CN113556135B

CN113556135B - 基于冻结翻转列表的极化码置信传播比特翻转译码方法

Info

Publication number: CN113556135B
Application number: CN202110849031.4A
Authority: CN
Inventors: 潘志文; 李甲; 尹超; 刘楠; 尤肖虎
Original assignee: Southeast University; Network Communication and Security Zijinshan Laboratory
Current assignee: Southeast University; Network Communication and Security Zijinshan Laboratory
Priority date: 2021-07-27
Filing date: 2021-07-27
Publication date: 2023-08-01
Anticipated expiration: 2041-07-27
Also published as: CN113556135A

Abstract

本发明公开了基于冻结翻转列表的极化码置信传播比特翻转译码方法，使用的码字是循环冗余检验(CRC)码和极化码形成的级联码。本发明中的方法在传统BP译码结果未通过CRC校验的情况下，通过对BP译码方法中的译码结果进行分析，构造冻结翻转列表(FFL)，对极化码位于FFL内的信息比特进行翻转(本发明中的比特翻转是通过对接收端被翻转比特的对数似然比的符号翻转，而其对数似然比的绝对值不变来实现的)，能够纠正部分BP译码器中的错误，进而改善BPF译码方法的误块率性能。

Description

基于冻结翻转列表的极化码置信传播比特翻转译码方法

技术领域

本发明属于无线通信中的信道编码领域，尤其涉及一种基于冻结翻转列表的极化码置信传播比特翻转译码方法。

背景技术

极化码技术作为一种新型的信道编码技术，在码长趋于无穷时，传输速率能达到在二进制输入无记忆对称信道的信道容量。目前极化码较为主流的译码方式有两类，一类基于串行抵消(Successive Cancellation，SC)译码方法，包括了基于SC译码的串行抵消列表(Successive Cancellation List，SCL)译码方法，基于SC的极化码译码方法属于序贯译码，已经译出的信息比特对后续信息比特的估计产生影响，因此必须逐个估计码字中的信息比特，由此产生了较大的译码时延。极化码的另外一类主流译码方法基于置信传播(Belief Propagation，BP)译码方法，包括置信传播比特翻转(Belief Propagation bit-Flip，BPF)译码方法，基于BP的译码方法由于其并行迭代计算的性质，其译码时延显著低于基于SC的译码方法并且对码字长度不敏感，因此BP译码方法适用于对时延要求较高的应用场景。传统的BP译码方法误块率(Block Error Rate,BLER)性能较差，BPF译码方法带来了BLER性能的提升，但是其平均迭代次数较高、计算复杂度较大、BLER性能仍有提升空间。本发明中基于冻结翻转列表的极化码置信传播比特翻转译码方法改善了BPF译码方法的BLER性能，降低了计算复杂度。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于冻结翻转列表的极化码置信传播比特翻转译码方法,以解决技术复杂度高，误块率性能差的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明的具体技术方案如下：

一种基于冻结翻转列表的极化码置信传播比特翻转译码方法，包括以下步骤：

步骤1、进行带CRC校验的BP译码；

步骤2、构造冻结翻转列表FFL；

步骤3、进行基于冻结翻转列表的极化码置信传播比特翻转译码。

进一步的，步骤1具体包括以下步骤：

步骤1.1、将经过CRC编码，未填充冻结比特的长为K的信息序列记为原始信息比特序列，将由长为K的原始信息比特序列填充冻结比特后得到的长为N的信息序列记为信息比特序列，将信息比特序列经过极化码编码后生成长为N的比特序列称为码字比特序列，对于码长为N，原始信息比特序列长为K的极化码，记接收信号的对数似然比为对/>进行极化码BP译码，其中llr_i,1≤i≤N是指接收信号对数似然比/>的第i个元素；

步骤1.2、记为极化码的BP译码器的输出结果，其中/>是指对信息比特u_i的估计；若/>满足循环冗余校验，则BP译码器译码成功，整个译码流程结束，不再执行后续步骤；若/>不满足循环冗余校验，则BP译码器译码失败，需要进行试探性比特翻转译码。

进一步的，步骤2具体包括以下步骤：

步骤2.1、根据极化码的冻结集合A^c构造无序的冻结翻转列表FFL_unsorted，其中：FFL_unsorted＝{k₁,k₂,…,k_m|k_j∈A^c}，m是极化码冻结集合A^c的长度，N-(K+r)，其中r是CRC的长度，k_j,1≤j≤m是集合FFL_unsorted中的第j个元素；

