[发明专利]基于冻结比特对的极化码编码方法及极化码串行抵消译码方法和电路

说明书

本发明公开了一种基于冻结比特对的极化码编码方法及极化码串行抵消译码方法和电路，整个编码流程主要可以分为信道极化、子区间划分、子区间评测、信息位预设值、冻结比特对设置、比特混合和矩阵运算；而译码电路包括：初始似然值预处理模块、控制状态模块、部分和项计算模块和MPE计算网络模块。本发明进一步降低译码延迟，提高数据吞吐率和减少硬件资源消耗，改善译码器的整体性能。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及移动通信信道编码极化码的编码和串行抵消译码方法及其电路。

背景技术

自20世纪80年代以来，无线通信技术的飞速发展使得人类社会踏上信息时代的全新道路。目前第四代移动通信技术(4G)已经成熟运用，相比于前三代移动通信技术的信息传输速率和传输质量都得到了极大提高，但是为了满足更高的应用需求，比如无人驾驶、远程医疗和人工智能技术等等，追求高速率、高频谱效率和低功耗等是必然选择。因此，应运而生的第五代移动通信技术(5G)即将登上历史的舞台。

极化码(Polar codes)是由E.Arikan教授提出的一种可以使用数学方法严格证明达到信道容量的信道编码方法。E.Arikan教授提出当信道数量趋于无穷大时，将信道经过一系列的组合与分离后，其中一部分信道的信道容量趋近于0，一部分信道的信道容量会接近香农极限；因此，可以通过选择信道容量高的信道发送信息位来进行编码构造。在提出基于信道极化的信道编码时随即提出了串行抵消(Success Cancellation,SC)，此译码方法复杂度低，但是其是串行译码结构，因此译码时延和误码率都较高。

目前国内外学者对极化码的研究也取得了很多的进展，尤其在原始SC译码结构上作出了很多的改进。张川等人在2014IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS发表的“Latency Analysis and Architecture Design of Simplified SC Polar Decoders”和Zheyan Piao等人在2016IEEE Asia Pacific Conference on Circuits and Systems(APCCAS)发表的“Efficient successive cancellation decoder for polar codesbased on frozen bits”都是基于冻结比特位置的设置来改善整个译码电路的计算复杂度和译码速度。但是，他们译码方法依然不够灵活，尤其应用在码长较长的时候。具体问题表现在：(1)冻结比特位设置过多导致码率降低，从而信息传输效率降低；(2)在提前计算电路结构中，如果冻结比特位置不能合理设置，硬件资源消耗并不会降低太多。

发明内容

本发明为克服现有极化码串行抵消译码算法关于冻结位置选择和译码时延问题，提出了一种基于冻结比特对的极化码编码方法及极化码串行抵消译码方法和电路，旨在进一步降低译码延迟，降低计算复杂度，提高数据吞吐率和减少硬件资源消耗，改善译码器的整体性能。

本发明为达到上述目的所采用的技术方案是：

本发明一种基于冻结比特对的极化码编码方法的特点在于：

步骤1、定义：当相邻两个发送冻结比特的子信道的序号满足2β和2β+1的关系时，所述相邻两个比特位为冻结比特对；β是自然数，并且β≤(N-2)/2；

当多个相邻的发送冻结比特的子信道的序号满足2^k+1β，2^k+1β+1，…2^k+1(β+1)-1的关系时，所述多个相邻的比特位为2^k个连续相邻冻结比特对，其中k是自然数，且2^k+1(β+1)≤N，N为码长，且N＝2ⁿ，其中n为自然数；

步骤2、根据信道极化理论，将码长N平均划分为2^j个子区间，其中j为自然数，且j≤log₂N；