一種列表連續(xù)消除極化碼譯碼方法、裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種極化碼譯碼方法，尤其涉及一種列表連續(xù)消除極化碼譯碼方法， 屬于無線信道編碼技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 上世紀(jì)80年代以來，無線通信技術(shù)飛速發(fā)展，已成為當(dāng)今通信領(lǐng)域內(nèi)發(fā)展?jié)摿ψ?大、市場前景最廣的熱點(diǎn)技術(shù)。移動通信經(jīng)歷了第一代模擬通信（1G)，第二代蜂窩數(shù)字通信 (2G)，第三代CDMA寬帶通信（3G)的發(fā)展歷程，目前已進(jìn)入了第四代移動通信（4G)產(chǎn)業(yè)化 的應(yīng)用階段。移動通信正朝著高速率，高容量，高頻譜效率和低功耗的方向發(fā)展，不斷滿足 人們?nèi)找嬖鲩L的數(shù)據(jù)和視頻需求。據(jù)主要運(yùn)營商和權(quán)威咨詢機(jī)構(gòu)預(yù)測：移動寬帶業(yè)務(wù)流量 將在未來10年增長1000倍?，F(xiàn)有4G技術(shù)在傳輸速率和資源利用率等方面仍然無法滿足 未來的需求，其無線覆蓋和用戶體驗(yàn)也有待進(jìn)一步提高。世界各國在推動4G產(chǎn)業(yè)化工作的 同時，第五代移動通信技術(shù)（5G)已經(jīng)成為了國內(nèi)外無線通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
[0003] 5G移動通信標(biāo)志性的關(guān)鍵技術(shù)主要體現(xiàn)在超高效能的無線傳輸技術(shù)和高密度無 線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)?；诖笠?guī)模多輸入多輸出（MHTO)的無線傳輸技術(shù)將有可能使頻譜效率和功 率效率在4G的基礎(chǔ)上再提升一個量級。毋庸置疑，高性能、高效率的信道編碼技術(shù)也將成 為5G的一個重要研究方向。對于二進(jìn)制輸入的離散無記憶信道（B-DMCs)，理論上已經(jīng)證 明了極化碼能夠達(dá)到香農(nóng)信道容量。作為第一個能夠達(dá)到香農(nóng)容量的信道編碼，極化碼是 信息理論和無線通信領(lǐng)域的重大突破，引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。在5G移動通信 的全新應(yīng)用場景下，極化碼將會取代Turbo碼和LDPC碼，在信道的糾錯編碼中大顯身手。 研究適用于5G移動通信系統(tǒng)的高效極化碼構(gòu)造及譯碼算法具有重大的理論意義與應(yīng)用價 值。
[0004] 關(guān)于極化碼的相關(guān)文獻(xiàn)中，有大量針對理想誤碼性能，低復(fù)雜度和低延時的極化 碼譯碼器的相關(guān)研究?；跂艡诟竦腣iterbi和BCJR算法所實(shí)現(xiàn)的最大似然和最大后驗(yàn) 概率譯碼器是性能最優(yōu)的，但其復(fù)雜度過高。近年來，連續(xù)消除的列表極化碼（SCL)譯碼 器因其接近最優(yōu)的檢測性能而引起了廣泛的關(guān)注。然而，這種譯碼器需要足夠長的候選列 表長度來達(dá)到理想的譯碼性能，從而增大了需要更新和比較的路徑度量值，在一定程度上 增加了實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。
