CN111934693B - 一种基于分段双crc校验的极化码编译码方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于分段双CRC校验的极化码编译码方法，该方法包括以下步骤：步骤1)，发送端将原始信息比特序列均分为M段，各段独立进行双CRC编码后按照原有顺序重组，再对生成的新信息比特序列进行极化编码；步骤2)，将生成的编码比特序列经过AWGN噪声信道进行传输；步骤3)，接收端基于分段双CRC校验辅助SCL译码方法对接收到的信息比特序列进行译码。本发明提升了极化码在CA‑SCL算法下的译码性能。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信信道编码技术领域，更具体地说，涉及一种基于分段双CRC校验的极化码编译码方法。
背景技术
2008IEEE国际信息论研讨会议(ISIT 2008)上，Arikan基于信道极化(ChannelPolarization)理论提出一种新型信道编码方法，就是极化码(Polar Codes)。由于极化码因其从理论上被严格证明能够达到香农极限且编译码复杂度低等特性，已于2016年11月召开的3GPP RAN1#87次会议上被确定为5G通信控制信道编码方案。
在极化码的译码方面，CRC(全称为Cyclic Redundancy Check)辅助的串行抵消列表(CRC-Aided Successive Cancellation List,缩写CA-SCL)译码算法通过信息比特序列包含CRC比特，利用“正确序列能够通过CRC校验”这一先验信息，对SCL译码算法得到的候选序列集合进行选择，获得更优的译码性能。然而，在采用CA-SCL算法进行极化码译码过程中，CRC校验比特序列本身也可能发生译码错误，导致对译码序列的误判，从而影响极化码译码性能。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种基于分段双CRC校验的极化码编译码方法，提升极化码在CA-SCL算法下的译码性能。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
设计一种基于分段双CRC校验的极化码编译码方法，该方法包括以下步骤：
步骤1)，发送端将原始信息比特序列均分为M段，各段独立进行双CRC编码后按照原有顺序重组，再对生成的新信息比特序列进行极化编码；
步骤2)，将生成的编码比特序列经过AWGN噪声信道进行传输；
步骤3)，接收端基于分段双CRC校验辅助SCL译码方法对接收到的信息比特序列进行译码。
在上述方案中，所述步骤1)具体包括以下步骤：
步骤1-1)，分段：将码长为K比特的原始信息比特序列均分为M段，每段包含K/M个信息比特，其中，M为大于1的正整数；
步骤1-2)，双CRC编码：对每段信息比特序列中的K/M个信息比特进行CRC-k1编码，产生k1个校验比特；对该k1个校验比特进行CRC-k2编码，产生k2个校验比特，其中k2<k1；将CRC-k1和CRC-k2编码产生的k1+k2个校验比特依次拼接在K/M个信息比特后面，生成码长为(K/M)+k1+k2比特的新信息比特序列段；
步骤1-3)，极化编码：每段重复双CRC编码，最终总共得到码长为K+(k1+k2)*M比特的新信息比特序列输入编码器；编码器对新信息比特序列进行极化编码。
在上述方案中，所述步骤3)具体包括以下步骤：
步骤3-1)，分段译码：接收端对接收到的信息比特序列进行SCL译码，得到第i段的L条候选路径及其对应的(K/M)+k1+k2长译码序列集合，其中，i＝1,2,…M-1；
步骤3-2)，双CRC校验：对第i段译码序列，利用正确序列能够通过CRC-k2校验的先验信息，对SCL译码得到的候选CRC-k1校验比特序列集合进行选择；再利用正确序列能够通过CRC-k1校验的先验信息，对SCL译码得到的候选K/M信息比特序列集合进行选择；每段根据双CRC校验筛选结果，再对候选路径集合进行调整后，作为第i+1段的输入；
步骤3-3)，输出最终译码结果：对第M段译码序列，利用双CRC校验，输出最终译码结果。
在上述方案中，所述步骤3)的双CRC校验具体包括以下步骤：
对各候选路径对应的译码序列中k1校验比特序列进行CRC-k2校验：1)如果CRC-k2校验通过，表示有译码序列的k1校验比特序列译码正确，跳到CRC-k1校验步骤；2)如果CRC-k2校验均未通过，输出L条路径到第i+1段的译码器中；
