一种基于分层奇偶重排的极化码周期性凿孔图样构造方法技术

本发明专利技术公开了一种基于分层奇偶重排的极化码周期性凿孔图样构造方法，将一个码长为N＝2

A construction method of periodic drilling pattern of polarization code based on layered parity rearrangement

【技术实现步骤摘要】
一种基于分层奇偶重排的极化码周期性凿孔图样构造方法
本专利技术属于通信
，更具体地，涉及一种基于分层奇偶重排的极化码周期性凿孔图样构造方法。
技术介绍
Polar码是由E.Arikan(ARIKANE.Channelpolarization:Amethodforconstructingcapacity-achievingcodesforsymmetricbinary-inputmemorylesschannels[J].IEEETransactionsonInformationTheory,2009,55(7):3051-3073.)提出的一种新型信道编码技术，也是首个从理论上被严格证明能够达到任意二进制输入离散无记忆对称信道(BI-DMC)容量的纠错码。Polar码具有优秀的译码性能和较低的编译码复杂度，已被采纳为5G控制信道上下行链路的信道编码标准。最初的Polar码译码方法是基于信道融合和分裂结构设计的串行抵消(SC)译码方法，该方法在中短码长情况下性能较差。由于Polar码也可以用因子图表示，因此研究者们也提出了基于置信传播(BP)的译码方法(HUSSAMIN,KORADASB,URBANKER.Performanceofpolarcodesforchannelandsourcecoding[C].IEEEInt.Symp.InformationTheory(ISIT),Seoul,SouthKorea,2009:1488-1492.)。BP方法虽然在性能上获得了一定的提升，但与最优的最大似然(ML)译码方法仍有差距。为了进一步提高极化码的性能，串行抵消列表(SCL)译码方法(TALI,VARDYA,Listdecodingofpolarcodes[C].IEEEInt.Symp.InformationTheory(ISIT),2011:1-5.)和级联了循环冗余校验(CRC)的改进方法(CA-SCL)(NIUK,CHENK.CRC-aideddecodingofpolarcodes[J].IEEECommunicationsLetters,2012,16(10):1668-1671.)相继被提出，使得Polar码的性能得到极大的提升，在某些场景下可获得优于LDPC和Turbo码的性能。虽然Polar码在译码性能方面具有一定的优势，但由于传统Polar码的编码生成矩阵由2×2的克罗内克(Kronecker)基矩阵扩展而来，这使得其最终得到的码长只能是2的幂次方。然而，实际通信中由于信道实时状况和系统资源等会随时发生变化，这要求系统编码参数(码长、码率、信息位长度等)能灵活可调。因此，需要一些特别的技术手段对Polar码进行改进和设计，以提高其适用范围。一个重要的方法是基于预先设计好的Polar母码，通过对母码的某些比特位置进行凿孔(Puncture)处理，由此得到速率兼容Polar码(RCPP)。已有结果表明，凿孔图样的选择和设计对Polar码的性能影响很大。典型的凿孔方法是文献(NIUK,CHENK,LINJR.Beyondturbocodes:Rate-compatiblepuncturedpolarcodes[C].IEEEInternationalConferenceonCommunications,Budapest,Hungary,2013:3423-3427.)提出的准均匀凿孔(QUP)方案(下文称为经典QUP算法)。基于该方案设计的凿孔图样，其凿孔位置呈准均匀分布特性。与随机凿孔图样相比，基于QUP分布特性凿孔图样所得到的RCPP码，其平均码最小距离更大，译码性能更好。当码率较大时，采用缩短技术(WANGRX,LIURK.Anovelpuncturingschemeforpolarcodes[J].IEEECommunicationsLetters,2014,18(12):2081-2084.)得到的RCPP码具有更好的性能表现。实际上，前述文献的缩短方案本质上也是一种凿孔技术，只不过其凿孔位置必须对应冻结比特位置，从而在译码时这些位置上的先验信息是已知的。当系统实际传输的比特大于母码长度时，3GPP标准中建议使用重复方案(3GPPR1-1716941.FinalMinutesreportRAN190v010[R].3GPPTSGRANWG1Meeting90,Prague,Czech,2017)。此外，凿孔技术还可以跟渐进冗余混合自动重传方案(IR-HARQ)联合设计，得到性能优越的RCPP码(HONGSN,JEONGMin-Oh.AnEfficientConstructionofRate-CompatiblePuncturedPolar(RCPP)CodesUsingHierarchicalPuncturing[J].IEEETransactionsonCommunications,2018,66(11):5041-5052)，可有效地应用在具有时变特性的宽带无线信道中。
技术实现思路
本专利技术从层结构的角度，提出一种基于分层奇偶重排的极化码周期性凿孔图样构造方法。根据母码的码长将系统分层分裂，使得每一层的凿孔图样都能基于短周期进行描述和设计。本专利技术方法在执行每一层的分裂操作时，均对其左右子图样的凿孔位置数进行限定和设计，使得左右凿孔位置数最大相差不能多于1位，保证了最终的凿孔图样具有准均匀的凿孔(QUP)分布特性(当凿孔位数和子周期分布满足一定约束条件时，呈完全均匀分布特性)。特别地，根据分层结构和短周期特性，本专利技术定义了设计层概念，可减少算法设计维度，降低设计复杂度。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种基于分层奇偶重排的极化码周期性凿孔图样构造方法，包括：S1初始化：记母码长度N，凿孔位数Np，左子图样和右子图样的取整操作分别为[·]l和[·]r，最初分裂层根据公式计算设计层深度L；S2分层重排：当i＝1:L时，进行逐层分裂，执行以下步骤：S21：当k为奇数时，根据公式当k为偶数时，根据公式分别计算子图样凿孔位数和，其中k＝0,1,…,2i-1表示子图样的序号，i表示当前的层数；S22：逐层分裂到第L层，得到第L层的2L个子周期图样S23：以性能为优化目标，确定第L层的子周期图样的分布特性；S24：对i＝L+1:n，利用步骤S23得到的图样执行奇偶重排分裂；得到最终凿孔向量以及对应的本专利技术提出的方法可获得更加丰富的凿孔图样，能够方便地得到码长和码率灵活可调的速率兼容极化码(RCPP)。仿真结果显示，本专利技术方法相比于随机凿孔方案和传统的QUP方案都能获得译码增益，可作为凿孔Polar码的一种参考方案。附图说明图1是本专利技术实施例中基于分层奇偶重排的反序操作原理示意图；图2是本专利技术实施例中基于分层奇偶重排的极化码周期性凿孔图样构造方法的原理示意图；图3是本专利技术实施例中RCPP码长M＝96,码率R＝1/2的4种不同子图样以及随机凿孔的BLER性能对比示意图；图4是本专利技术实施例中RCP本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于分层奇偶重排的极化码周期性凿孔图样构造方法，其特征在于，所述方法包括：/nS1初始化：记母码长度N，凿孔位数N

