一种CRC码与PC码共同辅助极化码的编码方法技术

本发明专利技术具体涉及一种利用CRC码与PC码共同辅助极化码的编码方法。本发明专利技术属于信道编码技术领域，该方法在奇偶校验码辅助的极化(PC‑polar)码中加入了检错效率较高的CRC码，并且通过不同的PC码数量、位置和五位循环位移寄存器来优化PC码的校验函数，从而明显地改善了PC‑polar码的纠错性能。仿真结果表明，该算法所构造的CRC‑PC‑polar(CRC8,PC6)码在块误码率(BLER)为10

【技术实现步骤摘要】
一种CRC码与PC码共同辅助极化码的编码方法
本专利技术属于信道编码
，涉及信道编码中极化码的编码方法。该方法主要是基于CRC码与PC码对极化码的编码进行改进。
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，其可以实现对称二进制输入离散无记忆信道的容量的代码构造方法，是编码界的新星。极化码作为可理论证明达到香农极限，并且具有可实用的线性复杂度编译码能力的信道编码技术，2016年11月18日，在美国内华达州里诺结束的3GPP的RAN1#87会议上，3GPP确定了由华为等中国公司主推的极化码方案作为5G增强移动宽带场景的控制信道编码方案。在所有极化码方案中占据主导地位的是CRC码辅助SCL译码算法，可以和目前最先进的低密度奇偶校验码拥有相当的性能。为了进一步提升CRC码辅助极化码(通常简称为CRC-polar码)的编码算法在高信噪比下的性能，学者们对CRC码进行了研究，包括自适应列表的SCL算法、极化码中最佳CRC多项式搜索算法和减小极化码的最小汉明权重算法等等。然而，上述极化码方案都存在译码过程中不能检测并纠正错误比特的问题。为了解决这个问题，分段CRC和离散CRC码辅助极化码方案被提出了，这两种方案均能够在译码过程中纠正错误比特，提高译码性能。但是与PC-polar码相比，多重CRC码纠正错误比特的效率低。相比CRC码，PC码在译码中能提供更好的纠错性能，但也有检错效率低的缺点，主要体现在：一、对于同一个校验函数，增加PC比特的数量并不会提高纠错效率；二、只能检测出奇数个比特出错的情况，而无法检测出偶数个比特出错。与之相反，提升CRC码的比特数目，能够有效地提升其纠错性能。所以本专利技术针对PC-polar码中奇偶校验码检错效率低而导致纠错性能不佳的问题，提出了一种CRC码与PC码共同辅助极化码的新颖编码方法。该方法为了提高PC-polar码检错效率，使之具有CRC码同样高效的检错效率，提高极化码的纠错性能，首先从MHW和次MHW集合中选择信道作为传输PC比特的信道集合，使得信息比特集合的距离谱尽可能地大；接着利用CSR优化了PC码的校验函数，减少极化码串行译码导致的比特错误；最后加入了检错效率较高的CRC码提升PC-polar码的检错效率，得到了CRC码辅助的PC-polar码的结构。经过仿真验证，本文所提出的编码方法所构造的CRC-PC-polar(CRC8,PC6)码，在信噪比(SignalNoiseRatio,SNR)为1到3.5dB的时候，整体纠错性能明显优于PC-polar码、CRC-polar码和segmented-CRC-polar码。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种CRC码辅助PC-polar码的编码方法，通过CRC码和PC码对极化码的编码方法进行改进。通过CSR和优化距离谱对PC比特的数量、位置和校验函数进行设计，再结合最优CRC生成多项式，使得所提出的极化码同时具有PC码和CRC码的优点，纠错性能显著提升。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：首先利用确认待构造的极化码码长，结合极化权重的信道估计方法对每一个信道进行可靠性估计，并排序。从信息比特集合的MHW集合和次MHW集合里选择信道作为PC比特的信道集合，使得信息比特集合的距离谱尽可能地大。然后利用五位CSR设计PC码的校验函数，减少极化码串行译码导致的比特错误；加入了检错效率较高的CRC码提升PC-polar码的检错效率，得到了CRC码与PC码共同辅助极化码的结构。接着利用控制变量法确定合适的CRC码和PC码的数量，使得所提出方法所构造的极化码纠错性能达到更优。最后，在相同的仿真环境下，将本专利所提出的一种CRC码与PC码共同辅助极化码的编码方法与其它同类型的编码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CRC码与PC码共同辅助极化码的编码方法。在该方法中，首先从信息比特集合的MHW集合和次MHW集合里选择信道作为PC比特的信道集合，使得信息比特集合的距离谱尽可能地大，提升了信息比特译码正确的概率；其次是利用五位循环位移寄存器优化PC码的校验函数，使得PC-polar码具有如下优势：1、不用单独为每一个PC比特设计校验函数，2、PC校验函数的复杂度固定，改变PC比特的数量不会改变PC校验函数的复杂度，3、可以提前存储校验函数，不必在编译码阶段时计算，4、将极化码比特分成了五个部分，在译码阶段可以有效地避免因SCL译码器串行译码结构所导致的第一个比特出错而后面第二、第四个比特跟着出错的情况；最后加入了检错效率较高的CRC码，弥补了PC码检错效率低的缺点，提高了极化码的纠错性能。就计算复杂度和译码时延而言，本专利技术基PC-polar码加入了CRC码，在编译码过程中只多了CRC编码和译码的过程，几乎没有增加计算复杂度和译码时延。但纠错性能较PC-polar码、CRC-polar码和segmented-CRC-polar码相比有明显提升。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为本专利技术算法的技术流程图；图2为五位循环位移寄存器的结构图；图3为提出算法构造的极化码在不同PC比特数量时的性能表现图；图4为四种极化码结构的对比图；图5为m＝6且f＝6时四种极化码的性能对比图；图6为m＝8且f＝6时四种极化码的性能对比图；图7为m＝10且f＝7时四种极化码的性能对比图；图8为所提出算法构造的三种极化码性能对比图。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，一种CRC码与PC码共同辅助极化码的编码方法具体实现方法如下：在PC-polar码中，K个信息比特和f个PC比特通过K+f个最可靠的信道传输，这K个信息比特的索引集合定义为A，其中N为信道总个数，N被限制为2n，n为正整数；f个PC比特的索引集合定义为Apc；剩下的N-K-f个不可靠信道用来传输冻结比特，将冻结比特的索引集合定义为Ac，通常将冻结比特的值全设为0。极化码的码率为R＝K/N。极化码的生成矩阵可定义为：公式(1)中BN为比特反转矩阵，而表示F的n次克罗内克积。通过公式(2)可获得极化码的编码序列公式(2)中是所有信息比特uA＝(ui,i∈A)、PC比特和冻结比特的集合所构成的向量。极化权重的信道可靠性估计方法，对于一个给定的子信道索引i，它的二进制扩展为B＝(bn-1,K,b1,b0)，对应的极化权重被定义为：公式(3)中β为21/4。通过公式(3)可计算出每个信道的极化权重值，从而对信道的可靠性进行排序；其中，极化权重值越高代表信道可靠性越高。公式(4)和公式(5)中的dm和ds为别为极化码中非冻结比特信道的MHW和次MHW，为GN中第i行的汉明权重值本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种CRC码与PC码共同辅助极化码的编码方法，其特征在于：针对奇偶校验(ParityCheck,PC)码辅助的极化码(简称PC-polar码)存在检错效率低而导致纠错性能不佳的问题，加入了检错效率较高的循环冗余校验(Cyclic Redundancy Check,CRC)码，结合五位循环位移寄存器(Cycle Shift Register,CSR)设计PC码的校验函数，并对极化码的距离谱进行优化，以利于改善所提出的编码方法所构造的极化码纠错性能。/n

