基于极性码的编码器和配置基于极性码的编码器的分治结构的方法技术

使用基于极性码的编码器经由二进制离散输入无记忆信道向基于极性码的解码器执行有用数据的传递。分治结构包括以有用的数据比特和一组冻结比特作为输入的复用器以及随后的尺寸为N＝2

Encoder based on polarity code and the method to configure divide and conquer structure of encoder based on polarity code

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于极性码的编码器和配置基于极性码的编码器的分治结构的方法
本专利技术总体上涉及动态优化数据编码器的分治(Divide-and-Conquer)结构，其中，所述数据编码器依赖于极性码编码方案。本专利技术总体上涉及动态规定对应的解码行为。
技术介绍
极性码是根据信息理论考虑而不是依赖于代数结构构建的线性块纠错码。极性码基于由核的多分支递归构建的分治(D&C))结构，该分治结构将物理信道变换成虚拟外部信道。当递归的量变得较大时，虚拟信道往往具有高可靠性或低可靠性。换句话说，虚拟信道发生极化。然后，将有用数据比特(也被称为信息比特)分配给最可靠的虚拟信道，而将冻结比特分配给剩余的虚拟信道。极性码的编码和解码复杂度大约为N.log(N)级，其中，N是所考虑的极性码的尺寸。然而，当N较小(例如N＝512)时，与其它编码技术(例如Turbo码或LDPC(低密度奇偶校验)码)相比，极性码的性能是相当较差。此外，极性码应针对打算使用所述极性码的给定BDMC(二进制离散输入无记忆信道(BinaryDiscrete-inputMemory-lessChannel))进行优化。下面，我们考虑由编码器110和解码器120组成的系统，如图1中示意性地表示的那样。编码器110根据尺寸为N＝2L的极性码生成码字，其中，L是极性码的D&C结构的深度。换句话说，N是“2”的幂。使生成的码字经由BDMC130传递至解码器120。这种传递可以是有线传输，或无线传输，或非暂时性信息存储介质上的中间存储，其中，编码器110将数据存储在非暂时性信息存储介质上，并且解码器从非暂时性信息存储介质中取回该数据。设xi表示矢量x的第i个项，并且xi:k表示由从矢量x提取的项xi、xi+1、…、xk组成的尺寸为(k-i+1)的矢量。而且，设xi:j:k表示由从矢量x提取的项xi、xi+j、…、xi+j/(k-i)/j/组成的矢量，其中，表示u的下取整。因此，这里考虑速率R<1的基于极性码的编码器，该编码器将由信息比特和冻结比特组成的尺寸为N的矢量b转换成尺寸为N的码字x。必须要注意，N.R信息比特存在于矢量b的N个项当中。然后，还必须要注意，N.(1-R)个冻结比特存在于矢量b的N个项当中，并且通过设计获知矢量b内的所述冻结比特的位置和值。大多数时候，所述比特被设定成值“0”并且它们在矢量b内的位置由矢量F表示，使得如果矢量b中的第i个位置处的比特携带冻结比特，则F(i)＝1，并且使得如果矢量b中第i个位置处的比特携带信息比特，则F(i)＝0。因此，如图2A所示，为了应用极性码，由复用器MUX210通过根据由矢量F规定的冻结比特位置插入数量为N.(1-R)的冻结比特，来将由N.R个信息比特组成的第一矢量b'转换成长度为N的矢量b。然后，通过尺寸为N的极化器(也称为极化块)POL-N220处理矢量b，以便将矢量b编码成长度为N的码字x，从而导致等于R的编码率。极化器POL-N220表示编码器110的编码部分。极性码的主要方面在于这样的事实：无论实际码率R和所考虑的BDMC的有效特性如何，从矢量b到码字x的转换是静态的，这意味着极性码的D&C结构保持不变。然后，通过适当地选择矢量b中的冻结比特的位置来执行速率自适应和性能优化。如图2B中示意性表示的模块化结构所示，尺寸为N的极化器POL-N220是由一对尺寸为N/2的互补极化器构建的，即，尺寸为N/2的上极化器UPOL-N/2271和尺寸为N/2的下极化器LPOL-N/2272。上极化器UPOL-N/2271和下极化器LPOL-N/2272具有相同的结构，并且像极化器POL-N220一样构建，但具有极化器POL-N220的一半尺寸。