一种极化码的获取方法及获取系统与流程

1.本技术涉及计算机应用技术领域，更具体地说，涉及一种极化码的获取方法及获取系统。


背景技术：

2.极化(polar)码是指利用信道联合(channel combination)与信道分裂 (channel splitting)的过程来选择具体的编码方案的技术。2008年，erdalarikan在国际信息论isit会议上首次提出了信道极化(channel polarization) 的概念，极化码具有确定性的构造方法，并且是已知的唯一的一种能够被严格证明“达到”信道容量的信道编码方法。
3.如何优化获得的极化码的误码率等参数成为相关研究人员的研究方向之一。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本技术提供了一种极化码的获取方法及获取系统，以实现优化获得的极化码的目的。
5.为实现上述技术目的，本技术实施例提供了如下技术方案：
6.一种极化码的获取方法，包括：
7.获取信道建模参数；
8.根据所述信道建模参数进行信道建模，以获得信道模型；
9.根据所述信道模型使用蒙特卡洛方法进行极化码构造，以获得随机极化码码字；
10.利用所述随机极化码码字进行多次迭代，并记录迭代过程中的误码数据，在迭代结束后，根据所述误码数据确定极化码构造。
11.可选的，所述获取信道建模参数包括：
12.获取预设存储器的擦写次数、各个数据保持时间下的误码率、所述预设存储器的页面类型和初始误码，所述初始误码为利用初始电压读取所述预设存储器产生的误码。
13.可选的，所述根据所述信道建模参数进行信道建模，以获得信道模型包括：
14.根据所述预设存储器的擦写次数、所述预设存储器的页面类型、所述初始误码和信道非对称性确定当前页面类型的信道转移概率。
15.可选的，所述根据所述信道模型使用蒙特卡洛方法进行极化码构造，以获得随机极化码码字包括：
16.产生符合当前页面类型的信道转移概率的噪声；
17.将所述噪声叠加在预设的初始极化码码字上，以获得所述随机极化码码字。
18.可选的，所述利用所述随机极化码码字进行多次迭代，并记录迭代过程中的误码数据，在迭代结束后，根据所述误码数据确定极化码构造包括：
19.将所述随机极化码码字，通过所述信道模型，以获得码字序列；
20.对所述码字序列进行译码，当译码成功时，记录所述信道建模参数中的初始误码作为本次迭代的误码数据，判断当前迭代次数是否达到预设迭代次数，如果是，则根据所述
误码数据确定极化码构造，如果否，则迭代次数加1，并返回根据所述信道模型使用蒙特卡洛方法进行极化码构造，以获得随机极化码码字的步骤；
21.当译码失败时，将所述初始误码以及初始误码率作为所述误码数据，所述初始误码率为利用初始电压读取所述预设存储器产生的误码率，判断当前迭代次数是否达到预设迭代次数，如果是，则根据所述误码数据确定极化码构造，如果否，则迭代次数加1，并返回根据所述信道模型使用蒙特卡洛方法进行极化码构造，以获得随机极化码码字的步骤。
22.一种极化码的获取系统，包括：
23.参数获取模块，用于获取信道建模参数；
24.信道建立模块，用于根据所述信道建模参数进行信道建模，以获得信道模型；
25.极化码构造模块，用于根据所述信道模型使用蒙特卡洛方法进行极化码构造，以获得随机极化码码字；
26.迭代模块，用于利用所述随机极化码码字进行多次迭代，并记录迭代过程中的误码数据，在迭代结束后，根据所述误码数据确定极化码构造。
27.可选的，所述参数获取模块具体用于，获取预设存储器的擦写次数、各个数据保持时间下的误码率、所述预设存储器的页面类型和初始误码，所述初始误码为利用初始电压读取所述预设存储器产生的误码。
28.可选的，所述信道建立模块具体用于，根据所述预设存储器的擦写次数、所述预设存储器的页面类型、所述初始误码和信道非对称性确定当前页面类型的信道转移概率。
29.可选的，所述极化码构造模块包括：
30.噪声产生模块，用于产生符合当前页面类型的信道转移概率的噪声；
31.噪声叠加模块，用于将所述噪声叠加在预设的初始极化码码字上，以获得所述随机极化码码字。
