[发明专利]高性能极化码译码算法

说明书

本发明公开了一种高性能极化码译码算法。当极化码基于标准的串行抵消（SCL）译码完成后，若译码正确则直接输出译码结果。若译码失败，则启动比特翻转（bit‑flip）机制。首先通过计算得到的各信息子信道的翻转度量值，将各信息子信道的位置索引依据翻转度量值从大到小的顺序排列，选取前T个存储到翻转列表中。然后开始T次新的译码尝试，每一次都选择翻转列表中的一个信息位置(从翻转度量值最大的开始)，当SCL译码进行到所选择的信息位置时，所有路径中当前由标准SCL译码算法得到的译码比特全部被翻转，以此试图将正确译码路径恢复至候选路径中。该算法在较高信噪比时，可以在不增大译码复杂度的同时，极大地改善极化码译码性能。

技术领域

本发明属于无线通信技术，特别是一种针对极化码的基于比特翻转机制的高性能译码算法。

背景技术

极化(polar)码由Ar1kan Erdal在2008年提出。在无限码长时，极化码采用串行抵消(Successive Cancellation，SC)译码算法可以达到二进制离散无记忆信道(B-DMC)容量。但是，在有限码长下SC译码算法并不能为极化码提供令人满意的译码性能。为了弥补这一缺陷，现阶段主要有两种可以提高SC译码性能的方法。一种是由I.Tal和A.Vardy于2015年5月在IEEE Information Theory第61卷第5期2213-2226页的“List decoding of polarcodes”中提出的连续消除列表(Successive Cancellation list，SCL)算法，另一种是O.Afisiadis等于2014年在第48届IEEE Asilomar Conference on Signals会议上提出的基于比特翻转(bit-flip)的SC译码算法(SCFlip)。与SC译码算法不同，SCL算法保留多条译码结果(又称译码路径)，在译每一个信息比特时，可以同时考虑所有译码路径等于0和1的可能性，为了限制译码复杂度，在每个信息比特位置仅最多总共保留L条最可靠的路径。路径的可靠度，采用文中给出的路径可靠度量值近似估计。由于路径可靠度量值并不总是准确，I.Tal和A.Vardy发现，如果用一个循环冗余校验(CRC)与极化码级联，则可以加强最终译码路径选择的准确性，从而大幅提高了极化码性能。正是这一译码方式，使得极化码入选了5G eMbb场景下，控制信道的编码方式。但是，该译码算法同样存在缺陷，主要是译码复杂度较高、时延大、存储空间开销大等等。

SCFlip则是一种既可以提升SC译码性能，又能不像SCL需要很大存储空间和译码复杂度的译码算法。他的核心思想为当一次标准的SC译码算法失败后，则利用译码结果寻找到该错误帧中的第一个出错比特，并在新的一次译码尝试中，翻转寻找到的这个比特的硬判决值。根据统计结果显示，如果能准确寻找到该错误帧中的第一个出错比特，则90％的错误帧可以通过此算法得以纠正，从而大幅提高译码性能。

实际上，比特翻转算法为标准译码器在出错条件下提供了一种译码性能和复杂度可调节的折衷。通过T次译码尝试，去寻找第一个出错的位置，以提高性能。T越大，则重新译码正确的可能性就越大，但是复杂度也随之上升。在SC译码中，比特翻转机制已经得以很好地利用。但是，尚未应用于SCL译码算法中，这是因为，SC的翻转准则(即利用最终译码结果寻找第一个出错比特)无法直接运用到SCL中以提供良好的译码性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高性能极化码译码方法。该方法具有计算复杂度低和检测误码率低的优点。可以作为极化码译码技术迈向商业化应用的重要参考资料。实现本发明目的的技术方案为：

一种高性能极化码译码方法，步骤如下：

第一步，对K个信息比特进行CRC编码，而后对所得到的码字进行极化码编码。极化码码字序列的编码过程为：