1.基于冻结比特改进的一种极化码信道构造方法,该方法针对传统高斯近似(Gaussian Approximation,GA)构造的极化码最小汉明重量(minimum Hamming weight,MHW)较小问题以及未充分利用串行抵消列表(Successive Cancellation List,SCL)译码中冻结比特的纠错和校验功能问题,提出了基于冻结比特改进的一种极化码信道构造方法,该方法首先利用GA估计出极化子信道的可靠性度量,和传统构造法一样选出最可靠的信道,然后从所选信道选出行权重较小的所有信道,这些信道的可靠性较高但是行权重较小,最后根据所提出的两个冻结信道设置原则,即:可靠度不同的信道段设置合适位数的冻结信道原则以及长信息信道段在行权重较小且靠后的位置间隔设置冻结信道原则,选出合适位数的信道将其设置为冻结信道,其余信道则为信息信道,译码时采用SCL译码。
2.根据权利1要求所述的基于冻结比特改进的一种极化码信道构造方法,具体包括以下步骤:步骤一:极化码在加性高斯白噪声(Additive White Gaussian Noise,AWGN)信道下采用GA得到每个极化子信道的对数似然比(Logarithm Likelihood Ratio,LLR)期望和可靠性度量;
考虑在AWGN信道中采用BPSK调制,极化码长度为N, 对应的LLR表示为
2 2
假设输入序列 是全“零”码字,则 服从N(2/σ,4/σ),可以看出所
有的LLR都是方差为均值的两倍的高斯随机变量,于是,根据高斯近似原理得到式(1)~(3),其中
通过不断使用公式(1)和公式(2),最终计算出每个极化子信道 的LLR期望,并且LLR期望越大对应的信道 可靠度越高,得到所有信道的可靠性度量以后,选出可靠性最高的K+f位信道待定为信息信道,其中K为信息比特数,f为冻结信道设置位数;
步骤二:找到可靠性最高的K+f位信道对应生成矩阵的行权重,再次选出其中行权重最小和次小的所有信道;
n
对于一个码长为N=2的极化码,它的编码可以由生成矩阵GN实现,GN第i行(行号从1开wt(i)始计数)的行重为2 ,其中wt(i)表示i‑1的二进制数表示的汉明重量,极化码的最小距离等于GN中信息位对应行的最小行权重,选出行权重较小的信道设置为冻结信道可以减少极化码的低重量码字,增大MHW;
在进行冻结信道数量和位置选取之前,需要进行公式(5)、(6)和(7)的定义:
2
f=log2N×(α‑|K/N‑1/2|) (5)
公式(5)中f若不为整数,则四舍五入法取整,α为调整冻结比特数量的系数,通常0<α<1,根据公式(5),通过调整α的值可灵活选取冻结比特的数量,公式(6)和公式(7)中的dm和ds为别为非冻结比特集合的MHW和次MHW,冻结比特从集合Am和As中选取,当f小于|Am|时,冻结信道仅设置在最小行权重的信道中,当f大于|Am|时,则将所有最小行权重信道设置为冻结信道,并在次小行权重信道中选出f‑|Am|位信道设置为冻结信道;
步骤三:根据所提出的两个冻结信道设置原则,即:可靠度不同的信道段设置合适位数的冻结信道原则以及长信息信道段在行权重较小且靠后的位置间隔设置冻结信道原则,在最小和次小行权重信道中选出f位信道将其设置为冻结信道,译码时采用SCL译码;
在SCL译码中,当冻结比特判决结果不符合LLR判决结果时,将会给相应路径增加路径度量(Path Metrics,PM)值,PM值较大路径被认为错误概率更大,将会被删除,这里有两种情况会导致冻结比特判决错误:第一种为噪声影响,第二种为之前译码位错误,噪声是随机且不可控的,故不考虑位置影响,针对第二种情况,SCL译码过程中理想状态包含1条正确路径和L‑1条错误路径,错误路径译到冻结比特时LLR判决错误概率更大,PM值增加会导致错误路径被剪枝,可以增加正确路径保留到最后的概率,故冻结比特也拥有一部分隐性校验能力,将冻结比特当作一种纠错码和校验码,对冻结比特的放置位数和放置位置进行了深入研究分析,得到两个冻结信道设置原则,即:原则1:可靠度不同的信道段设置合适位数的冻结信道,
原则2:长信息信道段在行权重较小且靠后的位置间隔设置冻结信道,
根据两个冻结信道设置原则,从行权重较小的信道中选择f位信道设置为冻结信道,剩余K位信道则为信息信道,译码时采用SCL译码,这样既可以减少极化码的低重量码字,优化极化码的距离谱,还可以充分利用冻结比特在SCL译码中的校验能力,提高极化码的纠错性能。