CN103516476A - 编码方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种编码方法和设备。该方法包括根据级联的极化Polar编码的级数，将待编码的输入数据划分为M部分，其中，M为级联的Polar编码的级数；逐级依次对每级Polar编码的信息比特进行Polar编码，获得对所述输入数据进行Polar编码后的数据，其中，划分得到的每部分数据和上一级Polar编码的输出比特一起作为下一级Polar编码的信息比特。本发明实施例可以提高Polar码的性能。

Description

编码方法和设备
技术领域
本发明涉及编解码技术，尤其涉及一种编码方法和设备。
背景技术
通信系统通常采用信道编码提高数据传输的可靠性，保证通信的质量。Polar（极化）码是一种理论上证明可以取得香农容量且具有低编译码复杂度的编码方式。当Polar码的码长很大时，采用连续相消（Successive-Cancellation，SC）译码就能够取得好的性能。但是，当Polar码较短或中等长度时，其性能不是很优，需要提高性能。
发明内容
本发明实施例提供一种编码方法和设备，用以提高Polar码的性能。
本发明实施例提供一种编码方法，包括：
根据级联的极化Polar编码的级数，将待编码的输入数据划分为M部分，其中，M为级联的Polar编码的级数；
逐级依次进行Polar编码，获得对所述输入数据进行Polar编码后的数据，其中，划分得到的每部分数据和上一级Polar编码的输出比特一起作为下一级Polar编码的信息比特。
本发明实施例提供一种编码设备，包括：
划分模块，用于根据级联的极化Polar编码的级数，将待编码的输入数据划分为M部分，其中，M为级联的Polar编码的级数；
编码模块，用于逐级依次对每级Polar编码的信息比特进行Polar编码，获得对所述输入数据进行Polar编码后的数据，其中，划分得到的每部分数据和上一级Polar编码的输出比特一起作为下一级Polar编码的信息比特。
由上述技术方案可知，本发明实施例在Polar编码时，将上一级Polar编码的输出比特和一部分数据一起作为下一级Polar编码的信息比特，可以实现部分级联Polar编码，由于采用级联的方式，可以加速Polar码的极化，另外，采用部分级联的方式，在相同的码长的情况下，能够取得更高的码率，进而提高Polar码的性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明编码方法一实施例的流程示意图；
图2为本发明中两级部分级联的Polar编码的总体示意图；
图3为本发明中比特容量的示意图；
图4为本发明中两级部分级联的Polar编码的一种具体示意图；
图5为本发明中两级部分级联的Polar编码的另一种具体示意图；
图6为本发明与单独Polar码的一种性能比较示意图；
图7为本发明与单独Polar码的另一种性能比较示意图；
图8a为本发明中应用上述级联Polar编码的设备结构示意图；
图8b为本发明编码设备一实施例的结构示意图；
图9为本发明编码设备另一实施例的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
首先对Polar编码进行描述。
Polar码是一种线性块码。其生成矩阵为GN，其编码过程为
Figure BDA00001834045800031
为编码后的输出比特，为编码前的输入比特，
Figure BDA00001834045800034
码长N＝2n，n≥0。
BN是转置矩阵，例如比特反转（bit reversal）矩阵。
Figure BDA00001834045800035
是F的克罗内克幂（Kronecker power），定义为
Figure BDA00001834045800036
F = 1 0 1 1 .
