双重耦合极化码

技术领域

本发明涉及信道编码技术，尤其涉及极化码，具体涉及一种双重耦合极化码，可以在高信噪比下优化CA-SCL的纠错性能。

背景技术

信道编码是现代通信系统的一个重要组成部分，通过增加冗余比特来抵抗传输信道的干扰，从而提高通信系统的可靠性。由于极化码具有较好的译码性能，较小的译码复杂度等优点而被选为5G系统的信道编码方式之一。极化码随着码长的无限增加，可以达到香农极限，但是在现实传输系统中，码长并不能无限增加，因此，当极化码为中短码长，极化码的译码性能较LDPC码等信道编码方式译码性能差。

串行抵消(SC)译码算法虽然具有较小的译码复杂度，但是其纠错性能较差。为了提升SC译码算法的译码性能，串行抵消列表(SCL)译码算法被提出，其方式通过保留信息位0和1这两种结果来减少正确路径被消除的概率。CA-SCL译码方式通过向信息比特序列最后增加CRC校验比特，选取最佳的路径信息，提高了传统SCL译码性能。

为了更一步提升译码性能，帧间极化码的编译码算法被提出。通过对第一次译码没能通过CRC的帧进行纠错后重新译码，从而实现译码性能的进一步提升。在每一帧的耦合编码块在下一帧重新传输，可以利用译码正确帧的耦合编码块来纠错错误帧的耦合编码块，并将纠错后的耦合编码块视为冻结位，将其视作动态冻结位进行重新CA-SCL译码，从而使得错误帧第二次译码通过CRC的概率增加，因此，极化码的译码性能能够得到较大的提升。但是若有帧连续译码失败，则不能进行再次译码。

为了更进一步提升译码性能，本发明提出了一种新的耦合极化码结构，该结构较帧间极化码而言有三点不同。其一，帧间极化码每一帧有两个耦合编码块，本发明提出了每一帧都有多个耦合编码块。其二，帧间极化码只有一次耦合过程，本发明则是进行两次耦合过程。其三，帧间极化码进行一次纠错译码，该发明提出的算法则是有多次的尝试纠错译码。

发明内容

本发明的主要目的是提高CA-SCL译码性能，该发明提出了一种双重耦合极化码的结构和相对应的译码算法，通过耦合编码块将帧与帧相互关联，并且对第一次CA-SCL译码失败的帧进行循环纠错再次译码。首先进行循环纠错步骤，遍历所有未能纠错成功的耦合译码块，且对未能纠错成功的耦合编码块进行两次纠错尝试。当遍历一遍后，若还有可以纠错成功的耦合译码块，则再次遍历尝试纠错，否则，进入再次译码步骤。将含有纠错成功的耦合编码块作为动态冻结位进行再次CA-SCL译码，若是所有错误帧都未能通过CRC校验或是所有错误帧都通过CRC校验，则退出译码，否则重新进行循环纠错再译码。通过不断对译码错误帧的循环纠错再译码从而改善极化码的译码性能。

为了实现上述目的，本发明内容主要分为下述四部分：

1、将子信道按照可靠从高到低划分为好信道和坏信道，其中，坏信道用于传输冻结比特位。好信道又分为两部分，高可靠子信道与较可靠子信道。一帧中的信息比特位分为两部分，一部分通过高可靠子信道传输，不参与耦合编码；另一部分要经过耦合编码后经较可靠子信道传输。总共有F帧极化码需要传输，每一帧极化码共有M个耦合编码块，而每个耦合编码块含有I个比特，其中

2、利用奇偶校验码对每一帧进行两次耦合编码：

第一次耦合编码将第F帧的前M-1个耦合编码块中的比特由前F-1帧的对应耦合编码块的相应比特的奇偶校验和决定，其公式为：

第二次耦合编码则是从第一帧到第F帧的第M个耦合编码块中的比特由前第i帧的第M-i个耦合编码块(i＝1，2，L，M-1)的对应比特的奇偶校验和决定，其具体公式为：

其中，((F-M+f+l-1)m odF)+1的原因是每F帧构成一个循环帧组，举例而言，第1帧的前M-1帧分别为第F帧，第F-1帧，L，第F-M+1帧。即是第1帧的第M个耦合编码块中的比特由第F帧的第M-1个耦合编码块，第F-1帧的第M-2个耦合编码块，L，第F-M+1帧的第1个耦合编码块的对应对应比特的奇偶校验和决定。

