一种噪声辅助BPL级联OSD的极化码译码方法、系统、设备及介质

本发明涉及信道编码，具体涉及一种噪声辅助bpl级联osd的极化码译码方法、系统、设备及介质。

背景技术：

1、极化码是目前唯一可以在数学上被严格证明达到香农极限的编码方法，它兼具高效、复杂度低的特点，被选做第五代移动通信技术(5th generation wireless systems,5g)控制信道中增强移动宽带场景的编码方案。目前对于极化码译码的研究主要分为逐次消除(successive cancellation,sc)算法和置信传播(beliefpropagation,bp)算法两大类。sc算法固有的串行特性使译码时延较高，这与现今社会对通信实时性的要求相悖。

2、相比sc算法，bp算法因并行度高，译码时延小，非常适合硬件实现等特点而备受关注。然而bp译码由于环的存在，译码因子图中的变量节点和校验节点之间传递的信息产生相关性，导致单纯地增加迭代次数并不能使译码输出的软信息收敛，而只会加大译码时延。

3、由于极化码结构的递归性，对于长度为n的极化码，因子图共有(log2n)！种排列结果，每一种排列方式产生的码字均相同，目前已有基于在(log2n)！种排列结果中选取l个因子图的bpl译码算法，elkelesh a,ebada m,cammerer s等人利用不同排列因子图在迭代运算时产生的性能差异，提出了置信传播列表(belief propagation list,bpl)译码算法(elkelesh a,ebada m,cammerer s,et al.belief propagation list decoding ofpolar codes[j].ieee communications letters,2018,22(8):1536-1539.)。zhangs y,shahrrava b构建了具有不同可靠性的候选码字，然后由bp译码器分别对其进行译码(zhang s y,shahrrava b.enhanced bp decoding schemes of polar codes[j].ietcommunications,2021,15(9):1133-1142.)。zhang m,li z,xing l j构造了校正集，提出校正bp算法(zhang m,li z,xing l j.an enhanced belief propagation decoder forpolar codes[j].ieee communications letters,2021,25(10):3161-3165.)；arli a,gazi o通过添加人工噪声来优化bp译码算法(arli a,gazi o.noise-aided beliefpropagation list decoding of polar codes[j].ieee communications letters,2019,23(8):1285-1288.)。专利公开号为[cn115085741a],名称为“一种基于最优层排序的极化码置信传播列表译码方法”的发明，提供一种基于最优层排序的极化码置信传播列表译码方法，包括如下步骤：步骤s1、初始化极化码的因子图；步骤s2、bp译码器对接收到的信号序列y进行译码初始化；步骤s3、第t次总迭代时，进行bp迭代；步骤s4、最后一次bp迭代过程中进行译码路径扩展，最终得到npath条译码路径；步骤s5、对npath条译码路径进行路径剪枝，得到冻结比特错误概率最小的nmax条译码路径；步骤s6、选择所有译码路径中冻结比特错误概率最小的一条路径，对最左侧的各比特节点进行译码判定，得到译码结果。以上这些算法虽然能在一定程度上提升多条路径下的bpl译码算法的性能，但是当路径数足够大时性能增益的提升非常有限。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种噪声辅助bpl级联osd的极化码译码方法、系统、设备及介质，先挑选l个bpl译码算法的因子图初始化l条路径的输入信号，再初始化bpl译码算法的最左侧和最右侧的节点信息，最后通过bpl译码算法对输入信号进行迭代完成后级联osd译码算法进行极化码译码，可有效降低译码软信息无法收敛导致的译码错误，并且保留bpl译码并行度高的优点。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种噪声辅助bpl级联osd的极化码译码方法，包括以下步骤：

4、步骤1、挑选l个bpl译码算法的因子图；

5、步骤2、通过步骤1挑选的bpl译码算法的因子图初始化l条路径的输入信号，以及初始化bpl译码算法的最左侧和最右侧的节点信息；

6、步骤3、bpl译码算法对步骤2中初始化后的输入信号进行迭代，迭代完成后，级联osd译码算法进行极化码译码。

7、所述的步骤1具体包括：

8、因子图共有n＝log2n层极化层，每个极化层都有n/2个处理单元，信息在不同极化层之间传播，在有n层极化层的因子图中，打乱n层极化层产生n！种不同的因子图，在n！个因子图中选取l个因子图作为bpl译码算法的因子图。

9、所述的步骤2具体包括：

10、步骤2.1、输入译码器的信号设计为式(1)：

11、

12、式(1)中，1≤l≤l；

13、步骤2.2、随机注入l个人工高斯白噪声信号，表示为{n1,n2,...,nl}，与步骤1中的l个bpl译码算法的因子图相对应；

14、步骤2.3、令步骤2.2中的n1＝0并添加人工高斯白噪声，第l条路径对应人工高斯白噪声的均值为0，标准差σl的计算公式为式(2)：

15、

16、式(2)中，β为标准差偏离因子；

17、步骤2.4、将β的值设置为0.2≤β≤0.5，第一支路不添加人工高斯白噪声；

18、步骤2.5、使用逐级递增的方法，将各条路径上人工高斯白噪声的标准差递增一个步长β/(l-1)，至此完成初始化输入信号；

19、步骤2.6、bpl译码算法的因子图的每个节点(i,j)包含两种信息：li,j和ri,j，其中li,j表示向左传递的信息，ri,j表示向右传递的信息，1≤i≤n+1,1≤j≤n；

