一种基于比特翻转的极化码快速串行抵消列表译码算法制造技术

一种基于比特翻转的极化码快速串行抵消列表译码算法。该算法通过加入四种特殊结点的识别来加快了译码速率，同时构建了临界集，不再依据先前译码错误而引起的错误传播，而是通过对两种特殊结点即信息比特R1结点和单奇偶校验(Single‑Parity‑Check,SPC)结点分别对对数似然比(Log‑Likelihood Ratio,LLR)值进行计算来判决并确定翻转位置，当奇偶校验位不满足时只需翻转对应于最不可靠输入LLR的信息比特，这样就减少了翻转次数，从而降低其复杂度。仿真结果表明：在误块率为10

【技术实现步骤摘要】
一种基于比特翻转的极化码快速串行抵消列表译码算法
本专利技术属于信号处理领域，涉及信道译码中极化码的译码算法。该方法主要是基于比特翻转和特殊结点识别对串行抵消列表(SuccessiveCancellationList,SCL)译码算法进行改进。
技术介绍
极化码是一种新型编码方式，于2008年由土耳其毕尔肯大学Arikan教授首次提出，它也是首个已被证明可以达到香农极限的信道编码方法，所以极化码在编译码
特别有吸引力。2016年11月17日，在美国第三代合作伙伴计划(3rdGenerationPartnershipProject,3GPP)RANI第87次短码会议讨论中，最终由中国华为主推的极化码被采纳为5G控制信道中的短码方案。极化码的研究主要两个方向是极化信道的构造和极化码的译码。其中极化码译码主要关注的是在译码时降低译码复杂度和提高译码准确性。Arikan教授在提出极化码的同时也提出了一种最基础的串行抵消(SuccessiveCancellation,SC)译码算法，但在中短码长下，SC算法的性能不佳，性能不如Turbo码和低密度奇偶校验(LowDensityParityCheck,LDPC)码，因此Tal和Vardy等人提出了SCL算法，该算法通过增加路径列表大小L来保留多个译码结果改善了译码性能，但随之而来的是复杂度的升高，硬件设计上不易实现。因为该算法存在路径复制和路径删除，会导致大量PM值的计算、排序和选择等工作，其过程比较复杂和耗时，不能满足高效的目的。本专利技术提出了针对基于比特翻转的SCL译码算法存在不能兼顾译码性能和译码复杂度的问题，提出了一种基于比特翻转的极化码快速SCL译码算法。该算法对SCL译码器加入特殊结点的快速译码，再通过临界集的构建以翻转不可靠的信息比特，从以上两个方面对SCL译码算法进行改进。该方案具有运算速率快，减少了存储空间，利于硬件的实现的优点。仿真结果表明，该方案构造的一种基于比特翻转的极化码快速SCL译码算法的译码性能优于文献[1]“YongrunY,ZhiwenP,NanL,etal.Successivecancellationlistbit-flipdecoderforpolarcodes[C]//201810thInternationalConferenceonWirelessCommunicationsandSignalProcessing(WCSP).2018:1-6.”的译码性能。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于比特翻转的极化码快速SCL译码算法，通过比特翻转和特殊结点的识别对SCL译码算法进行改进。其中比特翻转纠正了输出结果中不可靠的信息比特，改善了SCL译码器的译码性能，特殊结点的识别加快了SCL译码器的运算速度，降低了译码时延和复杂度。该方案不仅译码简单，还可以节省SCL译码器的存储空间利于SCL译码器的硬件实现。因而该方案为SCL译码器的硬件实现提供了一种实用性的参考作用。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：首先利用特殊结点的加入对SCL译码器的输入信号进行结点识别，简化了SCL译码器的译码步骤，其目的在于加快了SCL译码器的运算速率，降低复杂度，有利于SCL译码器的硬件实现。其次利用比特翻转算法，通过翻转输出结果中不可靠的信息比特，提升改进后的SCL译码算法的性能。然后将两种方法进行融合，特殊结点的加入有效的弥补了SCL译码算法由于大量计算、排序和选择工作带来的译码延时和复杂度高的问题。达到了对SCL译码算法存储复杂度减小、降低译码时延和提升了译码性能的目的。最后，在相同的仿真环境下，将本专利所提出的一种基于比特翻转的极化码快速SCL译码算法与其他同类型的译码算法方案进行仿真对比分析。本专利技术的有益效果在于：提出的一种基于比特翻转的极化码快速SCL译码算法方案。