【技术特征摘要】
1.一种CRC码与PC码共同辅助极化码的编码方法，其特征在于：针对奇偶校验(ParityCheck,PC)码辅助的极化码(简称PC-polar码)存在检错效率低而导致纠错性能不佳的问题，加入了检错效率较高的循环冗余校验(CyclicRedundancyCheck,CRC)码，结合五位循环位移寄存器(CycleShiftRegister,CSR)设计PC码的校验函数，并对极化码的距离谱进行优化，以利于改善所提出的编码方法所构造的极化码纠错性能。


2.根据权利1要求所述的一种CRC码与PC码共同辅助极化码的编码方法，具体包括以下步骤：
步骤一：信道可靠性估计。选定待设计的极化码码长N和码率R，利用极化权重信道估计方法对每一个信道的可靠度进行估计，极化权重值越高代表信道越可靠，依据信道可靠度对所有信道进行排序。
步骤二：确定非冻结比特信道。选择前K+f+m个可靠的信道作为非冻结比特信道，其中K为信息比特数目，f为PC比特数目，m为CRC比特数目；剩下的N-K-f-m作为传输冻结比特的信道。
步骤三：确认信息比特、PC比特和CRC比特的集合。首先在非冻结比特信道中选择索引最大的m个信道作为CRC比特的信道；然后确定这非冻结比特信道的最小汉明权重(MinimumHamm...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁建国，张瑞，李志伟，粱栩珩，张降龙，游薇，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50