极化码中一种改进的IPC-PSD-SCL译码方法

本发明属于信道编码，涉及极化码中一种改进的ipc-psd-scl(improvedparity check and path splitting decision aided successive cancellation list,ipc-psd-scl)译码方法。该方法主要是基于决策函数判定、改进奇偶校验(improvedparity check,ipc)码以及极化码串行抵消列表(successive cancellation list,scl)译码方法对极化码在中短码长时纠错性能的不足进行改进。

背景技术：

1、极化码由arikan提出，是第一类能够被证明达到二进制输入无记忆对称信道的信道容量的码字，是新一代移动通信系统的重要技术。极化码已经成功入选5g标准，成为5g增强移动宽带场景下控制信道的编码方案，是当前信道编码领域的研究热点。除信道容量可达特性外，极化码的突出优势是在串行抵消译码算法下不存在误码平层。然而在码长有限的情况下，由于信道极化不完全，实际的sc译码算法的误块率(block error rate,bler)性能远差于turbo码和ldpc码。

2、于是有研究者在sc译码算法的基础上提出了能够保留多条译码路径的串行抵消列表(successive cancellation list,scl)译码算法，虽然该译码算法复杂度低，但在有限码长的情况下，由于信道极化效果不完全，实际应用中的scl译码算法的性能同样不理想。之后有研究者采用与循环冗余校验(cyclic redundancy check,crc)码级联的crc-polar码的ca-scl(crc aid scl)译码算法。ca-scl译码算法在译码结束时从通过crc校验的路径中选择路径度量值(path metric,pm)最小的路径作为译码输出，提高了scl的译码性能。在ca-scl译码器下，与相同码长、码率的ldpc码相比，极化码的bler性能能够超过现有的ldpc码。随后，针对极化码的进一步扩展研究主要集中在ca-scl译码算法上。

3、由于crc码一般添加在信息序列的末尾，无法对译码过程中出现的错误进行检测，因此有学者提出级联奇偶校验(parity check,pc)码的方案来及时地纠正译码过程中出现的错误，从而进一步提高极化码的纠错能力。奇偶校验码级联极化码方案的关键在于pc码位置的选取以及确定pc位的校验函数。有学者提出奇偶校验码辅助串行抵消列表(paritycheck aided successive cancellation list,pc-scl)译码算法，该算法通过高斯近似计算每个信道的错误概率pe，选择pe最大的非冻结位作为pc码的位置，每个pc码仅校验部分pe较大的信息比特。另外有学者提出基于一种增强型奇偶校验辅助串行抵消列表(enhancedparity check aided successive cancellation list,epc-scl)译码算法，该算法虽然也通过高斯近似计算每个信道的错误概率pe，但却选择在部分分裂比特中pe最小的位置作为pc码的位置，每个pc码同样校验部分pe较大的信息比特。由于上述两种奇偶校验码级联极化码方案仅依靠高斯近似选取pc码的位置，未充分考虑极化码的信道特性，因此相较于ca-scl译码算法未取得明显的性能提升。针对该问题，本发明通过分析极化码的极化特性，来设置pc位，同时在一个pc位放置两个ipc码，进而提出一种具有更低误块率的改进的ipc-psd-scl(improved parity check and path splitting decision aided successivecancellation list,ipc-psd-scl)译码方法。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供极化码中一种改进的ipc-psd-scl译码方法。该方法首先根据极化码的极化特性设置ipc位，并在每个ipc位放置两个ipc码，其余位置则放置信息比特和冻结比特，译码器在译码时，先利用校验函数对不可靠比特进行判决，未通过判决的不执行路径分裂和剪枝，之后利用ipc码进行校验，每条通过两次校验的路径继续译码，其余未通过校验的路径提前终止译码。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、首先选定待设计的极化码码长n，信息比特数k，奇偶校验码位数m以及crc码位数r，通过极化处理，n个独立且同分布的二进制对称信道能够转化为n个具有不同信道容量的子信道。选取信道容量最大的前k个子信道来传输信息比特，这些优质子信道的索引集记为a。剩下的子信道则被用于传输冻结比特，这些冻结比特通常设定为0，其索引集记为ac。

