一种噪声辅助BPL级联OSD的极化码译码方法、系统、设备及介质技术方案

一种噪声辅助BPL级联OSD的极化码译码方法、系统、设备及介质，方法包括：先挑选L个BPL译码算法的因子图，再通过BPL译码算法的因子图初始化L条路径的输入信号，以及初始化BPL译码算法的最左侧和最右侧的节点信息，最后BPL译码算法对输入信号进行迭代，迭代完成后，级联OSD译码算法进行极化码译码；系统、设备及介质，用于实现一种噪声辅助BPL级联OSD的极化码译码方法；本发明专利技术通过BPL译码算法级联OSD译码算法进行极化码译码，可有效降低译码软信息无法收敛导致的译码错误，并且保留BPL译码并行度高这一优点。度高这一优点。度高这一优点。

【技术实现步骤摘要】
一种噪声辅助BPL级联OSD的极化码译码方法、系统、设备及介质


[0001]本专利技术涉及信道编码
，具体涉及一种噪声辅助BPL级联OSD的极化码译码方法、系统、设备及介质。

技术介绍

[0002]极化码是目前唯一可以在数学上被严格证明达到香农极限的编码方法，它兼具高效、复杂度低的特点，被选做第五代移动通信技术(5th generation wireless systems,5G)控制信道中增强移动宽带场景的编码方案。目前对于极化码译码的研究主要分为逐次消除(Successive Cancellation,SC)算法和置信传播(BeliefPropagation,BP)算法两大类。SC算法固有的串行特性使译码时延较高，这与现今社会对通信实时性的要求相悖。
[0003]相比SC算法，BP算法因并行度高，译码时延小，非常适合硬件实现等特点而备受关注。然而BP译码由于环的存在，译码因子图中的变量节点和校验节点之间传递的信息产生相关性，导致单纯地增加迭代次数并不能使译码输出的软信息收敛，而只会加大译码时延。
[0004]由于极化码结构的递归性，对于长度为N的极化码，因子图共有(log2N)！种排列结果，每一种排列方式产生的码字均相同，目前已有基于在(log2N)！种排列结果中选取L个因子图的BPL译码算法，ELKELESH A,EBADA M,CAMMERER S等人利用不同排列因子图在迭代运算时产生的性能差异，提出了置信传播列表(Belief Propagation List,BPL)译码算法(ELKELESH A,EBADA M,CAMMERER S,et al.Belief propagation list decoding of Polar codes[J].IEEE Communications Letters,2018,22(8):1536
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1539.)。ZHANGS Y,SHAHRRAVA B构建了具有不同可靠性的候选码字，然后由BP译码器分别对其进行译码(ZHANG S Y,SHAHRRAVA B.Enhanced BP decoding schemes of Polar codes[J].IET Communications,2021,15(9):1133
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1142.)。ZHANG M,LI Z,XING L J构造了校正集，提出校正BP算法(ZHANG M,LI Z,XING L J.An enhanced belief propagation decoder for Polar codes[J].IEEE Communications Letters,2021,25(10):3161
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3165.)；ARLI A,GAZI O通过添加人工噪声来优化BP译码算法(ARLI A,GAZI O.Noise
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aided belief propagation list decoding of Polar codes[J].IEEE Communications Letters,2019,23(8):1285
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1288.)。专利公开号为[CN115085741A],名称为“一种基于最优层排序的极化码置信传播列表译码方法”的专利技术，提供一种基于最优层排序的极化码置信传播列表译码方法，包括如下步骤：步骤S1、初始化极化码的因子图；步骤S2、BP译码器对接收到的信号序列Y进行译码初始化；步骤S3、第T次总迭代时，进行BP迭代；步骤S4、最后一次BP迭代过程中进行译码路径扩展，最终得到npath条译码路径；步骤S5、对npath条译码路径进行路径剪枝，得到冻结比特错误概率最小的nmax条译码路径；步骤S6、选择所有译码路径中冻结比特错误概率最小的一条路径，对最左侧的各比特节点进行译码判定，得到译码结果。以上这些算法虽然能在一定程度上提升多条路径下的BPL译码算法的性能，但是当路径数足够大时性能增益的提升非常有限。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种噪声辅助BPL级联OSD的极化码译码方法、系统、设备及介质，先挑选L个BPL译码算法的因子图初始化L条路径的输入信号，再初始化BPL译码算法的最左侧和最右侧的节点信息，最后通过BPL译码算法对输入信号进行迭代完成后级联OSD译码算法进行极化码译码，可有效降低译码软信息无法收敛导致的译码错误，并且保留BPL译码并行度高的优点。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种噪声辅助BPL级联OSD的极化码译码方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1、挑选L个BPL译码算法的因子图；