3、将耦合编码后的每一帧经过极化编码和BPSK调制后，将每帧的未耦合编码的信息比特位通过高可靠子信道传输，每帧的耦合编码的信息位通过极化码的较可靠子信道传输；待通过信道传输后达到接收端，接收端进行解调后开始一帧一帧的译码；若每一帧都能通过CRC校验，则表示成功译码，译码结束；若有一帧或多帧未能通过CRC校验，则对译码失败的帧不断进行循环纠错再译码，直到全部译码失败帧译码成功或是不能对译码失败帧再次成功译码为止。

4、一次循环纠错再译码过程主要包含两个步骤，对未能纠错成功耦合译码块进行循环纠错步骤和对含有纠错后的耦合译码块的帧进行再次CA-SCL译码步骤。首先，循环纠错步骤是遍历每一个未能纠错成功耦合译码块并尝试两次尝试纠错，若该个耦合译码块纠错成功，则视为纠错成功的耦合译码块参与其它耦合译码块的纠错，当遍历完一遍后，判断是否有其它纠错失败的耦合译码块可以纠正，若存在，则再一次进行循环纠错步骤，否则，进入再次译码步骤。其中，两次尝试纠错步骤如下：

第一次尝试纠错：若某一帧的某个耦合译码块未能纠错成功且其它帧的相应的耦合译码块纠错成功，则该个耦合译码块纠错成功。具体而言，若第i帧的第j个耦合译码块未能纠错成功，其它帧的第j个耦合译码块纠错成功，则第i帧的第j个耦合译码块可以被成功纠正。其具体公式为：

第二次尝试纠错：若某一帧的某个耦合译码块未能纠错成功且相邻M帧的相应的耦合译码块纠错成功，则该个耦合译码块未能纠错成功。具体而言，若第i帧的第j个耦合译码块未能纠错成功，第mod(F-j+i+l-1,F)+1帧的l个耦合译码块都纠错成功，其中l＝1,2,Lj-1,j+1,L M。则第i帧的第j个耦合译码块可以被成功纠正。其具体公式为：

将纠错成功的耦合译码块的比特作为动态冻结位，并对含有纠错成功的耦合译码块的错误帧进行CA-SCL译码。若所有错误帧通过CRC校验或所有错误帧未能通过CRC校验，则退出译码。否则，进行纠正再次译码过程。

通过不断的尝试纠错耦合译码块，然后将纠错后的耦合译码块中的比特作为动态冻结位，对该错误帧再次进行CA-SCL译码尝试，从而实现对传统CA-SCL译码的译码性能的提升。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明所提出的双重耦合极化码的编译码流程图

图2为本发明所提出的一次遍历尝试纠错流程示意图

图3为本发明所提出的第一次耦合编码图示意图

图4为本发明所提出的第二次耦合编码图示意图

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的实施例中的技术方案进行清楚地、完整地描述。以下将会给出双重耦合极化码的编译码方式的具体实现步骤。以极化码长N为1024，码率R为0.5，列表长L为16，CRC校验位位长为8位。在每一帧中取耦合译码块的数量M为4，耦合帧数F为8帧，每一个耦合译码块的比特数I为8位。调制方式为BPSK，通过AWGN信道进行传输。

第一步，依据信道可靠性将极化码的子信道按照升序排序，分为两个部分，其中，好信道由后K'＝N×R+I+I×(M-1)/F＝1024×1/2+4+4×8/8＝520个具有高可靠性的信道构成，环信道前N-K'＝1024-520＝504个具有低可靠性的信道构成。好信道又分为两个部分，一部分是由前M×I＝4×8＝32个子信道构成的较可靠信道，另一部分由K'-M×I＝520-32＝498个子信道构成的高可靠信道。同样，信息比特位也分为两部分，一个是直接由高可靠信道不需要耦合的信息比特位，另一个是经由较可靠信道且需要耦合编码的信息比特位。