步骤2.2、得到冻结翻转列表FFL。

进一步的，步骤2.2具体包括以下步骤：

在极化码中，每一个信息比特u_i都对应一个错误概率p_e(u_i)，集合FFL_unsorted对应的错误概率集合记为其中/>表示信息比特/>的错误概率，/>通过高斯近似方法计算，根据错误概率/>从高到低对FFL_unsorted中元素进行排序，得到冻结翻转列表FFL＝{w₁,w₂,…,w_m},其中w_j,1≤j≤m是集合FFL中的第j个元素。

进一步的，步骤3具体包括以下步骤：

步骤3.1、初始化t＝1，用t对比特翻转译码的次数进行计数；

步骤3.2、若t＞T，其中T是预设的BPF译码器的最大尝试翻转次数，T≤m，则基于冻结翻转列表的BPF译码方法译码失败，整个译码流程结束；若t≤T，转入步骤3.3；

步骤3.3、初始化BP译码器；BPF译码方法中的BP译码器对码字比特序列中索引为w_t的比特进行比特翻转，其中w_t为FFL集合中的第t个元素；BP译码器对应一个矩阵L，L是一个大小为N×(1+log₂N)的矩阵，其中N是极化码的长度，L的最后一列用于存储码字比特的对数似然比；

步骤3.4、使用按照步骤3.3赋值后的矩阵L进行BP译码，记为极化码的BP译码器的输出结果，其中/>是指对信息比特u_i的估计；若/>满足循环冗余校验，则该BP译码器译码成功，整个BPF译码流程结束，不再执行后续步骤；若/>不满足循环冗余校验，则该BP译码器译码失败，此次BPF译码失败，令t＝t+1，转入步骤3.2。

进一步的，步骤3.3所述的比特翻转的规则为：若BP译码器在步骤1中码字比特序列即接收信号中第w_t个比特的对数似然比为/>则将该BP译码器对应的L矩阵的第w_t行最后一列元素赋值为/>即：

本发明的基于冻结翻转列表的极化码置信传播比特翻转译码方法，具有以下优点：

1、本发明中基于冻结翻转列表的极化码置信传播比特翻转译码方法，能够在极化码BP译码方法译码失败的情况下，通过对冻结比特集合思想的应用，构造出识别不可靠的码字比特序列的冻结翻转列表，翻转不可靠码字比特的对数似然比为符号相反，而绝对值相同的值，以试探性译码的方式纠正BP译码方法中的译码错误，提高了极化码在BPF译码方法下的BLER性能，相对于其他BPF译码算法还降低了计算复杂度。

2、在中低信噪比区间(1-2dB)内，相比于BP译码方法，本发明中的方法能够有0.8dB的增益，相比于CRC辅助的串行抵消列表译码器(列表长度为8)，有0.5dB的增益。在中高信噪比区间，本方法的计算复杂度也有优势。与BP译码器相比，本发明中的方法能够以较小的译码时延为代价获取误块率性能的增益。

附图说明

图1为本发明的基于冻结翻转列表的极化码置信传播比特翻转译码方法流程图。

具体实施方式

为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种基于冻结翻转列表的极化码置信传播比特翻转译码方法做进一步详细的描述。

本发明中基于冻结翻转列表的极化码置信传播比特翻转译码方法，以码长N＝256，原始信息比特序列长度K＝120(循环冗余校验码长度r＝24，构造多项式为g(x)＝x²⁴+x²³+x⁶+x⁵+x+1的极化码为例进行说明，其中g(x)是CRC校验码，即循环冗余校验码的构造多项式。本实施例中的极化码的构造方法为高斯近似，码字构造信噪比为2.5分贝。BP译码器的最大迭代次数为100，BPF译码器的最大翻转次数T设为100。

如图1所示，包括如下步骤：

步骤1、进行带CRC校验的BP译码。本步骤包括如下流程：

步骤1.1、初始化。对于码长为N＝256，原始信息比特序列长为K＝120的极化码(本技术方案中将经过CRC编码，未填充冻结比特的长为K＝120的信息序列记为原始信息比特序列，将由长为K＝120的原始信息比特序列填充冻结比特后得到的长为N＝256的信息序列记为信息比特序列，将信息比特序列经过极化码编码后生成长为N＝256的比特序列称为码字比特序列)，记接收信号的对数似然比为对/>进行极化码BP译码，其中llr_i,1≤i≤N是指接收信号对数似然比/>的第i个元素。

步骤1.2、记为极化码的BP译码器的输出结果，其中/>是指对信息比特u_i的估计。如果/>满足循环冗余校验，满足条件是：g(x)能对应一个校验矩阵H，u*H＝0即为满足，这是众所周知的，因此在该译码方法中无须赘述，则BP译码器译码成功，整个译码流程结束，不再执行后续步骤；如果/>不满足循环冗余校验，则BP译码器译码失败，需要进行试探性比特翻转译码，转入步骤2。

