一种基于错误集的极化码改进SCL译码算法_袁建国.pdf

收稿日期:2 0 2 2-1 0-0 5.基金项目:国家自然科学基金项目(6 1 9 7 1 0 7 9);重庆市研究生科研创新项目(C Y S 2 1 3 0 1);2 0 2 1年大学生科研训练计划(A 2 0 2 1-6 8).*通信作者:袁建国 E-m a i l:y y y y j g 1 2 6.c o m光电技术及应用D O I:1 0.1 6 8 1 8/j.i s s n 1 0 0 1-5 8 6 8.2 0 2 2 1 0 0 5 0 1一种基于错误集的极化码改进S C L译码算法袁建国1*,张降龙2,张帅康1,王煦杰1,莫珍珠1(1.重庆邮电大学 光电工程学院,重庆4 0 0 0 6 5;2.重庆邮电大学 通信与信息工程学院,重庆4 0 0 0 6 5)摘 要:针对极化码在中短码长时纠错性能的不足,提出了一种基于错误集的极化码改进串行抵消列表(S u c c e s s i v eC a n c e l l a t i o nL i s to fP o l a rC o d e sB a s e do nE r r o rS e t,E S-S C L)译码算法。该算法首先根据极化码的信道特性构造错误集,在极化码编码时根据错误集中的元素设置奇偶校验(P a r i t yC h e c k,P C)位,其余位置则放置信息比特和冻结比特,译码器在译码P C位时,每条路径通过校验函数得到P C位的比特估计,不执行路径分裂和剪枝,其余位置则执行S C L译码。仿真结果表明,在加性高斯白噪声信道下,当码长为5 1 2,码率为0.5,误块率为1 0-5,最大译码列表数为8时,相较于P C-P S C L译码算法以及C A-S C L译码算法,所提出的E S-S C L译码算法获得了约0.1 8和0.1 5d B的增益;当码长为2 5 6,码率为0.5,误码率为1 0-5,最大译码列表数为8时,相较于C A-S C L,P C-P S C L译码算法,获得了约0.3和0.3 5d B的增益;此外,采用部分比特分裂译码的E S-S C L译码算法可以在误块率与P C-P S C L译码算法几乎相同的情况下,减少约5 0%的排序次数,具有更低的译码复杂度。关键词:极化码;奇偶校验码;错误集;S C L译码中图分类号:T N 9 1 9 文章编号:1 0 0 1-5 8 6 8(2 0 2 3)0 1-0 1 0 9-0 6A nI m p r o v e dS C LD e c o d i n gA l g o r i t h mo fP o l a rC o d e sB a s e do nE r r o rS e tYUANJ i a n g u o1,Z HANGX i a n g l o n g2,Z HANGS h u a i k a n g1,WANGX u j i e1,MOZ h e n z h u1(1.S c h o o l o fO p t o e l e c t r o n i cE n g i n e e r i n g,C h o n g q i n gU n i v e r s i t yo fP o s t sa n dT e l e c o mm u n i c a t i o n s,C h o n g q i n g4 0 0 0 6 5,C H N;2.S c h o o l o fC o mm u n.a n dI n f o r m a t i o nE n g i n.,C h o n g q i n gU n i v e r s i t yo fP o s t sa n dT e l e c o mm u n i c a t i o n s,C h o n g q i n g4 0 0 0 6 5,C H N)A b s t r a c t:I no r d e rt oi m p r o v et h ee r r o r-c o r r e c t i o np e r f o r m a n c eo fp o l a rc o d e sw i t ht h em e d i u ma n ds h o r t c o d e l e n g t h,a n i m p r o v e dd e c o d i n ga l g o r i t h mo f s u c c e s s i v ec a n c e l l a t i o nl i s to fp o l a rc o d e sb a s e do ne r r o r s e t(E S-S C L)i sp r o p o s e d.T h e a l g o r i t h mf i r s t c o n s t r u c t e da ne r r o r s e ta c c o r d i n gt ot h ec h a n n e l c h a r a c t e r i s t i c so fp o l a rc o d e s.T h e nt h ep a r i t yc h e c k(P C)b i t sw e r es e ta c c o r d i n gt ot h ee l e m e n t s i nt h ee r r o rs e td u r i n gt h ee n c o d i n go fp o l a rc o d e sa n dt h e i n f o r m a t i o nb i t sa n df r o z e nb i t sw e r ep l a c e di nt h er e m a i n i n gp o s i t i o n s.Wh e nt h ed e c o d e rd e c o d e dt h eP Cb i t s,e a c hp