Polar码用陪集码可以表示为
Figure BDA00001834045800038
其编码过程为：这里A为信息（information）比特索引的集合，GN(A)是GN中由集合A中的索引对应的那些行得到的子矩阵，GN(Ac)是GN中由集合Ac中的索引对应的那些行得到的子矩阵。是冻结（frozen）比特，其数量为(N-K)，是已知比特。为了简单，这些冻结比特可以设为0。其中，N为码长，K为信息比特的长度。
图1为本发明编码方法一实施例的流程示意图，包括：
步骤11：根据级联的Polar编码的级数，将待编码的输入数据划分为M部分，其中，M为级联的Polar编码的级数；
步骤12：逐级依次对每级Polar编码的信息比特进行Polar编码，获得对所述输入数据进行Polar编码后的数据，其中，划分得到的每部分数据和上一级Polar编码的输出比特一起作为下一级Polar编码的信息比特。
本发明实施例中，为了提高有限长度的Polar码的性能，将采用部分级联的方式进行Polar编码，将上一级Polar编码的输出作为下一级Polar编码的输入的一部分。
假设本发明实施例中采用的级联数为M，M可以设定，那么将输入数据划分为M部分，每部分数据与上一级Polar编码的输出一起作为下一级Polar编码的信息比特。
具体的，以M=2为例，此时，包括两级Polar编码，其中，按照信号走向可以将这两级Polar编码分别称为第一Polar编码和第二Polar编码，第一Polar编码的输出作为第二Polar编码的输入。对于第一Polar编码，第一Polar编码输入的信息比特是划分得到的第一部分的数据；对于第二Polar编码，其输入的信息比特包括：划分得到的第二部分的数据以及第一Polar编码后的输出比特。
由于上一级Polar编码后的比特是下一级Polar编码的输入信息比特的一部分，因此，这种级联方式可以理解为部分级联。
参见图2，本发明给出了一种两级级联的示意图，两级Polar编码可以称为第一Polar编码和第二Polar编码，其中第一Polar编码对应的码长和信息比特的长度分别为：Nout和Kout，第二Polar编码对应的码长和信息比特的长度分别为：Nin和Kin。其中，长度的单位为比特（bit）。
首先，输入数据被分为了第一部分数据和第二部分数据，其中，第一部分数据的长度和第二部分数据的长度可以根据第一Polar编码和第二Polar编码对应的参数确定，例如，第一部分数据的长度为Kout，第二部分数据的长度为Kin-Nout。之后可以根据第一部分数据的长度或第二部分数据的长度，选择相应长度的数据作为第一部分数据或第二部分数据，选择方式例如为随机选择或者根据用户设置的选择算法进行选择。得到第一部分数据和第二部分数据后，对第一部分数据进行了第一Polar编码，得到第一Polar编码后的数据，第一Polar编码后的数据的长度为Nout；之后，第一Polar编码后的数据、第二部分数据一起作为信息比特进行第二Polar编码，得到所需的Polar编码后的数据，第二Polar编码后的数据的长度为Nin。
上述的第一Polar编码后的输出数据具体可以作为：第二Polar编码的输入的信息比特中可靠性较低的那部分的信息比特。
可靠性较低可以根据比特容量、巴氏（bhattacharyya）参数或者蒙托卡洛仿真得到的错误图样确定。
以比特容量为例，参见图3，每个比特的比特容量是不同的。以比特共有N=1024为例，可以选择容量较高的K个比特作为信息比特，其余的（N-K）个比特作为冻结（frozen）比特。进一步的，在K个信息比特中还可以选取容量较低的J个比特作为可靠性较低的信息比特，此时，第一Polar编码后输出的长度为Nout的数据分别作为该J个比特。
经过上述处理后，Polar码的码率为相对的，如果采用全级联，码率为：
依据上述流程，图4给出了Nin=2048、Kin＝1280，Nout=512，Kout=256时的编码示意图，图5给出了Nin＝2048、Kin＝1024，Nout=512，Kout=320时的编码示意图。
译码的时候可以采用多种译码方案。首先采用对应第二Polar编码的译码器对接收信号进行译码，得到第二LLR值和第一LLR值，其中，第二LLR值是对应第二Polar编码的信息比特的LLR值，第一LLR值是对应第一Polar编码的信息比特的LLR值；之后，可以直接对第二LLR值进行判决得到对第二Polar编码的信息比特的译码结果；以及，采用对应第一Polar编码的译码器对第一LLR值进行译码，并对译码结果进行判决得到对第一Polar编码的信息比特的译码结果。
图6、7分别给出了单独Polar码和本发明实施例给出的级联Polar码的性能比较示意图，仿真条件是：Polar码的译码采用BP译码，迭代次数为50次；从图6、7中可以看出，当BER=10-4时，部分级联Polar码比单独Polar码方案有0.7dB、0.3dB的增益。
本发明实施例中，由于采用了级联方式的Polar编码，可以加速Polar码的极化，提高有限长度的Polar码的性能；另外，级联具体采用的是部分级联方式，在相同的码长的情况下，能够取得更高的码率。