对通过CRC-k2校验的译码序列的K/M信息比特序列进行CRC-k1校验：1)如果CRC-k1校验通过，表示有译码序列的K/M信息比特序列译码正确，L条路径全部替换为正确路径且每条路径对应的度量值保持不变，输出L条路径到第i+1段的译码器中；2)如果CRC-k1校验均未通过，输出L条路径到第i+1段的译码器中。
在上述方案中，所述步骤3)的输出最终译码结果具体包括以下步骤：
对接收到的信息比特序列进行SCL译码，得到第M段的L条候选路径及其对应的(K/M)+k1+k2长译码序列集合；
对各候选路径对应的译码序列中k1校验比特序列进行CRC-k2校验：1)如果CRC-k2校验通过，表示有译码序列的k1校验比特序列译码正确，跳到CRC-k1校验步骤；2)如果CRC-k2校验均未通过，直接输出路径度量值最大的序列作为最终译码结果；
对通过CRC-k2校验的译码序列的K/M信息比特序列进行CRC-k1校验：1)如果CRC-k1校验通过，表示有译码序列的K/M信息比特序列译码正确，输出该译码序列；2)如果CRC-k1校验均未通过，直接输出路径度量值最大的序列作为最终译码结果。
在本发明的技术方案中，在编码侧，信息比特序列包含两次CRC编码：(1)对信息比特序列进行CRC-k1编码；(2)对CRC-k1比特序列再进行CRC-k2编码。在译码侧，利用正确序列能够通过CRC-k2校验的先验信息，对SCL译码得到的候选CRC-k1比特序列集合进行选择；再利用正确序列能够通过CRC-k1校验的先验信息，对SCL译码得到的候选信息比特序列集合进行选择。为进一步提高译码性能，将原始信息比特序列均分为M段，对每段信息比特序列进行上述编译码流程，其中，在译码侧，每段根据双CRC校验筛选结果，再对候选路径集合进行一定方式调整后，作为下一段的输入。
(三)有益效果
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明可以一定程度上降低传统的CA-SCL算法中由于CRC校验比特序列本身的译码错误导致对接收信息比特序列的误判概率，另外，信息比特序列均匀分段的方式通过降低每段信息比特序列的误判率，从而提高整体信息比特序列的译码效果。
附图说明
图1为本发明提供的分段双CRC校验的极化码编码算法原理图；
图2为本发明提供的分段双CRC校验的极化码译码算法原理图；
图3为本发明实施例提供的分段双CRC校验的极化码编码算法的编码示意图(参数：M＝2,CRC-8,CRC-4)；
图4为本发明实施例提供的分段双CRC校验的极化码译码算法的译码示意图(参数：M＝2,CRC-8,CRC-4)。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
本发明提供一种基于分段双CRC校验的极化码编译码方法，该方法包括以下步骤：
步骤1)，步骤1)，发送端将原始信息比特序列均分为M段，各段独立进行双CRC编码后按照原有顺序重组，再对生成的新信息比特序列进行极化编码。如图1所示，所述步骤1)具体包括以下步骤：
步骤1-1)，分段：将码长为K比特的原始信息比特序列均分为M段，每段包含K/M个信息比特，其中，M为大于1的正整数；
步骤1-2)，双CRC编码：对每段信息比特序列中的K/M个信息比特进行CRC-k1编码，产生k1个校验比特；对该k1个校验比特进行CRC-k2编码，产生k2个校验比特，其中k2<k1；将CRC-k1和CRC-k2编码产生的k1+k2个校验比特依次拼接在K/M个信息比特后面，生成码长为(K/M)+k1+k2比特的新信息比特序列段；
步骤1-3)，极化编码：每段重复双CRC编码，最终总共得到码长为K+(k1+k2)*M比特的新信息比特序列输入编码器；编码器对新信息比特序列进行极化编码。
步骤2)，将生成的编码比特序列经过AWGN噪声信道进行传输。
步骤3)，接收端基于分段双CRC校验辅助SCL译码方法对接收到的信息比特序列进行译码。如图2所示，所述步骤3)具体包括以下步骤：
步骤3-1)，分段译码：接收端对接收到的信息比特序列进行SCL译码，得到第i段的L条候选路径及其对应的(K/M)+k1+k2长译码序列集合，其中，i＝1,2,…M-1。