[0009]步骤2、通过步骤1挑选的BPL译码算法的因子图初始化L条路径的输入信号，以及初始化BPL译码算法的最左侧和最右侧的节点信息；
[0010]步骤3、BPL译码算法对步骤2中初始化后的输入信号进行迭代，迭代完成后，级联OSD译码算法进行极化码译码。
[0011]所述的步骤1具体包括：
[0012]因子图共有n＝log2N层极化层，每个极化层都有N/2个处理单元，信息在不同极化层之间传播，在有n层极化层的因子图中，打乱n层极化层产生n！种不同的因子图，在n！个因子图中选取L个因子图作为BPL译码算法的因子图。
[0013]所述的步骤2具体包括：
[0014]步骤2.1、输入译码器的信号设计为式(1)：
[0015][0016]式(1)中，1≤l≤L；
[0017]步骤2.2、随机注入L个人工高斯白噪声信号，表示为{n1,n2,...,n
L
}，与步骤1中的L个BPL译码算法的因子图相对应；
[0018]步骤2.3、令步骤2.2中的n1＝0并添加人工高斯白噪声，第l条路径对应人工高斯白噪声的均值为0，标准差σ
l
的计算公式为式(2)：
[0019][0020]式(2)中，β为标准差偏离因子；
[0021]步骤2.4、将β的值设置为0.2≤β≤0.5，第一支路不添加人工高斯白噪声；
[0022]步骤2.5、使用逐级递增的方法，将各条路径上人工高斯白噪声的标准差递增一个步长β/(L
‑
1)，至此完成初始化输入信号；
[0023]步骤2.6、BPL译码算法的因子图的每个节点(i,j)包含两种信息：L
i,j
和R
i,j
，其中L
i,j
表示向左传递的信息，R
i,j
表示向右传递的信息，1≤i≤n+1,1≤j≤N；
[0024]步骤2.7、将L个BPL译码算法的因子图的最左侧信息节点的信息值设为R
1,j
，其中A和A
c
分别表示为信息位的集合和冻结位的集合；同时将L个BPL译码
算法的因子图的最右侧信息节点的信息值设为L
n+1,j...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种噪声辅助BPL级联OSD的极化码译码方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、挑选L个BPL译码算法的因子图；步骤2、通过步骤1挑选的BPL译码算法的因子图初始化L条路径的输入信号，以及初始化BPL译码算法的最左侧和最右侧的节点信息；步骤3、BPL译码算法对步骤2中初始化后的输入信号进行迭代，迭代完成后，级联OSD译码算法进行极化码译码。2.根据权利要求1所述的一种噪声辅助BPL级联OSD的极化码译码方法，其特征在于：所述的步骤1具体包括：因子图共有n＝log2N层极化层，每个极化层都有N/2个处理单元，信息在不同极化层之间传播，在有n层极化层的因子图中，打乱n层极化层产生n！种不同的因子图，在n！个因子图中选取L个因子图作为BPL译码算法的因子图。3.根据权利要求1或2所述的一种噪声辅助BPL级联OSD的极化码译码方法，其特征在于：所述的步骤2具体包括：步骤2.1、输入译码器的信号设计为式(1)：式(1)中，1≤l≤L；步骤2.2、随机注入L个人工高斯白噪声信号，表示为{n1,n2,...,n
L
}，与步骤1中的L个BPL译码算法的因子图相对应；步骤2.3、令步骤2.2中的n1＝0并添加人工高斯白噪声，第l条路径对应人工高斯白噪声的均值为0，标准差σ
l
的计算公式为式(2)：式(2)中，β为标准差偏离因子；步骤2.4、将β的值设置为0.2≤β≤0.5，第一支路不添加人工高斯白噪声；步骤2.5、使用逐级递增的方法，将各条路径上人工高斯白噪声的标准差递增一个步长β/(L
‑
1)，至此完成初始化输入信号；步骤2.6、BPL译码算法的因子图的每个节点(i,j)包含两种信息：L
i,j
和R
i,j
，其中L
i,j
表示向左传递的信息，R
i,j
表示向右传递的信息，1≤i≤n+1,1≤j≤N；步骤2.7、将L个BPL译码算法的因子图的最左侧信息节点的信息值设为R
1,j
，其中A和A
c
分别表示为信息位的集合和冻结位的集合；同时将L个BPL译码算法的因子图的最右侧信息节点的信息值设为L
n+1,j
，其中式中，x
j
表示第j个编码比特值，表示对应第l个BPL译码算法的因子图的第j个接收信号，至此完成BPL译码算法节点信息的初始化。4.根据权利要求1所述的一种噪声辅助BPL级联OSD的极化码译码方法，其特征在于：所
述的步骤3具体包括以下步骤：步骤3.1、L条路径的输入信号同时进行BP迭代，设定迭代次数为t，最大迭代次数为T，消息从BPL译码算法的因子图最右边的一层传播到最左边，然后又从左到右的消息传播，初始化循环次数t＝1，信息值根据式(3)向右传递并更新，信息值根据式(4)向左传递并更新；并更新；式(3)、式(4)中，每完成一次迭代就利用式(5)计算经过第t次迭代的源码字的估计并利用式(6)计算经过第t次迭代的编码字的估计算经过第t次迭代的编码字的估计算经过第t次迭代的编码字的估计根据式(7)储存L条路径的每一次的BP迭代结果根据式(7)储存L条路径的每一次的BP迭代结果步骤3.2、利用CRC校验判断经过第t次迭代的源码字估计是否...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴利云，刘志文，孙建成，
申请(专利权)人：江西财经大学，
类型：发明
国别省市：