4、然后通过a和ac确定码率1(rate-1,r1)节点，单奇偶校验(single-parity-check,spc)节点和重复码(repetition,rep)节点，其中r1节点是一个只包含信息比特的子极化码块；spc节点是除了第一个比特为冻结比特以外，其余比特全是信息比特的子极化码块；rep节点是除了最后一个比特为信息比特以外，其余比特全是冻结比特的子极化码块。之后将r1节点、spc节点以及rep节点的第一个信息比特添加到不可靠比特集合bu中。

5、接着从bu中选择k个pc位来放置ipc码，同时计算每个ipc码的值，完成ipc码编码，得到此时编码后的序列，再对进行crc编码得到，最后将作为极化码中非冻结比特集合进行极化码编码得到码字

6、在接收端采用相应的译码方法，首先将接收信号转换为对数似然比(logarithmlikelihood ratio,llr)，然后计算每个比特的判决llr，若当前比特为ipc比特，每条译码路径根据各自的译码结果通过校验函数计算得到ipc位的译码估计值，并根据此时的llr更新路径度量(path metric,pm)值，当译码器译码其他位置时，则执行scl译码，并在译码结束后从通过crc校验的路径中选择pm最小的路径作为译码器的输出结果。

7、最后在相同的仿真环境下，将本专利所提出的极化码中一种改进的ipc-psd-scl译码方法与其它同类型的译码方法进行仿真对比分析。

8、本发明的有益效果在于：

9、提出极化码中一种改进的ipc-psd-scl译码方法。该方法首先根据极化码的极化特性设置pc位，并在每个pc位放置两个ipc码，其余位置则放置信息比特和冻结比特，译码器在译码ipc码时，每条路径通过校验函数得到ipc码的比特估计，不执行路径分裂和剪枝，其余位置则执行scl译码。使得该方法具有如下优势：1、改善scl译码过程中丢失正确路径的情况；2、在译码过程中增大了译码路径之间的码字差异，使得在译码过程中正确路径与错误路径能更好地区分开来。

技术特征：

1.极化码中一种改进的ipc-psd-scl(improved parity check and path splittingdecision aided successive cancellation list,ipc-psd-scl)译码方法，该方法针对极化码在中短码长时纠错性能不足的问题，首先根据极化码的信道极化特性，在极化码编码时设置奇偶校验(paritycheck,pc)位，每个pc位放置两个改进奇偶校验(improved paritycheck,ipc)码，其余位置则放置信息比特和冻结比特，译码器在译码时，路径通过校验函数校验，则不执行路径分裂和剪枝，若在通过ipc码校验，则不需要提前终止译码，其余位置则执行串行抵消列表(successive cancellation list,scl)译码；该方法具体包括以下步骤：

技术总结本发明具体涉及极化码中一种改进的IPC‑PSD‑SCL译码方法。本发明属于信道编码技术领域，该方法首先根据极化码的信道极化特性，在极化码编码时根据极化特性放置改进奇偶校验(IPC)位，其余位置则放置信息比特和冻结比特，译码器在译码IPC位时，每条路径通过校验函数得到IPC位的比特估计，不执行路径分裂和剪枝，其余位置则执行串行抵消列表(SCL)译码。仿真结果表明，本发明所提出的IPC‑PSD‑SCL译码方法相较于CA‑SCL译码算法和PSD‑SCL译码算法均获得一定的性能增益；此外，采用部分比特分裂译码的IPC‑PSD‑SCL译码方法可以在误块率低于EPC‑SCL译码方法的情况下，减少约45％的分裂次数，具有更低的译码复杂度。技术研发人员：袁建国,徐一为,马嘉庆,杨得意受保护的技术使用者：重庆邮电大学技术研发日：技术公布日：2024/8/1