本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種計算polar碼scl+crc(successivecancellationlist+cyclicredundancycheck)譯碼的list預(yù)測值的方法。

背景技術(shù)：

2009年arikan提出了polar碼信道編碼理論，并且第一次證明了polar碼能夠在理論上達(dá)到信道容量的糾錯編碼方案，具有較低的編譯碼復(fù)雜度，靈活簡便，極其容易操作。2016年11月14日至18日期間，在美國reno召開的3gppran1#87會議上，polar碼信道編碼方案被3gpp采納為5g-embb場景下控制信道標(biāo)準(zhǔn)方案。

本領(lǐng)域內(nèi)公知，polar碼的scl+crc譯碼是在list大小l設(shè)定后進(jìn)行的；l的大小決定譯碼過程中路徑選取的多少。當(dāng)scl+crc譯碼結(jié)束后，依據(jù)最大似然概率準(zhǔn)則，從l個譯碼碼字里選取正確的譯碼碼字；參考文獻(xiàn)[1]:“在2011年5月份的國際信息論大會上，泰勒和瓦雷提出polar碼的路徑擴(kuò)展和修剪譯碼算法”記載，scl+crc譯碼過程如下：如圖1所示，首先設(shè)定list大小為4，從第一個信息比特開始，采用sc譯碼算法依次譯碼得到0或1；分別記錄0或1的概率；假設(shè)0和1都對，再次分別進(jìn)行sc譯碼，分別算出0和1比特往下的兩個比特，并記錄概率；繼續(xù)往下進(jìn)行譯碼，持續(xù)到最后一個信息比特，等到分支達(dá)到一定數(shù)量時候，比如8個分支，選取4條概率最大的備選路徑節(jié)點(diǎn)作為分支，最終譯碼結(jié)束4條路徑為4個備選碼字，保留下來的每個分支成為一個list。

當(dāng)譯碼結(jié)束后，采用crc校驗法選取和原始信息比特完全一致的譯碼碼字，當(dāng)不存在通過crc校驗的路徑，采用最大似然準(zhǔn)則選取譯碼碼字。

在scl+crc譯碼過程中，如果list的大小提前預(yù)知，那么指派譯碼器的能力和接收到的碼字才能匹配。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種計算polar碼scl+crc譯碼的list預(yù)測值的方法，提高了list值的估計精度，同時降低polar碼scl+crc的譯碼復(fù)雜度和縮短譯碼時延。

具體步驟如下：

步驟一、針對某個待編碼polar碼碼字，將信息集比特和凍結(jié)集比特組成未編碼碼字向量為u；

信息集比特是指在信道集合a的信源比特及crc校驗比特；凍結(jié)集比特是指在信道集合a^c的全0比特；

u＝{u1,u2,...,ui,...,un}；n為該碼字的碼長，也就是碼字中的比特數(shù)量；n為自然數(shù)；

步驟二、將當(dāng)前向量u輸入polar碼編碼器，輸出比特向量x；

x＝{x1,x2,...xi,...xn}；xi是polar碼編碼器輸出的第i個比特，{i|0＜i≤n}；

步驟三、將編碼器輸出的向量x中的每個比特，分別經(jīng)過信道模型傳輸，得到sc譯碼器接收的比特向量y；y＝{y1,y2,...yi,...yn}；

信道模型為：yi＝hixi+ni；

ni是第i個比特的高斯白噪聲，yi是sc譯碼器接收的第i個比特，系數(shù)hi取值不同，表示不同的信道模型，包括高斯信道模型或瑞利信道模型；

步驟四、將向量y輸入sc譯碼器，得到譯碼判決比特向量

表示第i個譯碼后的判決比特；

步驟五、將向量通過crc校驗，并判斷是否校驗成功，如果是，則譯碼成功，不用計算list預(yù)測值；否則需要list做預(yù)測，進(jìn)入步驟六；

譯碼成功后，譯碼判決中的比特組成的碼字為最終譯碼碼字。

步驟六、在sc譯碼器輸出端，收集集合a^c中的錯誤比特，計算錯誤比特對應(yīng)的llr值并求和；

錯誤比特是指sc譯碼器輸出的譯碼判決比特在集合a^c里，也就是的比特；

針對第i個錯誤比特的llr值為計算如下：

其中是第i個譯碼比特判決0或1的概率；表示從第1個譯碼后的判決比特到第i-1個譯碼后的判決比特表示從譯碼器接收到的第一個比特值y1到第i個比特值yi；的結(jié)果是第i個錯誤比特判決為0的概率似然比的對數(shù)，表示概率似然比的對數(shù)與有關(guān)；

