一种基于路径度量差的极化码迭代构造方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种基于路径度量差的极化码迭代构造方法。

背景技术

极化(Polar)码是建立在信道极化现象上的一类线性分组码，它是首个可严格证明在二进制输入离散无记忆信道(Binary Input Discrete Memoryless Channel，简称BI-DMC)下可达香农限的编码方案。Polar码的核心思想是通过“信道极化”可以将一组独立的二元输入信道变换成容量趋近于1的无噪信道和容量趋近于0的无用信道两类“极端信道”。然后，可以在容量接近于1的无噪信道上直接传输信息；而对于容量趋于0的无用信道，不使用它们传输数据，而是固定地置一些收发双方已知的比特。

Polar码的构造就是挑选无噪信道和无用信道的过程。好的构造方式可以将信息序列放在更加可靠的信道上传输，提升编码性能。Polar码的传统构造方法，如巴氏参数构造法、高斯近似构造法等，主要是针对逐次抵消(Successive Cancellation，简称SC)译码特性得到构造序列，这对于最常用的逐次抵消列表(Successive Cancellation List，简称SCL)译码并不是最优方案。

因此，探究正确路径在SCL译码中的演化特性，并找到与SCL译码算法相匹配的构造序列，可以使Polar码的性能得到进一步提升。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于路径度量差的极化码迭代构造方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明实施例提供了一种基于路径度量差的极化码迭代构造方法，包括：

确定初始构造，根据所述初始构造生成初始消息序列；

对所述初始消息序列依次进行Polar编码、调制和加噪处理；

对加噪后的消息序列依次进行解调和SCL译码处理；

基于SCL译码结果计算每一比特对应的路径度量差值和对数似然比值；

根据每一比特对应的路径度量差值和对数似然比值从所述初始构造中找出冻结比特以更新初始构造；

根据更新的初始构造计算当前码率，判断当前码率是否达到目标码率，若达到，则将更新的初始构造作为目标构造，根据所述目标构造生成目标消息列表，对所述目标消息序列进行最终的Polar编码、SCL译码过程，若未达到，则根据更新的初始构造重新生成初始信息序列，重复进行上述过程，直至达到目标码率。

在本发明的一个实施例中，确定初始构造，包括：

确定码长；

根据所述码长构造所述初始构造；其中，所述初始构造中信息位的位数为码长、冻结位的位数为0。

在本发明的一个实施例中，根据每一比特对应的路径度量差值和对数似然比值从所述初始构造中找出冻结比特以更新初始构造，包括：

根据每一比特对应的路径度量差值计算每一比特对应的路径度量差值的减小值；

将所有的减小值按降序排列，并根据降序排列结果和每一比特对应的对数似然比值从所述初始构造中选出若干比特作为冻结比特，并根据所述冻结比特更新所述初始构造。

在本发明的一个实施例中，根据每一比特对应的路径度量差值计算每一比特对应的路径度量差值的减小值公式表示为：

D

其中，D

在本发明的一个实施例中，根据降序排列结果和每一比特对应的对数似然比值从所述初始构造中选出若干比特作为冻结比特，包括：

根据降序排列结果从所述初始构造中选出若干比特作为预冻结比特；

根据每一比特对应的对数似然比值计算每一比特对应的平均对数似然比值；

针对每一预冻结比特：判断所述预冻结比特是否为消息比特，若是，则根据所述预冻结比特对应的平均对数似然比值判断所述预冻结比特是否作为冻结比特，若不是，则保持所述预冻结比特为冻结比特。

在本发明的一个实施例中，根据每一比特对应的对数似然比值计算每一比特对应的平均对数似然比值公式表示为：

其中，

在本发明的一个实施例中，根据所述预冻结比特对应的平均对数似然比值判断所述预冻结比特是否作为冻结比特，包括：

判断所述预冻结比特对应的平均对数似然比值是否大于预设路径阈值，若大于，则保持所述预冻结比特为消息比特，若不大于，则将所述预冻结比特作为冻结比特。

本发明的有益效果：

本发明提出的基于路径度量差的极化码迭代构造方法，是一种与SCL译码算法相匹配的构造方法，包括：确定初始构造，根据初始构造生成初始消息序列；对初始消息序列依次进行Polar编码、调制和加噪处理；对加噪后的消息序列依次进行解调和SCL译码处理；基于SCL译码结果计算每一比特对应的路径度量差值和对数似然比值；根据每一比特对应的路径度量差值和对数似然比值从初始构造中找出冻结比特以更新初始构造；根据更新的初始构造计算当前码率，判断当前码率是否达到目标码率，若达到，则将更新的初始构造作为目标构造，根据目标构造生成目标消息列表，对目标消息序列进行最终的Polar编码、SCL译码过程，若未达到，则根据更新的初始构造重新生成初始信息序列，重复进行上述过程，直至达到目标码率。本发明在初始构造下迭代计算SCL译码中各子信道的路径度量差值以及对数似然比值，并实时根据路径度量差值和对数似然比值迭代找出冻结比特，根据冻结比特构造与SCL译码算法相匹配的构造序列，其提升了Polar码的编码性能，且相比于传统构造方式，本发明实现简单，基于PMR构造方式更加契合5G Polar码。

以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种基于路径度量差的极化码迭代构造方法的流程示意图；

图2是本发明构造方法与传统构造方法在SCL译码算法下的性能对比示意图；

图3是本发明构造方法与传统构造方法在CA-SCL译码算法下的性能对比示意图；

图4是本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

请参见图1，本发明实施例提供了一种基于路径度量差的极化码迭代构造方法，包括以下步骤：

S10、确定初始构造，根据初始构造生成初始消息序列。

本发明实施例提供了一种可选方案，确定初始构造，包括：确定码长；根据码长构造初始构造；其中，初始构造中信息位的位数为码长、冻结位的位数为0。初始构造中信息位表征这一比特可以用于传输信息，作为传输信息的子信道，冻结位表征这一比特不用于传输消息。可见，若S10中初始构造中信息位的位数为码长、冻结位的位数为0，其表征信息的全传输，即在每一信息位均生成消息信息，以生成初始消息序列。

比如，确定的码长为N且N＝1024，即初始构造中信息位的位数为1024、冻结位的位数为0，对应生的初始消息序列的消息序列长度为1024。

S20、对初始消息序列依次进行Polar编码、调制和加噪处理。

本发明实施例初始消息序列经过Polar编码后长度为N，加噪时选用的信噪比被称为构造信噪比，记为E

S30、对加噪的消息序列依次进行解调和SCL译码处理。

本发明实施例对S20加噪的消息序列依次进行解调和SCL译码处理，SCL是目前最常用的译码方式，具体可以译码方式包括SCL译码算法或者循环冗余校验码(CyclicRedundancy Check，简称CRC)辅助的SCL(CRC-aided SCL，简称CA-SCL)译码算法。经SCL译码方式处理得到SCL译码结果，该SCL译码结果为一比特列表，比如当使用SCL译码算法，码长N＝1024时，对应比特列表大小为16；当使用CA-SCL译码算法，码长N＝512时，对应比特列表大小为8。后续计算，针对比特列表中的每一比特。

这里，解调是S20调制的逆运算，本发明实施例采用现有调制策略即可，比如QPSK调制方式。

S40、基于SCL译码结果计算每一比特对应的路径度量差值和对数似然比值。

通常SCL译码结果为多条路径，每一比特的路径度量差值(Path Metric Range，简称PMR)定义为

每一比特对应的第l

本发明实施例计算路径度量值PM和对数似然比值LLR均采用现有技术即可，在这里不再赘述。在SCL译码过程中，计算得到的路径度量差值PMR和对数似然比值LLR被预先存储，在后续计算中再被读取。

S50、根据每一比特对应的路径度量差值和对数似然比值从初始构造中找出冻结比特以更新初始构造。

本发明实施例可以根据S40计算得到的路径度量差值PMR和对数似然比值LLR实时从初始构造中找出冻结比特。但经发明人研究发现，路径度量差值PMR减小的路径一般不可靠，因此本发明实施例提供了一种可选方案，根据每一比特对应的路径度量差值和对数似然比值从初始构造中找出冻结比特以更新初始构造，包括：

根据每一比特对应的路径度量差值计算每一比特对应的路径度量差值的减小值；公式表示为：

D

其中，D

将所有的减小值按降序排列，并根据降序排列结果和每一比特对应的对数似然比值从初始构造中选出若干比特作为冻结比特，并根据冻结比特更新初始构造。可见，本发明实施例是根据降序排列D

根据降序排列结果从初始构造中选出若干比特作为预冻结比特；根据每一比特对应的对数似然比值计算每一比特对应的平均对数似然比值；针对每一预冻结比特：判断该预冻结比特是否为消息比特，若是，则根据该预冻结比特对应的平均对数似然比值判断该预冻结比特是否作为冻结比特，若不是，则保持该预冻结比特为冻结比特。其中，根据该预冻结比特对应的平均对数似然比值判断该预冻结比特是否作为冻结比特，包括：

