信道极化译码路径度量值排序方法技术

本发明专利技术公开的一种信道极化译码的路径度量值排序方法。利用本发明专利技术可以极大地减少处理和存储设备，显著地降低译码时延。本发明专利技术通过下述技术方案予以实现：在极化码SCL译码扩展到第i层时，输入为第i‑1层的L条候选路径，每条路径对应一组序列作为第i层路径扩展的父路径，在L条父路径上，每条路径按添加比特0和1进行路径扩展，得到2L条子候选路径；然后译码器对2L条子路径的路径度量值，按序号分为奇序列和偶序列，其奇序列为递升序列，偶序列为无序序列。将偶序列按奇偶排序网络方法进行从小到大排序，输出序列；再将长度为L的奇序列和长度为L的序列用奇偶归并器进行归并，得到长度为2L的递升序列。

【技术实现步骤摘要】
信道极化译码路径度量值排序方法
本专利技术涉及一种无线通信系统中编解码领域的(信道极化码Polar)极化码SCL译码路径竞争方法，并且更具体地，涉及Polar码的译码方法和译码器。
技术介绍
由于在实际通信中，信道有不同程度的噪声干扰，故所接收到的信息会出现不同程度的差错，从而降低通信系统的可靠性。所以数字通信系统的设计者们，所关心的一个核心问题就是，如何在有噪声干扰的信道中使得信息能够尽量可靠的重现，以减小我们信息传输中的差错，同时又能不降低信息系统的传输效率，就是尽量做到兼顾通信系统的有效性和可靠性。信道极化是将原始信道进行变换，信道容量发生变化，成两极分化的处理过程。信道极化最初是在B-DMC信道的上发现的，但是信道极化现象是普遍存在的，其他的信道下也可以进行信道极化，前提是信道必须是对称的。道极化依赖于使用的信道类型，不同的信道具有不同的信道极化方法。BEC信道具有最简单的极化方法，BSC信道的极化较复杂，通过一般的方法很难得出极化信息。极化码的译码与极化码性能息息相关，采用的译码算法不同，极化码的性能也会有很大差别。2008年，Arikan在国际信息论ISIT会议上首次提出了信道极化的概念，并于2009年在IEEETransactiononInformationTheory期刊上发表的一篇论文中进行了更详细的阐述，同时基于信道极化给出了一种编码方式，起名为Polar码。Polar码是信道极化(ChannelPolarization)码，因其低译码复杂度已成为当今信道编码领域的研究热点之一。Polar码与其它不同码的结合方案已经应用到了很多技术中，例如深空通讯，磁记录信道，以及光学传输系统等。极化码的基础是信道极化，通过信道极化之后选择信道条件好的信道用来传输信息，使得极化码的性能获得了极大提高，但是极化码也存在一些固有缺陷，影响其实际应用。而信道极化是依赖于特定信道的，也就是说，对不同的信道，有不同的信道极化，这就需要根据具体的信道情况进行分析。如果信道的参数是时变的，极化码也要时刻变化，会使得系统变得复杂。除了在BEC信道下，信道极化的计算比较简单以外，对于其他类型的信道，信道极化的计算通常都比较复杂。对一些更复杂的信道，还不能计算极化信道的各种参数，限制了极化码在这些信道上的使用。另外，极化码一般在信道条件已知的情况下使用，如果信道条件是未知的，可以使用预测信道来近似，近似的程度较差时，极化码性能也会变得很差。由于极化码的SC译码是顺序进行的，只能是前一个码元译出，才能够译后一个码元。这就造成了在码长较长时，极化码会有较大的时延，也就是吞吐量会受到影响。在极化码中，在信息送入信道之前，信道就会起作用，生成矩阵与信道是紧密相关的，信道会参与生成矩阵的计算，对于不同的信道会有不同的生成矩阵，也会形成不同的码字；在译码时，信道也会通过一些参数影响译码。这是极化码与一般信道编码的区别，简而言之，就是极化码的的编译码都依赖于信道，是信道依赖的。这是因为信道极化是极化码的基础，而信道的极化取决于信道类型和信道本身的参数，最终造成了极化码的信道依赖特性。2.1信道极化极化码是一种具有低复杂度的构造码，在使用SC译码时，能达到二进制离散无记忆信道(B-DMC)的信道容量。信道极化是这种编码方法的基础，信道的极化是这样一种现象：对于N个独立的B-DMC信道，其输入比特经过一系列的线性变换之后，输入信道传输，除一小部分信道之外，其余信道会表现出信道容量I(W)趋向于0或者1的现象。虽然信道极化是基于二进制离散无记忆信道提出的，但是信道极化现象是普遍存在的，其他的信道也存在信道极化现象。信道极化Polar码具有确定性的构造方法，并且是第一种，也是已知的唯一一种能够被严格证明“达到”信道容量的信道编码方法。Polar码是5G超高速传输的备选纠错码方案之一，然而Polar码在实际的超高速传输应用中仍然存在一些瓶颈。目前Polar码面临的两个主要挑战是译码吞吐量和中短码译码性能的提升。Polar在提出时采用接续消除(Successivecancellation，SC)译码，译码复杂度低，但属于串行译码，延迟大，置信传播(BeliefPropagation，BP)译码是一种并行译码方法，能够提高Polar码译码吞吐量，但其性能较SC译码没有明显的提升且译码计算复杂度高。现有技术在原有的SC译码的基础上，通过引入带有列表的SC译码(SuccessiveCancellationListDecoding,SCL)算法，极化码的译码性能得到了极大的提升。对于传统的SC译码器，当译码信息比特时，会直接根据相应的对数似然比做硬判决，并利用该判决结果来继续进行译码。然而SCL译码算法在译码过程中会保留最有可能的L条译码路径。当译码信息比特时，对译码路径向下进行分支扩展，为0或者为1，由此得到2L条备选路径，然后从中选择概率较大的L条路径。当译码固定比特时，直接判决为已知的比特0。完成N个比特的译码判决之后，从最终保留的L条路径中选择概率最大的路径所对应的译码序列，得到SCL译码器的译码输出。由于SCL译码器没有立即做硬判决而是保留了多种可能的取值，因此会减少硬判决带来错误的可能性，从而提升最终的译码性能。SCL译码器的译码性能与搜索宽带L相关，L越大，性能越好。SCL译码器的一个关键算法是路径竞争，即对2L条候选路径的度量值进行排序，从中选择路径度量值最小的L条路径。SCL算法还可和CRC校验结合，即CRC辅助的SCL(CRC-AidedSCL,CA-SCL)译码算法，在信源序列中包含CRC校验信息，在SCL译码结束的L条候选路径序列中，通过选择能够通过CRC校验的候选序列，从而提高译码算法的纠错能力，获得较已有的其他编码方式(Turbo、LDPC)相当、甚至更优的性能。排序处理的延时级数将影响SCL的译码时延，其实现逻辑的复杂度将影响最大处理的时钟周期，最终影响Polar码的吞吐率。传统排序处理算法(计数、插入、选择、交换等)多为串行处理，对于一个具有n个数的串行排序问题，其时延下界为D＝Ω(nlog2n)，也就是说其时延不可能少于常数倍的nlog2n。当L较大时，串行排序的延时级数多，限制了poalr码的吞吐量。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的不足之处，提供一种能够降低排序处理的延时级数，提高Polar码的译码吞吐量，信道极化Polar码SCL译码的路径度量值排序方法。本专利技术的目的可以通过如下技术方案实现：一种信道极化译码的路径度量值排序方法，其特征在于，包括如下步骤：在极化码SCL译码扩展到第i层时，输入为第i-1层的L条候选路径，每条路径对应一组序列uk(1≤k≤i-1)为第k层的译码比特，作为第i层路径扩展的一条父路径，在L条父路径上，每条路径按添加比特0和1进行路径扩展，得到2L条子候选路径；然后译码器对2L条子路径的路径度量值o＝[o1,o2,...o2L]，Ok(1≤k≤2L)为第k条子路径的路径度量值，路径度量值序列按序号分为奇序列[o1,o3,...,o2L-1]和偶序列[o2,o4,...,o2L]，由信道极化码polar码SC译码特性，其奇序列为递升序列，偶序列为无序序列。将偶序列[o本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种信道极化译码的路径度量值排序方法，其特征在于，包括如下步骤：在极化码SCL译码扩展到第i层时，输入为第i‑1层的L条候选路径，每条路径对应一组序列