然后，把集合a^c中，所有的sc譯碼錯誤比特對應(yīng)的llr值求和為

步驟七、利用錯誤比特的llr和值，計算list的預(yù)測值

list的預(yù)測值計算公式如下：

l∞為理想最大值，λ為l∞的補(bǔ)償常數(shù)，α為list映射判決門限；δ²是大量碼字統(tǒng)計樣本的方差。

步驟八、計算list預(yù)測值的上界，并判斷l(xiāng)ist預(yù)測值是否大于上界，如果是，list預(yù)測值需要收縮，進(jìn)入步驟十，否則，進(jìn)入步驟九；

list預(yù)測值的上界為：

步驟九、對list的預(yù)測值取整后，選擇scl譯碼器，譯碼后的備選碼字輸入crc校驗；如果存在通過校驗的譯碼碼字，則list預(yù)測值正確，同時獲得正確譯碼；否則，進(jìn)入步驟十；

將list的預(yù)測值整數(shù)化，公式如下：則得到預(yù)測值

步驟十、對錯誤比特的llr和值進(jìn)行迭代；

迭代公式如：

其中κ為迭代次數(shù)。

當(dāng)list預(yù)測值大于上界時，將當(dāng)前錯誤比特的llr和值減去作為下一次錯誤比特的llr和值；

當(dāng)list預(yù)測值指派給scl譯碼器譯碼結(jié)束后，所有的備選譯碼碼字沒有通過crc校驗，則需要擴(kuò)大list初步預(yù)測值，將當(dāng)前錯誤比特的llr和值加上作為下一次錯誤比特的llr和值；

其中τκ代表第κ次迭代過程中計算步驟七的概率擴(kuò)大或縮小的因子，

步驟十一、利用迭代后的修正值重新計算list的預(yù)測值并取整后，指派對應(yīng)list大小的scl譯碼器，在譯碼后的備選碼字輸入crc校驗，如果存在通過校驗的碼字，則list預(yù)測值正確，迭代結(jié)束，同時譯碼正確；否則，返回步驟八；

將list的預(yù)測值整數(shù)化，公式如下：則得到預(yù)測值

步驟十二、按設(shè)定的迭代次數(shù)內(nèi)list預(yù)測后，譯碼后的備選碼字仍沒有通過crc校驗的碼字，那么list預(yù)測值失?。蛔g碼結(jié)果按照最大似然比概率準(zhǔn)則輸出最終的譯碼碼字。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和效果在于：

1)、本發(fā)明一種計算polar碼scl+crc譯碼的list預(yù)測值的方法，用在list指派sc-list+crc譯碼算法里，可以大幅度的減少譯碼復(fù)雜度。

2)、本發(fā)明一種計算polar碼scl+crc譯碼的list預(yù)測值的方法，可以免去遍歷性逐一試出，從而降低polar碼的scl+crc的譯碼復(fù)雜度。

3)、本發(fā)明一種計算polar碼scl+crc譯碼的list預(yù)測值的方法，當(dāng)接收到碼字后，動態(tài)指派list賦值給scl+crc譯碼器，使譯碼器的糾錯能力充分匹配接收到的碼字。

附圖說明

圖1是本發(fā)明采用的文獻(xiàn)中的scl譯碼過程形成list的結(jié)構(gòu)圖。

圖2是本發(fā)明利用list預(yù)測值指派scl+crc譯碼算法原理圖；

圖3是本發(fā)明一種計算polar碼scl+crc譯碼的list預(yù)測值的原理圖；

圖4是本發(fā)明一種計算polar碼scl+crc譯碼的list預(yù)測值的方法流程圖。

具體實(shí)施例

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方法進(jìn)行詳細(xì)說明。

本發(fā)明是一種計算list的預(yù)測值指派polar碼scl+crc譯碼器的方法，通過polar碼的凍結(jié)集信息在sc譯碼器端口的復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)；采用polar碼的凍結(jié)集在sc譯碼器輸出端的對數(shù)似然比llr的和值來對list大小作預(yù)測。如圖2所示，采用polar碼編碼器級聯(lián)crc校驗，對某個碼字，首先采用sc譯碼，將輸出的譯碼進(jìn)行crc校驗；如果校驗通過，check＝0，選擇譯碼碼字進(jìn)行輸出，不需要做list預(yù)測；否則，check≠0，需要做list預(yù)測，依據(jù)凍結(jié)比特對應(yīng)的llr值，預(yù)測scl+crc譯碼器的不同list預(yù)測值，依據(jù)list預(yù)測值指派對應(yīng)的scl+crc譯碼器。

