CN116192158A - 比特翻转译码方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种比特翻转译码方法及装置，所述比特翻转译码方法包括：首次利用极化码串行抵消列表译码器进行译码，并在极化码串行抵消列表译码器的译码过程中构造翻转位置集合C，如果译码结果通过循环冗余校验，则译码结束；若翻转位置集合C为空集，则译码结束，否则从翻转位置集合C中挑选1个位置并将其从翻转位置集合C中删除，在该位置重启极化码串行抵消列表译码器，并选取2L条排序路径中的后L条作为存活路径进行译码，如果译码结果通过循环冗余校验，则译码结束。相较于现有技术，本发明在相同翻转次数下的性能更优秀，能够有效提高比特翻转的正确率并提高极化码串行抵消列表译码器的性能。

Description

比特翻转译码方法及装置

技术领域

本发明涉及一种比特翻转译码方法及装置，属于信道编解码技术领域。

背景技术

极化码是一种严格证明达到香农极限的编码方案，是5G信道编码技术之一。Arikan提出的串行抵消(Successive Cancellation,SC)译码算法在有限码长下，其译码算法纠错性能不理想，一般误帧率性能比低密度奇偶校验码差。

为获得更好的译码结果，有学者提出了极化码串行抵消列表(SuccessiveCancellation List,SCL)译码方法。相比于SC译码方法在译码过程中仅保留一条译码路径的做法，SCL译码方法在译码过程中同时保留L(L>＝1)条译码路径，每条路径对应着一个路径度量(Path metric，PM)值，当SCL译码器译码结束后，选择PM值最小的路径作为译码的结果，其性能相比于SC译码有显著提升。基于循环冗余校验(Cyclic redundancy check,CRC)的辅助串行抵消列表的译码方法(CA-SCL)是SCL的改进方法，其性能优于SCL。CA-SCL译码方法通过在信息比特序列后面添加循环冗余校验，在L条路径中筛选出候选路径，以提升译码性能。在SC译码过程中，信道噪声或由先前错误比特引起的错误传播是产生错误比特的原因，通过对引起错误传播的第一个错误比特进行翻转，可以获得较好的性能增益，这种方法被称为SC比特翻转(SCF)算法。上述方法虽然在性能上面得到了一定的提升，但是需要翻转多次低可靠的信息位才能达到较为理想的性能。

有鉴于此，确有必要提出一种比特翻转译码方法及装置，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种比特翻转译码方法及装置，具有优异的译码性能。

为实现上述目的，本发明提供了一种比特翻转译码方法，主要包括以下步骤：

步骤1、首次利用极化码串行抵消列表译码器进行译码，并在极化码串行抵消列表译码器的译码过程中构造翻转位置集合C，如果译码结果通过循环冗余校验，则译码结束，否则转入步骤2；

步骤2、若翻转位置集合C为空集，则译码结束，否则从翻转位置集合C中挑选1个位置并将其从翻转位置集合C中删除，在该位置重启极化码串行抵消列表译码器，并选取2L条排序路径中的后L条作为存活路径进行译码，如果译码结果通过循环冗余校验，则译码结束，否则再次转入步骤2。

作为本发明的进一步改进，步骤1中，所述构造翻转位置集合C的具体过程包括：

步骤11、极化码串行抵消列表译码器依次访问不同信息位节点i∈A，其中A表示信息位构成的集合，扩展路径并计算路径度量直到达到路径数上限，即2L条路径，记此时的信息位节点为i^*，从信息位节点i≥i^*时开始计算前L条路径PM值的累加和、后L条分枝PM值的累加和，并取前L条路径PM值的累加和与后L条分枝PM值的累加和的α的幂的比值，同时取对数得到E_i(α)；

步骤12、定义集合E＝{E_i(α),i∈A/{1,,i^*-1}}；

步骤13、创建一个大小为1×(k-(i^*-1))的数组arr1，将集合E中的元素依次存入arr1中，创建一个大小1×(k-(i^*-1))的数组arr2；对数组arr1进行升序操作，并将数组arr1排序后的下标返回存入数组arr2中；将数组arr2中的数据取出构成集合F；

