[發明專利]一種兩階段的低復雜度極化碼構造方法

在審

• 申請號: 201910074150.X
• 申請日: 2019-01-25
• 公開（公告）號: CN109787640A
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 劉榮科;馮寶平
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H03M13/13
• 分類號: H03M13/13
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 祗志潔

本發明提出了一種兩階段的低復雜度極化碼構造方法，屬于通信信道編碼領域。本方法碼字構造的過程分為粗構造和細構造兩個過程，粗構造基于子信道的偏序關系和可靠性大小從所有子信道中快速選擇更可靠的子信道加入信息集；細構造過程根據系統對性能的需求，選擇合適的信息集確定方法繼續從子信道集合中繼續選擇更可靠的子信道加入信息集中。在粗構造的元素查找過程中，采用二分查找策略，加快了查找效率，并減少了需要計算的子信道可靠性的數目，降低了計算量。本發明方法在選擇信息集的過程中不需要進行排序，從而進一步降低了碼字構造的計算量；還可根據系統對性能和復雜度的需求來調整實現過程，因此具有很強的普適性和魯棒性。

技術領域

本發明屬于通信信道編碼領域，具體涉及一種低復雜度的Polar碼碼字構造方法。

背景技術

Polar Codes，即極化碼，是2009年由E.提出的一種新型信道編碼。極化碼基于信道極化(Channel Polarization)進行設計，是第一種能夠通過嚴格的數學方法證明達到信道容量的構造性編碼方案。信道極化是極化碼構造的基礎，二元極化是信道極化的基本操作單元，即通過對兩個相同的原始信道進行組合分解來實現二元極化，極化產生兩個新的子信道，新生成的兩個子信道的信道容量相比原始信道一個信道容量提高，一個信道容量降低，所有子信道總的信道容量不變。如果對信道不斷的執行極化操作，就可以不斷產生信道容量更高的子信道和信道容量更低的子信道，由于極化操作不會減少信道容量，因此，當不斷進行極化操作時，將會只剩下信道容量趨于1的子信道和信道容量趨于0的子信道，并且信道容量趨于1的信道的容量和將趨于總容量，即容量趨于1的信道的數量占全部信道的比例趨于信道容量。如果用信道容量趨于1的信道來傳送信息，用信道容量趨于0的信道來傳送固定比特，收發端共享固定的比特值，就可以實現信息的可靠傳輸。因此，將傳送信息的信道集合稱為信息集，將傳送固定比特的信道集合稱為凍結集。

但是，要使所有子信道的信道容量完全趨于1或者完全趨于0，參與信道極化的碼長是在趨于無窮的情況下達到的，在實際應用中，碼長是有限的，不可能趨于無窮，因此，信道容量就不能實現完全趨于1或者完全趨于0。所以，對于實際應用中碼長有限的情況下，構造信息集和凍結集的方法是基于信道容量或者信道可靠性的相對大小來實現，即在給定碼長和碼率的情況下，通過計算所有極化后子信道的可靠性大小，然后根據其大小關系選擇比較可靠的前K個子信道的集合作為信息集，剩余的子信道集合則作為凍結集；因此，在有限碼長下，構造極化碼時，首先計算所有子信道的可靠性大小，然后根據可靠性大小進行排序(參考文件[1].E.“Channel polarization:A method for constructingcapacity achieving codes for symmetric binary-input memoryless channels,”IEEETrans.Inf.Theory,vol.55,no.7,pp.3051–3073,Jul.2009)，選出可靠性最高的K個子信道作為信息集，需要傳輸的信息則在這些位置進行傳輸，其余子信道則作為凍結集，用來傳輸固定比特。

同時，基于信道極化的基本過程中，存在一部分子信道之間信道容量的相對大小關系是與信道條件無關的，對于這些信道之間的可靠性大小，如果仍然計算其信道容量，然后再進行比較排序來選擇凍結集和信息集，很明顯，這部分的子信道的可靠性計算量是冗余的。因此，為了減少信息集與凍結集在計算過程中的冗余，降低碼字構造的時間復雜度，優化現有的碼字構造方案，需要一種降低計算量減少冗余的極化碼的碼字構造方法。

發明內容

本發明針對于為了減少信息集與凍結集在計算過程中的冗余，降低碼字構造的時間復雜度，優化現有的碼字構造方案，基于該需求，本發明提出一種基于兩階段的方法來進行極化碼碼字構造的方法。