CN112039537A - 一种基于右向信息处理的极化码译码方法及实现装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于右向信息处理的极化码译码方法及实现装置，该方法包括：初始化卷积码译码器和极化码译码器的先验信息并设置右向信息处理的阈值和迭代次数；将信道输出的信息向量经软解调后送入卷积码译码器译码，得到卷积译码外信息；将卷积译码外信息送入交织器，得到交织后信息；将交织后信息送入极化码译码器进行BP译码直至极化码信息序列通过CRC校验，输出判决码字，完成译码。通过使用本发明，有效利用了极化码BP译码算法中信息序列的先验信息，提高极化码译码器的译码性能。本发明作为一种基于右向信息处理的极化码译码方法及实现装置，可广泛应用于通信译码领域。

Description

一种基于右向信息处理的极化码译码方法及实现装置
技术领域
本发明涉及通信译码领域，尤其涉及基于右向信息处理的极化码译码方法及实现装置。
背景技术
由于极化码BP译码算法的并行特性，使其主要应用于中长码当中。众所周知，随着码长的增加，极化码BP译码算法运算所在的因子图的层数也就越多，这也意味着因子图中环的数量显著增多。因子图中的环，尤其是短环，会严重降低译码性能，因为它们的存在影响了迭代译码中外信息交换的独立性。并且BP译码算法的性能主要由围长来确定，围长即指因子图中最小环的长度，围长越大，BP译码时得到的性能越高。在进行BP译码算法迭代计算时，不可避免的会受到环的影响，所造成的后果就是在中长码下BP译码算法性能不如SC译码算法；出现较为严重的错误平层；
在串行级联方式中，卷积码作为外码采用的是BCJR译码算法，由于将极化码信息比特的判决信息作为卷积码的先验信息以供BCJR译码算法使用，因此卷积码也采用了系统码卷积码，致使卷积码译码后的外信息未能得到有效利用，同时由于卷积码的纠错能力不如极化码，使得卷积码难以纠正极化码译码器译错的信息比特。另一方面在并行级联方式中，除会出现错误平层、打孔造成部分性能损失外，为处理信道传输错误发生在系统码字中非信息位的问题，在设计上采用了串并转换，使单个块中的比特错误数目减少，但在增加硬件开销的同时，人为将长码切割成短码，使得码字的最小汉明距离降低，导致极化码译码器译码性能下降。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于右向信息处理的极化码译码方法及实现装置，有效利用了极化码BP译码算法中信息序列的先验信息，提高极化码译码器的译码性能。
本发明所采用的第一技术方案是：一种基于右向信息处理的极化码译码方法，适用于串行级联极化码设计的译码方法，包括以下步骤：
初始化卷积码译码器和极化码译码器的先验信息并设置右向信息处理的阈值和迭代次数；
将信道输出的信息向量经软解调后送入卷积码译码器译码，得到卷积译码外信息；
将卷积译码外信息送入交织器，得到交织后信息；
将交织后信息送入极化码译码器进行BP译码直至极化码信息序列通过CRC校验，输出判决码字，完成译码。
进一步，还包括对极化码译码器信源端的右向信息赋值，具体包括：
判断到极化码信息序列迭代至最大迭代次数依然没有通过CRC校验，进行分段右向信息处理并重新CRC校验，输出译码信息序列。
进一步，所述将交织后信息送入极化码译码器进行BP译码直至极化码信息序列通过CRC校验，输出判决码字，完成译码这一步骤，其具体还包括：
将交织后信息送入极化码译码器进行BP译码并在判断到完成一次迭代译码后进行分段CRC校验；
循环迭代译码直至极化码信息序列的所有子段通过CRC校验或达到最大迭代次数，完成译码。
进一步，所述循环迭代译码直至极化码信息序列的所有子段通过CRC校验或达到最大迭代次数，完成译码这一步骤，具体包括：
判断到极化码信息序列的所有子段没有通过CRC校验，继续迭代译码直至迭代至最大迭代次数；
判断到极化码信息序列的所有子段都通过CRC校验，停止迭代并输出判决码字，完成译码。
进一步，所述初始化卷积码译码器和极化码译码器的先验信息并设置右向信息处理的阈值和迭代次数这一步骤，其具体包括：
将卷积码译码器先验信息和极化码译码器的先验信息设置为0；
按预设规则对右向信息处理的阈值和最大迭代次数进行设置。
进一步，所述送入卷积码译码器译码具体为采用卷积码BCJR进行译码。
