基于SCL的极化码低复杂度分段译码器设计制造技术

本发明专利技术公开了一种基于SCL的极化码低复杂度分段译码器设计方案。SC译码算法结构简单但存在差错传播的缺点，而SCL作为SC译码的改进，很好的解决了差错传播的缺点，但其大大增加了译码器的复杂度。本发明专利技术结合两种译码算法的优点，在译码时首先选用SC译码算法，通过CRC校验译码是否正确，若译码错误则根据错误的分布情况，选择合适的断点进行SCL译码。该译码器设计在保证误码率性能逼近于SCL的同时又使得该译码器的复杂度大大低于SCL译码器。

【技术实现步骤摘要】
基于SCL的极化码低复杂度分段译码器设计
本专利技术属于信道译码领域，尤其涉及一种基于SCL的极化码低复杂度分段译码器设计方法。
技术介绍
极化码由E.Arikan在2007年首次提出。极化码编译码充分利用了信道极化现象，在经过信道极化后，将用户信息存放在信道容量较好的信息位。理论证明，当码长无限长时，信道容量将完全极化，此时的极化码可达到香农极限。而由于极化码相比于LDPC和Turbo码有着更低的复杂度，这使得极化码成为了在信道纠错码领域的一个新兴的研究热点，并成为了5G标准的短码通信方案。目前，主流的极化码译码算法有SC译码算法、BP译码算法以及SCL译码算法。SC译码算法由E.Arikan提出，该译码算法是极化码编码的逆过程。SC译码具有较低的复杂度，但由于极化码编码后的信息序列前后信息位之间的关联性较强，这使得SC译码有着严重的误码传播特性。SCL能有效的解决SC译码的误码传播特性。SCL译码在译码的过程中，保留L种译码可能性，并且计算出这L种译码可能性的置信度(PM值)。在最终输出译码时选取置信度最高的路径作为输出。虽然SCL有效的解决了SC译码的误码传播特性，但其大大增加了系统的计算量，降低了译码速度。本专利技术将在SC译码与SCL译码的基础上，提出一种基于SCL的分段译码方法，该方法将SC译码的低复杂度与SCL良好的误码性能相结合，使得新的译码器具有低复杂度，高性能的特点。本专利技术所采取的技术方案如下：(1)双重CRC编码。在极化码编码过程中，取一个合适的断点在断点处进行CRC编码，并重新组合成新的信息序列，对此信息序列再进行一次CRC编码。24位CRC校验出错概率为1/224，而极化码的误码率性能约1×10-5左右，故24位的CRC基本不会影响极化码的误码率性能。(2)SC和SCL分段译码。在译码过程中，首先对信息序列进行SC译码并用CRC校验其译码的正确性。若译码错误则启用断点处的CRC校验，以判断错误码处于信息序列的具体段落。若错误位分布于分段点后，则保留分段点前的译码结果，而对分段点后的信息序列进行SCL译码。若错误位分布于分段点前，则对整个信息序列进行一次SCL译码，最后输出译码结果。该改进的译码算法在保证性能不衰退的情况下，降低了整体译码的复杂度。该改进算法与SCL的误码率和误帧率的性能对比仿真图如图1所示。(3)复杂度估计。设基于SCL的极化码分段译码器的复杂度为θ(NL1)，SC译码的复杂度为θ(NA)，SCL译码的复杂度为θ(NAL)。设不同信噪比下，SC译码的误帧率为P1，分段比例为t。P为分段点CRC的通过率，则该分段算法的复杂度可表示为式(1)。θ(NL1)＝(1-P1)θ(NA)+P1[tPθ(NAL)+(1-P)θ(NAL)](1)其中，tPθ(NAL)+(1-P)θ(NAL)可化简为(1-tP)θ(NAL)。SC与SCL译码的复杂度可分别分解为式(2)和式(3)。θ(NA)＝(1-P1)θ(NA)+P1θ(NA)(2)θ(NAL)＝(1-P1)θ(NAL)+P1θ(NAL)(3)由式(1)、(2)和(3)分析及计算可得，分段译码算法的复杂度大大低于SCL的复杂度，但大于SC的复杂度，θ(NL1)与θ(NA)的差距由P和t所决定。