Segmented CRC-Aided SC List Polar Decoding

题目《分段CRC辅助SCL极性解码》

摘要：由于信道噪声的存在，信道编码是移动通信系统中不可缺少的一部分，是信息可靠、准确、有效传输的必要保证。极性码是第5代移动通信最具竞争力的信道编码候选之一，是第一个可证明实现二进制输入离散无记忆信道(B-DMCs)对称容量的编码。为了更好地权衡性能和复杂度，本文提出了分段式crc - scl极性译码方案。在二进制输入加性高斯白噪声信道(BI-AWGNC)上的数值结果表明，在0.5 dB的SNR下，该方法成功地降低了41.65%的复杂度，译码性能与目前最先进的译码方法相当。

介绍

如何让选择合适的信道编码方案，已满足频谱效率极具提高的要求，成为5G最紧迫的问题，Arikan教授提出的极性码被认为是编码理论的重大突破。在文献中证明了极性码可以有效的实现二进制输入离散无记忆信道（B-DMCs）的对称容量。

虽然相继对消(SC)解码器、信念传播(BP)解码器、线性规划(LP)[5]解码器已被提出用于极性译码，但它们的译码性能与最大似然(ML)解码器相比并不令人满意。缩小这种性能差距,连续取消列表(sci)译码器,它总是保持最佳候选路径的同时,提出了通过利用循环冗余校验(CRC)可以进一步提高SCL译码器的性能，循环冗余校验广泛用于实际通信系统的错误检测。数值结果表明，即使与目前最先进的turbo码和低密度校验(LDPC)码相比，采用crc辅助逐次对消表(CA-SCL)解码器[8]的极性码仍然可以显示出具有竞争力的性能。

然而，现有的CA-SCL解码器仍然存在自身的不足。根据文献【6、7】一个Nbit的CA-SCL译码器解码的复杂性与使用列表大小L有关O(LNlogN)。对于5G无线通信中常见的高噪声场景，两者的值都很大，并且总是需要达到所需的性能。对于这些应用程序，如何适当地平衡复杂性和性能变得至关重要。虽然[10]提出了一种自适应的方法来降低平均列表大小，但其应用仅限于高信噪比区域。因此，本文致力于在不降低译码性能的前提下，提出一种有效的降低复杂度的CA-SCL译码方法。所提出的解码器是基于传统的CA-SCL解码器在执行最后一步之前无法检查所解码的位元是否正确。这一缺点将导致不必要的译码复杂度，特别是在低信噪比地区。为此，本文提出了一种新的分段式crc -SCL解码器。仿真结果表明，对于(1024,512)半速率极性码，在信噪比为0.5 dB的情况下，本文提出的SCA-SCL解码器与具有相似译码性能的传统CA-SCL解码器相比，可以实现高达44.35%的复杂度降低。

论文的其余部分组织如下。第二部分回顾了SC解码器、SCL解码器和CA-SCL解码器的前期工作。第三节给出了本文提出的SCA-SCL译码算法。第四部分给出了SCA-SCL的仿真结果，并与CA-SCL解码器进行了比较。

省略前面介绍的SC、SCL译码器，重点介绍分段CRC辅助SCL极性解码的译码过程：

集中式CRC辅助SCL译码过程如下：

CA-SCL解码器的主要缺点是不必要的译码复杂度。原因是CA-SCL解码器直到最后一步解码时才能够检查解码的位元是否正确。如果在译码过程中有某个位的译码不成功，那么以后所有的努力都是徒劳的。因此，CA-SCL解码器在实际应用中还需要进一步的改进。特别是，有必要利用有效的CA-SCL解码器的早期停止标准来降低解码的复杂性和延迟。在本文中，CRC检测器是

不仅在译码过程的最后使用，而且在译码过程的其他断点也使用。在这些CRC检测器的帮助下，可以更早地删除无效路径和不必要的复杂性。如果所有候选路径都未能通过CRC检测，则进程将中断为解码失败并请求重新传输。进一步的结果将表明，所提出的SCA-SCL解码器在低信噪比地区确实有效。

在不失一般性的情况下，图4给出了一个简单的二段SCA-SCL的例子。其他分段方案也可以以类似的方式派生出来。这里，前半SCL解码器将4个候选序列输出到第一个CRC检测器。解码器根据CRC检测结果，决定是在后半段重复相同的解码过程，还是在解码失败的情况下半程终止。

该scl译码方案可作为CA-SCL译码的一种早期停止方案。在低信噪比的情况下，译码过程总是通过几个CRC检波器中的一个而失败。在这些场景中，解码器将在达到代码的最大长度之前停止。因此，这种SCA-SCL解码器可以降低复杂度。译码过程如下：

（1）初始化：初始路径列表为空，所有的值设置为零。

（2）扩展：在代码树的第i级，如果i是一个冻结位，则将值0放入解码路径。如果i是一个信息位，根据度量值的不同，候选路径将附加一个新的位（0或者1）。

（3）竞争：保留两个度量值最大的候选路径，放弃其他

（4）CRC辅助的路径选择：重复步骤（2）和步骤（3），直到最后一步到达。然后，CRC检测器检查列表中的路径，并找出可以存活的候选路径数量，如果所有候选项都不存在，解码器将中断并声明解码失败，否则，输出的是度量值最大的幸存路径。