CN112803954A - 一种基于CRC分段处理的改进BP List译码算法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于CRC分段处理的改进BP List译码算法,步骤1:将信息序列进行分段并进行编码;步骤2:将编码序列进行处理并进行译码,每次迭代都进行校验,如果所有分段通过检验,则停止迭代,输出判决码字;步骤3:对各译码器的结果进行处理;步骤四:对各译码器未通过校验的分段进行处理;步骤5:将处理好的信息序列在因子图上处理;步骤6:清除因子图上的信息;步骤7:再次在各因子图中进行译码并执行步骤2操作,同时选择3个译码器分别对其进行操作;步骤8:若未达到最大迭代次数,则返回步骤2,迭代次数达到最大迭代次数时,输出译码信息序列。本发明能在最大限度地保留BP List译码并行特性的同时缩小CA‑SCL译码算法的性能差距。
Description
技术领域
本发明涉及电子信息领域,特别涉及一种基于CRC分段处理的改进BP List译码算法。
背景技术
在极化码译码算法中,以置信传播(Belief Propagation,BP)译码算法有着并行性、软入软出(SISO)的特点,对硬件设计更为友好因而获得了许多关注。但BP译码算法性能太不理想,因此,许多衍生译码相继被提出。其中最具影响的是,对BP译码做列表处理的BPList译码算法,以及对信息比特的右向信息进行处理的BP Flip及其Bit Strengthen译码算法。
BP List译码算法,BP List是在BP译码的基础之上,通过选择不同的置换因子图同时进行BP译码计算,即以增加空间复杂度为代价,在保证并行特性的同时提高其译码性能;Bit Strengthen译码算法,该算法通过G矩阵的判决方式,对因子图中的节点由右向左进行判决,从而取得了在中长码下接近SCL译码算法的译码性能。虽然BP List在同等数目列表的条件下与SCL译码性能相近,但与CA-SCL译码相比性能差距较大。与此同时,为更进一步提升其性能,一种基于CRC辅助的BP List译码算法被提出[4],该算法主要利用了CRC码生成多项式的网格图以及CRC码校验矩阵的唐纳图,在短码条件下在信噪比增高时取得了与CA-SCL相近的译码性能,但由于BP List译码算法主要适用于中长码且该算法在中低信噪比离CA-SCL译码算法仍然有不小的性能差距。而前面提到的Bit-Strengthen译码算法虽然在信息比特的右向信息处理方面取得了不错的成效,但译码性能尚不及CRC辅助的BPList译码算法。同时由于其判决正确信息比特的方式十分依赖于生成矩阵的嵌套特性,而BP List译码所基于置换子图的概念即对生成矩阵的列交换使得该嵌套特性被打破,这就使得该算法对正确信息比特的筛选策略无法适用于BP List译码。因此,需要设计一种新的筛选策略和对信息比特的右向信息处理的新方法来进一步的去提升BP List译码算法的性能。
专利号201911410856.5的专利说明书公开了一种改进的极化码BP List译码方法,该方法根据因子图错误概率的方法,选择因子图集合,获得因子图集合后将起按顺序从因子图集合中选择一个因子图进行BP译码;如果译码正确,则结束译码,否则,判断是否为最后一个因子图,判断为最后一个因子图则结束译码,判断不是为最后一个因子图,则根据当前的因子图中结果译码,选择x端重可靠性最低的两个位置,选择不可靠位置,更新信道初始信息,从而实现BP译码的性能与CASCL接近的性能,降低算法的延时,满足延时的要求。此方法主要针通过并行性的实现从而减少译码的时延,并未涉及对信息序列的分段处理以及对正确信息比特的筛选策略。
发明内容
本发明提供一种基于CRC分段处理的改进BP List译码算法,该方法对BP List算法进行CRC分段处理,用于进一步提升BP List译码算法的性能,在最大限度地保留BP List译码并行特性的同时缩小CA-SCL译码算法的性能差距。
为实现以上发明目的,而采用的技术手段是:
一种基于CRC分段处理的改进BP List译码算法,包括以下步骤:
步骤1:将信息序列进行分段,并将各段信息序列进行编码;
步骤2:将编码后的序列进行处理并通过译码器进行译码,每迭代一次后分段进行校验,如果所有分段能够通过检验,则停止迭代,输出判决码字;
步骤3:若在最大迭代次数后有分段未通过校验,则对各译码器的结果进行处理;
步骤4:对各译码器中未通过校验的分段进行处理;
步骤5:将处理好的分段信息序列在因子图上处理;
步骤6:清除因子图上的信息;
步骤7:再次在各因子图中进行译码并执行步骤2操作,同时选择3个译码器分别对其进行操作;
步骤8:若码间迭代次数小于设置的最大迭代次数时,则继续执行步骤2,当迭代次数,达到最大迭代次数时,输出译码信息序列。
进一步地,所述的步骤1中的信息序列分段根据极化程度进行分段
进一步地,所述步骤1中的信息编码采用CRC进行编码。
进一步地,所述步骤1的具体过程为:对信息序列根据极化程度进行分段,并将分好的各段进行CRC编码之后作为极化码的信息比特进行极化编码。
