一种基于最优层排序的极化码置信传播列表译码方法技术

本发明专利技术提供一种基于最优层排序的极化码置信传播列表译码方法，包括如下步骤：步骤S1、初始化极化码的因子图；步骤S2、BP译码器对接收到的信号序列Y进行译码初始化；步骤S3、第T次总迭代时，进行BP迭代；步骤S4、最后一次BP迭代过程中进行译码路径扩展，最终得到n

【技术实现步骤摘要】
一种基于最优层排序的极化码置信传播列表译码方法


[0001]本专利技术涉及一种基于最优层排序的极化码置信传播列表译码方法。

技术介绍

[0002]超高可靠超低时延通信(URLLC，Ultra Reliable Low Latency Communication)是5G中三大场景之一，该场景对误块率(BLER，BLock Error Rate)性能和时延都提出了极高的要求，BLER要至少达到10
‑5，而时延则限制在了毫秒级。6G的应用场景需求基于5G的URLLC场景做了进一步的增强，时延方面提出了小于1ms的技术指标，这对目前的编码策略提出了更高的挑战。
[0003]极化码作为5G增强移动宽带场景中控制信道的编码方式，也是URLLC场景和6G超低时延场景中信道编码方案的有力竞争者。极化码可采用串行消除(SC，Successive Cancellation)译码算法及串行消除列表(SCL，SC List)译码算法进行译码。但上述算法均为串行译码，在译码时延方面存在天然的劣势，且不利于硬件实现。而极化码的置信传播(BP，Belif Propagation)译码算法作为并行译码，拥有更低的译码时延和更大吞吐量，利于硬件实现，但在可靠性方面，BP译码算法和SCL译码算法有一定的差距，这也限制了BP译码算法在极化码译码中的应用。
[0004]近年来，高可靠性BP译码算法研究成为了极化码译码算法的研究重点。根据极化码的递归结构可知，极化码编码图中改变不同层的排列顺序不影响其编码结果。对于码长为N的极化码而言，其编码图共有(log2N)！种满足极化生成矩阵的排列方式，所有排列方式产生的码字均相同。对应地，在接收端使用基于图的BP译码器时，可以选择不同层置换构成的因子图。目前已有基于循环移位的极化层置换的置信传播列表(BPL，BP List)译码算法，然而现有的BPL算法并没有对极化层排列方式如何影响BP译码结果进行理论分析，成为限制BP译码可靠性进一步提高的瓶颈。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提出一种基于最优层排序的极化码置信传播列表译码方法，在提高BP译码算法可靠性的同时降低算法的复杂度。
[0006]本专利技术通过以下技术方案实现：
[0007]一种基于最优层排序的极化码置信传播列表译码方法，包括如下步骤：
[0008]步骤S1、初始化极化码的因子图，因子图中包括多层极化层，对各极化层升序排序得到具有最优层排列的优化因子图；
[0009]步骤S2、BP译码器根据步骤S1所得到的优化因子图，对接收到的信号序列Y＝{y0,y1,...,y
N
‑1}进行译码初始化；
[0010]步骤S3、第T次总迭代时，进行BP迭代，每一次BP迭代为从优化因子图中最左端的比特节点向右传递并更新各比特节点的信息值，再从最右端的比特节点向左传递并更新各比特节点的信息值；
[0011]步骤S4、最后一次BP迭代过程中进行译码路径扩展，具体包括：
[0012]步骤S41、最后一次BP迭代过程中，根据变量节点(i,j)从右至左传递的信息值得到比特判决结果若满足该两个公式则判定该变量节点(i,j)为校验通过节点ppn
i,j
；
[0013]步骤S42、根据公式计算比特u
i,j
的比特判决路径度量BPPM
i,j
，其中，等式(a)成立是因为比特判决路径中，若基本极化单元左节点通过校验，则基本极化单元右节点也应通过校验，同时左节点满足基本极化单元校验；等式(b)成立是因为在BP译码最后一次从右至左的迭代过程中，基本极化单元的两个右节点之间相互独立，基本极化单元为BP译码算法的最小计算单位；等式(c)成立是因为
[0014]步骤S43、找到使BPPM
i,j
最大的比特索引idx，通过翻转索引为idx的比特实现译码路径扩展，最终得到n
path
条译码路径，并将比特索引为idx的比特固定为冻结比特，其初始信息值设为无穷大，即其中，n
path
>n
max
，n
max
为设置的最大路径数；
[0015]步骤S5、对n
path
条译码路径进行路径剪枝，其中，具体包括：
[0016]步骤S51、初始化循环计数值k＝1；
[0017]步骤S52、对译码路径k，根据公式计算第k条译码路径的冻结比特错误概率FBER
k
，其中，表示冻结比特的集合；
[0018]步骤S53、对k条译码路径的冻结比特错误概率进行排序，保留冻结比特错误概率最小的n
max
条译码路径；
[0019]步骤S54、判断k＝n
path
是否成立，若成立，则路径剪枝完成，令n
path