步骤3-2)，双CRC校验：对第i段译码序列，利用正确序列能够通过CRC-k2校验的先验信息，对SCL译码得到的候选CRC-k1校验比特序列集合进行选择；再利用正确序列能够通过CRC-k1校验的先验信息，对SCL译码得到的候选K/M信息比特序列集合进行选择；每段根据双CRC校验筛选结果，再对候选路径集合进行调整后，作为第i+1段的输入。所述步骤3)的双CRC校验具体包括以下步骤：对各候选路径对应的译码序列中k1校验比特序列进行CRC-k2校验：1)如果CRC-k2校验通过，表示有译码序列的k1校验比特序列译码正确，跳到CRC-k1校验步骤；2)如果CRC-k2校验均未通过，输出L条路径到第i+1段的译码器中。对通过CRC-k2校验的译码序列的K/M信息比特序列进行CRC-k1校验：1)如果CRC-k1校验通过，表示有译码序列的K/M信息比特序列译码正确，L条路径全部替换为正确路径且每条路径对应的度量值保持不变，输出L条路径到第i+1段的译码器中；2)如果CRC-k1校验均未通过，输出L条路径到第i+1段的译码器中。
步骤3-3)，输出最终译码结果：对第M段译码序列，利用双CRC校验，输出最终译码结果。所述步骤3)的输出最终译码结果具体包括以下步骤：对接收到的信息比特序列进行SCL译码，得到第M段的L条候选路径及其对应的(K/M)+k1+k2长译码序列集合。对各候选路径对应的译码序列中k1校验比特序列进行CRC-k2校验：1)如果CRC-k2校验通过，表示有译码序列的k1校验比特序列译码正确，跳到CRC-k1校验步骤；2)如果CRC-k2校验均未通过，直接输出路径度量值最大的序列作为最终译码结果。对通过CRC-k2校验的译码序列的K/M信息比特序列进行CRC-k1校验：1)如果CRC-k1校验通过，表示有译码序列的K/M信息比特序列译码正确，输出该译码序列；2)如果CRC-k1校验均未通过，直接输出路径度量值最大的序列作为最终译码结果。
下面以一个具体实施例对本发明技术方案进行进一步说明，该实施例以5G第一届移动通信算法创新大赛参数为例，信息比特序列长度K＝512比特(其中包含24个CRC比特)，译码算法搜索宽度L＝8。
本发明实施例假设把原始信息比特序列平均分为M＝2段，每段信息比特序列长为K/M＝256比特，包含244个信息比特和24/M＝12个CRC比特。其中，这12个CRC比特包含两次编码：(1)对信息比特序列的CRC-8编码；(2)对CRC-8比特序列再进行CRC-4编码。分段双CRC校验的极化码编译码方法，具体步骤如下：
第一步：发送端对原始信息比特序列进行编码，编码过程如图3所示，
1.1)随机产生码长为488比特的原始信息比特序列，将其平均分为2段，每段包含244个信息比特；
1.2)在第1段信息比特序列中，对244个信息比特进行CRC-8编码产生8个校验比特；
1.3)对CRC-8编码产生的8个校验比特进行CRC-4编码产生4个校验比特；
1.4)将CRC-8和CRC-4编码产生的12个校验比特依次拼接在244个信息比特后面，生成第1段码长为256比特的新信息比特序列段；
1.5)重复步骤1.2)-1.4)，生成第2段码长为256比特的新信息比特序列段，最终总共得到512比特信息参与极化码编码。
第二步：将生成的编码比特序列经过AWGN噪声信道进行传输。
第三步：接收端对接收到的信息序列进行译码，译码过程如图4所示，
3.1)接收端对接收到的信息比特序列进行SCL译码，得到第1段的256个比特信息，候选路径为8条；
3.2)对8条候选路径对应的译码序列的第245-256比特位进行CRC-4校验，选择输出：当有译码序列通过CRC-4校验时，输出该译码序列，进入步骤3.3)；当所有译码序列均未通过CRC-4校验时，跳过第2次校验，直接输出8条路径到第2段的译码器中；
3.3)对通过CRC-4校验的译码序列的第1-252比特位进行CRC-8校验，选择输出：当有译码序列通过CRC-8校验时，8条路径全部替换为正确路径，每条路径对应的度量值保持不变；当所有译码序列均未通过CRC-8校验时，直接输出8条路径到第2段的译码器中；
3.4)接收端继续对接收到的信息比特序列进行SCL译码，得到第2段的256个比特信息，候选路径为8条；
3.5)对8条候选路径对应的译码序列的第501-512比特位(对应第2段245-256比特位)进行CRC-4校验，选择输出：当有译码序列通过CRC-4校验时，输出该译码序列，进入步骤3.6)；当所有译码序列均未通过CRC-4校验时，跳过第2次校验，直接输出路径度量值最大的序列作为最终译码结果；
3.6)对通过CRC-4校验的译码序列的第257-508比特位(对应第2段1-252比特位)进行CRC-8校验，选择输出：当有译码序列通过CRC-8校验时，输出为最终译码结果；当所有译码序列均未通过CRC-8校验时，直接输出路径度量值最大的序列作为最终译码结果。
