一种极化码与重复码级联的纠错编码方法技术

本发明专利技术公开了一种极化码与重复码级联的纠错编码方法，在发送端采用重复码作为外码，极化码作为内码；接收端译码器采用修正的SCL译码算法进行译码；在纠错性能上，本发明专利技术提供的码编码方法的误帧率性能可显著超越采用SCL译码算法或者CRC‑aided SCL译码算法下的极化码误帧率性能，并可明显突破SCL译码算法不可突破的最大似然界限；在工程实现上，本发明专利技术外码采用重复码，外码编码器的存储复杂度极低，编码简单，译码采用修正的SCL译码算法，译码过程中内码极化码与外码重复码的比特判决联合进行，相对于原始SCL译码算法以及CRC‑aided SCL译码算法无译码复杂度的提升，有利于工程实现。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纠错编码
，更具体地，涉及一种极化码与重复码级联的纠错编码方法。
技术介绍
极化编码作为一种新型的接近香农限的编码方案，其编译码算法的复杂度较低，有利于工程实现；仿真结果表明极化码SCL(SuccessiveCancellationList，连续消除列表)译码算法在较低复杂度O(L·Nlog(N))(L为路径数量，N为码长)下，纠错能力可以达到最大似然译码器的纠错能力。但是对于采用SCL译码算法的中短码长非级联极化码，其纠错性能仍然与香农极限存在较大差距，并且这个差距无法单独从增大路径数量进行弥补。传统的极化码级联方法中，级联LDPC(LowDensityParityCheck，低密度奇偶校验)码由于得到的级联码的特性不适合SCL译码算法，相对于采用SCL译码算法的极化码而言，其纠错性能无明显提升；级联CRC(CyclicalRedundancyCheck，循环冗余校验)码需要额外的CRC校验电路，会带来一定的硬件开销；因此，这些传统方案均在某种程度上限制了极化码的工程应用。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种极化码与重复码级联的纠错编码方法，其目的在于提升极化码在SCL译码算法下的纠错性能。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种极化码与重复码级联的纠错编码方法，包括如下步骤：(1)外编码器编码：将信息比特序列在外编码器进行重复码编码获得外码码字；其中，重复码编码时，重复比特的取值仅与该重复比特对应的重复码中的信息比特取值有关，而与其它的比特无关；(2)外码码字映射：将外码码字的第一个比特至最后一个比特依次映射到极化码的第一个至最后一个非固定比特，获得非固定比特序列；(3)内编码器编码：对步骤(2)获得的非固定比特序列进行极化码编码，获得级联码码字。优选地，上述极化码与重复码级联的纠错编码方法，其步骤(1)的重复码编码中，被重复比特可被重复一次或多次；其中，被重复比特是指参与重复编码的信息比特。优选地，上述极化码与重复码级联的纠错编码方法，在步骤(2)的外码码字映射过程中，被重复比特所映射的非固定比特信道的信道容量，低于未被重复的比特所映射的非固定比特信道的信道容量。优选地，上述极化码与重复码级联的纠错编码方法，在步骤(2)的外码码字映射过程中，所述外码码字的重复比特所映射的非固定比特的序号大于所述重复比特对应的被重复比特所映射的非固定比特的序号；重复比特所映射的非固定比特序号与被重复比特所映射的非固定比特序号相邻或者不相邻。优选地，上述极化码与重复码级联的纠错编码方法，步骤(2)获得的非固定比特序列中,外码码字的重复比特均匀分布或近似均匀分布。优选地，上述极化码与重复码级联的纠错编码方法，通过将非固定比特序列按序号顺序划分为S个段，将所述外码码字的重复比特映射到每段内信道容量最低的Ki个非固定比特信道上，每段内分配的重复比特数相等或近似相等，使得外码码字的重复比特在非固定比特中均匀分布或近似均匀分布；其中，i＝1,2,...,S。优选地，上述极化码与重复码级联的纠错编码方法，外码码字为反相重复码；当被重复比特为1，所述反相重复码的重复比特为0；当被重复比特为0，所述反向重复码的重复比特为1；当被重复比特的重复次数为K时，重复码编码所获得的K个重复比特中反相重复比特的数量为0～K；其中，K为正整数。优选地，上述极化码与重复码级联的纠错编码方法，将外码码字尾部部分比特作为校验比特；每个校验比特和该校验比特之前的多个信息比特形成偶校验或奇校验关系。优选地，上述极化码与重复码级联的纠错编码方法，还包括步骤(4)，采用修正的SCL译码算法进行译码；具体为：对于原始信息比特，根据SCL译码算法进行比特判决；对于重复比特，根据被重复比特的判决结果直接进行判决。优选地，上述极化码与重复码级联的纠错编码方法，其步骤(4)的译码步骤具体包括如下步骤：(4.1)判断i是否小于等于N；若是，进入步骤(4.2)，若否，则进入步骤(4.7)；其中，N是指极化码码长，i是指当前译码第i个比特的索引序号，其初始值为1，取值从1到N的正整数；(4.2)判断ui是否为固定比特，若是，进入步骤(4.3)；若否，则进入步骤(4.4)；其中，ui是指极化码输入端输入序列的第i个比特；(4.3)将当前每条路径上ui的判决值设置为已知的固定比特的取值，令i＝i+1；返回步骤(4.1)；(4.4)判断ui是否为重复比特，若是，进入步骤(4.5)；若否，则进入步骤(4.6)；(4.5)将当前每条路径上重复比特ui的判决值设置为该路径上与ui对应的被重复比特的判决值，具体地：并令i＝i+1，返回步骤(4.1)；其中，Tj是指外码码字中第j个重复码的所有比特位置序号集合；是指经过外码码字映射后，第j个重复码中的所有比特在极化码编码比特序列中的序号集合；中最小的元素对应第j个重复码中的被重复比特，对应第j个重复码中的重复比特；(4.6)统计当前路径数量L′，通过将当前每条路径在ui处取值0或1获得2L′条备选路径；判断是否满足2L′≤L，若是，则保留2L′条路径；若否，则保留L条度量值最大的路径；并令i＝i+1，返回步骤(4.1)；其中，2L′条路径的度量值分别为该路径在ui处取值0或1的概率：或L为SCL译码算法的最大路径数量；(4.7)从L条路径中输出路径度量值最大的一条路径上对应的判决序列获得译码结果。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)本专利技术提供的极化码与重复码级联的纠错编码方法，具有显著提升极化码纠错性能的效果；现有技术中，采用SCL译码算法的中短码长非级联的极化码，其纠错性能趋近于最大似然译码器译码性能，纠错能力有限，即使增大SCL译码算法路径数量，误帧率性能不会明显改善；而且增大路径数量会线性增大算法存储复杂度和译码复杂度，不利于工程实现；在相同路径数量的SCL译码算下，本专利技术提供的级联方案与非级联的极化码相比，由于通过级联重复码在原始信息比特序列中插入重复比特，这些均匀或近似均匀分布的重复比特在SCL译码过程中可以及时有效的纠正译码错误，提高译码列表中正确路径的存活概率，因此具有显著提升纠错性能的效果；其纠错性能可以明显突破最大似然译码器以及CRC-aidedSCL(循环冗余校验辅助的连续消除列表)译码算法的纠错性能；(2)本专利技术提供的极化码与重复码级联的纠错编码方法，不会增大译码复杂度以及存储复杂度；由于采用修正的SCL译码算法，相对于原始SCL译码算法而言，其主要区别在于：算法译码重复比特时，直接根据被重复比特的判决结果直接进行判决；相比采用传统的SCL译码算法，本专利技术的这种修正的译码方法仅需将重复比特判决为被重复比特的取值，其运算复杂度与传统SCL算法对固定比特判决为0类似，无运算复杂度提升；相对于CRC-aidedSCL译码算法，修正的算法不需额外的CRC校验运算，运算复杂度低于CRC-aidedSCL译码算法；(3)本专利技术提供的极化码与重复码级联的纠错编码方法，其外码采用重复码编码，相对于其它级联的外码方案，采用本专利技术方法可以使外编码器的硬件电路设计极为简单，有利于工程实现。附图说明图1为对码长为4的极化码采用现有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种极化码与重复码级联的纠错编码方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)通过对信息比特序列进行重复码编码获得外码码字；(2)通过将所述外码码字的第一个比特至最后一个比特依次映射到极化码的第一个至最后一个非固定比特来进行外码码字映射，获得非固定比特序列；(3)通过对所述非固定比特序列进行极化码编码获得级联码码字。