步骤14、取α₁≥1重复步骤11至步骤13，构成集合F₁，取α₂≥1&α₂≠α₁重复步骤11至步骤13，构成集合F₂；

步骤15、分别取集合F₁和集合F₂的前n(n≥2)位构成集合G₁和集合G₂，固定集合G₂，取集合G₁与集合G₂的交集为翻转位置集合C，如果翻转位置集合C非空，则构造完成，如果翻转位置集合C为空，则直接将翻转位置集合C设成集合G₁。

作为本发明的进一步改进，步骤11中，E_i(α)为

其中，

表示第i信息位的第l条路径的惩罚值。

作为本发明的进一步改进，所述惩罚值

的定义为

其中，sign()表示符号函数，sign()大于0则为1，sign()小于0则为0，

表示第i信息位的第l路径的接收序列对数似然比。

作为本发明的进一步改进，所述接收序列对数似然比

的定义为

其中，

表示长度为N接收信号矢量，u_i表示待编码矢量的第i个分量，

表示i时刻以前已判决的i-1个待编码分量。

作为本发明的进一步改进，步骤14中，α₁＝1，α₂＝2。

作为本发明的进一步改进，步骤15中，n＝4。

作为本发明的进一步改进，所述极化码的码长N＝128，信息位长度K＝64，循环冗余校验长度为8，极化码串行抵消列表译码的列表长度为L＝4。

作为本发明的进一步改进，如果译码结果没有通过循环冗余校验，则需要根据翻转位置集合C进行极化码串行抵消列表比特翻转译码，所述极化码串行抵消列表比特翻转(SCLF)译码在给定最大翻转次数T的条件下执行以下操作：

步骤21、首次进行极化码串行抵消列表译码结果的L条路径没有通过循环冗余校验并设定i＝1；

步骤22、从翻转位置集合C中选取第i个元素作为翻转的信息位；

步骤23、在当前信息位进行移位剪枝操作时判定正确的信息位出现在PM值较大的后L条路径中；为此，删除PM值较小的前L条路径，保留PM值较大的后L条路径，其余信息位仍采用正常的SCL译码；

步骤24、如果上述步骤23译码结果仍没有通过循环冗余校验，则需要选取翻转位置集合C中第i+1个元素作为翻转的信息位，重复步骤23，直至通过循环冗余校验或者达到最大翻转次数T，译码结束。

为实现上述目的，本发明还提供了一种装置，应用如上所述的比特翻转译码方法进行译码。

本发明的有益效果是：本发明在相同翻转次数下的性能更优秀，能够有效提高比特翻转的正确率并提高极化码串行抵消列表译码器的性能。

附图说明

图1为本发明比特翻转译码方法不同加权因子α性能的曲线图；

图2为比特翻转译码方法的译码流程图；

图3为比特翻转译码方法中构造翻转位置集合C的流程图；

图4为本发明比特翻转译码方法的性能仿真图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

在此，需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

如图1至图4所示，本发明揭示了一种比特翻转译码方法及装置，所述比特翻转译码装置应用比特翻转译码方法进行译码，本发明以1/2码率的极化码为实施例，对于码率为1/2的极化码，其码长为N＝128，信息位长度K＝64，循环冗余校验长度为8，极化码串行抵消列表译码的列表长度为L＝4，冻结位采用的是基于遗传因子(GA)的构造方式，信息比特翻转的最大次数设为1。

如图1所示，通过选取了不同的加权因子α₁＝1，α₂＝2，α₃＝3绘制性能曲线来表明不同加权因子是影响仿真结果的，

针对图1的仿真结果具体实施方式如下：

S1、译码端接收到对数似然比LLR，进行SCL译码，若L条生存路径中一条路径通过CRC校验，则认为译码成功，将通过CRC校验的路径作为正确的译码输出，否则执行下面操作；

S2、为了体现不同加权因子之间对于译码性能改善是不同的，选取了α₁＝1，α₂＝2，α₃＝3构成集合F₁,F₂,F₃。为了便于比较不同加权因子之间的影响，在译码失败后，选取F₁,F₂,F₃的第一位作为翻转信息位；

S3、在翻转信息位进行移块剪枝操作，其它信息位进行正常的SCL译码；如果译码序列中有通过CRC校验的路径，则译码成功，如果此时未达到最大翻转次数T，则选取C中下一位作为翻转信息位，重新执行S3。