20、步骤2.7、将l个bpl译码算法的因子图的最左侧信息节点的信息值设为r1,j，其中a和ac分别表示为信息位的集合和冻结位的集合；同时将l个bpl译码算法的因子图的最右侧信息节点的信息值设为ln+1,j，其中式中，xj表示第j个编码比特值，表示对应第l个bpl译码算法的因子图的第j个接收信号，至此完成bpl译码算法节点信息的初始化。

21、所述的步骤3具体包括：

22、步骤3.1、l条路径的输入信号同时进行bp迭代设定迭代次数为t，最大迭代次数为t，消息从bpl译码算法的因子图最右边的一层传播到最左边，然后又从左到右的消息传播，初始化循环次数t＝1，信息值根据式(3)向右传递并更新，信息值根据式(4)向左传递并更新；

23、

24、

25、式(3)、式(4)中，

26、每完成一次迭代就利用式(5)计算经过第t次迭代的源码字的估计并利用式(6)计算经过第t次迭代的编码字的估计

27、

28、

29、根据式(7)储存l条路径的每一次的bp迭代结果

30、

31、步骤3.2、利用crc校验判断经过第t次迭代的源码字估计是否通过校验，若是，则将该作为噪声辅助的bpl译码算法级联osd译码算法的源码字的估计并输出本次译码完成；否则，判断t＝t是否成立；

32、步骤3.3、当步骤3.2中的t＝t成立，则对应支路的bp算法译码完成，并根据式(7)储存t次的迭代结果否则，令t＝t+1，并返回步骤3.1进入下一次迭代，当l条路径全部达到最大迭代次数t时，进入步骤3.4；

33、步骤3.4、当bpl译码算法没得到通过crc校验的源码字的估计时，利用对数似然量累积(accumulated log likelihood ratio，allr)法处理bpl译码算法的l条路径储存的迭代结果

34、步骤3.5、产生累积信息γ来降低信息传播到下一步osd译码算法所产生的振荡，其中式中α可通过仿真实验确定；得到l条路径的bp译码的累积信息为{γ1,γ2,...,γl}；

35、步骤3.6、将步骤3.5得到的累积信息{γ1,γ2,...,γl}分别输入l个并行的osd译码算法中，γl作为osd译码算法的输入，首先降序排列|γl|，对应的操作为λ1(γl)；交换生成矩阵g相应的列，得到g'＝λ1(g)；对矩阵g'执行高斯行变换，得到k个线性无关的列向量，并按k个线性无关的列向量对应的软信息绝对值降序排序，相应的操作记为λ2，得到g”＝λ2(g')；对g”进行高斯行变换，得到gs＝[i,p]，其中i为单位矩阵；对λ(γ)＝λ2λ1(γl)的前k个分量硬判决，得到v；基于v进行i位的位翻转，得到了翻转集计算与信号序列y的欧式距离；将欧式距离最小的记作yop，利用极化码的生成矩阵g计算出估计的源码字当l条路径的osd译码算法全部完成，则得到l条支路的估计值

36、步骤3.7、利用crc校验中是否存在源码字的估计值，若是，则输出通过校验的源码字估计否则，利用式(8)：

37、

38、输出中离信号序列y欧式距离最小的作为源码字估计结束本次译码。

39、一种噪声辅助bpl级联osd的极化码译码系统，包括：

40、初始化模块：初始化噪声辅助bpl级联osd的极化码译码系统的初始化状态，其中包括挑选l个bpl译码算法的因子图和初始化输入信号和bpl译码算法的最左侧和最右侧的节点信息；

41、bpl译码算法模块：对经过初始化模块处理之后的信息进行bpl译码，并且通过allr算法增强输入osd译码算法模块信息的可靠性；

42、osd译码算法模块：用于对bpl译码算法模块处理后的信息进一步译码，提高算法的整体译码性能。

43、一种噪声辅助bpl级联osd的极化码译码设备，包括：

44、存储器：用于存储计算机程序实现如权利要求1-4任一项所述的一种噪声辅助bpl级联osd的极化码译码方法；

45、处理器：用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1-4任一项所述的一种噪声辅助bpl级联osd的极化码译码方法。

46、一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的一种噪声辅助bpl级联osd的极化码译码方法的步骤。

47、相对于现有技术，本发明的有益效果在于：

48、1、本发明通过在初始化输入信号模块中添加标准差不同的高斯白噪声，数据经过处理后使得算法更容易收敛。

49、2、本发明通过使用对数似然量累积(accumulated log likelihood ratio，allr)法处理bpl译码算法的信息，具有增强信息可靠度的效果。

50、3、本发明通过级联方式将bpl译码算法与osd译码算法连接起来，译码性能获得极大的提升。

51、4、本发明步骤3.2通过在源码字中添加一段crc校验的方式，使得bpl译码算法能够在迭代结果已经成功的情况下，不继续进行之后的译码步骤，具有提前截止降低复杂度的效果。