【技术特征摘要】
1.一种极化码与重复码级联的纠错编码方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)通过对信息比特序列进行重复码编码获得外码码字；(2)通过将所述外码码字的第一个比特至最后一个比特依次映射到极化码的第一个至最后一个非固定比特来进行外码码字映射，获得非固定比特序列；(3)通过对所述非固定比特序列进行极化码编码获得级联码码字。2.如权利要求1所述的纠错编码方法，其特征在于，所述步骤(1)中，被重复比特可被重复一次或多次。3.如权利要求1或2所述的纠错编码方法，其特征在于，在所述步骤(2)的外码码字映射过程中，被重复比特所映射的非固定比特信道的信道容量，低于未被重复的比特所映射的非固定比特信道的信道容量。4.如权利要求1或2所述的纠错编码方法，其特征在于，在所述步骤(2)的外码码字映射过程中，所述外码码字的重复比特所映射的非固定比特的序号大于所述重复比特对应的被重复比特所映射的非固定比特的序号。5.如权利要求1或2所述的纠错编码方法，其特征在于，所述非固定比特序列中,外码码字的重复比特均匀分布或近似均匀分布。6.如权利要求5所述的纠错编码方法，其特征在于，通过将所述非固定比特序列按序号顺序划分为S个段，将所述外码码字的重复比特映射到每段内信道容量最低的Ki个非固定比特信道上，每段内分配的重复比特数相等或近似相等，使得外码码字的重复比特在非固定比特中均匀分布或近似均匀分布；其中，i＝1,2,...,S。7.如权利要求1所述的纠错编码方法，其特征在于，所述外码码字为反相重复码；当被重复比特为1，所述反相重复码的重复比特为0；当被重复比特为0，所述反向重复码的重复比特为1；当被重复比特的重复次数为K时，重复码编码所获得的K个重复比特中反相重复比特的数量为0～K。8.如权利要求1所述的纠错编码方法，其特征在于，将外码码字尾部的部分比特作为校验比...

【专利技术属性】
技术研发人员：屈代明，王涛，江涛，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42