【技术特征摘要】
1.一种基于分层奇偶重排的极化码周期性凿孔图样构造方法，其特征在于，所述方法包括：
S1初始化：记母码长度N，凿孔位数Np，左子图样和右子图样的取整操作分别为[·]l和[·]r，最初分裂层根据公式计算设计层深度L，其中表示对log2Np向上取整，表示根节点的周期凿孔图样；
S2分层重排：
S21：当i＝1:L时，进行逐层分裂，当k为奇数时，根据公式当k为偶数时，根据公式分别计算子图样凿孔位数和，其中k＝0,1,…,2i-1表示子图样的序号，i表示当前的层数；
S22：逐层分裂到第L层，得到第L层的2L个子周期图样
S23：以性能为优化目标，确定第L层的子周期图样的分布特性；
S24：对i＝L+1:n，利用步骤S23得到的图样执行奇偶重排分裂，得到最终凿孔向量以及对应的


2.如权利要求1所述的基于分层奇偶重排的极化码周期性凿孔图样构造方法，其特征在于，在初始化中：
令表示根节点的周期凿孔图样，即N个码位中有Np个位置需要凿孔，与对应的凿孔向量为上标表示当前的层数，其中根节点层数记为0，在第1层执行第1次分裂即进行1次RN奇偶重排操作，得到2个子图样，记左边的子图样为右边的子图样为于是第1层的凿孔图样为


3.如权利要求1或2所述的基于分层奇偶重排的极化码周期性凿孔图样构造方法，其特征在于，在分层重排的步骤S21中：
为使得左右两边子图样的凿孔位置尽可能相等，令其中，[·]l表示左子图样的取整操作，[·]r表示右子图样的取整操作，并且有Np＝[Np/2]l+[Np/2]r，在第1层的基础上执行第2次分裂，即进行2次RN/2奇偶重排操作，分裂后的子图样有4个，于是第2层的凿孔图样为类似地，每个子图样的凿孔位置按照如下规则选取其余层数的凿孔图样设计依据以上规则迭代进行。


4.如权利要求1或2所述的基于分层奇偶重排的极化码周期性凿孔图样构造方法，其特征在于，在所述步骤S21中：
当k为偶数时，即k＝0,2,…,2i-2，对应当前层的左子图样其凿孔位置数由上一层的凿孔位置数进行左取整[·...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈海强，邓贤恩，王留洋，方毅仁，孙友明，黎相成，覃团发，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西;45