进一步，所述判断到极化码信息序列迭代至最大迭代次数依然没有通过CRC校验，进行分段右向信息处理并重新CRC校验，输出译码信息序列这一步骤，其具体包括：
判断到极化码信息序列的全部子段在最大迭代次数时依然没有通过CRC校验；
对该极化码通过CRC校验的子段译码序列的右向信息进行设置；
根据判决似然信息的绝对值大小对该极化码没有通过CRC校验的子段译码序列的右向信息处理的阈值进行设置；
获取极化码译码器的因子图并在因子图中进行BP译码；
判断到完成一次迭代译码后，对信息序列进行CRC校验；
循环CRC校验步骤直至信息序列的全部子段通过CRC校验或迭代次数达到最大值，输出译码信息序列。
进一步，所述获取极化码译码器的因子图还包括对极化码译码器中因子图中除第一层与最后一层外其余层的节点信息清零。
本发明所采用的第二技术方案是：一种基于右向信息处理的极化码译码方法实现装置，包括：
至少一个处理器；
至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现如上所述一种基于右向信息处理的极化码译码方法。
本发明方法及系统的有益效果是：通过对信息序列分段植入CRC校验码，以此来选出经通过CRC校验的子段序列，另外结合译码器得出的判决软信息，根据绝对值的大小进行阈值筛选，对译码错误的子段序列按照其判决软信息进行筛选赋值。
附图说明
图1是本发明一种基于右向信息处理的极化码译码方法的步骤流程图；
图2是本发明具体实施例(1024，512)码字条件下所设计级联码的误块率。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
卷积码的BCJR译码算法作为最大后验概率译码(MAP)，当在级联码中采用迭代译码时，由于每次迭代时信息位的先验概率都发生变化，可使MAP译码器给出最优的性能。考虑到现有极化码与卷积码在级联译码设计中的不足，本设计改进了级联设计方式，提出将极化码作为外码，而卷积码作为内码的改进极化码级联系统，并给出了该系统实现的编码与译码方法。
本发明还提供一种极化码与卷积码串行级联系统用于实现一种基于右向信息处理的极化码译码方法，具体为以码率为2/3的极化码作为外码经交织器与码率为3/4的卷积码作为内码组成码率为1/2的级联码。
如图1所示，本发明提供了一种基于右向信息处理的极化码译码方法，将极化码BP译码器信源端的右向信息处理与级联极化码的码设计相结合，适用于串行级联极化码设计的译码方法，该方法包括以下步骤：
S1、初始化卷积码译码器和极化码译码器的先验信息并设置右向信息处理的阈值和迭代次数；
S2、将信道输出的信息向量经软解调后送入卷积码译码器译码，得到卷积译码外信息；
具体地，将信道输出信息向量Y＝{y1,y2…yN}(N为进入信道传输的码字长度)经软解调后送入卷积码译码器，利用卷积码BCJR或max-log-map算法进行译码，得到卷积译码外信息
Figure BDA0002651347230000041
S3、将卷积译码外信息送入交织器，得到交织后信息；
具体地，将所得外信息
Figure BDA0002651347230000042
送入交织器，得到交织后的信息
Figure BDA0002651347230000043
将其送入极化码译码器。
S4、将交织后信息送入极化码译码器进行BP译码直至极化码信息序列通过CRC校验，输出判决码字，完成译码。
具体地，在极化码译码器中进行BP译码，当完成一次迭代译码时，由于极化码信息序列在编码时已分段添加过CRC码，此时可进行分段CRC校验，设信息序列U＝{U1,U2…UM}(M为所分的段数)，若极化码信息序列的所有子段都通过CRC校验，则停止迭代，输出判决码字U，宣告译码结束；如果所有子段没有通过CRC校验，则继续迭代并重新进行步骤S4。
进一步作为本方法的优选实施例，还包括对极化码译码器信源端的右向信息赋值，具体包括：
S5、判断到极化码信息序列迭代至最大迭代次数依然没有通过CRC校验，进行分段右向信息处理并重新CRC校验，输出译码信息序列。
进一步作为本方法的优选实施例，所述将交织后信息送入极化码译码器进行BP译码直至极化码信息序列通过CRC校验，输出判决码字，完成译码这一步骤，其具体还包括：
将交织后信息送入极化码译码器进行BP译码并在判断到完成一次迭代译码后进行分段CRC校验；
循环迭代译码直至极化码信息序列的所有子段通过CRC校验或达到最大迭代次数，完成译码。