本发明实施例进一步给出实现上述方法实施例中各步骤及方法的装置实施例。本发明实施例可应用于各种通信系统中的基站或者终端。图8a示出了一种通信设备的实施例,在该实施例中,设备80包括发射电路802、接收电路803、功率控制器804、编解码处理器805、处理单元806，存储器807及天线801。处理单元806控制设备80的操作，处理单元806还可以称为CPU。存储器807可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理单元806提供指令和数据。存储器807的一部分还可以包括非易失行随机存取存储器（NVRAM）。具体的应用中，设备80可以嵌入或者本身可以就是例如移动电话之类的无线通信设备，还可以包括容纳发射电路802和接收电路803的载体，以允许设备80和远程设备之间进行数据发射和接收。而有可能设备80也是网络或无线设备的简单示意图。发射电路802和接收电路803可以耦合到天线801。设备80的各个组件通过总线系统8100耦合在一起，其中总线系统8100除包括数据总线之外，还包括电源总线、控制总线和状态信号总线。但是为了清楚说明起见，在图中将各种总线都标为总线系统8100。设备80还可以包括用于处理信号的处理单元806、此外还包括功率控制器804、编解码处理器805。
上述本发明实施例揭示的方法可以应用于编解码处理器805中，或者说由编解码处理器805以实现。编解码处理器805可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过编解码处理器805中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。这些指令可以通过其中的处理器806以配合实现及控制。用于执行本发明实施例揭示的方法，上述的解码处理器可以是通用处理器、数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）、现成可编程门阵列（FPGA）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器，解码器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件解码处理器执行完成，或者用解码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器807，解码单元读取存储器807中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
图8b为本发明编码设备一实施例的结构示意图，该编码设备800包括划分模块81和编码模块82；划分模块81用于根据级联的极化Polar编码的级数，将待编码的输入数据划分为M部分，其中，M为级联的Polar编码的级数；编码模块82用于逐级依次对每级Polar编码的信息比特进行Polar编码，获得对所述输入数据进行Polar编码后的数据，其中，划分得到的每部分数据和上一级Polar编码的输出比特一起作为下一级Polar编码的信息比特。划分模块81和编码模块82可以是示意图中的编解码处理器805或者编解码处理器805中的逻辑单元。可选的，所述编码模块处理的所述上一级Polar编码的输出比特作为下一级Polar编码的可靠性低于一阈值的信息比特。
可选的，所述阈值根据比特容量、bhattacharyya参数或者蒙托卡洛仿真得到的错误图样确定。
参见图9，在所述M为2时，
所述划分模块具体用于将所述输入数据划分为第一部分数据和第二部分数据；
所述编码模块包括：
第一Polar编码单元91，用于对所述第一部分数据进行第一Polar编码，得到第一Polar编码后的数据；
第二Polar编码单元92，用于对所述第二部分数据和所述第一Polar编码后的数据进行第二Polar编码，得到对所述输入数据进行Polar编码后的数据。
可选的，所述划分模块得到的所述第一部分数据的长度为所述第一Polar编码对应的信息比特的长度；所述划分模块得到的所述第二部分数据的长度为所述第二Polar编码对应的信息比特的长度与所述第一Polar编码对应的码长的差值。例如，所述第一Polar编码单元对应的码长和信息比特的长度分别为：Nout和Kout；所述第二Polar编码单元对应的码长和信息比特的长度分别为：Nin和Kin；所述第一部分数据的长度为Kout，所述第二部分数据的长度为Kin-Nout。
可选的，所述Nin为2048，所述Kin为1280，所述Nout为512，所述Kout为256，所述第一部分数据的长度为256，所述第二部分数据的长度为768；或者，所述Nin为2048，所述Kin为1024，所述Nout为512，所述Kout为320，所述第一部分数据的长度为320，所述第二部分数据的长度为512。
本发明实施例中，由于采用了级联方式的Polar编码，可以加速Polar码的极化，提高有限长度的Polar码的性能；另外，级联具体采用的是部分级联方式，在相同的码长的情况下，能够取得更高的码率。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (14)

1.一种编码方法，其特征在于，包括：
根据级联的极化Polar编码的级数，将待编码的输入数据划分为M部分，其中，M为级联的极化Polar编码的级数；
逐级依次对每级Polar编码的信息比特进行Polar编码，获得对所述输入数据进行Polar编码后的数据，其中，划分得到的每部分数据和上一级Polar编码的输出比特一起作为下一级Polar编码的信息比特。
2.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述上一级Polar编码的输出比特作为下一级Polar编码的可靠性低于一阈值的信息比特。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述阈值根据比特容量、巴氏bhattacharyya参数或者蒙托卡洛仿真得到的错误图样确定。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，在所述M为2时，将所述输入数据划分为第一部分数据和第二部分数据，所述逐级依次进行Polar编码，包括：
