一种基于SCL译码算法的局部贪心搜索极化码构造方法与流程

一种基于scl译码算法的局部贪心搜索极化码构造方法
技术领域
1.本发明属于极化码构造技术领域，特别是适用于scl译码算法的极化码构造方法。


背景技术：

2.传统的极化码构造方法一般以sc译码算法为优化目标，期望构造出一个在 sc译码器情况下性能最优的极化码。sc译码算法是一种贪心算法，采用在每一个局部的译码采取顺llr极性的判决方法，如果某一个信息比特判决错误了，则整个译码就是失败的。各种经典的构造方法计算出来的极化信道的可靠度，可以用如下的方式来理解：极化信道的可靠度表征的是，在sc译码器中当前所译的信息比特之前的所有信息比特按照顺llr极性做出判决且为正确的前提下，当前所译信息比特也按照顺llr极性做出的判决为正确的可能性。然而， scl译码算法在译码方式上与sc译码器有着本质的不同，在scl译码算法下得到的一个正确码字，有可能存在一部分信息比特是逆llr极性做出判决而得到的，而在sc译码器中不存在这样的情况。因此，采用scl译码的前提条件下，传统方法计算出来的极化信道的可靠度作为冻结比特与信息比特选取的依据，这种极化码构造方法不是最优的。