附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (2)
1.一种基于分段双CRC校验的极化码编译码方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1)，发送端将原始信息比特序列均分为M段，各段独立进行双CRC编码后按照原有顺序重组，再对生成的新信息比特序列进行极化编码；
步骤2)，将生成的编码比特序列经过AWGN噪声信道进行传输；
步骤3)，接收端基于分段双CRC校验辅助SCL译码方法对接收到的信息比特序列进行译码；
其中，所述步骤1)具体包括以下步骤：
步骤1-1)，分段：将码长为K比特的原始信息比特序列均分为M段，每段包含K/M个信息比特，其中，M为大于1的正整数；
步骤1-2)，双CRC编码：对每段信息比特序列中的K/M个信息比特进行CRC-k1编码，产生k1个校验比特；对该k1个校验比特进行CRC-k2编码，产生k2个校验比特，其中k2<k1；将CRC-k1和CRC-k2编码产生的k1+k2个校验比特依次拼接在K/M个信息比特后面，生成码长为(K/M)+k1+k2比特的新信息比特序列段；
步骤1-3)，极化编码：每段重复双CRC编码，最终总共得到码长为K+(k1+k2)*M比特的新信息比特序列输入编码器；编码器对新信息比特序列进行极化编码；
其中，所述步骤3)具体包括以下步骤：
步骤3-1)，分段译码：接收端对接收到的信息比特序列进行SCL译码，得到第i段的L条候选路径及其对应的(K/M)+k1+k2长译码序列集合，其中，i＝1,2,…M-1；
步骤3-2)，双CRC校验：对第i段译码序列，利用正确序列能够通过CRC-k2校验的先验信息，对SCL译码得到的候选CRC-k1校验比特序列集合进行选择；再利用正确序列能够通过CRC-k1校验的先验信息，对SCL译码得到的候选K/M信息比特序列集合进行选择；每段根据双CRC校验筛选结果，再对候选路径集合进行调整后，作为第i+1段的输入；
更具体地，对各候选路径对应的译码序列中k1校验比特序列进行CRC-k2校验：1)如果CRC-k2校验通过，表示有译码序列的k1校验比特序列译码正确，跳到CRC-k1校验步骤；2)如果CRC-k2校验均未通过，输出L条路径到第i+1段的译码器中；
对通过CRC-k2校验的译码序列的K/M信息比特序列进行CRC-k1校验：1)如果CRC-k1校验通过，表示有译码序列的K/M信息比特序列译码正确，L条路径全部替换为正确路径且每条路径对应的度量值保持不变，输出L条路径到第i+1段的译码器中；2)如果CRC-k1校验均未通过，输出L条路径到第i+1段的译码器中；
步骤3-3)，输出最终译码结果：对第M段译码序列，利用双CRC校验，输出最终译码结果。
2.根据权利要求1所述的一种基于分段双CRC校验的极化码编译码方法，其特征在于，所述步骤3)的输出最终译码结果具体包括以下步骤：
对接收到的信息比特序列进行SCL译码，得到第M段的L条候选路径及其对应的(K/M)+k1+k2长译码序列集合；
对各候选路径对应的译码序列中k1校验比特序列进行CRC-k2校验：1)如果CRC-k2校验通过，表示有译码序列的k1校验比特序列译码正确，跳到CRC-k1校验步骤；2)如果CRC-k2校验均未通过，直接输出路径度量值最大的序列作为最终译码结果；
对通过CRC-k2校验的译码序列的K/M信息比特序列进行CRC-k1校验：1)如果CRC-k1校验通过，表示有译码序列的K/M信息比特序列译码正确，输出该译码序列；2)如果CRC-k1校验均未通过，直接输出路径度量值最大的序列作为最终译码结果。
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2020
- 2020-07-28 CN CN202010740097.5A patent/CN111934693B/zh active Active
Patent Citations (6)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111934693A (zh) | 2020-11-13 |
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