基于极化码的TURBO乘积码制造技术

一种用于将源信息编码为在通信信道中使用的已编码码字的编码器包括接收源数据的数据输入、处理器以及存储编码器程序的存储器。编码器程序使处理器将源数据编码为Turbo乘积码(TPC)结构，并且TPC结构包括：数据块(90)，其与源数据对应；第一奇偶校验块(190)，其包括第一列部分(191)、第一角部分(192)和第一底部分(193)，第一奇偶校验块被布置为由第一列部分、第一角部分和第一底部分覆盖数据块的右端列、数据块的右下角和数据块的底行；以及第二奇偶校验块(195)，其具有行奇偶校验块(196)、联合奇偶校验块(197)和列奇偶校验块(198)。第一奇偶校验块可通过数据块的BCH编码(外部编码)来获得。这之后是生成第二奇偶校验块的(内部)turbo极化码。

Turbo product code based on polarization code

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于极化码的TURBO乘积码
本专利技术涉及具有硬判决清除(harddecisioncleaning)的Turbo乘积极化编码(turboproductpolarcoding)方法和装置。
技术介绍
已经证明，使用连续消除(SC)解码，极化码可以渐近地实现任何任意二进制输入无记忆信道的信道容量。然而，短码字长度下的错误率性能对诸如低密度奇偶校验(LDPC)码之类的其它近似容量编码没有竞争力。塔尔(Tal)和瓦尔迪(Valdy)专利技术了突破性的US9503126B2，它通过带有CRC级联的SCL解码显著提高了极化解码性能。Zhang、Liu、Pan和Pan(在2017年的通信信函“CRCcodedesignforlistdecodingofpolarcodes”中)还揭示了SCL极化解码性能高度依赖于CRC多项式，并且通过适当设计的CRC多项式能够增加极化-CRC级联码的最小汉明距离。已经使用基于经典线性码(诸如，Bose,Chaudhuri和Hocquenghem(BCH)码和汉明(Hamming)码)的乘积码来增大最小汉明距离，并具有并行编码和解码的能力。Pyndiah针对乘积码的软判决(SD)迭代提出了有效的Chase解码方法(在1998年的IEEE通信学报，46卷，第8章中的“Near-optimumdecodingofproductcodes:blockturbocodes”中)以实现逼近最大似然度能。用于乘积码的Turbo型SD迭代方案称为Turbo乘积码(TPC)。
技术实现思路
<br>本公开提供了以非显而易见的方式使用极化构成代码的新TPC，其中利用了由于极化和交织引起的非正则性以改善汉明权重分布。此外，我们提供了扩展用于极化TPC的Chase型SD迭代解码的SCL极化解码的方法。与基于诸如BCH码、汉明(Hamming)码、里德-所罗门(Reed-Solomon)码或里德-穆勒(Reed-Muller)码之类的代数码的传统TPC相比，利用SCLChase解码，基于极化码的TPC显著地提高了错误率性能。此外，本公开的一些实施方式提供了一种使用极化编码的乘积编码方法，其利用由于极化和交织引起的非正则性来改善turbo极化码的汉明权重分布。实施方式能够使用软判决极化解码来减少非正则空间结合的极化码的错误性能。该系统可以由具有多个奇偶校验矩阵的乘积码组成。奇偶校验块可以包含行奇偶校验、列奇偶校验和联合奇偶校验矩阵。数据段能够包含利用空间结合极化码的非正则性来获得更好的错误性能的一组附加奇偶校验块。尽管极化码具有良好的汉明权重分布，但是发现，用作空间结合极化码中的构成码的短长度高速率极化码通常具有比BCH码更短的最小汉明距离。短的最小汉明距离仅在高信噪比(SNR)情况下才能控制错误率性能。因此，与其它TPC相比，空间结合极化码能够潜在地遇到更高的错误平层问题。我们公开了通过用BCH级联代替CRC并在SD迭代解码后使用硬判决(HD)清除的方法来减轻错误平层的方法。BCH码的级联不仅提供了错误平层去除，而且还减少了所需的迭代次数，这是因为使用BCH级联进行HD清除能够去除空间结合极化码的最主要的错误模式。该方法对于基于极化构成代码的TPC尤其有效，这是因为极化码的汉明权重分布具有特定特性，诸如在越短的汉明距离中具有越高的浓度。另外，BCH级联还能够通过增强对大量非正则极化停用的容限来进一步降低计算复杂度和解码延迟。一些实施方式基于以下认识：正则极化编码构造解决了通信信道和调制方案为每个发送的码字比特提供统一的发送可靠性的情况。该假设是实现容量和冻结比特位置设计的理论证明所必需的。然而，诸如高阶调制、频率选择性衰落、时变信道和多输入多输出(MIMO)信道的一些情况导致在发送比特之间可靠性不均匀。一些实施方式基于另一种认识：虽然正则极化编码在大的(理论上是无限大的)码上朝着最佳编码效率收敛，但是对于较短码长，通过增加更多的自由度能够提高其实际纠错性能。