[发明专利]一种循环冗余校验辅助的极化码译码方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种循环冗余校验辅助的极化码译码方法，用于解决数字通信系统中由于信道对通信过程的干扰，使得传输数据出现差错的问题；确切地说，涉及一种采用极化码作为纠错编码的实际数字通信系统中，通过利用循环冗余校验信息来辅助译码的方法；属于数字通信的信道编码技术领域。

背景技术

循环冗余校验是一种信道检错方法，它在实际数字通信系统中已经得到了非常广泛地使用。参见图1，在发送数据前，消息发送端首先使用循环冗余校验模块对原始的消息比特序列进行校验计算，得到一个校验比特序列。循环冗余校验比特序列和原始的消息比特一起组成了信道编码器的输入比特。信道编码器的输出比特被送入信道。经过信道传输后，得到一系列接收信号。然后，经过信道译码后的比特序列被送到消息接收端，由消息接收端对该比特序列进行循环冗余校验操作。如果计算得到的校验值为零，就认为信道译码得到的比特序列是正确的。否则，即校验值不为零，则说明接收到的比特序列中包含了一定数量的错误。对于这种情况，实际系统中的消息接收端往往通过反馈信道请求消息，要求发送端重新发送一次该原始的消息比特序列。

对于采用迭代译码方法进行信道译码的系统，可以将循环冗余校验与迭代信道译码过程相结合，即在每次迭代后，都对当前迭代所得到的比特序列进行一次循环冗余校验；且一旦在校验值为零时，就让信道译码器提前结束迭代过程，以减低译码复杂度。

一个实际应用事例是在WCDMA系统中，对Turbo码进行迭代译码时，就是采用这种方法来节省译码过程中的操作步骤，以减少译码时间。本发明则是针对信道编码为极化码的情况，设计并实现了两种循环冗余校验辅助的译码方法。

先介绍极化码：极化码（Polar Codes）是2009年由E.Arikan提出的一种被严格证明可以达到信道容量的构造性的信道编码方法。在进行极化编码之前，首先要对N＝2ⁿ个独立的二进制输入信道（或先后N次反复使用同一个信道，即一个信道的N个可用时隙），再利用图2所示的信道极化的基本单元对二进制输入离散信道反复进行极化，式中，n为自然数。最基本的信道极化是对两个相同的未经极化的信道W：χ→y进行单步极化操作，其中，χ是信道输入符号的集合，对于二进制输入信道，χ的取值范围为{0,1}；y是信道输出符号的集合。如图2所示，该极化信道的输入比特分别标记为u₁和u₂，这两个输入比特通过一个模二加法器输出得到x₁，同时将u₂直接赋值给x₂，即x₂=u₂，为模二加运算。把x₁和x₂分别送入未经极化信道W，其输出为y₁和y₂。从该信道极化基本单元的输入（u₁和u₂）和两个信道的输出（y₁和y₂）看，原本独立的两个未经极化的信道W被合并成一个两输入两输出的向量信道W₂:χ²→y²，其中运算为笛卡尔积。该向量信道包含两个子信道（输入为u₁输出为y₁y₂）和（输入为u₂输出为y₁y₂u₁），这两个子信道即是两个极化信道。经过该单步极化过程，从信道容量上看，I(W2(1))+I(W2(2))=2×I(W),I(W2(1))≤I(W)≤I(W2(2)),]]>其中I(·)表示求信道容量的函数。也就是说：单步极化后，在和容量保持不变的情况下，相比原本未经极化的信道，极化后的信道容量发生了偏离：一个增加，一个减少。如果对两组已经完成一次极化操作的信道，再在两组互相独立的转移概率相同的极化信道之间，分别进行单步极化操作，该偏离会更加明显，这一组单步极化操作被称为第二层极化操作，而前一组单步极化操作则称为第一层极化操作。每多做一层极化操作，需要的信道数就会比原先多一倍。因此，对N＝2ⁿ个信道进行完全的极化，共需要n层极化操作，且每一层的极化操作包括了N次单步极化操作。如不加特殊说明，“对N个信道进行极化操作”是指完全极化。