[0005] 為了降低SCL譯碼的計算復(fù)雜度，有研究者提出了一種極化碼的自適應(yīng)連續(xù) 消除的列表譯碼器[C.Zhang,Z.Wang,X.You,andB.Yuan,"Efficientadaptivelist successivecancellationdecoderforpolarcodes,^inProc.ofAsilomarConference onSignals,Systems,andComputers(Asilomar),PacificGrove,USA,Nov. 2014.], 首先，該譯碼器通過離線仿真初始鏈表長度設(shè)為lc= 1 _。對于譯碼樹的第i層 (1 <KN)，對擴(kuò)展路徑的度量值進(jìn)行排序，得到排序的候選路徑鏈表度量值為1^ = [Lu，Lli2, · · ·，Llin]，1彡η彡lmx。其中，L1ι2彡…彡L1ιη。該譯碼器將L#相鄰兩 個度量值比值的對數(shù)lgO^/L^)作為比較的依據(jù)。當(dāng)lgO^/Lm)小于預(yù)先確定的閾 值T時，同時保留k,和LI]+1;否則，僅保留Lι,對應(yīng)的路徑，及時去除度量值足夠小的路 徑。其中，閾值T通過預(yù)先離線仿真BER與T的關(guān)系曲線得到。該自適應(yīng)譯碼器降低了譯 碼的平均鏈表長度，但仍然避免不了擴(kuò)展路徑度量值的排序操作，其計算復(fù)雜度存在進(jìn)一 步降低的空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，提供一種列表連續(xù) 消除極化碼譯碼方法，可有效降低平均列表長度并減少度量值比較運(yùn)算，從而顯著降低極 化譯碼的運(yùn)算復(fù)雜度。
[0007] 本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題：
[0008] -種列表連續(xù)消除極化碼譯碼方法，利用列表連續(xù)消除算法對極化編碼序列所 對應(yīng)的碼樹進(jìn)行最優(yōu)路徑的搜索，從而得到譯碼結(jié)果；搜索過程中，對于碼樹的第i層， 1 <i〈N，N為極化編碼序列的碼長，按照以下方法更新候選路徑列表：首先對上一層候選 路徑列表中的每一條候選路徑進(jìn)行路徑擴(kuò)展，并計算出各條擴(kuò)展后路徑的可靠性度量值； 然后剔除可靠性度量值小于當(dāng)前層的可靠性度量閾值的擴(kuò)展后路徑，并判斷剩余的擴(kuò)展后 路徑數(shù)量是否大于預(yù)設(shè)的最大列表長度1_，如是，則繼續(xù)剔除剩余的擴(kuò)展后路徑中可靠 性度量值最小的部分，使最終剩余的擴(kuò)展后路徑數(shù)量不大于1_;最后，對最終剩余的擴(kuò)展 后路徑進(jìn)行以下處理：兩兩比較其可靠性度量值的常用對數(shù)，如兩者差值大于預(yù)設(shè)閾值T， 則剔除其中可靠性度量值較小者；用最后剩余的擴(kuò)展后路徑更新當(dāng)前層的選路徑列表；其 中，當(dāng)前層的可靠性度量閾值B通過下式確定：
[0009]B=B〇/s
[0010] 式中，B。為上一層候選路徑列表中的候選路徑的擴(kuò)展后路徑的可靠性度量值的均 值，或者上一層候選路徑列表中的候選路徑的擴(kuò)展后路徑的最大、最小可靠性度量值的平 均值，或者上一層候選路徑列表中的候選路徑的擴(kuò)展后路徑的最大可靠性度量值的一半； 控制因子s預(yù)先通過仿真優(yōu)化得到。
[0011] 優(yōu)選地，所述控制因子s的仿真優(yōu)化是以譯碼的誤比特率與計算復(fù)雜度的乘積最 小為優(yōu)化目標(biāo)。
[0012] 根據(jù)相同的發(fā)明思路還可得到以下技術(shù)方案：
[0013] -種列表連續(xù)消除極化碼譯碼裝置，使用如上任一技術(shù)方案所述譯碼方法。
[0014] 相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0015] 本發(fā)明將路徑度量值寬松排序與現(xiàn)有自適應(yīng)極化譯碼器相結(jié)合，在譯碼性能和復(fù) 雜度折衷策略的前提下，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)的連續(xù)消除列表極化譯碼器，既保證了與傳統(tǒng)譯碼器 一致的檢測性能，又大大降低了譯碼復(fù)雜度。
【附圖說明】
[0016] 圖1是1 (1_) = 2時，TMPC與控制因子S的關(guān)系曲線（Eb/NQ= 2dB);
[0017] 圖2是1 (1_) = 4時，TMPC與控制因子s的關(guān)系曲線（Eb/NQ= 2dB);
