[发明专利]一种基于扰动的CRC辅助中短码长Polar码有效译码方法

说明书

本发明公开了一种基于扰动的循环冗余校验(Cyclic Redundancy Check,CRC)辅助中短码长Polar码有效译码方法，属于纠错编码技术领域。本发明提出首先在发送端将待传输的信息位进行CRC编码，CRC编码之后的再进行Polar码编码。在接收端，若SC译码器的码字不能通过CRC，激活扰动操作使得SC译码器产生更优的码字。扰动操作即向信道输出序列加微小的独立噪声做扰动，然后使用扰动后的序列重新进行译码，当译码器产生能通过CRC的码字或者达到重译次数门限，该方法宣布完成译码。数值仿真实验表明，在相同误比特率和误码率条件下，相比SC译码方法，本发明提出的译码方法能够带来比特信噪比的明显提升。并且，随着信道环境的改善，本发明的译码复杂度将趋近于SC译码的复杂度O(NlogN)。

技术领域

本发明属于纠错编码技术领域，具体涉及一种基于扰动的CRC辅助中短码长Polar码有效译码方法。

背景技术

Polar码是一种基于信道极化理论的信道编码，具有确定性的编译码方法，并且是唯一能够被严格证明达到信道容量的信道编码方法，现已成为5G中的中短码长纠错编码方法。Polar码自从被提出后，便引起了人们的关注，其中有效的译码算法是Polar 码研究的关键。

串行抵消(Successive Cancellation,SC)译码算法是Arikan针对Polar码的结构提出的Polar码独有的译码算法，并且正是在这种译码算法下，Polar码被证明在码长N足够大时是信道容量可达的。与此同时，SC译码算法具有较低的计算复杂度，仅为O(NlogN)。然而，在实际的有限码长的情况下，采用SC译码算法的Polar码的性能却没有达到LDPC码。因此，针对中短码长，基于SC译码算法的改进算法成为Polar 码译码的研究热点。Tal和Vardy提出了串行抵消列表(Successive Cancellation List, SCL)译码算法，SCL在每个译码阶段至多保留L条路径，最终从列表中挑选出最佳的一条路径作为译码结果，使得性能逼近最大似然(Maximum-likelihood,ML)译码，其中L是列表大小。Niu Kai和Chen Kai发现SC译码算法可以看作是在Polar码码树上的一种路径搜索过程，并通过改进树搜索算法提出基于广度优先搜索的SCL译码算法和基于深度优先的串行抵消堆栈(Successive CancellationStack,SCS)译码算法。 SCL译码算法、SCS译码算法的性能与SC译码算法相比有了明显的提高，与此同时也牺牲了复杂度，SCL译码算法、SCS译码算法的复杂度是O(LNlogN)、O(DNlogN)。然而，在SCL或SCS译码算法下，Polar码的性能仍然没有达到LDPC码的性能。为了进一步提高Polar码的性能，Chen Kai等人提出CRC辅助的SCL译码算法[8]，其译码性能达到甚至超过了LDPC码的性能。然而实现这种性能的提高，是在SCL译码算法的列表容量较大的情况下实现的，即以较大的计算复杂度为代价。

综上所述，针对Polar码SC译码算法在中短码长下性能不佳和现有性能较好的SC列表译码算法复杂度较大的现状，现有技术中还没有提出有效的解决方案。

发明内容

本发明针对上述问题提出了一种基于扰动的CRC辅助中短码长Polar码有效译码方法，该方法首先在发送端将待传输的信息位进行CRC编码(Cyclic Redundancy Check，循环冗余校验码)，CRC编码之后的再进行Polar码编码，编码之后的序列经过调制之后被送入信道传输，然后在接收端对信道输出序列进行SC译码，如果此时得到的译码码字不能通过CRC，则判定SC译码码字存在错误，不应作为输出结果，激活扰动操作即向信道输出序列加微小的独立噪声做扰动，然后使用扰动后的序列重新进行译码，仿真实验表明，扰动操作后的译码器有可能产生更优的码字，当能通过CRC的码字出现时，将该码字作为译码输出，译码宣布成功。为了限制扰动译码过程的复杂度，方法中设置了一个扰动次数的阈值，当扰动次数达到阈值时还未产生通过循环冗余校验的码字时，终止扰动过程，对已产生的若干条译码码字依据对应信道的似然计算公式计算各自的似然值，使用似然最大的码字作为译码输出。