步骤2、构造冻结翻转列表FFL。本步骤包括如下流程：

步骤2.1、根据极化码的冻结集合A^c构造无序的冻结翻转列表FFL_unsorted，其中：FFL_unsorted＝{k₁,k₂,…,k_m|k_j∈A^c}，m＝112是极化码冻结集合A^c的长度，k_j,1≤j≤m是集合FFL_unsorted中的第j个元素。

步骤2.2、得到冻结翻转列表FFL。在极化码中，每一个信息比特u_i都对应一个错误概率p_e(u_i)，集合FFL_unsorted对应的错误概率集合记为其中表示信息比特/>的错误概率，/>可以通过高斯近似方法计算。根据错误概率/>从高到低对FFL_unsorted中元素进行排序，得到冻结翻转列表FFL＝{w₁,w₂,…,w_m},其中w_j,1≤j≤m是集合FFL中的第j个元素。

步骤3、进行基于冻结翻转列表的极化码置信传播比特翻转译码。本步骤包括如下流程：

步骤3.1、初始化t＝1，用t对比特翻转译码的次数进行计数，转入步骤3.2。

步骤3.2、若t＞T(此时，T是预设的BPF译码器的最大尝试翻转次数，T≤m，在本例中，T取100)，则基于冻结翻转列表的BPF译码方法译码失败，整个译码流程结束；若t≤T，转入步骤3.3。

步骤3.3、初始化BP译码器。BPF方法中的BP译码器对码字比特序列中索引为w_t(w_t为FFL集合中的第t个元素)的比特进行比特翻转。BP译码器对应一个矩阵L，L是一个大小为N×(1+log₂ N)的矩阵(本实施例中，矩阵大小为256×9)，其中N是极化码的长度。L的最后一列用于存储码字比特的对数似然比。比特翻转的规则为：若BP译码器在步骤1中码字比特序列(即接收信号)中第w_t个比特的对数似然比为/>则将该BP译码器对应的L矩阵的第w_t行最后一列元素赋值为/>即：

在本实施例中，如果FFL中的第3个元素对应的码字比特对数似然比则令L(w₃,9)＝-0.052。

L中其余元素的值仍按传统BP译码方法赋值。转入步骤3.4。

步骤3.4、使用按照步骤3.3赋值后的矩阵L进行BP译码。记为极化码的BP译码器的输出结果，其中/>是指对信息比特u_i的估计。如果/>满足循环冗余校验，则该BP译码器译码成功，整个BPF译码流程结束，不再执行后续步骤；如果/>不满足循环冗余校验，则该BP译码器译码失败，此次BPF译码失败，令t＝t+1，转入步骤3.2。

可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims

1.一种基于冻结翻转列表的极化码置信传播比特翻转译码方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、进行带CRC校验的BP译码；

步骤2、构造冻结翻转列表FFL；

步骤3、进行基于冻结翻转列表的极化码置信传播比特翻转译码；

所述步骤1具体包括以下步骤：

步骤1.2、记为极化码的BP译码器的输出结果，其中/>是指对信息比特u_i的估计；若/>满足循环冗余校验，则BP译码器译码成功，整个译码流程结束，不再执行后续步骤；若/>不满足循环冗余校验，则BP译码器译码失败，需要进行试探性比特翻转译码；

所述步骤2具体包括以下步骤：

步骤2.2、得到冻结翻转列表FFL；

所述步骤2.2具体包括以下步骤：

在极化码中，每一个信息比特u_i都对应一个错误概率p_e(u_i)，集合FFL_unsorted对应的错误概率集合记为其中/>表示信息比特/>的错误概率，通过高斯近似方法计算，根据错误概率/>从高到低对FFL_unsorted中元素进行排序，得到冻结翻转列表FFL＝{w₁,w₂,…,w_m},其中w_j,1≤j≤m是集合FFL中的第j个元素；

进一步的，所述步骤3具体包括以下步骤：

步骤3.1、初始化t＝1，用t对比特翻转译码的次数进行计数；

2.根据权利要求1所述的基于冻结翻转列表的极化码置信传播比特翻转译码方法，其特征在于，步骤3.3所述的比特翻转的规则为：若BP译码器在步骤1中码字比特序列即接收信号中第w_t个比特的对数似然比为/>则将该BP译码器对应的L矩阵的第w_t行最后一列元素赋值为/>即：