一些实施方式基于以下认识：正则极化码对通信信道的参数变化的自适应性取决于诸如定义了码字中的数据比特数量的参数、定义了指定在已编码码字中冻结比特的位置的数据索引集的参数、以及定义了已编码码字中的奇偶校验比特的数量的参数之类的参数的值。这些参数在本文中称为极化码的正则参数。一些实施方式基于以下认识：除了正则参数之外，还需要使用一些其它参数来增加极化码的自适应性。这样的附加参数能够包括以下参数中的一个或组合：定义了极化码的至少一个正则参数的结合值的非正则性的参数、定义了已编码比特的置换的非正则性的参数、定义了极化码中的极化内核的非正则性的参数、以及定义了在极化编码的不同级上选择停用异或运算中的非正则性的参数，并且其中，非正则极化编码器使用极化码的正则参数和非正则参数对码字进行编码。这些附加参数在本文中称为非正则参数。使用正则参数和非正则参数设计的极化码在本文中称为非正则极化码。使用非正则极化码对码字进行编码的极化编码器在本文中称为非正则极化编码器。例如，一些实施方式使用其码字长度相对短的多个极化码，使得能够用短延迟来实施SD解码，其中每个SD解码将SD信息来回传播到其它极化解码器以校正潜在的错误。对于这种turbo型极化编码和解码架构，通过跨极化码施加“非正则性”(例如，通过使用不同的码率、不同的冻结比特位置、不同的码字长度、不同的交织和不同的极化内核)来提高纠错性能。在又一个实施方式中，极化编码架构在中间级被非正则地置换。为了降低复杂性并提高性能，这种非正则极化码架构通过稀疏地停用几个极化运算来进一步概括。在一些实施方式中，停用极化运算通过具有不同的非二进制和高阶内核来进一步概括。在一些实现中，通信信道和/或调制方案使所发送的码字比特的可靠性不均匀，这允许采用交织器来改善纠错性能，并且需要交织器和极化码构造的联合设计以提高纠错性能。因此，实施方式公开了一种用于交织器和极化码构造的联合设计的系统和方法，其中通过考虑非均匀可靠性来交替地优化交织器和极化码构造。该方法采用其中通过能够设计的一组参数来使由交织器执行的置换参数化的交织器方案。因此，一个实施方式公开了一种用于经由通信信道发送已编码码字的发送器。该发送器包括：源，该源接收源数据；非正则极化编码器；该非正则极化编码器由处理器操作以用极化码对源数据进行编码以产生已编码码字，其中，极化码由一组正则参数指定，该组正则参数包括定义了码字中的数据比特数量的参数、定义了指定在已编码码字中冻结比特的位置的数据索引集的参数、以及定义了已编码码字中的奇偶校验比特的数量的参数中的一个或组合，其中极化码还由一组非正则参数指定，该组非正则参数包括定义了极化码的至少一个正则参数的值的非正则性的参数、定义了已编码比特的置换的非正则性的参数、定义了极化码中的极化内核的非正则性的参数、以及定义了在极化编码的不同级上选择停用异或运算中的非正则性的参数中的一个或组合，并且其中非正则极化编码器使用极化码的正则参数和非正则参数对源数据进行编码；调制器，该调制器对已编码码字进行调制；以及前端，该本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于将源信息编码为要在通信信道中使用的已编码码字的编码器，该编码器包括：/n数据输入，该数据输入接收要编码的源数据；/n处理器；以及/n存储器，该存储器存储所述处理器能执行的编码器程序，其中，所述编码器程序使所述处理器将所述源数据编码为Turbo乘积码TPC结构，其中，所述TPC结构包括：/n数据块，该数据块与所述源数据相对应；/n第一奇偶校验块，该第一奇偶校验块包括第一列部分、第一角部分和第一底部分，所述第一奇偶校验块被布置为由所述第一列部分、所述第一角部分和所述第一底部分覆盖所述数据块的右端列、所述数据块的右下角和所述数据块的底行；以及/n第二奇偶校验块，该第二奇偶校验块具有行奇偶校验块、联合奇偶校验块和列奇偶校验块，所述第二奇偶校验块被布置为使用所述行奇偶校验块、所述联合奇偶校验块和所述列奇偶校验块覆盖所述第一奇偶校验块。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170728 US 62/538,593;20180110 US 15/866,5941.一种用于将源信息编码为要在通信信道中使用的已编码码字的编码器，该编码器包括：
数据输入，该数据输入接收要编码的源数据；
处理器；以及
存储器，该存储器存储所述处理器能执行的编码器程序，其中，所述编码器程序使所述处理器将所述源数据编码为Turbo乘积码TPC结构，其中，所述TPC结构包括：
数据块，该数据块与所述源数据相对应；
第一奇偶校验块，该第一奇偶校验块包括第一列部分、第一角部分和第一底部分，所述第一奇偶校验块被布置为由所述第一列部分、所述第一角部分和所述第一底部分覆盖所述数据块的右端列、所述数据块的右下角和所述数据块的底行；以及
第二奇偶校验块，该第二奇偶校验块具有行奇偶校验块、联合奇偶校验块和列奇偶校验块，所述第二奇偶校验块被布置为使用所述行奇偶校验块、所述联合奇偶校验块和所述列奇偶校验块覆盖所述第一奇偶校验块。