＝n
max
，进入步骤S55，若不成立，则令k＝k+1，进入步骤S52；
[0020]步骤S55、判断T＝T
max
是否成立，若是，进入步骤S6，否则，令T＝T+1，并进入步骤S3，其中，T
max
为设定的最大总迭代次数；
[0021]步骤S6、选择所有译码路径中冻结比特错误概率最小的一条路径，对最左侧的各比特节点进行译码判定，得到译码结果。
[0022]进一步的，所述步骤S1中，得到所述最优层排列的优化因子图包括步骤：
[0023]步骤S11、用向量Π表示因子图的所有排列方式，向量中每一个元素π
i
代表了一种任意顺序的极化层排列，记作(Π)1×
n
＝randperm(n)；
[0024]步骤S12、在因子图的第i个极化层中，用s
i
表示连接到同一个校验节点的两个变量节点的间隔，即其中，1<i<n，n为极化层层数；
[0025]步骤S13、对所有间隔进行升序排序，即所述最优层排列为极化层升序排列，得到优化因子图。
[0026]进一步的，所述步骤S2包括如下步骤：
[0027]步骤S21、将优化因子图中最左侧比特节点的信息值设为其中，其中，表示第0个极化层第j个比特节点，在第0次BP迭代过程中从左至右传递的信息，A表示信息比特的集合，A
C
表示冻结比特的集合；
[0028]步骤S22、将优化因子图最右侧比特节点的信息值设为其中，其中，表示第i个极化层第j个比特节点，在第0次BP迭代过程中从右向左传递的信息，x
j
表示第j个变量节点，y
j
表示信号序列中的第j个接收信号；
[0029]步骤S23、将优化因子图中的其余比特节点的信息值初始化为0。
[0030]进一步的，所述步骤S3包括如下步骤：
[0031]步骤S31、初始化循环计数值T＝1，令当前译码路径总数n
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于最优层排序的极化码置信传播列表译码方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤S1、初始化极化码的因子图，因子图中包括多层极化层，对各极化层升序排序得到具有最优层排列的优化因子图；步骤S2、BP译码器根据步骤S1所得到的优化因子图，对接收到的信号序列Y＝{y0,y1,...,y
N
‑1}进行译码初始化；步骤S3、第T次总迭代时，进行BP迭代，每一次BP迭代为从优化因子图中最左端的比特节点向右传递并更新各比特节点的信息值，再从最右端的比特节点向左传递并更新各比特节点的信息值；步骤S4、最后一次BP迭代过程中进行译码路径扩展，具体包括：步骤S41、最后一次BP迭代过程中，根据变量节点(i,j)从右至左传递的信息值得到比特判决结果若满足该两个公式则判定该变量节点(i,j)为校验通过节点ppn
i,j
；步骤S42、根据公式计算比特u
i,j
的比特判决路径度量BPPM
i,j
，其中，等式(a)成立是因为比特判决路径中，若基本极化单元左节点通过校验，则基本极化单元右节点也应通过校验，同时左节点满足基本极化单元校验；等式(b)成立是因为在BP译码最后一次从右至左的迭代过程中，基本极化单元的两个右节点之间相互独立，基本极化单元为BP译码算法的最小计算单位；等式(c)成立是因为步骤S43、找到使BPPM
i,j
最大的比特索引idx，通过翻转索引为idx的比特实现译码路径扩展，最终得到n
path
条译码路径，并将比特索引为idx的比特固定为冻结比特，其初始信息值设为无穷大，即其中，n
path
>n
max
，n
max
为设置的最大路径数；步骤S5、对n
path
条译码路径进行路径剪枝，其中，具体包括：步骤S51、初始化循环计数值k＝1；步骤S52、对译码路径k，根据公式计算第k条译码路径的冻结比特错误概率FBER
k
，其中，表示冻结比特的集合；步骤S53、对k条译码路径的冻结比特错误概率进行排序，保留冻结比特错误概率最小的n
max
条译码路径；
步骤S54、判断k＝n
path
是否成立，若成立，则路径剪枝完成，令n
path
＝n
max
，进入步骤S55，若不成立，则令k＝k+1，进入步骤S52；步骤S55、判断T＝T
max
是否成立，若是，进入步骤S6，否则，令T＝T+1，并进入步骤S3，其中，T
max
为设定的最大总迭代次数；步骤S6、选择所有译码路径中冻结比特错误概率最小的一条路径，对最左侧的各比特节点进行译码判定，得到译码结果。2.根据权利要求1所述的一种基于最优层排序的极化码置信传播列表译码方法，其特征在于：所述步骤S1中，得到所述最优层排列的优化因子图包括步骤：步骤S11、用向量Π表示因子图的所有排列方式，向量中每一个元素π
...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄靖轩，杨东篱，费泽松，孙策，郭婧，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：