一种列表球型极化码信息位选择方法及系统与流程

本发明涉及无线通信技术，尤其涉及一种列表球型极化码信息位选择方法及系统。

背景技术：

上世纪80年代以来，通信技术的飞速进步使人类社会迈入信息时代。无线移动通信技术的不断发展为全球信息化进程提供了强大动力。无线蜂窝移动通信历经：第一代模拟通信技术、第二代数字通信技术、第三代cdma宽带通信技术，目前已步入4g系统的产业化和商用化阶段。在4g技术推向产业化和商用化的同时，4g之后的移动通信进入议事日程，无线移动通信演进发展面临全新挑战。随着智能终端的普及应用、以及移动新业务需求的持续增长，无线传输速率需求将在未来10年呈指数增长。据主要运营商和权威咨询机构预测：至2020年，无线通信的传输速率需求将是目前在营系统的1000倍。现有4g技术将仍然难以满足十年后超高传输速率移动互联无线通信需求，在频谱资源日趋紧缺的情况下，需要引入变革性的新技术。世界各国在推动4g产业化工作的同时，已开始着眼于第五代无线移动通信技术(5g)的研究，力求使无线移动通信系统性能和产业规模产生新的飞跃。

众所周知，业务流量10年提升1000倍是5g无线移动通信技术与产业发展的内在基本需求。这一核心需求派生出：连续广域覆盖、热点高容量、低时延高可靠、终端大连接、设备低功耗等五个具有挑战性的指标需求。从而也对5g无线移动通信技术对相应的信道编码实现提出了前所未有的高要求与新挑战。在5g移动通信的全新应用场景下，极化码已经成为5g信道编码控制信道的标准。研究适用于5g移动通信系统的高效极化码编码译码器和对应的极化码构造方法具有极强的理论意义与应用价值。近期的主流文献中，基于极化码解码方法的设计，最为突出的是连续消除列表极化解码方法。而在短码情况下，列表球型解码方法也不失为一种选择。

极化码构造的目的是在码长n中选取k个最为可信的信道设置为信息位。目前已存在的极化码构造方法包括：vardy构造法，密度演化法及其高斯近似版本，beta函数展开法。但是，这些已有的极化码构造方法是为连续消除(列表)极化解码器而设计的，没有一种构造方法是特别为列表球型解码器设计的。采用不恰当的构造方法应用在列表球型解码器上可能会导致性能的损失。

技术实现要素：

发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，提供一种列表球型极化码信息位选择方法及系统，可以使得解码性能大幅提升同时仅需要线性的时间复杂度。

技术方案：本发明所述的列表球型极化码信息位选择方法包括：

(1)对于码长为n的码字，分别计算码字中每个比特的汉明距离h1,h2,…,hn，其中，下标1～n表示比特的索引值；

(2)对于设置的信息位个数k，将按照下式分解：

式中，n＝log2n，形如表示一个组合数，j为k所能分解成的最大时i的最大取值，且0≤j≤n，m为k分解成后的剩余，且

(3)将汉明距离h1,h2,…,hn按照从大到小排序，将前k-m个最大汉明距离对应的比特放进信息位集合a；

(4)获取信息位集合a中k-m个比特中的最小汉明距离d；

(5)将前m个最小的索引值且汉明距离等于d/2对应的m个比特放进信息位集合a，完成信息位选择。

进一步的，步骤(1)具体包括：

(1-1)对于码长为n的码字，设置n＝log2n，第一个比特的汉明距离h1＝1；

(1-2)设置k＝1；

(1-3)设置l＝1；

(1-4)执行其中，形如h*表示第*个比特的汉明距离；

(1-5)将l＝l+1，并返回执行步骤(1-4)，直至l＝2^k-1时执行步骤(1-6)；

(1-6)将k＝k+1，并返回执行步骤(1-3)，直至k＝n时停止迭代，输出每个比特的汉明距离h1,h2,…,hn。

进一步的，步骤(3)中对汉明距离排序时，如果两个汉明距离相同，则将索引值小的排在前面。

本发明所述的列表球型极化码信息位选择系统包括：

汉明距离计算模块，用于对于码长为n的码字，分别计算码字中每个比特的汉明距离h1,h2,…,hn，其中，下标1～n表示比特的索引值；

分解模块，用于对于设置的信息位个数k，将按照下式分解：

式中，n＝log2n，形如表示一个组合数，j为k所能分解成的最大时i的最大取值，且0≤j≤n，m为k分解成后的剩余，且

汉明距离排序模块，用于将汉明距离h1,h2,…,hn按照从大到小排序；

第一信息位添加模块，用于将前k-m个最大汉明距离对应的比特放进信息位集合a；

汉明距离提取模块，用于获取信息位集合a中k-m个比特中的最小汉明距离d；

第而信息位添加模块，用于将前m个最小的索引值且汉明距离等于d/2对应的m个比特放进信息位集合a，完成信息位选择。

进一步的，所述汉明距离计算模块执行的步骤具体包括：

(1-1)对于码长为n的码字，设置n＝log2n，第一个比特的汉明距离h1＝1；

(1-2)设置k＝1；

(1-3)设置l＝1；

(1-4)执行其中，形如h*表示第*个比特的汉明距离；

(1-5)将l＝l+1，并返回执行步骤(1-4)，直至l＝2^k-1时执行步骤(1-6)；

(1-6)将k＝k+1，并返回执行步骤(1-3)，直至k＝n时停止迭代，输出每个比特的汉明距离h1,h2,…,hn。

进一步的，所述汉明距离排序模块中对汉明距离排序时，如果两个汉明距离相同，则将索引值小的排在前面。

有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：本发明提出了一种基于列表球型极化码信息位选择方法及系统，本发明适用于短码情况下的极化列表解码方法，通过计算汉明距离，将汉明距离大的比特定义为更可信的比特，同时在汉明距离相等时，本发明确定了选取索引下标小的比特为更优的选择，本发明大幅提升了解码性能，同时仅仅需要线性的时间复杂度。