32.可选的，所述迭代模块具体用于，将所述随机极化码码字，通过所述信道模型，以获得码字序列；
33.对所述码字序列进行译码，当译码成功时，记录所述信道建模参数中的初始误码作为本次迭代的误码数据，判断当前迭代次数是否达到预设迭代次数，如果是，则根据所述误码数据确定极化码构造，如果否，则迭代次数加1，并返回根据所述信道模型使用蒙特卡洛方法进行极化码构造，以获得随机极化码码字的步骤；
34.当译码失败时，将所述初始误码以及初始误码率作为所述误码数据，所述初始误码率为利用初始电压读取所述预设存储器产生的误码率，判断当前迭代次数是否达到预设迭代次数，如果是，则根据所述误码数据确定极化码构造，如果否，则迭代次数加1，并返回触发所述极化码构造模块。
35.从上述技术方案可以看出，本技术实施例提供了一种极化码的获取方法及获取系统，其中，所述极化码的获取方法在根据获取的信道建模参数建立了信道模型之后，根据所述信道模型使用蒙特卡洛方法进行极化码构造，以获得随机极化码码字，最后利用所述随机极化码码字进行多次迭代，并记录迭代过程中的误码数据，在迭代结束后，根据所述误码数据确定误码率最小的极化码构造，实现优化获得的极化码的目的。
附图说明
36.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
37.图1为现有技术中的极化码的获取方法的流程示意图；
38.图2为本技术的一个实施例提供的一种极化码的获取方法的流程示意图；
39.图3本技术的另一个实施例提供的一种极化码的获取方法的流程示意图；
40.图4为本技术的一个实施例提供的在使用初始电压读取预设存储器产生的上述信道建模参数后，使用信道建模参数进行模型拟合得到了各个页面类型在预设存储器数据保持的时间上产生的误码示意图；
41.图5为本技术的又一个实施例提供的一种极化码的获取方法的流程示意图；
42.图6为本技术的再一个实施例提供的一种极化码的获取方法的流程示意图；
43.图7为本技术的一个可选实施例提供的一种极化码的获取方法的流程示意图。
具体实施方式
44.现有技术中的极化码的获取方法大体包括基于信道容量的获取方法、基于巴氏系数的获取方法以及基于最大似然判错概率的获取方法，这些方法的编译码流程参考图1，主要包括根据信道信噪比构造极化码、使用固定极化码编码数据、信道传输和使用固定极化码译码码字，这些方法都是固定的信道选择方法，并没有结合信道特性做优化，获得的极化码的各项参数难以满足特定环境的要求。
45.为了解决这一问题，本技术实施例提供了一种极化码的获取方法，所述极化码的获取方法在根据获取的信道建模参数建立了信道模型之后，根据所述信道模型使用蒙特卡洛方法进行极化码构造，以获得随机极化码码字，最后利用所述随机极化码码字进行多次迭代，并记录迭代过程中的误码数据，在迭代结束后，根据所述误码数据确定误码率最小的极化码构造，实现优化获得的极化码的目的。
46.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
47.本技术实施例提供了一种极化码的获取方法，如图2所示，包括：
48.s101：获取信道建模参数；
49.s102：根据所述信道建模参数进行信道建模，以获得信道模型；
50.s103：根据所述信道模型使用蒙特卡洛方法进行极化码构造，以获得随机极化码码字；
51.s104：利用所述随机极化码码字进行多次迭代，并记录迭代过程中的误码数据，在迭代结束后，根据所述误码数据确定极化码构造。
52.极化码是一种可达信道容量的编码，在极化码的构造中存在根据不同的信噪比更新极化码构造的数学方法。在nand flash等存储器中，由于不同擦写(program/erase，pe)
次数下没有明确的信噪比可供参考，因此本技术实施例提出了使用蒙特卡洛方法建模特定的信道模型，然后基于该信道模型进行极化码信道筛选。
53.蒙特卡洛法的基本思想是：建立一个概率模型或随机过程，使它的参数或数字特征等于问题的解：然后通过对模型或过程的观察或抽样试验来计算这些参数或数字特征，最后给出所求解的近似值。
54.基于这一思想，下面对本技术实施例提供的极化码的获取方法的各个步骤的可行执行过程进行描述。