进一步作为本方法的优选实施例，所述循环迭代译码直至极化码信息序列的所有子段通过CRC校验或达到最大迭代次数，完成译码这一步骤，具体包括：
判断到极化码信息序列的所有子段没有通过CRC校验，继续迭代译码直至迭代至最大迭代次数；
判断到极化码信息序列的所有子段都通过CRC校验，停止迭代并输出判决码字，完成译码。
进一步作为本方法的优选实施例，所述初始化卷积码译码器和极化码译码器的先验信息并设置右向信息处理的阈值和迭代次数这一步骤，其具体包括：
将卷积码译码器先验信息和极化码译码器的先验信息设置为0；
按预设规则对右向信息处理的阈值和最大迭代次数进行设置。
具体地，将卷积码译码器先验信息与极化码译码器信源端先验信息设置为0，设置右向信息处理的阈值与，阈值的大小根据经验所设定，设置级联码分量码间最大迭代次数Iter_max与极化码BP译码最大迭代次数T max。
进一步作为本方法的优选实施例，所述送入卷积码译码器译码具体为采用卷积码BCJR进行译码。
具体地，或采用max-log-map算法进行译码。
进一步作为本方法的优选实施例，所述判断到极化码信息序列迭代至最大迭代次数依然没有通过CRC校验，进行分段右向信息处理并重新CRC校验，输出译码信息序列这一步骤，其具体包括：
判断到极化码信息序列的全部子段在最大迭代次数时依然没有通过CRC校验；
对该极化码通过CRC校验的子段译码序列的右向信息进行设置；
根据判决似然信息的绝对值大小对该极化码没有通过CRC校验的子段译码序列的右向信息处理的阈值进行设置；
具体地，若全部子段在最大迭代次数时依然没有通过CRC校验，则进行分段右向信息处理，具体做法为对于通过CRC校验的子段译码序列，如Uk＝{u1，u2…um}(m为划分子段序列的长度，1≤k≤M)，若ui＝0(1≤i≤m)，则极化码BP译码器信源端对应的右向信息设置为Ri，1＝∞；若ui＝1(1≤i≤m)，则对应的右向信息设置为Ri，1＝-∞。同时，对于没有通过CRC校验的子段序列，则根据判决似然信息的绝对值大小进行阈值处理，对于绝对值大于设定阈值的信息比特，如|Li，1|＞Ωthreshold，则Ri，1＝Li，1；若|Li，1|＜Tthreshold，则Ri，1＝-Li，1。
获取极化码译码器的因子图并在因子图中进行BP译码；
判断到完成一次迭代译码后，对信息序列进行CRC校验；
循环CRC校验步骤直至信息序列的全部子段通过CRC校验或迭代次数达到最大值，输出译码信息序列。
具体地，再次在因子图中进行BP译码并执行步骤S4、S5操作，若至最大迭代次数T_max时所有子段依然无法通过CRC校验，则将最后一层节点的左向信息
Figure BDA0002651347230000061
与右向信息
Figure BDA0002651347230000062
之和作为该节点比特的输出外信息
Figure BDA0002651347230000063
并将该外信息送入交织器，得到经交织后的信息
Figure BDA0002651347230000064
转入步骤S2，将信息
Figure BDA0002651347230000065
作为卷积译码器的先验信息进行BCJR或max-log-map译码。
另外，当迭代次数达到Iter_max时，输出译码信息序列(无论是否通过CRC校验)。
进一步作为本方法的优选实施例，所述获取极化码译码器的因子图还包括对极化码译码器中因子图中除第一层与最后一层外其余层的节点信息清零。
具体地，对极化码BP译码器中因子图除第一层(信源端)与最后一层(待译码信息输入端)中的节点信息保留外，因子图中其余层的节点信息全部进行清零操作，目的是清除因子图中错误环所导致的陷阱集影响。
一种基于右向信息处理的极化码译码方法实现装置：
至少一个处理器；
至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现如上所述一种基于右向信息处理的极化码译码方法。
为了验证本发明中所提出的算法在性能上相比于现有级联设计的提升，我们给出了所提级联编码在加性高斯白噪声信道(AWGN)下的误块率(Block Error Rate，BLER)性能图。实验条件在AWGN信道中不同信噪比Eb/N0的条件下进行，所采用的调制方式为BPSK调制。对作为外码的极化码而言，其码率是R1＝2/3，待编码的信息序列添加分段CRC-4码保护，分段方式为均匀分段，并且极化码构造采用密度进化方法。极化码BP译码的最大迭代次数设置为60，极化码与卷积码之间的最大迭代次数设置为10。