附图说明

图1是本发明提供的列表球型极化码信息位选择方法的流程示意图；

图2是n为128，k为18时，本发明与现有技术的性能对比示例图；

图3是n为128，k为46时，本发明与现有技术的性能对比示例图；

图4是n为128，k为82时，本发明与现有技术的性能对比示例图；

图5是n为128，k为110时，本发明与现有技术的性能对比示例图。

具体实施方式

本实施例提供了一种列表球型极化码信息位选择方法，如图1所示，包括：

(1)对于码长为n的码字，分别计算码字中每个比特的汉明距离h1,h2,…,hn，其中，下标1～n表示比特的索引值。

该步骤具体包括：

(1-1)对于码长为n的码字，设置n＝log2n，第一个比特的汉明距离h1＝1；

(1-2)设置k＝1；

(1-3)设置l＝1；

(1-4)执行其中，形如h*表示第*个比特的汉明距离；

(1-5)将l＝l+1，并返回执行步骤(1-4)，直至l＝2^k-1时执行步骤(1-6)；

(1-6)将k＝k+1，并返回执行步骤(1-3)，直至k＝n时停止迭代，输出每个比特的汉明距离h1,h2,…,hn。

(2)对于设置的信息位个数k，将按照下式分解：

式中，n＝log2n，形如表示一个组合数，j为k所能分解成的最大时i的最大取值，且0≤j≤n，m为k分解成后的剩余，且

例如，当k为82，n为128时，n＝7，则k可以分解为1+7+21+35+18，即因此j为3，m为18。。

(3)将汉明距离h1,h2,…,hn按照从大到小排序，将前k-m个最大汉明距离对应的比特放进信息位集合a。排序时如果两个汉明距离相同，则将索引值小的排在前面。

(4)获取信息位集合a中k-m个比特中的最小汉明距离d。

(5)将前m个最小的索引值且汉明距离等于d/2对应的m个比特放进信息位集合a，完成信息位选择。

其中，汉明距离等于d/2个比特肯定大于等于m，因为对于码长为n的极化码，n＝log2n，汉明距离等于1的比特数恰好为组合数(即n个里选0个)，汉明距离等于2的比特数恰好为组合数汉明距离等于4的比特数恰好为组合数汉明距离等于n的比特数恰好为组合数汉明距离等于d/2的比特数为组合数而因此，汉明距离等于d/2个比特肯定大于等于m。

本实施例还提供了一种列表球型极化码信息位选择系统，该系统与上述方法一一对应，具体包括：

汉明距离计算模块，用于对于码长为n的码字，分别计算码字中每个比特的汉明距离h1,h2,…,hn，其中，下标1～n表示比特的索引值；

分解模块，用于对于设置的信息位个数k，将按照下式分解：

式中，n＝log2n，形如表示一个组合数，j为k所能分解成的最大时i的最大取值，且0≤j≤n，m为k分解成的剩余，且

汉明距离排序模块，用于将汉明距离h1,h2,…,hn按照从大到小排序；如果两个汉明距离相同，则将索引值小的排在前面；

第一信息位添加模块，用于将前k-m个最大汉明距离对应的比特放进信息位集合a；

汉明距离提取模块，用于获取信息位集合a中k-m个比特中的最小汉明距离d；

第而信息位添加模块，用于将前m个最小的索引值且汉明距离等于d/2对应的m个比特放进信息位集合a，完成信息位选择。

其中，所述汉明距离计算模块执行的步骤具体包括：

(1-1)对于码长为n的码字，设置n＝log2n，第一个比特的汉明距离h1＝1；

(1-2)设置k＝1；

(1-3)设置l＝1；

(1-4)执行其中，形如h*表示第*个比特的汉明距离；

(1-5)将l＝l+1，并返回执行步骤(1-4)，直至l＝2^k-1时执行步骤(1-6)；

(1-6)将k＝k+1，并返回执行步骤(1-3)，直至k＝n时停止迭代，输出每个比特的汉明距离h1,h2,…,hn。

下面对本实施例进行仿真验证。

定义对比方法*与本发明的操作步骤相同，除了将第(6)步骤改为：将拥有最大索引下标且汉明距离等于d/2的m个比特放进a。

性能分析：图2是本发明中的性能对比示例图，图中n为128，k为18，图中ilsd-l代表列表球型极化解码，且列表长度为l。使用相同的解码器，无论是与已有构造方法例如高斯近似法，vardy构造法和beta展开法对比，或者与对比方法*进行对比，本发明的性能比上述方法提升了远超2db,效果巨大。图3中n为128，k为46，本发明的性能比上述方法提升了超过了2db,效果明显。图4中n为128，k为82，本发明的性能比上述方法提升了约为1db,效果明显。图5中n为128，k为110，本发明的性能比上述方法提升了约为0.5db。可以看到，在低码率(r＝k/n)的情况下例如图2图3,本发明性能提升的效果非常明显。在高码率的情况下，本发明比上述方法也有提升。

复杂度分析：本发明需求的复杂度的计算包含了汉明距离的计算和排序算法。汉明距离的计算的复杂度为o(1+2+4+…+2^n-1)＝o(n)。排序算法可以应用经典的快速排序算法或者归并排序算法，其复杂度为o(nlogn)。所以本发明的时间复杂度的上限仅为o(nlogn)，为线性复杂度时间。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。