这意味着尺寸为N/2的每个极化器是由另外两个尺寸为N/4的极化器构建的等等，如此递归，直到达到一对尺寸等于“2”的极化器即可，如图2C所示。因此，该分治结构能以等于L的深度进行递归，因此规定了L个子极化级。考虑将矢量b输入至尺寸为N的极化器POL-N220，如图2A所示。矢量b由一组250并行核来处理。各个核本身是尺寸等于“2”的极化器，如图2C所示。矢量b的比特按对分组，各个对被输入专用核中。然后，将由该组250并行核输出的N个比特输入到混洗器260中，混洗器260将其奇数项分配给上极化器UPOL-N/2271，并将其偶数项分配给下极化器LPOL-N/2272。因此，混洗器260执行可以如下规定的混洗运算Shuff：其中，混洗运算Shuff更精确为如下：其中，x(1)表示在混洗器260中输入的矢量，并且x(2)表示由混洗器260输出的对应矢量。设InvShuff表示允许恢复混洗运算的运算，并且被规定如下：InvShuff(Shuff(x))＝x如已经提到的，图2C示意性地表示尺寸为“2”的极化器200。将两个比特(和)输入到极化器。从极化器输出两个比特(和)。极化器执行极化运算，使得和被规定如下：其中，表示XOR功能。设是比特与信道观测矢量y之间的交互信息。还设是比特与信道观测矢量y之间的交互信息。还设是比特与信道观测矢量y之间的交互信息。还设是比特与获知比特的信道观测矢量y之间的交互信息。作为极化运算的结果，存在以下关系：这意味着该极化运算可以保证容量保存。在图3中示意性地示出了由极化器POL-N220实现的用于执行前述递归的示例性算法。在步骤S301中，极化器POL-N220执行用于执行数据的递归计算的调用，其中，n为“2”的幂，使得2≤n≤N，以得到在正好第一次递归时，该调用涉及数据的递归计算，以得到在随后步骤S302中，极化器POL-N220检查n是否等于“2”。如果n等于“2”，则执行步骤S303；否则执行步骤S304。在步骤S303中，极化器POL-N220执行以下运算以得到由此考虑的核的两个输出值：然后，执行步骤S308。在步骤S304中，极化器POL-N220执行以下运算，以得到由此考虑的并行核的输出值(n＞2)：其中，对应于并行核在使用中针对极化器POL-N220的所考虑的子极化级的尺寸n的n个输出，因此意味着对应于所述并行核的n个输出当中的奇数输出，并且对应于所述并行核的n个输出当中的偶数输出。在随后步骤S305中，极化器POL-N220将混洗运算Shuff应用到所述并行核的输出上，以便获得所述混洗运算Shuff的输出在随后步骤S306中，极化器POL-N220调用针对数据的递归计算，以得到极化器POL-N220的输出这意味着图3的算法然后以极化尺寸n/2递归地执行到数据上。在随后步骤S307中，极化器POL-N220调用针对数据的递归计算，以得到极化器POL-N220的输出这意味着图3的算法然后以极化尺寸n/2递归地执行到数据上。然后执行步骤S308。必须要注意，步骤S306和步骤S307可以颠倒或并行执行。在步骤S308中，极化器POL-N220将输出值返回至在步骤S301中开始执行的调用，该调用结束图3的针对所考虑的递归算法。根据极性码的D&C结构恰当地选择冻结比特的相应位置对于实现良好的解码性能是至关重要的。实际上，极化器POL-N220将具有相同性质和相等特性的一组并行有效BDMC转换成具有不相等性质和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种配置基于极性码的编码器的分治结构的方法，所述基于极性码的编码器经由二进制离散输入无记忆信道向基于极性码的解码器进行有用数据的传递，所述方法是通过所述基于极性码的编码器执行的，所述分治结构包括复用器以及随后的尺寸为N＝2