55.可选的，在本技术的一个实施例中，如图3所示，所述获取信道建模参数包括：
56.s1011：获取预设存储器的擦写次数、各个数据保持时间下的误码率、所述预设存储器的页面类型和初始误码，所述初始误码为利用初始电压读取所述预设存储器产生的误码。
57.可选的，所述预设存储器包括但不限于nand flash存储器。进一步的，所述初始误码为利用初始电压在任意时刻读取所述预设存储器产生的误码。相应的，初始误码率(raw bit error rate，rber)为利用初始电压在任意时刻读取所述预设存储器产生的误码率。
58.所述预设存储器的页面(page)类型包括但不限于lowpage、middle page 和upper page。使用初始电压读取预设存储器产生的上述信道建模参数后，使用上述信道建模参数进行模型拟合得到了各个页面类型在预设存储器数据保持的时间(retention时间，即数据存入所述预设存储器到读出所经历的时间) 上产生的误码分别如图4中的(a)、(b)、(c)和(d)所示，其中，图4 (a)表示页面类型为lowpage的页面在预设存储器数据保持的时间上产生的误码(low page error)，图4(b)表示页面类型为middle page的页面在预设存储器数据保持的时间上产生的误码(middle page error)，图4(c)表示页面类型为upperpage的页面在预设存储器数据保持的时间上产生的误码(upperpage error)，图4(d)表示所有页面0110误码曲线(allpage 0110 error curve)。在图4中，横坐标均为时间(time)，单位为分钟(min)，纵坐标均为初始误码率(rber)，图4中的不同曲线分别为当擦写次数(pe)为0k、1k、2k和 3k时获得的实验数据(experimental data)绘制的曲线。
59.其中，0110误码是指预设存储器的信道错误分为0到1错误和1到0错误。
60.相应的，在本技术的另一个实施例中，如图5所示，所述根据所述信道建模参数进行信道建模，以获得信道模型包括：
61.s1021：根据所述预设存储器的擦写次数、所述预设存储器的页面类型、所述初始误码和信道非对称性确定当前页面类型的信道转移概率。
62.其中，信道非对称性是指：预设存储器的信道错误分为0到1错误(简称为01错误)和1到0错误(简称为10错误)，其中01和10错误出现并不是均匀的，我们统计了01，10错误出现的频率，发现他们有k倍关系，所以我们用总错误除以k 1得到01错误，然后01错误乘k得到10错误。
63.可选的，在本技术的又一个实施例中，如图6所示，所述根据所述信道模型使用蒙特卡洛方法进行极化码构造，以获得随机极化码码字包括：
64.s1031：产生符合当前页面类型的信道转移概率的噪声；
65.s1032：将所述噪声叠加在预设的初始极化码码字上，以获得所述随机极化码码字。
66.可选的，在本技术的再一个实施例中，参考图7，所述利用所述随机极化码码字进行多次迭代，并记录迭代过程中的误码数据，在迭代结束后，根据所述误码数据确定极化码构造包括：
67.s1041：将所述随机极化码码字，通过所述信道模型，以获得码字序列；
68.s1042：对所述码字序列进行译码，当译码成功时，记录所述信道建模参数中的初始误码作为本次迭代的误码数据，判断当前迭代次数是否达到预设迭代次数，如果是，则根据所述误码数据确定极化码构造，如果否，则迭代次数加1，并返回根据所述信道模型使用蒙特卡洛方法进行极化码构造，以获得随机极化码码字的步骤；
69.当译码失败时，将所述初始误码以及初始误码率作为所述误码数据，所述初始误码率为利用初始电压读取所述预设存储器产生的误码率，判断当前迭代次数是否达到预设迭代次数，如果是，则根据所述误码数据确定极化码构造，如果否，则迭代次数加1，并返回根据所述信道模型使用蒙特卡洛方法进行极化码构造，以获得随机极化码码字的步骤。
70.关于所述预设迭代次数，通过分别测试1
×
103次，1
×
104次，1
×
105次以及1
×
106次产生的对应的误码率，我们发现在所述预设迭代次数大于或等于1
×