对所述第一部分数据进行第一Polar编码，得到第一Polar编码后的数据；
对所述第二部分数据和所述第一Polar编码后的数据进行第二Polar编码，得到对所述输入数据进行Polar编码后的数据。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
所述第一部分数据的长度为所述第一Polar编码对应的信息比特的长度；
所述第二部分数据的长度为所述第二Polar编码对应的信息比特的长度与所述第一Polar编码对应的码长的差。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，
所述第二Polar编码对应的码长为2048，所述第二Polar编码对应的信息比特的长度为1280，所述第一Polar编码对应的码长为512，所述第一Polar编码对应的信息比特的长度为256，所述第一部分数据的长度为256，所述第二部分数据的长度为768；或者，
所述第二Polar编码对应的码长为2048，所述第二Polar编码对应的信息比特的长度为1024，所述第一Polar编码对应的码长为512，所述第一Polar编码对应的信息比特的长度为320，所述第一部分数据的长度为320，所述第二部分数据的长度为512。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述将待编码的输入数据划分为M部分，包括：
在所述待编码的输入数据中随机选取长度为所述第一Polar编码对应的信息比特的长度的数据作为所述第一部分数据，将所述待编码的输入数据中除所述第一部分数据之外的数据作为所述第二部分数据；或者，
在所述待编码的输入数据中随机选取长度为所述第二Polar编码对应的信息比特的长度与所述第一Polar编码对应的码长的差值的数据作为所述第二部分数据，将所述待编码的输入数据中除所述第二部分数据之外的数据作为所述第一部分数据。
8.一种编码设备，其特征在于，包括：
划分模块，用于根据级联的极化Polar编码的级数，将待编码的输入数据划分为M部分，其中，M为级联的极化Polar编码的级数；
编码模块，用于逐级依次对每级Polar编码的信息比特进行Polar编码，获得对所述输入数据进行Polar编码后的数据，其中，划分得到的每部分数据和上一级Polar编码的输出比特一起作为下一级Polar编码的信息比特。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述编码模块处理的所述上一级Polar编码的输出比特作为下一级Polar编码的可靠性低于一阈值的信息比特。
10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述阈值根据比特容量、bhattacharyya参数或者蒙托卡洛仿真得到的错误图样确定。
11.根据权利要求8-10任一项所述的设备，其特征在于，在所述M为2时，
所述划分模块具体用于将所述输入数据划分为第一部分数据和第二部分数据；
所述编码模块包括：
第一Polar编码单元，用于对所述第一部分数据进行第一Polar编码，得到第一Polar编码后的数据；
第二Polar编码单元，用于对所述第二部分数据和所述第一Polar编码后的数据进行第二Polar编码，得到对所述输入数据进行Polar编码后的数据。
12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，
所述划分模块得到的所述第一部分数据的长度为所述第一Polar编码对应的信息比特的长度；
所述划分模块得到的所述第二部分数据的长度为所述第二Polar编码对应的信息比特的长度与所述第一Polar编码对应的码长的差值。
13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，
所述第二Polar编码对应的码长为2048，所述第二Polar编码对应的信息比特的长度为1280，所述第一Polar编码对应的码长为512，所述第一Polar编码对应的信息比特的长度为256，所述第一部分数据的长度为256，所述第二部分数据的长度为768；或者，
所述第二Polar编码对应的码长为2048，所述第二Polar编码对应的信息比特的长度为1024，所述第一Polar编码对应的码长为512，所述第一Polar编码对应的信息比特的长度为320，所述第一部分数据的长度为320，所述第二部分数据的长度为512。
14.根据权利要求12或13所述的设备，其特征在于，所述划分模块具体用于：
在所述待编码的输入数据中随机选取长度为所述第一Polar编码对应的信息比特的长度的数据作为所述第一部分数据，将所述待编码的输入数据中除所述第一部分数据之外的数据作为所述第二部分数据；或者，
在所述待编码的输入数据中随机选取长度为所述第二Polar编码对应的信息比特的长度与所述第一Polar编码对应的码长的差值的数据作为所述第二部分数据，将所述待编码的输入数据中除所述第二部分数据之外的数据作为所述第一部分数据。
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