判断该预冻结比特对应的平均对数似然比值是否大于预设路径阈值，若大于，则保持该预冻结比特为消息比特，若不大于，则将该预冻结比特作为冻结比特。

在SCL译码过程中，大部分比特对应的保留路径数超过1条，因此需要计算对于路径的平均对数似然比值，公式表示为：

其中，

可见，本发明实施例根据降序排列D

S60、根据更新的初始构造计算当前码率；计算当前码率公式表示为：

R'＝K/N；

其中，R'表示当前码率，K表示除去冻结位的消息位的长度，N表示初始码长，比如N＝1024。

判断当前码率R'是否达到目标码率R，比如目标码率R＝1/2，若达到，即当前码率R'达到目标码率R＝1/2，比如K＝512,K/1024＝1/2，则：

S70、将更新的初始构造作为目标构造，根据目标构造生成目标消息列表，对目标消息序列进行最终的Polar编码、SCL译码过程。可见，本发明实施例以选取了若干个冻结位的新构造的初始构造为目标构造，根据目标构造生成目标消息列表，基于该目标消息列表进行后续最终的Polar编码、SCL译码过程，其更加契合5G Polar码，提升了Polar码的编码性能。

比如，码长N为1024，则初始消息列表的信息序列长度为1024；经过多次迭代后，假设选取了512个冻结位，此时K＝512,K/1024＝1/2，达到了目标码率R＝1/2，那么目标构造的消息位的位数为1024-512＝512、冻结位为512，根据该目标构造生成的目标消息序列的消息序列长度为1024-512＝512。

若未达到，即当前码率R'未达到目标码率R＝1/2，比如K＝768,K/1024>1/2，则：

S80、根据更新的初始构造重新生成初始信息序列，重复进行上述过程，直至达到目标码率R。可见，本发明实施例以选取了若干个冻结位的新构造的初始构造进行迭代，再一次生成初始消息序列，重复进行上述S20～S80过程，以选取新的冻结位直到当前码率R'达到要求。

比如，码长N为1024，则初始消息列表的信息序列长度为1024；经过多次迭代后，假设选取了256个冻结位，此时K＝1024-256＝768，计算当前码率R'＝K/1024未达到目标码率R＝1/2，那么更新的初始构造的消息位的位数为1024-256＝768、冻结位为256，根据该更新的初始构造生成的初始信息序列的消息序列长度为1024-256＝768，利用该生成的初始消息序列，重复进行S20～S80过程，直至S60中计算的当前码率R'满足目标码率R。

这里需要说明的是，本发明实施例可以每选择一个冻结比特后计算当前码率R'，并且判定当前码率R'是否达到目标码率R要求，也可以对整个消息序列统计冻结比特后计算当前码率R'，并且判定当前码率R'是否达到目标码率R要求，具体根据设计需求，其均可以设计出与SCL译码算法相匹配的构造序列。

为了验证本发明实施例提供的基于路径度量差的极化码迭代构造方法的有效性，进行以下实验进行验证。

1.实验仿真参数

利用Visual Studio 2015参照表1和表2中的仿真参数，在windows 10系统下对现有传输方案和本发明传输方案的误帧率进行对比仿真，其结果如图2和图3所示。

表1.仿真参数1

表2.仿真参数2

2、仿真结果分析

请参见图2，图2中：横轴表示传输信道的信噪比E

请参见图3，图3中：横轴表示传输信道的信噪比E

综上所述，本发明实施例提出的基于路径度量差的极化码迭代构造方法，是一种与SCL译码算法相匹配的构造方法，包括：确定初始构造，根据初始构造生成初始消息序列；对初始消息序列依次进行Polar编码、调制和加噪处理；对加噪后的消息序列依次进行解调和SCL译码处理；基于SCL译码结果计算每一比特对应的路径度量差值和对数似然比值；根据每一比特对应的路径度量差值和对数似然比值从初始构造中找出冻结比特以更新初始构造；根据更新的初始构造计算当前码率，判断当前码率是否达到目标码率，若达到，则将更新的初始构造作为目标构造，根据目标构造生成目标消息列表，对目标消息序列进行最终的Polar编码、SCL译码过程，若未达到，则根据更新的初始构造重新生成初始信息序列，重复进行上述过程，直至达到目标码率。可见，本发明实施例在初始构造下迭代计算SCL译码中各子信道的路径度量差值以及对数似然比值，并实时根据路径度量差值和对数似然比值迭代找出冻结比特，根据冻结比特构造与SCL译码算法相匹配的构造序列，其提升了Polar码的编码性能，且相比于传统构造方式，本发明实施例实现简单，基于PMR构造方式更加契合5G Polar码。

请参见图4，本发明实施例提供了一种电子设备，包括处理器401、通信接口402、存储器403和通信总线404，其中，处理器401、通信接口402、存储器403通过通信总线404完成相互的通信；

存储器403，用于存放计算机程序；

处理器401，用于执行存储器403上所存放的程序时，实现上述基于路径度量差的极化码迭代构造方法的步骤。

本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述基于路径度量差的极化码迭代构造方法的步骤。

对于电子设备/存储介质实施例而言，由于其基本相近于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

尽管在此结合各实施例对本发明进行了描述，然而，在实施所要求保护的本发明过程中，本领域技术人员通过查看说明书及其附图，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。在说明书中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。相互不同的实施例中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。