考察的是码长为1024，码率为0.5的级联码性能。如图2所示，我们列出了所提设计方案下的级联码与现有极化码译码算法的译码性能比较。在图2中，所提设计方案下的级联码译码性能要好过现有最新的极化码软入软出(SISO)译码算法，并且性能超过CA-SCL(L＝6)时的译码性能。特别指出的是，在与SCL(L＝32)时比较时，所提设计方案下的级联码的译码性能在BLER＝10-6时要好过SCL译码算法0.8dB。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (9)

1.一种基于右向信息处理的极化码译码方法，其特征在于，将极化码BP译码器信源端的右向信息处理与级联极化码的码设计相结合，包括以下步骤：
初始化卷积码译码器和极化码译码器的先验信息并设置右向信息处理的阈值和迭代次数；
将信道输出的信息向量经软解调后送入卷积码译码器译码，得到卷积译码外信息；
将卷积译码外信息送入交织器，得到交织后信息；
将交织后信息送入极化码译码器进行BP译码直至极化码信息序列通过CRC校验，输出判决码字，完成译码。
2.根据权利要求1所述一种基于右向信息处理的极化码译码方法，其特征在于，还包括对极化码译码器信源端的右向信息赋值，具体包括：
判断到极化码信息序列迭代至最大迭代次数依然没有通过CRC校验，进行分段右向信息处理并重新CRC校验，输出译码信息序列。
3.根据权利要求2所述一种基于右向信息处理的极化码译码方法，其特征在于，所述将交织后信息送入极化码译码器进行BP译码直至极化码信息序列通过CRC校验，输出判决码字，完成译码这一步骤，其具体还包括：
将交织后信息送入极化码译码器进行BP译码并在判断到完成一次迭代译码后进行分段CRC校验；
循环迭代译码直至极化码信息序列的所有子段通过CRC校验或达到最大迭代次数，完成译码。
4.根据权利要求3所述一种基于右向信息处理的极化码译码方法，其特征在于，所述循环迭代译码直至极化码信息序列的所有子段通过CRC校验或达到最大迭代次数，完成译码这一步骤，具体包括：
判断到极化码信息序列的所有子段没有通过CRC校验，继续迭代译码直至迭代至最大迭代次数；
判断到极化码信息序列的所有子段都通过CRC校验，停止迭代并输出判决码字，完成译码。
5.根据权利要求4所述一种基于右向信息处理的极化码译码方法，其特征在于，所述初始化卷积码译码器和极化码译码器的先验信息并设置右向信息处理的阈值和迭代次数这一步骤，其具体包括：
将卷积码译码器先验信息和极化码译码器的先验信息设置为0；
按预设规则对右向信息处理的阈值和最大迭代次数进行设置。
6.根据权利要求5所述一种基于右向信息处理的极化码译码方法，其特征在于，所述送入卷积码译码器译码具体为采用卷积码BCJR进行译码。
7.根据权利要求6所述一种基于右向信息处理的极化码译码方法，其特征在于，所述判断到极化码信息序列迭代至最大迭代次数依然没有通过CRC校验，进行分段右向信息处理并重新CRC校验，输出译码信息序列这一步骤，其具体包括：
判断到极化码信息序列的全部子段在最大迭代次数时依然没有通过CRC校验；
对该极化码通过CRC校验的子段译码序列的右向信息进行设置；
根据判决似然信息的绝对值大小对该极化码没有通过CRC校验的子段译码序列的右向信息处理的阈值进行设置；
获取极化码译码器的因子图并在因子图中进行BP译码；
判断到完成一次迭代译码后，对信息序列进行CRC校验；
循环CRC校验步骤直至信息序列的全部子段通过CRC校验或迭代次数达到最大值，输出译码信息序列。
8.根据权利要求7所述一种基于右向信息处理的极化码译码方法，其特征在于，所述获取极化码译码器的因子图还包括对极化码译码器中因子图中除第一层与最后一层外其余层的节点信息清零。
9.一种基于右向信息处理的极化码译码方法实现装置，其特征在于，包括：
至少一个处理器；
至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现如权利要求1-8任一项所述一种基于右向信息处理的极化码译码方法。
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