极化码BP译码算法中量化问题的研究*

任 洁，韩 娟，冯雪林，刘 林

0 引 言

移动通信业务的变革使得数据通信流量呈指数增长，迫切需要新的移动通信技术满足用户的需求[1]。第五代移动通信（5G）作为下一代移动通信技术的重要发展方向[2-3]，面向mMTC（海量机器类通信）、eMBB（增强移动宽带）、uRLLC（超可靠低时延通信）三种业务场景，不仅用于人与人通信，还实现人与物和物与物之间的互联互通。与4G移动通信相比，5G为实现系统的低时延、高容量，对信道编码方案提出了更高要求[4]。4G采用Turbo码编码方案，但其存在较高的编码时延且算法复杂度高。为此，E.Arikan提出了极化码（Polar Codes）。这是唯一理论上证明可达到香农极限且编译码过程简单的高性能信道编码方案[5]。在码长无限长时，Polar码可以达到二元对称信道容量限，性能良好，但在码长有限长时，与RS码、LDPC码等相比，性能相对较差。

目前，改善极化码在有限长时性能的译码方案主要是置信度传播（Belief Propagation，BP）译码算法[6]。BP译码算法的核心思想是利用极化码的构造因子图，实现并行译码的迭代算法，具有良好的性能。它的主要缺点是算法复杂度较高，且硬件实现比较复杂。为了降低译码算法的复杂度及利于硬件实现，Leroux等提出了最小和近似方法[7]，核心思想是通过ln cosh x ≈|x|-ln2来简化BP译码算法中的迭代更新公式。然而，对比BP译码算法，最小和译码算法在性能方面有较大退化，难以满足高速数据传输编码性能要求。

在上述研究基础上，结合5G对信道编码的要求，提出了极化码BP译码的量化问题。该算法简化最小和译码算法中的迭代更新公式，选择|x|-ln 2和ln cosh(x)误差较大的|x|≤2.5的区间进行量化，从而便于提高译码算法的性能。……