第二步，利用奇偶校验码对F＝8帧的M＝4个耦合编码块进行两次耦合编码：第一次耦合编码将第F＝8帧的前M-1＝3个耦合编码块的比特由前F-1＝7帧对应的编码块的对应比特的奇偶校验和决定。第8帧的第1个耦合编码块的比特由第1帧到第8帧的第1个耦合编码块的对应比特的奇偶校验和决定，第8帧的第2个耦合编码块的比特由第1帧到第8帧的第2个耦合编码块的对应比特的奇偶校验和决定，直到第8帧的第3个耦合编码块的比特计算完成为止。第二次耦合编码对每一帧的最后一个编码块的比特进行耦合编码。每一帧的第M＝4个耦合编码块由该帧的前3帧对应的奇偶校验和决定，例如第1帧的第4个耦合编码块的比特由第8帧的第3个耦合编码块、第7帧的第2个耦合编码块和第6帧的第1个耦合编码块对应比特奇偶校验而成，以此类推，直到第8帧的第4个耦合编码块的比特计算完成为止。

第三步，对每一帧加上CRC后，进行极化编码，其极化码的编码方式可以表示为：

第四步，在接收端，将接收到的每一帧进行解调后进入译码模块。译码模块首先将接收到的帧进行第一次CA-SCL译码。若每一帧都通过CRC校验，则表示成功译码，结束译码。若有一帧或多帧未能通过CRC，则对这些译码失败的帧进行多次循环纠错再译码，直到译码都成功或不能对译码失败帧再次成功译码为止。

第五步，若一帧或多帧未能通过CRC，则进行多次循环纠错再译码。一次循环纠错过程包含循环纠错步骤和再译码两个步骤。首先遍历未能纠错成功的耦合译码块，并进行两次纠错尝试，若能纠错成功，则将其作为纠错成功的耦合译码块参与其它纠错失败的耦合译码块。当遍历完所有未能纠错成功的耦合译码块时候，若还有可以纠错的耦合译码块，则再一次进行遍历未能纠错成功的耦合译码块，否则，意味着所有可以纠错成功的耦合译码块已经纠正完毕，进入再译码步骤。对每一个含有纠错成功的耦合译码块的译码失败帧进行再次CA-SCL译码，直到译码都成功或不能对译码失败帧再次成功译码为止。

例如，若第一帧和第二帧译码失败时。首先，先遍历第一帧和第二帧的耦合译码块：第一帧的第一个耦合译码块不满足两次纠错尝试公式，因此第一帧的第一个耦合译码块纠错失败，以此类推，第一帧的第四个耦合译码块满足第二次纠错尝试公式，因此第一帧的第四个耦合译码块纠错成功，将第一帧的第四个耦合译码块作为纠错成功的耦合译码块参与其它的耦合译码块。然后对第二帧的第一个耦合译码块满足第二次纠错尝试公式，因此第二帧的第一个耦合译码块纠错成功，以此类推，第二帧的第四个耦合译码块满足第一次纠错尝试公式，因此第二帧的第四个耦合译码块纠错成功。一次遍历完成后，需要判断是否有其它耦合译码块可以被纠错成功：有纠错失败的耦合译码块可以由纠错成功的耦合译码块纠错，因此，进行第二次遍历耦合译码块。以此类推，所有的纠错失败的耦合译码块都纠错成功。

先将纠错成功的耦合译码块中的比特作为动态冻结位，然后对含有纠错成功的耦合译码块的失败帧进行CA-SCL译码：将第一帧和第二帧的纠错成功的耦合译码块中的比特作为动态冻结位，对第一帧和第二帧进行再次CA-SCL译码。若第一帧和第二帧都译码失败，则结束译码，宣称译码失败；若第一帧和第二帧都译码成功，则结束译码，宣称译码成功。若第一帧或第二帧通过CRC，另外一帧未能通过CRC，则再进行一次循环纠错再译码步骤。

若第一帧通过CRC，第二帧未能通过CRC。首先，遍历第二帧的耦合译码块。第二帧的第一个耦合译码块满足第一次纠错尝试公式，因此第一帧的第一个耦合译码块纠错成功，以此类推，第二帧的第四个耦合译码块满足第一次纠错尝试公式，因此第二帧的第四个耦合译码块纠错成功。全部耦合译码块纠错成功，因此将第二帧的纠错成功的耦合译码块中的比特作为动态冻结位，对第二帧进行再次CA-SCL译码。若第二帧译码成功，则结束译码，宣称译码成功。若第二帧未能通过CRC，则结束译码，宣称译码失败。