当Pt越小，该分段算法的复杂度就越逼近于SC译码算法的复杂度。(4)计算差错概率分布，确定最佳分段点。可通过蒙特卡洛实验来确定P和t的分布情况。该实验设计主要是设计一个统计SC译码算法在码长为1024，码率为1/2时，不同信噪比下错误位分布情况的蒙特卡洛实验，该实验对1000个错误帧中前512位(t＝1/2)是否存在错误信息进行统计，如表1所示。表1差错位分布概率统计表1中，CRC表示1000个错误帧中前512位通过CRC校验的个数，P为通过率。由蒙特卡洛实验结果可知，当码率为1/2，码长为1024时，不同信噪比下的差错位不出现在信息序列的前半部分的概率约为0.4～0.56，且信噪比越高，该概率呈现出逐渐增大的趋势。经过多次实验，此码长码率下t取1/2时，P接近1/2，此时Pt的值最小。附图说明图1性能对比仿真图图2算法流程图具体实施方式下面用码长为1024，码率为1/2的分段译码器作为实例，并结合图1对本专利技术进行详细的描述，该译码器的调制方式为BPSK调制，信道为WAGN，具体实施方式如下步骤：步骤一：选择最佳分段点，对随机的码长为1024、码率为1/2的极化码编码码字，在不同信噪比下进行SC译码的蒙特卡洛实验。每当出现译码错误时，统计该错误信息序列的的错误位分布情况。直到出现1000帧错误时停止实验并观察整体的错误位分布情况。最后综合分析取Pt最小的分段点即P＝1/2时，使得Pt取得最小值1/4，如表1所示。在该码率码长下，去掉冻结位后，该分段点落于未编码信息的1/4处。步骤二：双重CRC编码，设信息位为u，其大小为464位，选取u的1/4处作为分段点。在分段点处进行24位的CRC编码得u1，此时u1为488位，并将u1作为新的信息序列再次添加CRC校验得ucrc，此时ucrc为512位。步骤三：极化码编码，将512位的ucrc进行极化码编码得到1024位编码信息并添加高斯白噪声后得到x，将x作为译码器的输入。步骤四：分段译码，将x进行一次SC译码并进行整体的CRC校验，若CRC校验成功，则在分段点处进行CRC解码并输出最终的信息位。若CRC校验错误，则进行分段点处的CRC校验，若分段点处的校验出错，则说明错误位存在于分段点之前，此时对整个序列x进行重新的SCL译码。若分段点处的CRC校验正确，则说明错误位不存在分段点之前，此时仅对分段点之后的信息位进行重新的SCL译码。译码完成后进行CRC解码并输出信息位。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于SCL的极化码低复杂度分段译码器设计，其特征在于该设计包括以下步骤：(1)SC和SCL的分段译码；(2)计算差错概率分布，确定最佳分段点。

【技术特征摘要】
1.基于SCL的极化码低复杂度分段译码器设计，其特征在于该设计包括以下步骤：(1)SC和SCL的分段译码；(2)计算差错概率分布，确定最佳分段点。2.根据权利要求1所述的译码器设计，其特征在于所述步骤(1)SC和SCL算法的分段译码，具体是：在译码过程中，首先对信息序列进行SC译码并用CRC校验其译码的正确性。若译码错误则启用断点处的CRC校验，以判断错误码处于信息序列的具体段落。若错误位分布于分段点后，则保留分段点前的译码结果，而对分段点后的信息序列进行SCL译码。若错误位分布于分段点前，则对整个信息序列进行一次SCL译码，最后输出译码结果。3.根据权利要求1所述的译码器设计，其特征在于所述步骤(2)计算差错概率分布，确定最佳分段点，具体是：设SC译码的复杂度为θ(NA...

【专利技术属性】
技术研发人员：王秀敏，吴卓铤，汪晓锋，李君，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33