a t hd i dn o t p e r f o r mt h ep a t hs p l i t t i n ga n dp r u n i n g,b u t c o u l dg e t t h e e s t i m a t i o no f t h eP Cb i t s t h r o u g ht h ec h e c kf u n c t i o n.F o rt h eo t h e rb i t s,t h ed e c o d e rw o u l dd i r e c t l yp e r f o r mt h eS C Ld e c o d i n g.S i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tu n d e rt h ea d d i t i v ew h i t eG a u s s i a nn o i s ec h a n n e l,w h e nt h ec o d e l e n g t h i s5 1 2,t h ec o d er a t e i s0.5,t h eb l o c ke r r o rr a t e i s1 0-5a n dt h em a x i m u ml i s t l e n g t h i s8,c o m p a r e dw i t ht h eP C-P S C La n dC A-S C Ld e c o d i n ga l g o r i t h m,t h ep r o p o s e dE S-S C Ld e c o d i n ga l g o r i t h mc a na c h i e v eag a i no fa b o u t0.1 8a n d0.1 5d B.Wh e nt h ec o d el e n g t hi s2 5 6,t h ec o d er a t ei s0.5,t h eb l o c ke r r o rr a t ei s1 0-5a n dt h em a x i m u ml i s t l e n g t hi s8,c o m p a r e dw i t h t h eC A-S C La n dP C-P S C Ld e c o d i n ga l g o r i t h m,t h ep r o p o s e dE S-S C Ld e c o d i n g901 半导体光电2 0 2 3年2月第4 4卷第1期袁建国 等:一种基于错误集的极化码改进S C L译码算法 a l g o r i t h mc a na c h i e v eag a i no fa b o u t0.3a n d0.3 5d B.F u r t h e r m o r e,t h eE S-S C Ld e c o d i n ga l g o r i t h mt h a tu s e s t h ep a r t i a l b i t s p l i t t i n gd e c o d i n gc a nr e d u c e t h e s o r t i n gn u m b e ro f a b o u t 5 0%w h e nt h eb l o c ke r r o r r a t e i s a l m o s t t h e s a m e a s t h a t o f t h eP C-P S C Ld e c o d i n ga l g o r i t h m,t h u s i t sd e c o d i n gc o m p l e x i t y i s l o w e r.K e yw o r d s:p o l a rc o d e s;p a r i t yc h e c kc o d e s;e r r o rs e t s;S C Ld e c o d i n g0 引言极化码由A r i k a n提出,是第一类能够被证明达到二进制输入无记忆对称信道(S y mm e t r i cB i n a r y-i n p u tM e m o r y l e s sC h a n n e l s)的信道容量的码字,是新一代移动通信系统的重要技术。极化码已经成功入 选5 G标 准,成 为5 G增 强 移 动 宽 带 场 景(E n h a n c e dM o b i l eB r o a d B a n d)下控制信道的编码方案,是当前信道编码领域的研究热点1。然而在码长有限的情况下,由于信道极化不完全,实际S C译码算法性能并不理想1-3。于是文献2 提出了能够保留多条译码路径的串行抵消列表(S u c c e s s i v eC a n c e l l a t i o nL i s t,S C L)译码算法,文献3 采用与循环冗余校验(C y c l i cR e d u n d a n c yC h e c k,C R C)码级联的C R C-P o l a r码,提出循环冗余校验码辅助串行抵消列表(C R CA i dS C L,C A-S C L)译码算法,提高了S C L译码算法的译码性能。但由于C R C码一般添加在信息序列的末尾,无法对译码过程中出现的错误进行检测,因此有学者提出级联奇偶校验(P a r i t yC h e c k,P C)码的方案4-5来及时地纠正译码过程中出现的错误,进一步提高极化码的纠错能力。奇偶校验码级联极化码方案的关键问题在于P C码位置的 选 取 以 及 确 定P C位 的 校 验 函 数。文 献4-5 均通过高斯近似6得到每个信道的错误概率Pe来确定P C码的放置位置,不同的是文献4 中的奇偶 校 验 码 辅 助 串 行 抵 消 列 表(P a r i t yC h e c kA i d e dS u c c e s s i v eC