[0018] 圖3是本發(fā)明連續(xù)消除列表極化譯碼器的樹形搜索圖；
[0019] 圖4是本發(fā)明自適應(yīng)連續(xù)消除列表極化譯碼器的譯碼流程圖；
[0020] 圖5是1 (1_) = 2時，（1024, 512)極化碼的不同SCL譯碼器的比較。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明：
[0022] 現(xiàn)有極化碼的自適應(yīng)連續(xù)消除的列表譯碼器，只設(shè)置搜索每一層的最大鏈表長度 1_，通過自適應(yīng)的路徑選取策略來降低整個譯碼過程的平均鏈表長度lavg。因此，譯碼過程 中候選路徑的列表長度是不固定的。針對這一特性，本發(fā)明的思路是在候選路徑的選取過 程中，利用路徑可靠性度量值的寬松排序來代替直接排序，以降低排序的計算復(fù)雜度，同時 進(jìn)一步降低平均列表長度。
[0023] 根據(jù)大數(shù)定理，我們可以假定路徑可靠性度量值服從高斯分布，當(dāng)選擇均值作為 分界點(diǎn)時，可以將21路徑度量的列表分為兩個子列表，則可靠性度量值大于分界點(diǎn)的子列 表包含1個元素，即可作為候選路徑列表，稱之為寬松排序。如果進(jìn)一步假設(shè)路徑可靠性度 量值是服從均勻分布的，則路徑可靠性度量值的最大值和最小值的1/2即可作為分界點(diǎn)， 稱為線性均值。實(shí)際上，最差的路徑度量值與最優(yōu)的路徑是不相關(guān)的，其路徑度量值小到幾 乎可以被忽略。因此，可簡單的用最大度量值的1/2作為分界點(diǎn)。
[0024] 但在實(shí)際中，路徑的分布并不是嚴(yán)格地服從這些分布的，簡單地選取均值或是線 性均值作為分界點(diǎn)，選取的路徑經(jīng)過自適應(yīng)的連續(xù)消除列表譯碼器后，將會帶來譯碼性能 的嚴(yán)重?fù)p失，其原因在于分界點(diǎn)的選取不合理?？紤]在初始分界點(diǎn)中加入一個控制因子s 來人為控制寬松排序所得的列表大小，從而改善譯碼性能?？刂埔蜃拥倪x取至關(guān)重要，直接 影響譯碼性能和整個譯碼器器的復(fù)雜度。本發(fā)明預(yù)先通過仿真優(yōu)化的方法得到最優(yōu)的控制 因子s。
[0025] 根據(jù)上述分析可知，對當(dāng)前搜索層的路徑進(jìn)行寬松排序所需的可靠性度量值分界 點(diǎn)B按照以下方法得到：
[0026] 初始分界點(diǎn)B?？赏ㄟ^以下三種方法來選取：
[0027] 1)基于均值：Β0=
[0028] 2)基于線性均值：B0=(L_+L_) /2
[0029] 3)基于最大值：B0=L_/2
[0030] 離線選取控制因子s:
[0031] 利用仿真優(yōu)化方法來獲得，即以控制因子s作為決策變量，通過仿真得到使得譯 碼系統(tǒng)性能指標(biāo)最優(yōu)的決策變量值。具體的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)可根據(jù)實(shí)際關(guān)注的性能參數(shù)構(gòu) 建，本發(fā)明優(yōu)選以譯碼的誤比特率與計算復(fù)雜度的乘積最小為優(yōu)化目標(biāo)，從而獲得最優(yōu)的 控制因子，具體如下：
[0032] 首先，我們將譯碼的誤比特率BER與計算復(fù)雜度的乘積定義為TMPC。為方便起見， 引入了如下引理：
[0033] 假定SCL譯碼過程的平均鏈表長度為lavg，則TMPC等價于BER與lavg的乘積，用λ 表示。λ取得最小值時所對應(yīng)的s為最優(yōu)的選擇。
[0034] 由以上引理，可進(jìn)一步得到：
[0035]
[0036] 根據(jù)公式（1)計算不同控制因子s所對應(yīng)的TMPC，并繪制兩者的關(guān)系曲線，通過 仿真的方法找到最優(yōu)的s。對于一定碼長及碼率的極化碼，s是固定的。考慮到SCL譯碼 器在低信噪比處即可獲得較好的譯碼性能，因此我們可將信噪比Eb/N。設(shè)為2dB進(jìn)行仿真， 圖1、圖