105次时产生的误码率已经几乎没有区别，因此，综合考虑方法效果以及计算资源的优化，在本技术的一个可选实施例中，我们将所述预设迭代次数确定为1
×
105次。
71.本技术的一个具体实施例将本技术实施例提供的极化码的获取方法与传统的几种极化码获取方法进行对比实验，以验证本技术实施例提供的极化码的获取方法的更优效果。
72.参考图7，图7示出了固定snr选择方法(rber2.5snr和rber6snr，分别为snr为2.5和6时对应的曲线)、巴氏系数选择法(rberz)以及本技术实施例提供的极化码的获取方法(rbermc)对应的译码效果曲线，图7中的横坐标为周期(week)，纵坐标为误码率(rber)。
73.从图7中不难看出，本技术实施例提供的极化码的获取方法的译码效果有着明显的提升。
74.对于极化码编码译码方案，可选的，编码过程可以包括：
75.输入：信息比特a，待编程块号b；
76.输出：极化码码字；
77.1、当写请求到来时查看写请求要编程的逻辑块号的当前pe次数；
78.2、从查找表中找到当前pe次数对应的最佳极化码构造；
79.3、根据极化码构造将a编码成码字c写入预设存储器。
80.译码过程包括：
81.输入：极化码码字c，待读取块号b；
82.输出：信息比特a；
83.1、当读请求到来时根据要读取的待编程块(block)的擦写次数(pe)选择译码时的冻结比特位置进行译码；
84.2、译码完成返回信息比特a。
85.下面对本技术实施例提供的极化码的获取系统进行描述，下文描述的极化码的获取系统可与上文描述的极化码的获取方法相互对应参照。
86.相应的，本技术实施例提供了一种极化码的获取系统，包括：
87.参数获取模块，用于获取信道建模参数；
88.信道建立模块，用于根据所述信道建模参数进行信道建模，以获得信道模型；
89.极化码构造模块，用于根据所述信道模型使用蒙特卡洛方法进行极化码构造，以获得随机极化码码字；
90.迭代模块，用于利用所述随机极化码码字进行多次迭代，并记录迭代过程中的误码数据，在迭代结束后，根据所述误码数据确定极化码构造。
91.可选的，所述参数获取模块具体用于，获取预设存储器的擦写次数、各个数据保持时间下的误码率、所述预设存储器的页面类型和初始误码，所述初始误码为利用初始电压读取所述预设存储器产生的误码。
92.可选的，所述信道建立模块具体用于，根据所述预设存储器的擦写次数、所述预设存储器的页面类型、所述初始误码和信道非对称性确定当前页面类型的信道转移概率。
93.可选的，所述极化码构造模块包括：
94.噪声产生模块，用于产生符合当前页面类型的信道转移概率的噪声；
95.噪声叠加模块，用于将所述噪声叠加在预设的初始极化码码字上，以获得所述随机极化码码字。
96.可选的，所述迭代模块具体用于，将所述随机极化码码字，通过所述信道模型，以获得码字序列；
97.对所述码字序列进行译码，当译码成功时，记录所述信道建模参数中的初始误码作为本次迭代的误码数据，判断当前迭代次数是否达到预设迭代次数，如果是，则根据所述误码数据确定极化码构造，如果否，则迭代次数加1，并返回根据所述信道模型使用蒙特卡洛方法进行极化码构造，以获得随机极化码码字的步骤；
98.当译码失败时，将所述初始误码以及初始误码率作为所述误码数据，所述初始误码率为利用初始电压读取所述预设存储器产生的误码率，判断当前迭代次数是否达到预设迭代次数，如果是，则根据所述误码数据确定极化码构造，如果否，则迭代次数加1，并返回触发所述极化码构造模块。
99.综上所述，本技术实施例提供了一种极化码的获取方法及获取系统，其中，所述极化码的获取方法在根据获取的信道建模参数建立了信道模型之后，根据所述信道模型使用蒙特卡洛方法进行极化码构造，以获得随机极化码码字，最后利用所述随机极化码码字进行多次迭代，并记录迭代过程中的误码数据，在迭代结束后，根据所述误码数据确定误码率最小的极化码构造，实现优化获得的极化码的目的。
100.本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
101.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。