2.根据权利要求1所述的编码器，其中，所述第一奇偶校验块由基于Bose、Chaudhuri和Hocquenghem(BCH)编码的奇偶校验比特组成。


3.根据权利要求1所述的编码器，其中，所述第二奇偶校验块由基于极化编码的奇偶校验比特组成。


4.根据权利要求2所述的编码器，其中，BCH奇偶校验比特的长度被确定为使得可校正错误比特的最大数量不小于最小汉明距离，以减小错误平层。


5.根据权利要求2所述的编码器，其中，BCH奇偶校验比特的长度被确定为使得可校正错误比特的最大数量不小于第二最小汉明距离，以用于允许噪声。


6.根据权利要求3所述的编码器，其中，所述极化编码具有非正则参数以及正则参数，其中，所述非正则参数包括在极化器单元中的非正则比特置换和停用的异或运算的非正则位置，用于降低复杂度和延迟。


7.根据权利要求1所述的编码器，其中，所述TPC结构用附加维度以及行方向和列方向来扩展，以通过空间结合更多码来增加最小汉明距离。


8.根据权利要求1所述的编码器，其中，所述第二奇偶校验比特在按照维度，即，行方向或列方向，并行生成，其中，维度方向生成是以流水线处理的，以用于高吞吐量编码。


9.根据权利要求1所述的编码器，其中，所述TPC结构被扩展为卷积结构，其中，所述奇偶校验比特被布置为阶梯状。


10.根据权利要求1所述的编码器，其中，所述编码器程序包括列编码器和行编码器，其中，所述列编码器并行地操作k个极化编码器，并且所述行编码器并行地操作n个极化编码器。


11.根据权利要求10所述的编码器，其中，所述列编码器和所述行编码器以流水线方式操作。


12.根据权利要求10所述的编码器，其中，对于所述极化编码器，k＝240，对于所述极化编码器，n＝256。


13.一种用于对由权利要求1所述的编码器从源数据编码的码字进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：秋浓俊昭，
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