《電子技術(shù)應(yīng)用》
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一種基于嵌套CRC的分段極化碼設(shè)計
電子技術(shù)應(yīng)用
李曉光
中國西南電子技術(shù)研究所
摘要： 極化碼循環(huán)冗余校驗輔助的串行抵消列表（Cyclic Redundancy Check Aided Successive Cancellation List，CA-SCL）譯碼算法隨著列表的增大，需要大量的空間存儲資源，導(dǎo)致其在資源受限條件下無法應(yīng)用。針對該問題，提出了一種基于嵌套CRC的分段極化碼設(shè)計方法。通過分段內(nèi)并行、分段之間串行的碼字結(jié)構(gòu)，極大降低了存儲資源消耗；利用設(shè)計的嵌套CRC多重校驗的優(yōu)異檢錯性能，以及創(chuàng)新的分段之間串行列表譯碼算法，進一步提高了碼字性能。仿真結(jié)果表明，所提算法在明顯低于CA-SCL譯碼算法的存儲資源消耗下，可以獲得更優(yōu)的譯碼性能。
中圖分類號：TN911.22 文獻標志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.256387
中文引用格式： 李曉光. 一種基于嵌套CRC的分段極化碼設(shè)計[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2025，51(8)：65-69.
英文引用格式： Li Xiaoguang. Design of partitioned polar codes based on embedded CRC[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(8)：65-69.
Design of partitioned polar codes based on embedded CRC
Li Xiaoguang
Southwest China Institute of Electronic Technology
Abstract： The Cyclic Redundancy Check Aided Successive Cancellation List (CA-SCL) decoding algorithm, as the list size increases, requires substantial space storage resources, leading to its inability to be applied under resource-constrained conditions. To address this issue, a partitioned polar code design method based on embedded CRC has been proposed. This method leverages parallel processing within partitions and sequential processing between partitions to significantly reduce storage resource consumption. By capitalizing on the superior error detection capabilities of the designed embedded CRC multiple checks and the innovative sequential list decoding algorithm between partitions, the code performance is further enhanced. Simulation results demonstrate that the proposed algorithm achieves superior decoding performance with notably lower storage resource consumption compared to the CA-SCL decoding algorithm.
Key words : polar codes；cyclic redundancy check aided successive cancellation list decoding；embedded CRC；sequential list

引言

極化碼是首個能夠理論證明達到信道容量的信道編碼，目前已應(yīng)用于5G標準中。Arikan根據(jù)極化碼構(gòu)造過程，提出了串行抵消（Successive Cancellation，SC）譯碼算法[1]，該算法在碼長很長時有較好的性能，中短碼長下性能較差。隨后串行抵消列表（Successive Cancellation List，SCL）譯碼算法[2]和循環(huán)冗余校驗輔助的SCL（CRC-Aided SCL，CA-SCL）譯碼算法[3]相繼被提出來，通過同時保留L條譯碼路徑，并利用CRC校驗來篩選正確的譯碼路徑，極大提高了譯碼性能。因此CA-SCL譯碼算法成為當前的主流譯碼方案。

然而CA-SCL譯碼算法性能的提升是以增大列表L為代價的，需要同時保留L條譯碼路徑以及L個譯碼樹上的對數(shù)似然信息，計算更加復(fù)雜，也需要更多的存儲資源，限制了其在現(xiàn)場可編程邏輯門陣列（Field Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA）等邏輯存儲資源受限場景下的應(yīng)用。目前極化碼的研究以提升性能和降低時延為主，對資源的優(yōu)化相對較少。曾俏麗等人和Ercan等人針對串行翻轉(zhuǎn)譯碼算法（Successive Cancellation Flip, SCF）從動態(tài)多次擾動[4]和動態(tài)多比特擾動[5]等方面進行優(yōu)化，在降低譯碼復(fù)雜度的同時提升了性能，但是譯碼時延較大，且性能提升有限。李坤贊等人和曹蓉等人針對SC算法從時間復(fù)雜度和空間計算復(fù)雜度兩個方面進行了優(yōu)化[6-7]，由于SC算法本身性能較差，適用于對誤碼性能要求不太高的場景。Hong等人通過優(yōu)化路徑裁剪策略和連續(xù)信息比特的計算，在實現(xiàn)架構(gòu)上降低了計算模塊的資源消耗和處理時延[8]，但是L個備份路徑的存在還是會造成較大的資源開銷。Feng等人和Hashemi等人分別提出了SCL譯碼算法的流水線處理算法架構(gòu)[9]和分段SCL(Partitioned SCL, PSCL)譯碼算法[10]，都可以降低譯碼器存儲資源的消耗，但是會損失一定的誤碼性能。

本文在PSCL算法的基礎(chǔ)上提出了一種基于嵌套CRC的譯碼器設(shè)計，通過對發(fā)送碼字分段后嵌套添加CRC，在分段內(nèi)采用SCL譯碼算法，分段間共享存儲空間，利用本文提出的串行列表SC算法和嵌套CRC的優(yōu)異檢錯性能，提升正確路徑的篩選概率，從而達到降低存儲資源消耗的同時提高譯碼性能的目的。


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作者信息：

李曉光

（中國西南電子技術(shù)研究所，四川 成都 610036）


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