【技术特征摘要】
1.一种信道极化译码的路径度量值排序方法，其特征在于，包括如下步骤：在极化码SCL译码扩展到第i层时，输入为第i-1层的L条候选路径，每条路径对应一组序列uk(1≤k≤i-1)为第k层的译码比特，作为第i层路径扩展的一条父路径，在L条父路径上，每条路径按添加比特0和1进行路径扩展，得到2L条子候选路径；然后译码器对2L条子路径的路径度量值o＝[o1,o2,...o2L]，Ok(1≤k≤2L)为第k条子路径的路径度量值，路径度量值序列按序号分为奇序列[o1,o3,...,o2L-1]和偶序列[o2,o4,...,o2L]，由信道极化码polar码SC译码特性，其奇序列为递升序列，偶序列为无序序列。将偶序列[o2,o4,...,o2L]按奇偶排序网络方法进行从小到大排序，输出序列e＝[e1,e2,...,eL]，ek(1≤k≤L)为递升序列e的第k个元素；再将长度为L的奇序列[o1,o3,...,o2L-1]和长度为L的序列e＝[e1,e2,...,eL]用奇偶归并器进行归并，得到长度为2L的递升序列[p1,p2,...,p2L]，pk(1≤k≤2L)为递升序列的第k个元素；保留路径度量值较小的L条候选路径，及满足p1≤p2≤...≤pL的候选路径度量值[p1,p2,...pL]，作为第i层的候选路径和路径度量值pk(i)(1≤k≤2L)为第i层第k条候选路径的路径度量值。2.如权利要求1所述的信道极化译码的路径度量值排序方法，其特征在于，第i层路径扩展的父路径度量值为且pi-1为递升序列，满足表示第i-1层的第l条候选路径度量值。3.如权利要求1所述的信道极化译码的路径度量值排序方法，其特征在于，对一条父路径分别添加比特0和1，扩展成两条新的路径(u1,u2,...,ui-1,0)和(u1,u2,...,ui-1,1)，则L条父路径，一共扩展成2L条子路径，L为自然数。4.如权利要求3所述的信道极化译码的路径度量值排序方法，其特征在于，2L条子路径对应的路径度量值o＝[o1,o2,...o2L]，依据信道极化码Polar码路径度量值的递归公式式中，Ll为在第l条父路径序列的基础上，计算第i层比特的似然概率，且1≤l≤L。5.如权利要求1所述的信道极化译码的路径度量值排序方法，其特征在于，信道极化码Polar的...

【专利技术属性】
技术研发人员：甘明，李晓光，周世阳，兰天，
申请(专利权)人：西南电子技术研究所中国电子科技集团公司第十研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51