如图4所示，结合了α₁＝1，α₂＝2构造翻转位置集合C，进一步提升了译码的性能，当然也可以选取其它的加权因子之间的联系，这里不做限制。

所述比特翻转译码方法，主要包括以下步骤：

步骤1、首次利用极化码串行抵消列表译码器进行译码，并在极化码串行抵消列表译码器的译码过程中构造翻转位置集合C，如果译码结果通过循环冗余校验，则译码结束，否则转入步骤2；

步骤2、若翻转位置集合C为空集，则译码结束，否则从翻转位置集合C中挑选1个位置并将其从翻转位置集合C中删除，在该位置重启极化码串行抵消列表译码器，并选取2L条排序路径中的后L条作为存活路径进行译码，如果译码结果通过循环冗余校验，则译码结束，否则再次转入步骤2。

结合图2和图3，以下将对步骤1和步骤2进行详细说明。

步骤1中，所述构造翻转位置集合C的具体过程包括：

步骤11、极化码串行抵消列表译码器依次访问不同信息位节点i∈A，其中A表示信息位构成的集合，扩展路径并计算路径度量直到达到路径数上限，即2L条路径，记此时的信息位节点为i^*，从信息位节点i≥i^*时开始计算前L条路径PM值的累加和、后L条分枝PM值的累加和，并取前L条路径PM值的累加和与后L条分枝PM值的累加和的α的幂的比值，同时取对数得到E_i(α)，其中，E_i(α)为

其中，

表示第i信息位的第l条路径的惩罚值。

所述惩罚值

的定义为

其中，sign()表示符号函数，sign()大于0则为1，sign()小于0则为0，

表示第i信息位的第l路径的接收序列对数似然比。

所述接收序列对数似然比

的定义为

其中，

表示长度为N接收信号矢量，u_i表示待编码矢量的第i个分量，

表示i时刻以前已判决的i-1个待编码分量。/>

步骤12、定义集合E＝{E_i(α),i∈A/{1,…,i^*-1}}；

步骤13、创建一个大小为1×(k-(i^*-1))的数组arr1，将集合E中的元素依次存入arr1中，创建一个大小1×(k-(i^*-1))的数组arr2；对数组arr1进行升序操作，并将数组arr1排序后的下标返回存入数组arr2中；将数组arr2中的数据取出构成集合F；

步骤14、取α₁≥1重复步骤11至步骤13，构成集合F₁，取α₂≥1&α₂≠α₁重复步骤11至步骤13，构成集合F₂；较佳地，α₁＝1，α₂＝2。

步骤15、分别取集合F₁和集合F₂的前n(n≥2)位构成集合G₁和集合G₂，固定集合G₂，取集合G₁与集合G₂的交集为翻转位置集合C，如果翻转位置集合C非空，则构造完成，如果翻转位置集合C为空，则直接将翻转位置集合C设成集合G₁，较佳地，n＝4，这里选取的位数具体与设成的最大翻转次数T有关，正常是翻转集合元素个数的2-4倍，并且满足最大翻转次数T≤N-log₂L；

极化码串行抵消列表比特翻转译码的方式是在首次发生错误的信息位时进行移位剪枝操作，当信息位发生错误时，认为正确的路径出现在PM值较大的后L条路径中，即在当前信息位进行移位删枝操作，删除PM值较小的前L条路径，保留PM值较大的后L条路径，除当前信息位外，其余信息位进行正常的SCL译码。

如果译码结果没有通过循环冗余校验，则需要根据翻转位置集合C进行极化码串行抵消列表比特翻转译码，所述极化码串行抵消列表比特翻转译码在给定最大翻转次数T的条件下执行以下操作：

步骤21、首次进行极化码串行抵消列表译码结果的L条路径没有通过循环冗余校验并设定i＝1；

步骤22、从翻转位置集合C中选取第i个元素作为翻转的信息位；

步骤23、在当前信息位进行移位剪枝操作时判定正确的信息位应该出现在PM值较大的后L条路径中；为此，删除PM值较小的前L条路径，保留PM值较大的后L条路径，其余信息位仍采用正常的SCL译码；

步骤24、如果上述步骤23译码结果仍没有通过循环冗余校验，则需要选取翻转位置集合C中第i+1个元素作为翻转的信息位，重复步骤23，直至通过循环冗余校验或者达到最大翻转次数T，译码结束。

综上所述，本发明在相同翻转次数下的性能更优秀，能够有效提高比特翻转的正确率并提高极化码串行抵消列表译码器的性能。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种比特翻转译码方法，其特征在于，主要包括以下步骤：

