[发明专利]一种极化码的基于阈值的比特反转译码方法

说明书

本发明提出了一种极化码的基于阈值的比特反转译码方法，当SC算法译码结果的CRC校验失败时，使用预先设计好的阈值对关键集内的似然值进行判决，从而筛选出候选反转比特。基于候选反转比特集合，依次反转候选比特并从当前处重新进行SC译码，直到CRC校验通过或者反转集合剩余比特为空。本发明充分利用离线信道信息，使用高斯近似理论计算基础阈值，然后使用蒙特卡洛方法优化参数k，能在降低复杂度的同时，有效提升极化码的纠错性能。

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种极化码中基于比特翻转的连续消除译码算法的改进算法。

背景技术

极化码(Polar Codes)由土耳其科学家在2008年国际信息论大会上首次提出，因其在理论上证明能够达到二进制离散对称信道的信道容量而备受关注。2015年，在3GPP会议上将极化码定为第五代移动通信eMBB场景下控制信道的编码方案。

极化码的提出来源于信道极化现象，当对N个信道进行极化变换后，一部分极化子信道的信道容量趋于1，另一部分极化子信道的信道容量趋于0。因此，可以在信道容量趋于1的子信道上传输信息比特，对应的位置称为非冻结位；在信道容量趋于0的子信道上传输固定比特(一般为零)，对应的位置称为冻结位。

极化码的基本译码算法是连续消除(Successive Cancellation-SC)译码算法。但是，该算法在中短码长时具有较差的误码纠错性能。为了进一步提高极化码在SC算法下的误码纠错性能，基于比特反转的SC译码算法(SC-Flip)被提出。

SC-Flip算法的基本思想是通过反转SC译码失败时的第一个错误比特来提高误帧率(Frame Error Rate-FER)。在编码端加入CRC校验比特，当SC译码结果的CRC校验失败时，SC-Flip算法生成候选反转比特的集合，并根据每个候选反转比特重新从该比特处进行SC译码。当CRC校验通过或者候选反转比特全部尝试完成后，SC-Flip算法退出并输出更新后的SC译码结果。

SC-Flip算法根据SC译码过程中非冻结位对应的似然值的绝对值由小到大选择候选反转比特，因此SC-Flip算法需要对似然值进行排序和选取操作，这会增加算法的计算复杂度。另外，存在似然值很小但是对应的第一个比特错误概率也很小的情况，这导致根据似然值大小排序选择候选反转比特有误差。针对以上问题，本发明提出了一种极化码的基于阈值的比特反转译码方法。

发明内容

本发明提出了一种极化码的基于阈值的比特反转(T-SC-Flip)译码方法，该算法能够在降低极化码译码复杂度的同时，有效提高极化码的误码纠错性能。

T-SC-Flip算法只考虑关键集内的非冻结位比特，关键集的计算使用Oracle-assisted SC译码器，该译码器的特点是能够提前获取发送端发送的信息，关键集的计算适用以下步骤：

步骤1，设置仿真最大帧数为100万次，编码器每次生成K个信息比特和C个CRC校验比特，经编码后送入高斯信道；

步骤2，Oracle-assisted SC译码器接收信息进行SC译码，如果当前译码码字只有一个错误比特，则记录该错误比特的位置；

步骤3，统计非冻结位发生第一个错误比特的频率：设发生一个错误比特的帧数为E，第i个非冻结位为第一个错误比特的帧数为E_i，则对应的第一个错误比特发生的概率f_i可以近似为f_i＝E_i/E；

步骤4，对非冻结位位置按照f_i由大到小排序，取前s个位置的比特作为关键集，且s满足

T-SC-Flip算法通过在关键集内使用阈值对译码比特的可靠性进行判断，进而筛选出候选反转比特，阈值的计算借助高斯近似理论并使用蒙特卡罗的方法进行优化。