在该方法中，首先基于LLR值对SCL译码器的输入信号进行编码传输，因为LLR值是进行判决译码的基础；其次是特殊结点的加入，没有特殊结点的识别时，SCL算法只能按照码字中的比特序列从1到N逐次译码，加入特殊结点之后，就可根据接收到的LLR值一次性得出每个特殊结点的译码序列，所以特殊结点的加入实现了快速译码，译码速率明显加快；最后所提出的改进的快速SCL算法中加入了比特翻转，通过翻转不可靠的信息比特来改善译码性能，因为加入特殊结点之后，前面比特的错误译码而影响到后面译码结果的现象不存在，所以临界集要进行修改以计算快速SCL算法所需的判决LLR，并添加对比特翻转过程的支持。就存储方面而言，本专利技术基于比特翻转的极化码快速SCL译码算法，加快了SCL译码器译码速率，降低了复杂度，这样就大大降低了存储复杂度，利于硬件实现。就纠错性能方面而言，因为译码输出结果中不可靠的信息比特得到了纠正，比特翻转会带来一定译码性能的提升。在同样的仿真环境下，本专利技术基于比特翻转的极化码快速SCL译码算法的译码算法的译码性能优于同码长码率的利用比特翻转的文献[1]中的SCL译码算法的性能。综上所述，本专利技术提供的一种基于比特翻转的极化码快速SCL译码算法方案在所需复杂度、译码性能等方面均有优势，能利于SCL译码器的硬件实现。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：图1为本专利技术方法的技术路线图；图2为基于本专利技术构造的基于比特翻转的极化码快速SCL译码算法在码长N＝256时的误块率的仿真对比分析图。图3为基于本专利技术构造的基于比特翻转的极化码快速SCL译码算法在码长N＝512时的误块率的仿真对比分析图。具体实施方式下面将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。1.结合附图1说明，基于比特翻转的极化码快速SCL译码算法具体实现方法是由基于LLR值的特殊结点识别和比特翻转组成的。基于比特翻转的极化码快速SCL译码算法具体实现方法如下：(1)加入特殊结点的识别之后，快速SCL算法不再从前到后按位依次译码，而是根据接收到的LLR值一次得出一个特殊结点的译码序列。假定源序列是其中0≤Nv≤N，N＝2n，编码方式为得到编码之后的序列为经过二进制相移键控(BinaryPhaseShiftKeying,BPSK)调制得到调制后的序列用Matlab随机生成一个噪声序列则接收端收到的信号为则接收端的LLR值为(2)以下介绍各个特殊结点的快速译码方法。我们知道在SCL译码算法中PM值的计算公式为在GF(2)上有x2＝u2，在实数域上有α2＝(1-2u1)β1+β2(4)则对于任意(u1,u2)∈{0,1}和任意实数β1，β2有下式成立该引理的意义是，我们既可以用上式等号左边的形式来计算PM值，这是我们熟悉的方式，也是SCL算法中的方式，也可以用等号右边的形式来计算PM值，即计算码字层面对应的度量。下面是一个PM值简化恒等计算公式ln(1+本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于比特翻转的极化码快速串行抵消列表译码算法，其特征在于：针对极化码中基于比特翻转的现有SCL译码算法存在译码性能和复杂度不能兼顾的问题，通过加入特殊结点的快速译码，加快了译码速率，同时不可靠信息位的判定不再依据先前译码错误而引起的错误传播，而是通过对两种特殊结点即信息比特R1结点和单奇偶校验(Single-Parity-Check,SPC)结点分别对对数似然比(Log-Likelihood Ratio,LLR)值进行计算来判决并确定翻转位置，当奇偶校验位不满足时只翻转对应于最不可靠输入LLR的信息比特，这样就减少了翻转次数，从而降低其复杂度。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于比特翻转的极化码快速串行抵消列表译码算法，其特征在于：针对极化码中基于比特翻转的现有SCL译码算法存在译码性能和复杂度不能兼顾的问题，通过加入特殊结点的快速译码，加快了译码速率，同时不可靠信息位的判定不再依据先前译码错误而引起的错误传播，而是通过对两种特殊结点即信息比特R1结点和单奇偶校验(Single-Parity-Check,SPC)结点分别对对数似然比(Log-LikelihoodRatio,LLR)值进行计算来判决并确定翻转位置，当奇偶校验位不满足时只翻转对应于最不可靠输入LLR的信息比特，这样就减少了翻转次数，从而降低其复杂度。


2.根据权利1要求所述的一种基于比特翻转的极化码快速串行抵消列表译码算法，其特征在于：通过四种特殊结点的添加有效地降低了SCL译码算法由于路径复制中存在大量的路径度量(PathMetric,PM)值的计算、排序和选择等工作带来...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁建国，王露，方小倩，徐一为，熊首泽，覃陆祯玥，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50