步骤1、首次利用极化码串行抵消列表译码器进行译码，并在极化码串行抵消列表译码器的译码过程中构造翻转位置集合C，如果译码结果通过循环冗余校验，则译码结束，否则转入步骤2；

步骤2、若翻转位置集合C为空集，则译码结束，否则从翻转位置集合C中挑选1个位置并将其从翻转位置集合C中删除，在该位置重启极化码串行抵消列表译码器，并选取2L条排序路径中的后L条作为存活路径进行译码，如果译码结果通过循环冗余校验，则译码结束，否则再次转入步骤2。

2.根据权利要求1所述的比特翻转译码方法，其特征在于，步骤1中，所述构造翻转位置集合C的具体过程包括：

步骤11、极化码串行抵消列表译码器依次访问不同信息位节点i∈A，其中A表示信息位构成的集合，扩展路径并计算路径度量直到达到路径数上限，即2L条路径，记此时的信息位节点为i^*，从信息位节点i≥i^*时开始计算前L条路径PM值的累加和、后L条分枝PM值的累加和，并取前L条路径PM值的累加和与后L条分枝PM值的累加和的α的幂的比值，同时取对数得到E_i(α)；

步骤12、定义集合E＝{E_i(α),i∈A/{1,…,i^*-1}}；

步骤13、创建一个大小为1×(k-(i^*-1))的数组arr1，将集合E中的元素依次存入arr1中，创建一个大小1×(k-(i^*-1))的数组arr2；对数组arr1进行升序操作，并将数组arr1排序后的下标返回存入数组arr2中；将数组arr2中的数据取出构成集合F；

步骤14、取α₁≥1重复步骤11至步骤13，构成集合F₁，取α₂≥1&α₂≠α₁重复步骤11至步骤13，构成集合F₂；

步骤15、分别取集合F₁和集合F₂的前n(n≥2)位构成集合G₁和集合G₂，固定集合G₂，取集合G₁与集合G₂的交集为翻转位置集合C，如果翻转位置集合C非空，则构造完成，如果翻转位置集合C为空，则直接将翻转位置集合C设成集合G₁。

3.根据权利要求2所述的比特翻转译码方法，其特征在于：步骤11中，E_i(α)为

其中，

表示第i信息位的第l条路径的惩罚值。

4.根据权利要求3所述的比特翻转译码方法，其特征在于：所述惩罚值

的定义为

其中，sign()表示符号函数，sign()大于0则为1，sign()小于0则为0，

表示第i信息位的第l路径的接收序列对数似然比。

5.根据权利要求4所述的比特翻转译码方法，其特征在于：所述接收序列对数似然比

的定义为/>

其中，

表示长度为N接收信号矢量，u_i表示待编码矢量的第i个分量，

表示i时刻以前已判决的i-1个待编码分量。

6.根据权利要求2所述的比特翻转译码方法，其特征在于：步骤14中，α₁＝1，α₂＝2。

7.根据权利要求2所述的比特翻转译码方法，其特征在于：步骤15中，n＝4。

8.根据权利要求1所述的比特翻转译码方法，其特征在于：所述极化码的码长N＝128，信息位长度K＝64，循环冗余校验长度为8，极化码串行抵消列表译码的列表长度为L＝4。

9.根据权利要求1所述的比特翻转译码方法，其特征在于，如果译码结果没有通过循环冗余校验，则需要根据翻转位置集合C进行极化码串行抵消列表比特翻转译码，所述极化码串行抵消列表比特翻转译码在给定最大翻转次数T的条件下执行以下操作：

步骤21、首次进行极化码串行抵消列表译码结果的L条路径没有通过循环冗余校验并设定i＝1；

步骤22、从翻转位置集合C中选取第i个元素作为翻转的信息位；

步骤23、在当前信息位进行移位剪枝操作时判定正确的信息位出现在PM值较大的后L条路径中；为此，删除PM值较小的前L条路径，保留PM值较大的后L条路径，其余信息位仍采用正常的SCL译码；

步骤24、如果上述步骤23译码结果仍没有通过循环冗余校验，则需要选取翻转位置集合C中第i+1个元素作为翻转的信息位，重复步骤23，直至通过循环冗余校验或者达到最大翻转次数T，译码结束。

10.一种装置，其特征在于：应用如权利要求1-9中任一项所述的比特翻转译码方法进行译码。

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