实现极化码的设备和方法技术

本发明专利技术涉及利用改进的汉明距离实现广义极化码的设备和方法。例如，本发明专利技术涉及用于编码数据矢量z的编码器(110)，其中编码器(100)包括处理器(111)，其用于将数据z通过公式进行编码，输出码字c，其中，公式为

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】实现极化码的设备和方法
通常，本专利技术涉及通信系统中的数据编码和译码。更具体地说，本专利技术涉及利用极化码编码和译码数据的设备和方法。此外，本专利技术涉及用于生成极化码的紧凑规范的方法。
技术介绍
在有噪通信信道上进行可靠的数据传输需要使用某种纠错编码。极化码被证明可以实现许多信道的香农容量(参见IEEE信息理论会刊2009年7月第55卷第8期第3051-3073页，作者为E.Arikan的“信道极化：一种用于构造对称二进制无记忆信道的容量实现代码的方法”(E.Arikan，“Channelpolarization：Amethodforconstructingcapacityachievingcodesforsymmetricbinary-inputmemorylesschannels”，IEEETrans.onInf.Theory，vol.55，no.7，pp.3051-3073，July2009))。然而，具有实际参数的极化码的性能通常不令人满意。最近，极化子码被证明比经典极化码具有更高的最小距离，并且在列表、序列和块序列译码下提供更好的性能(参见IEEE关于通信所选领域期刊2016年2月第34(2)卷第254-266页，作者为P.Trifonov和V.Miloslavskaya的“极化子码”(P.TrifonovandV.Miloslavskaya，“Polarsubcodes”，IEEEJournalonSelectedAreasinCommunications，34(2)：254-266，February2016))。然而，极化子码的性能仍然可以提高。而且，在低信噪比(signal-to-noiseratio，SNR)区域中，块序列译码算法可能需要大量迭代用于近-最大似然(maximumlikelihood，ML)译码。极化子码实际实现中出现的另一个问题是其规范的复杂度，即定义这些代码以便其可以由处理器执行。通常，通信系统需要实现具有不同参数的多个代码。所有这些代码的说明，即其规范，必须在发射器和接收器以紧凑形式存储。通常GF(2)上的一个(n＝2m，k)极化子码C是一组向量c＝zWA，其中W是k×n矩阵，表示矩阵F与其自身的m次克罗内克积。通过选择矩阵W来获得经典的极化码，使得W的每一列具有至多权重1，并且每行具有权重1。通过选择矩阵W来获得极化子码，使得矢量c也是具有足够高的最小距离的一些父码的码字，即cHT＝0，其中H是父码的校验矩阵。扩展的博斯-乔赫里-霍克文黑姆(Bose-Chaudhuri-Hocquenghem，BCH)码被证明是良好的父码。定义极化子码的等效方式是将其视为一组向量c＝uA，其中uVT＝0且V是(n-k)×n约束矩阵，使得WVT＝0。通过采用高斯消除法，矩阵V可以转换成一种形式，使得每列中至多有一行结束。这样做，可以得到偏振变换A的输入符号ui的以下一组约束：其中ji表示矩阵V的第i行中的最后一个非零项的位置。符号ji被称为动态冻结符号，其可以被认为是用于构造经典极化码的静态冻结符号的概念的概括。构造极化子码的标准方法是构造约束矩阵V0＝HAT，其中，如上所述，H是合适的父码的校验矩阵，并且为某个特定通信信道的连续消除译码下的具有最高错误概率的符号引入附加约束(所谓的静态冻结约束)。因此，矩阵V可以表示为：其中E是由权重为1的行组成的矩阵。用于指定极化码的现有技术基本上简化为指定信道的参数，以及用于计算误差概率Pi的特定方法，使得可以重新构造冻结符号ji的集合解决这一问题的三种方法在现有技术中是已知的：首先，密度演化(参见IEEE信息理论会刊2013年10月第59(10)卷第6562-6582页，作者为I.Tal和A.Vardy的“如何构造极化码”(I.Tal，A.Vardy，“Howtoconstructpolarcodes”，IEEETransactionsonInformationTheory，59(10)：6562-6582，October2013))是用于计算复杂度为O(nμ2logμ)的误差概率Pi，0≤i＜n的最佳且精确的方法，其中μ为几百的量级，这对于在线代码构造来说是不切实际的。其次，在IEEE通信学报2012年11月第60(11)卷第3221-3227页，作者为Trifonov的“极化码的高效设计与译码”(P.Trifonov，“Efficientdesignanddecodingofpolarcodes”，IEEETransactionsonCommunications，60(11)：3221-3227，November2012)中描述的高斯近似方法具有复杂度O(n)。但是，这种方法需要对超越函数进行评估，因此在硬件中很难实现。第三，在二进制擦除信道(binaryerasurechannel，BEC)近似方法中，以擦除概率Z0，0在二进制擦除信道上传输极化码的码字的情况下，将Pφ作为连续抵消译码下的擦除概率Pφ＝Zm，φ，其中Zm，2φ＝2Zm-1，φ-(Zm-1，φ)2，Zm，2φ+1＝(Zm-1，φ)2(参见IEEE信息理论会刊2009年7月第55卷第8期第3051-3073页，作者为E.Arikan的“信道极化：一种用于构造对称二进制无记忆信道的容量实现代码的方法”(E.Arikan，“Channelpolarization：Amethodforconstructingcapacityachievingcodesforsymmetricbinary-inputmemorylesschannels”，IEEETrans.onInf.Theory，vol.55，no.7，pp.3051-3073，July2009))。这种方法的复杂度为O(n)，但是它产生了BEC以外的通道的次优码。因此，需要改进设备和方法，以便使用极化码(特别是极化子码)对数据进行编码和译码，并有效地指定这些代码。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供改进的设备和方法，以便使用极化码对数据进行编码和译码。此外，本专利技术的目的是提供一种有效地生成极化码规范的方法。上述目的和其他目的通过独立权利要求的主题来实现。进一步的实现方式在从属权利要求、说明书和附图中是显而易见的。根据第一方面，本专利技术涉及一种用于编码数据的编码器。所述编码器包括处理器，所述处理器用于使用(n，k，d)父极化码C将数据通过公式进行编码，输出码字其中，所述公式为：表示数据，其中其中表示矩阵F与其自身的m次克罗内克积，约束矩阵V由以下等式定义：其中，V0表示父极化码的约束矩阵，V1表示第一辅助码C1的约束矩阵，V2表示第二辅助码C2的约束矩阵，E表示由权重1的行构成的矩阵。根据本专利技术的第一方面，通过编码器对数据进行编码，允许在顺序/列表译码过程的早期阶段使用大量的冻结约束。这反过来又允许减少由译码器探测的代码树中的高概率路径的数量，由此减少了所执行的平均迭代次数和译码器丢失正确路径的概率。因此，根据本专利技术的第一方面，通过编码器对数据进行编码在高SNR区域中提供了更好的性能，并且与使用常规极化子码的编码器相比，显着降低了编码复杂度。在根据第一方面的编码器的第一种可能的实现方式中，第一辅助码C1限定最小距离d1，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于编码数据的编码器(110)，其中所述编码器(100)包括：处理器(111)，用于使用(n，k，d)父极化码C将所述数据通过公式进行编码，输出码字