进一步地,所述步骤2中的译码器是BP List译码器;所述步骤2中的分段检验采用CRC检验;所述的步骤2的具体过程为:将信道输入信息经软解调后送入BP List译码器内对其进行译码,每迭代一次后分段进行CRC校验,如果所有分段能通过CRC检验,则停止迭代,输出判决码字。
进一步地,所述步骤3中的译码器是BP List译码器;所述步骤3中的分段检验采用CRC检验;所述的步骤3的具体过程为:若在最大迭代次数后有字段未通过CRC检验,则对各BP译码器的结果进行处理。
进一步地,所述步骤4中的校验采用CRC校验;所述步骤4中的分段处理采用右向信息处理;所述步骤4的具体过程为:对于各译码器中未通过CRC校验的子段分别对其进行右向信息处理,即按照以下公式对各子段中的信息比特左向信息进行可靠度排序后再进行右向信息的赋值,其中,公式为:
其中,order表示经过排序后位置索引,C为常数,大小等于子段长度。
进一步地,所述步骤5的具体过程为:在因子图中的信道端节点直接将左向信息与右向信息之和赋予左向信息。
进一步地,所述步骤6中因子表的信息包括除信源端和信道端之外的所有节点信息。
进一步地,所述步骤7中所述的同时选择3个译码器分别对其进行操作分别为:三个译码器分别翻转1位比特,2位比特和3位比特。
与现有技术相比,本发明技术方案的有益效果是:
(1)提出了一种基于分段处理的极化码BP List改进译码方法,将极化码信息序列分段添加CRC码保护。结合极化码的极化特性,设计了更加符合极化码特征的分段方式,该分段方式能够最大限度的保证译码结果中的码字正确部分的最大化。
(2)对各分段序列依据其是否通过CRC校验的结果进行不同的处理,特别是在对没有通过CRC校验的子段序列的右向信息处理上,所提算法有效的利用了原判决结果的似然值,在保证计算复杂度没有显著升高的同时处理方式更为有效。
(3)在BP译码算法中对译码器信道端的输入信息与信源端先验信息同时进行处理,提升译码器输入信息可靠度的同时使得性能得以提升。
附图说明
图1为本发明的Polar码改进BP List译码方法流程图;
图2为本发明的BP List译码算法CRC分段设计图;
图3为本发明的排序后的信息比特索引与错误概率间的关系图;
图4为本发明的(1024,512)极化码BLER性能比较图;
图5为本发明的(2048,1024)极化码BLER性能比较图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制;
为了更好说明本实施例,附图某些部件会有省略、放大或缩小,并不代表实际产品的尺寸;
对于本领域技术人员来说,附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施案例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
如图1所示,一种基于CRC分段处理的改进BP List译码算法,其具体过程是:
步骤1:将信息序列进行分段,并将各段信息序列进行编码;
步骤2:将编码后的序列进行处理并通过译码器进行译码,每迭代一次后分段进行校验,如果所有分段能够通过检验,则停止迭代,输出判决码字;
步骤3:若在最大迭代次数后有分段未通过校验,则对各译码器的结果进行处理;
步骤4:对各译码器中未通过校验的分段进行处理;
步骤5:将处理好的分段信息序列在因子图上处理;
步骤6:清除因子图上的信息;
步骤7:再次在各因子图中进行译码并执行步骤2操作,同时选择3个译码器分别对其进行操作;
步骤8:若码间迭代次数小于设置的最大迭代次数时,则继续执行步骤2,当迭代次数,达到最大迭代次数时,输出译码信息序列。
同时,如图2所示,所述的步骤1中的信息序列分段根据极化程度进行分段,其具体的过程为:对信息序列中根据其各个比特信道的极化程度进行了分段,并且结合了均匀分段与非均匀分段。对于极化程度较好,极化充分的部分,使用了均匀分段,而对于极化程度不充分的那部分,则使用了非均匀分段。
同时,所述步骤1中的信息编码采用CRC进行编码。
同时,所述步骤1的具体过程为:对信息序列根据极化程度进行分段,并将分好的各段进行CRC编码之后作为极化码的信息比特进行极化编码。
同时,所述步骤2中的译码器是BP List译码器;所述步骤2中的分段检验采用CRC检验;所述的步骤2的具体过程为:将信道输入信息经软解调后送入BP List译码器内对其进行译码,每迭代一次后分段进行CRC校验,如果所有分段能通过CRC检验,则停止迭代,输出判决码字。
同时,所述步骤3中的译码器是BP List译码器;所述步骤3中的分段检验采用CRC检验;所述的步骤3的具体过程为:若在最大迭代次数后有字段未通过CRC检验,则对各BP译码器的结果进行处理。
同时,如图3所示,所述步骤4中的校验采用CRC校验;所述步骤4中的分段处理采用右向信息处理;所述步骤4的具体过程为:对于各译码器中未通过CRC校验的子段分别对其进行右向信息处理,即按照以下公式对各子段中的信息比特左向信息进行可靠度排序后再进行右向信息的赋值,其中,公式为:
其中,order表示经过排序后位置索引,C为常数,大小等于子段长度。
同时,所述步骤5的具体过程为:在因子图中的信道端节点直接将左向信息与右向信息之和赋予左向信息。
同时,所述步骤6中因子表的信息包括除信源端和信道端之外的所有节点信息。
同时,所述步骤7中所述的同时选择3个译码器分别对其进行操作分别为:三个译码器分别翻转1位比特,2位比特和3位比特。
为了进一步验证本发明所提方法的有效性,下面结合本发明所提方法的具体应用效果来说明。在具体实施时,利用本发明所提的方法在不同码长下与现有技术中其他译码算法在AWGN信道下的性能比较结果如图4和图5所示,其中,调制方式为BPSK。首先在码长为1024,码率为1/2的极化码下,选用CRC-4作为分段校验码,分段数目为8,其中均匀分段数目为5,非均匀分段数目为3,均匀分段中子段的长度为68,非均匀分段中子段的长度分别为96、72和56。故内码码率为(512+32)/1024=0.53125,总码率为512/1024=0.5。参见图4,图4展示了所提译码算法与其他各极化码译码算法的性能比较,如图4所示,所提译码算法要远好于最新的BP Flip译码算法,并且在BLER=10-5处,所提译码算法较最新的CRC辅助BPList译码算法(这里选用了基于CRC校验矩阵的和积译码算法)将近有0.25dB左右的性能增益。参见图5,图5展示了所提算法码长为2048,码率0.5条件下与极化码各主要译码算法的性能比较。如图5所示,所提译码算法依然要好于最新的CRC辅助BP List译码算法。同时,所提译码算法性能也非常接近CA-SCL译码算法,但与CA-SCL的串行译码相比,所提算法所基于BP List的并行特性,尤其是当所译码长为中长码时,则在时延方面要小很多,因此在实际应用上更具吸引力。
附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制;
显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于CRC分段处理的改进BP List译码算法,其特征在于,包括如下步骤:
S1:将信息序列进行分段,并将各段信息序列进行编码;
S2:将编码后的序列进行处理并通过译码器进行译码,每迭代一次后分段进行校验,如果所有分段能够通过检验,则停止迭代,输出判决码字;
S3:若在最大迭代次数后有分段未通过校验,则对各译码器的结果进行处理;
S4:对各译码器中未通过校验的分段进行处理;
S5:将处理好的分段信息序列在因子图上处理;
S6:清除因子图上的信息;
S7:再次在各因子图中进行译码并执行步骤S2操作,同时选择3个译码器分别对其进行操作;
S8:若码间迭代次数小于设置的最大迭代次数时,则继续执行步骤S2,当迭代次数,达到最大迭代次数时,输出译码信息序列。
2.根据权利要求1所述的基于CRC分段处理的改进BP List译码算法,其特征在于,所述的步骤S1中的信息序列分段根据极化程度进行分段。
3.根据权利要求1所述的基于CRC分段处理的改进BP List译码算法,其特征在于,所述步骤S1中的信息编码采用CRC进行编码。
4.根据权利要求1、2、3所述的基于CRC分段处理的改进BP List译码算法,其特征在于,所述步骤S1的具体过程为:对信息序列根据极化程度进行分段,并将分好的各段进行CRC编码之后作为极化码的信息比特进行极化编码。
5.根据权利要求1所述的基于CRC分段处理的改进BP List译码算法,其特征在于,所述步骤S2中的译码器是BP List译码器;所述步骤S2中的分段检验采用CRC检验;所述的步骤S2的具体过程为:将信道输入信息经软解调后送入BP List译码器内对其进行译码,每迭代一次后分段进行CRC校验,如果所有分段能通过CRC检验,则停止迭代,输出判决码字。
6.根据权利要求1所述的基于CRC分段处理的改进BP List译码算法,其特征在于,所述步骤S3中的译码器是BP List译码器;所述步骤S3中的分段检验采用CRC检验;所述的步骤S3的具体过程为:若在最大迭代次数后有字段未通过CRC检验,则对各BP译码器的结果进行处理。
8.根据权利要求1所述的基于CRC分段处理的改进BP List译码算法,其特征在于,所述步骤S5的具体过程为:在因子图中的信道端节点直接将左向信息与右向信息之和赋予左向信息。
9.根据权利要求1所述的基于CRC分段处理的改进BP List译码算法,其特征在于,所述步骤S6中因子表的信息包括除信源端和信道端之外的所有节点信息。
10.根据权利要求1所述的基于CRC分段处理的改进BP List译码算法,其特征在于,所述步骤S7中所述的同时选择3个译码器分别对其进行操作分别为:三个译码器分别翻转1位比特,2位比特和3位比特。
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