如圖3和圖4所示，具體步驟如下：

步驟一、針對某個待編碼polar碼碼字，將信息集比特和凍結(jié)集比特組成未編碼碼字向量為u；

其中信源比特及crc校驗比特對應(yīng)的信道集合a叫信息集和全0比特對應(yīng)的信道集合a^c叫凍結(jié)集，這兩個集合里的比特分別叫信息比特和凍結(jié)比特；

u＝{u1,u2,...,ui,...,un}；n為該碼字的碼長，也就是碼字中的比特數(shù)量；n為自然數(shù)；

步驟二、將當(dāng)前向量u輸入polar碼編碼器，輸出比特向量x；

x＝{x1,x2,...xi,...xn}；xi是編碼器輸出的第i個比特，{i|0＜i≤n}；

步驟三、將編碼器輸出的向量x中的每個比特，分別經(jīng)過信道模型傳輸，得到sc譯碼器接收的比特向量y；

y＝{y1,y2,...yi,...yn}；

信道模型為：yi＝hixi+ni；

ni是第i個比特的高斯白噪聲，xi是polar碼編碼器輸出的第i個比特，yi是sc譯碼器接收的第i個比特，系數(shù)hi取值不同，表示不同的信道模型，包括高斯信道模型或瑞利信道模型；當(dāng)滿足分布時，為瑞利信道模型，為瑞利信道方差；當(dāng)hi＝1為高斯信道模型。

高斯信道模型采用已有的密度進(jìn)化或高斯近似方法求出集合a和集合a^c；瑞利信道模型采用仿真的方法預(yù)先確定集合a和集合a^c。

步驟四、將向量y輸入sc譯碼器，得到譯碼判決比特向量

為第i個譯碼判決比特；

sc譯碼采用已有的最小和遞推法完成，遞推公式如下：

表示傳輸?shù)?i個比特的llr值；表示異或運(yùn)算，sign(·)表示求正負(fù)號運(yùn)算，min(·)表示求最小值運(yùn)算，|·|表示求絕對值運(yùn)算，表示從判決比特到判決比特中取奇數(shù)位置的比特判決，表示從判決比特到判決比特中取偶數(shù)位置的比特判決；表示從譯碼器接收到的第一個比特值y1到第n個比特值yn；表示從第1個譯碼后的判決比特到第2i-2個譯碼后的判決比特

最終得到的譯碼判決為

步驟五、將向量通過crc校驗，并判斷是否校驗成功，如果是，則譯碼成功，譯碼判決中的比特組成的碼字為最終譯碼碼字，不用預(yù)測list；否則需要做list預(yù)測，進(jìn)入步驟六；

步驟六、在sc譯碼器輸出端，收集集合a^c中的錯誤比特，計算錯誤比特對應(yīng)的llr值并求和；

在polar碼譯碼里，接收到一個碼字，以往的sc譯碼算法對凍結(jié)比特不做譯碼和判決，采用丟棄判決的策略；本發(fā)明重拾polar碼的sc譯碼過程中對凍結(jié)比特譯碼判決，并且對照原始凍結(jié)比特，把譯碼錯誤的凍結(jié)比特對應(yīng)的llr值挑選出來并求和；因此對sc譯碼過程中判決錯誤的凍結(jié)比特的llr求和是本發(fā)明的一個特征。

錯誤比特是指sc譯碼器輸出的譯碼判決比特在集合a^c里，也就是的比特；

針對第i個錯誤比特的llr值為計算如下：

其中是第i個譯碼比特判決0或1的概率；表示從第1個譯碼后的判決比特到第i-1個譯碼后的判決比特表示從譯碼器接收到的第一個比特值y⁽¹⁾到第i個比特值y⁽ⁱ⁾；的結(jié)果是第i個譯碼比特的判決為0的概率似然比的對數(shù)。

然后，將凍結(jié)比特對應(yīng)的子集合a^c中，所有的錯誤比特對應(yīng)的llr值求和，為

步驟七、利用錯誤比特的llr和值，計算list的預(yù)測值

利用采用公式做映射；

l∞為理想最大值lmax，λ為l∞的補(bǔ)償常數(shù)，α為list映射判決門限；δ²是大量碼字統(tǒng)計樣本的方差。l∞、λ和α的最佳確定是通過大量的仿真確定。

根據(jù)polar碼的極化理論，凍結(jié)比特在譯碼過程錯誤情概率高于信息比特。所以做出如下證明，首先證明凍結(jié)比特的llr和值在sc譯碼判決中存在的關(guān)系。

于是根據(jù)公式(b)得到碼字的譯碼結(jié)果的正確性與公式(a)的和值相關(guān)，因此，凍結(jié)比特的llr和值在碼字判決里得到了體現(xiàn)，再由公式(a)的和值做變量，做譯碼可靠性度量(判決概率計算)如下：

由于公式(c)表明sc譯碼結(jié)果可靠程度；利用(c)給出的可靠程度做scl+crc譯碼器list大小的預(yù)測，得到指派公式(d)，那么當(dāng)sc譯碼錯誤的時候，利用(d)的正確程度做list的匹配。