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于编码数据的编码器(110)，其中所述编码器(100)包括：处理器(111)，用于使用(n，k，d)父极化码C将所述数据通过公式进行编码，输出码字其中，所述公式为：所述表示所述数据，其中其中表示矩阵F与其自身的m次克罗内克积，约束矩阵V由以下等式定义：其中，V0表示所述父极化码的所述约束矩阵，V1表示第一辅助码C1的所述约束矩阵，V2表示第二辅助码C2的所述约束矩阵，E表示由权重1的行构成的矩阵。2.根据权利要求1所述的编码器(110)，其中，所述第一辅助码C1限定最小距离d1，所述最小距离d1大于或等于所述父极化码C的最小距离d。3.根据权利要求1或2所述的编码器(110)，其中，所述第二辅助码C2限定最小距离d2，所述最小距离d2大于或等于所述父极化码C的所述最小距离d的一半。4.根据前述权利要求中任一项所述的编码器(110)，其中，所述处理器(111)用于递归地生成所述第一辅助码C1的所述约束矩阵V1和/或所述第二辅助码C2的所述约束矩阵V2。5.根据权利要求4所述的编码器(110)，其中，所述处理器(111)用于通过以与所述约束矩阵V相同的方式生成所述第一辅助码C1的所述约束矩阵V1，并且通过以与所述约束矩阵V相同的方式生成所述第二辅助码C2的所述约束矩阵V2，来生成所述第一辅助码C1的所述约束矩阵V1和所述第二辅助码C2的所述约束矩阵V2。6.根据前述权利要求中任一项所述的编码器(110)，其中，所述父极化码C、所述第一辅助码C1和/或所述第二辅助码C2是扩展的博斯-乔赫里-霍克文黑姆BCH码。7.根据前述权利要求中任一项所述的编码器(110)，其中，所述编码器(110)还包括存储器(113)，所述存储器包括所述父极化码C、所述第一辅助码C1和/或所述第二辅助码C2的规范，其中所述规范基于二进制擦除信道BEC的所述父极化码C、所述第一辅助码C1和/或所述第二辅助码C2的近似值。8.根据权利要求7所述的编码器(110)，其中，所述父极化码C、所述第一辅助码C1和/或所述第二辅助码C2的规范通过以下步骤生成：确定所述极化码的第一冻结集合；使用所述二进制擦除信道BEC确定所述极化码的近似值的第二冻结集合；以及将所述第一冻结集合和所述第二冻结集合之间的差值存储在所述编码器(110)的所述存储器(113)中。9.一种用于编码数据的方法，其中所述方法包括以下步骤：使用(n，k，d)父极化码C将数据通过公式进行编码，获得码字其中，所述公式为其中，所述表示所述数据，其中其中表示矩阵F与其自身的m次克罗内克积，其中约束矩阵V由以下等式定义：其中V0表示所述父极化码的所述约束矩阵，V1表示第一辅助码C1的所述约束矩阵，V2表示第二辅助码C2的所述约束矩阵，E表示由权重1的行构成的矩阵。10.一种用于译码码字的译码器(130)，其中，所述译码器(130)包括：处理器(131)，其用于使用(n，k，d)父极化码C将所述码字通过公式进行译码，输出数据，所述公式为其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥列格·菲特维奇·库尔马耶夫，阿列克谢·米哈伊洛维奇·瑞森金，瓦西里·斯坦尼斯拉维奇·乌萨秋克，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44