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.03.13 EP 17160554.61.一种配置基于极性码的编码器的分治结构的方法，所述基于极性码的编码器经由二进制离散输入无记忆信道向基于极性码的解码器进行有用数据的传递，所述方法是通过所述基于极性码的编码器执行的，所述分治结构包括复用器以及随后的尺寸为N＝2L的极化块，所述复用器以有用数据比特和一组冻结比特作为输入，以便形成输入数据其中，所述尺寸为N的极化块包括一组前核以及随后的混洗器和两个尺寸为N/2的互补极化子块，所述尺寸为N/2的互补极化子块具有与所述尺寸为N的极化块相似的结构但具有所述尺寸为N的极化块的一半尺寸，其中，所述混洗器将其奇数项分配至所述互补极化子块中的一个互补极化子块，并将其偶数项分配至所述互补极化子块中的另一个互补极化子块，使得所述分治结构能以等于L的深度进行递归，其特征在于，在所述分治结构的每次递归，在所述混洗器与所述互补极化子块中的一个互补极化子块和/或另一个互补极化子块之间存在动态可配置交织器，并且，所述方法包括：-检测所述二进制离散输入无记忆信道中的变化；-根据在所述二进制离散输入无记忆信道中检测到的变化，获得概率函数该概率函数表征所述尺寸为N的极化块的输出处的所述二进制离散输入无记忆信道的信道转变概率；-针对所述动态可配置交织器的一组交织配置，根据所获得的概率函数计算概率函数该概率函数表征所述尺寸为N的极化块的输入处的等效二进制离散输入无记忆信道的信道转变概率，确定所述冻结比特的对应位置并且确定对应的品质因数值，其中，所述品质因数是表示经由所述二进制离散输入无记忆信道向所述基于极性码的解码器进行所述传递的性能的估计；以及-考虑到所确定的对应品质因数值，选择并应用所述动态可配置交织器的、显示出经由所述二进制离散输入无记忆信道向所述基于极性码的解码器进行所述传递的最佳性能的所述交织配置。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述品质因数基于交互信息，并且规定如下：其中，假设所述输入的值是已知的或者是被正确解码的，则是所述尺寸为N的极化块的第j个输入与观测矢量y之间的所述交互信息，并且其中，F是N长矢量，其指示所述冻结比特的位置在设定成“1”的对应项处。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述品质因数与信息字解码成功相关，并且规定如下：其中，表示所述尺寸为N的极化块的第j个输入的解码成功概率，并且因此表示所述尺寸为N的极化块的所述第j个输入的比特误码概率，并且其中，F是N长矢量，其指示所述冻结比特的位置在设定成“1”的对应项处。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述动态可配置交织器的所述一组交织配置是通过考虑所有可能的交织配置输入-输出关联开关，利用遗传法规定的。5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述动态可配置交织器的所述一组交织配置聚集因所述动态可配置交织器而成为可能的所有交织配置。6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述动态可配置交织器的所述一组交织配置包括交织配置的预先规定的码本。7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述动态可配置交织器的所述一组交织配置包括所述动态可配置交织器的预先规定量的随机配置。8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述二进制离散输入无记忆信道是通过依赖于作为获得所述概率函数而监测的参数的擦除率来建模的二进制擦除信道。9.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述二进制离散输入无记忆信道是加性高斯白噪声信道，在所述加性高斯白噪声信道上，通过依赖于作为获得所述概率函数而监测的参数的信噪比来使用并建模二进制相移键控调制。10.一种经由二进制离散输入无记忆信道从基于极性码的编码器向基于极性码的解码器执行有用数据的传递的方法，所述基于极性码的编码器包括分治结构，所述分治结构包括以有用数据比特和一组冻结比特作为输入的复用器以及随后的尺寸为N＝2L的极化块，其中，所述基于极性...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·格雷塞特，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP