行译码；S3)一次迭代完成后，对相邻两次迭代BP译码器输出的部分信息比特似然比进行比较；如果其中相同的信息比特似然比在预设的比较空间中的比例达到预设阈值，则停止迭代并输出当前迭代所得到的译码结果，否则，继续进行迭代，直至达到预设的最大迭代次数。

【技术特征摘要】
1.一种基于部分信息比特似然比的极化码早期迭代停止方法，其特征在于，包括如下步骤：S1)预设BP译码的最大迭代次数；S2)利用BP译码算法对极化码编码信息进行译码；S3)一次迭代完成后，对相邻两次迭代BP译码器输出的部分信息比特似然比进行比较；如果其中相同的信息比特似然比在预设的比较空间中的比例达到预设阈值，则停止迭代并输出当前迭代所得到的译码结果，否则，继续进行迭代，直至达到预设的最大迭代次数。2.如权利要求1所述的基于部分信息比特似然比的极化码早期迭代停止方法，其特征在于，所述极化码的码长为N，所述极化码包含K位信息位，设集合A为信息位的集合，集合称为比较空间，所述集合包含A中错误概率最小的M位信息位，M称为比较空间容量，K≥M>0，每个极化信道的错误概率通过高斯近似方法仿真得到，所述步骤S3)若满足如下不等式，则停止迭代：其中，R为比例阈值，其取值范围为{R|0<R≤1}，表示BP算法因子图中第1列第i行节点的L信息。3.如权利要求2所述的基于部分信息比特似然比的极化码早期迭代停止方法，其特征在于，对于参数为(N，K)的极化码，其对应因子图由n＝log2N阶计算单元和n+1列节点构成，每阶由N/2个处理单元构成，(i,j)表示从...

【专利技术属性】
技术研发人员：张小军，董雁飞，崔建明，曾庆田，张德学，陈赓，宋戈，郭华，隋荣全，张荣才，烟晓凤，王庆祥，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37