這樣在最小和sc譯碼算法里能夠通過經(jīng)驗映射得到list預(yù)測值或者利用則得到預(yù)測值

步驟八、計算list預(yù)測值的上界，并判斷l(xiāng)ist預(yù)測值是否大于上界，如果是，list需要收縮，進(jìn)入步驟十，否則，進(jìn)入步驟九；

list預(yù)測值的上界為：

因此，sc譯碼器譯碼失敗后，計算的動態(tài)上界作為list預(yù)測值的最大值；經(jīng)過概率推算list最大估值也和有關(guān)，l0為在polar碼的scl+crc譯碼過程中，最小指派scl+crc譯碼器并且譯碼成功的list；因此關(guān)于凍結(jié)集子信道有關(guān)系的最大list界限是本發(fā)明的一個特征。

證明如下：首先依據(jù)sc譯碼報錯后，啟用scl譯碼器前，list的估計值的時候的產(chǎn)生譯碼錯誤的list期望要大于時候的所有l(wèi)ist的期望，因為的list期望組成了的譯碼正確期望值和譯碼不正確的期望值。

那么下式成立，

如果：

由于：

其中，為錯誤譯碼的碼字，ua為正確譯碼的碼字；p(·)為概率運(yùn)算，由此求出list估計值上界。e表示科學(xué)數(shù)字e≈2.71828，表示向下取整數(shù)運(yùn)算，lo表示恰好指派的scl+crc譯碼器譯碼并且譯碼成功的list，2^m表示在lo大小的list基礎(chǔ)上擴(kuò)大2^m倍，其中

步驟九、對list的預(yù)測值取整后，選擇scl譯碼器，譯碼后的備選碼字輸入crc校驗；如果存在通過校驗的譯碼碼字，則list預(yù)測值正確，同時獲得正確譯碼；否則，進(jìn)入步驟十；

本發(fā)明的初步預(yù)測的映射的取整方法，當(dāng)?shù)鷿M足概率條件門限停止時候的的取整方法為：或者采用則這種在譯碼過程中，按照以2為底的指數(shù)取整是本發(fā)明的一個特征。

步驟十、對錯誤比特的llr和值進(jìn)行迭代；

迭代公式如：

其中κ為迭代次數(shù)。

為llr彌補(bǔ)或懲罰對數(shù)似然比函數(shù)；其中τκ代表第κ次迭代過程中計算步驟七的概率擴(kuò)大或縮小的因子，為門限迭代；再次校驗不通過，繼續(xù)迭代或根據(jù)極大似然準(zhǔn)則選取譯碼碼字。

當(dāng)list預(yù)測值大于上界時，將當(dāng)前錯誤比特的llr和值減去作為下一次錯誤比特的llr和值。

scl+crc里的list預(yù)測存在偏大的情況；如果初步預(yù)測list值超過規(guī)定的上界那么需要縮小list初步預(yù)測值；因為在正態(tài)分布里n～(0,δ²),滿足和

如果設(shè)定門限τ＝1,2,3，那么可以得到不同的概率門限；按照如下迭代方法

其中κ為迭代次數(shù)。

為llr，因此彌補(bǔ)了的過大。為門限迭代。

如果初步預(yù)測list值指派的scl+crc譯碼器沒有譯碼成功，那么說明list預(yù)測值需要增大；將當(dāng)前l(fā)lr和值加上作為下一次錯誤比特的llr和值；這個時候公式(e)需要取加號，即這樣對數(shù)似然比彌補(bǔ)了的映射過小的不足。

步驟十一、利用迭代后的修正值經(jīng)過步驟七，計算list的預(yù)測值并取整后，指派對應(yīng)list大小的scl譯碼器，在譯碼后的備選碼字輸入crc校驗，如果存在通過校驗的碼字，則list預(yù)測值正確，迭代結(jié)束，同時譯碼正確；否則，返回步驟八；

將list的預(yù)測值整數(shù)化，公式如下：則得到預(yù)測值

步驟十二、按設(shè)定的迭代次數(shù)內(nèi)list預(yù)測值擴(kuò)大或縮小后，譯碼后的所有的備選碼字均沒有通過crc校驗的碼字，那么list預(yù)測值失敗，按照極大似然概率準(zhǔn)則選擇最終的譯碼碼字。

本發(fā)明在譯碼過程預(yù)測list的值，同時list預(yù)測值促進(jìn)譯碼的過程，節(jié)約了時間；通過譯碼的過程中預(yù)測list的值，降低平均譯碼復(fù)雜度，減小延時；并且在譯碼中不需要設(shè)定最大list值。