技术实现要素：

3.本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于scl译码算法的局部贪心搜索极化码构造方法，解决了现有技术中极化码构造方法scl 译码性能差且构造复杂度高的不足。
4.本发明的技术方案是：一种基于scl译码算法的局部贪心搜索极化码构造方法，包括：
5.1)给定初始约束条件；
6.2)计算得到所有极化信道的可靠度，并按可靠度从高到底进行排序；
7.3)在可靠的极化信道中放置信息比特，在不可靠的极化信道中放置冻结比特；
8.4)在剩余的信道位置逐一地放置剩余的一个信息比特，然后进行译码，并逐一地记录下信息比特放置在各个位置的误码率；
9.5)在误码率中找到最小值所对应的位置，作为所述步骤4)中的信息比特应该放置的位置，并放置该信息比特；
10.6)重复步骤4)-5)，完成构造选取过程。
11.所述给定初始约束条件包括：码长为n，信息比特个数为k，scl译码算法的列表大小l；待进行局部贪心搜索的信息比特个数为m，其中m《k，搜索空间大小为s，其中s》m。
12.所述计算得到所有极化信道的可靠度，并按可靠度从高到低进行排序包括：计算出所有n个极化信道的可靠度，并按可靠度从高到底进行排序，得到排序后的极化信道索引排列为idx0,idx1,
…
,idx
k-m
,
…
,idx
k-m s
,
…
,idx
n-1
,idxn,0≤n≤n-1,表示排在第n个可靠度的极化信道标号。
13.利用极化码构造方法计算得到所有n个极化信道的可靠度。
14.在可靠的极化信道中放置信息比特，在不可靠的极化信道中放置冻结比特包括：在最可靠的k-m个极化信道，即idx0,idx1,
…
,idx
k-m-1
中放置信息比特，在最不可靠的n-k m-s个极化信道，即idx
k-m s
,
…
,idx
n-1
中放置冻结比特；此时剩余 m个信息比特的位置尚未确定，有s个可选位置；令j＝0，j表示剩余m个信息比特中已确定位置的个数。
15.在剩余的信道位置逐一地放置剩余的一个信息比特，然后进行译码，并逐一地记录下信息比特放置在各个位置的误码率包括：在剩余的s个可选的位置逐一地放置剩余的一个信息比特，然后用scl译码算法进行译码，并逐一地记录下信息比特放置在各个位置的误码率e0,
…
,e
s-1
。
16.所述重复步骤4)-5)，完成构造选取过程包括：令j的值增加1，s的值减少1；如果j《m，则返回步骤4)；否则结束构造选取过程。
17.本发明的有益效果是：本发明首先采用传统构造方法计算出所有极化信道的可靠度，排除掉一些十分可靠的信道放置一部分信息比特和一些彻底不可靠的信道放置冻结比特，在剩余的未充分极化信道中，通过局部贪心搜索的方法逐一地确定能使scl译码性能最优的信息比特位置。随着待放置信息比特和未充分极化信道均逐个减少，算法复杂度将急剧降低。因此本发明的这种局部贪心搜索法不仅可克服极化码码长较大时穷举搜索复杂度过高问题，而且可构造出比传统方法误码率性能更好的极化码。
附图说明
18.图1是现有构造方法的码长n＝1024时的信道极化现象示意图；
19.图2是本发明的流程图；
20.图3是本发明提供的码长n＝256,码率r＝1/2的极化码性能示意图；
21.图4是本发明提供的码长n＝128,码率r＝1/2的极化码性能示意图。
具体实施方式
22.给出了采用传统的方法构造的一个长度n＝1024的极化码的信道极化现象。对于充分极化的那一部分信道，即图中对称信道容量趋近于1的信道(完美信道)和对称信道容量趋近于0的信道(完全噪声信道)，传统的极化码构造方法对于这两部分信道质量的计算都是很准确的。然而对于那些信道极化不充分的信道，即图1中对称信道容量位于中间部分的那些信道，各种传统的极化码构造方法均难以非常准确对其可靠度进行计算。因此，对这些未充分极化的信道，如何合理的放置信息比特和冻结比特，以达到scl译码算法情况下的纠错性能的最优化，是构造性能优异的极化码迫切需要解决的问题。
23.因为sc译码算法与scl译码算法有着本质的不同，而传统的极化码构造方法目标在于得到sc译码器下性能最优的码字，所以传统的极化码构造方法与 scl译码算法是不匹配的，因而有必要研究能够提升scl译码算法性能的极化码构造方法。现有理论模型难以十分精确地计算出针对scl译码算法而非sc 译码器的各个非充分极化信道的可靠性度量。那么则可以换一种思路进行构造，即在给出一些特定约束的前提下，通过搜索而非计算的方式来确定一个最优的码字构造，使得scl译码误码率性能最佳。该搜索方法的总体思想可描述如下：首先给定码长与信息比特个数，然后用某一种传统构造方法计算出所有极化信道的可靠度并排序，排除掉一些十分可靠的信道放置一部分信息比特和一些彻底不可靠的信
道放置冻结比特，则在剩余的信道中放置剩余信息比特的方式有许多种，必然存在一种放置方式是最优的，能够使得scl译码算法性能最优。那么，通过穷举搜索，仿真得到每一种信息比特选择方式下的译码器性能，其中性能最优的信息比特放置方式即是最终所需的。
24.首先采用传统方法算出所有极化信道的可靠度，排除掉部分充分极化的信道，在剩余的未充分极化信道中，通过局部贪心搜索法，以scl译码算法性能最优为依据，在未充分极化信道中逐个确定放置一个信息比特的最优位置，则待放置信息比特和未充分极化信道均逐个减少，至到所有信息比特位置选取完毕。
25.基于上述思想，一个通用且低复杂度的基于局部贪心搜索的提升scl译码算法性能的极化码构造方法的总体结构如附图2所示，具体步骤如下。
26.第一步，给定初始约束条件：码长为n，信息比特个数为k，scl译码算法的列表大小l。待进行局部贪心搜索的信息比特个数为m，其中m《k，搜索空间大小为s，其中s》m。
27.第二步，利用传统的极化码构造方法(一般可采用高斯近似法)计算出所有n个极化信道的可靠度，，并按可靠度从高到低进行排序，得到排序后的极化信道索引排列为idx0,idx1,
…
,idx
k-m
,
…
,idx
k-m s
,
…
,idx
n-1
,idxn,0≤n≤n-1,表示排在第n 个可靠度的极化信道标号。
28.第三步，在最可靠的k-m个极化信道idx0,idx1,
…
,idx
k-m-1
中放置信息比特，在最不可靠的n-k m-s个极化信道idx
k-m s
,
…
,idx
n-1
中放置冻结比特。此时剩余m 个信息比特的位置尚未确定，有s个可选位置。令j＝0，j表示剩余m个信息比特中已确定位置的个数。
29.第四步，逐一地在剩余的s个可选的位置放置一个信息比特然后用scl译码算法进行译码，并逐一地记录下信息比特放置在各个位置的误码率e0,
…
,e
s-1
。
30.第五步，在e0,
…
,e
s-1
中找到最小值e
x
，则x即为选中的一个放置信息比特的位置。
31.第六步，令j的值增加1，s的值减少1。如果j《m，则返回第四步。否则结束构造选取过程。
32.下面给出一个基于局部贪心搜索提升scl译码算法性能的极化码构造实例，构造了码长n＝256,128，码率均为1/2的两个极化码，并与经典的高斯近似法构造出来的码字进行了比较。仿真条件设置如下，列表大小设置为l＝32。信道选用为awgn信道，调制方式为bpsk，为了保证仿真数据的稳定性和可靠性，发送端发送的都是随机码字而非固定码字，每一条曲线的仿真至少收集了100帧错误才停止发送过程。对于信息比特个数k＝128的情况，在信息比特尾部添加了autosar标准下的16比特的crc，其多项式为 g
16
(x)＝x
16
x
12
x5 1。对于信息比特个数k《128的情况，在信息比特尾部添加了gsm-a标准下的8比特的crc，其多项式为g8(x)＝x8 x4 x3 x2 1。仿真性能曲线如图3和图4所示，图中fer为误帧率，our method标注的方形和gauss approx标注的圆形曲线分别表示本专利的构造方法和传统高斯近似法的仿真结果。
33.从图3和图4中可以看出，本发明提出的方法构造的码字与经典的高斯近似法构造出来的码字相比，在两种典型的码长码率情况下，均能获得一定的性能增益。