CN109075803B - 具有打孔、缩短和扩展的极化码编码 - Google Patents

具有打孔、缩短和扩展的极化码编码 Download PDF

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Abstract

根据本发明，计算(201)用于极化编码的输入向量，其中所述输入向量包括信息比特集合和冻结比特集合，并且通过执行输入向量的极化编码来生成(202)中间码字。此外，从所述中间码字中移除(203)打孔和缩短比特，以获得缩减的中间码字，并且通过对所述缩减的中间码字应用置换操作来生成(204)输出码字。从所述中间码字比特和所述信息比特中选择(205)扩展比特序列，并且通过对所述输出码字和所述扩展比特序列应用比特映射来生成(206)调制符号。所述发明能够在混合ARQ(Hybrid ARQ)系统中应用。

Description

具有打孔、缩短和扩展的极化码编码
技术领域
本发明涉及一种设备和一种方法，其中所述设备和所述方法被设置为执行编码。此外，本发明涉及一种计算机程序产品和一种计算机可读记录介质，其中所述计算机程序产品和所述计算机可读记录介质被设置为执行编码。
背景技术
现代通信系统必须应对不同的信道条件和不同的吞吐量限制。极化码是具有显式构造的纠错码，其能够实现广泛类别的通信信道的对称容量。它们有三个属性，对各种通信和数据传输系统都很有用。首先，由于其大的停止距离，它们具有低的误码平层，其次，极化编码具有低复杂度并且可以以简单和有效的方式实现，第三，它们对于连续消除解码是最优的，这代表有效的解码方法。
但是，极化码在长度方面不灵活。通常，极化码提供长度为2的整数次幂的码字。
现有的调整极化码长度的技术可以分为三大类。第一类是具有内部或外部极化码的级联码。它们的校正能力可以比原始极化码更好，但是，它们在解码方面效率低。由于需要在合成码中进行解码，故解码复杂度过高。其次，可以使用非Arikan 1×1内核来获得长度为1m的极化码。类似于级联码，由于需要对由1×1内核的最末行生成的码进行解码，所以具有1×1内核的码的校正能力可以比原始极化码更好，并且它们的解码复杂度太高。第三类包括打孔极化码和带有2×2内核(原始极化码)的缩短极化码。打孔极化码和缩短极化码的校正能力略低于原始极化码，并且分别取决于所选择的打孔模式或缩短模式以及冻结比特集合。在连续消除解码的情况下，解码复杂度几乎与原始极化码相同。
因此，仍然需要有效的编码技术，该技术在基于极化编码时产生可变长度的码字并且同时带来有效且准确的解码。
发明内容
本发明提供了一种方法和设备，其被设置为通过使用极化码来执行编码并且至少克服上述缺陷。
具体地，如权利要求中所限定的以及如本文结合附图所描述的本发明执行基于极化编码的编码。以这种方式，本发明受益于极化编码的优点。上面列出了一些优点。另外，本发明的特征确保可以以有效的方式生成具有可变长度的码字，使得可以考虑不同的传输条件。此外，本发明涉及高效的编码过程。本发明提供了一种低复杂度的编码，因此优化了编码信息的传输。此外，用于编码的纠错码使得为原始极化码开发的解码技术适用于其解码，并且在解码期间出现错误的可能性显著最小化。用于编码的纠错码是针对预先选择的调制而优化的经打孔缩短的极化码。例如，本发明适用于比特交织编码调制。此外，本发明提供了一种编码技术，其为解码器侧出现错误做好准备。根据本发明，生成用于扩展输出码字的附加扩展比特。如果需要，扩展比特可以用于混合自动重传请求(hybrid automaticrepeat request，HARQ)方案。以这种方式，实现了成功解码过程的有效保护，而扩展比特的存在对解码复杂度几乎没有影响。
本发明的上述目的通过所附独立权利要求中提供的解决方案来实现。在各个从属权利要求中进一步限定了本发明的有利实施方式。
根据本发明，提供了一种被设置为执行编码的设备，其中所述设备被配置为：计算极化编码的输入向量，其中所述输入向量包括信息比特集合和冻结比特集合；执行输入向量的极化编码以获得中间码字；从所述中间码字中移除打孔和缩短比特以获得缩减的中间码字；对所述缩减的中间码字应用置换操作以获得输出码字；从所述中间码字和所述信息比特中选择扩展比特序列；并通过对输出码字和扩展比特序列应用比特映射来产生调制符号。根据冻结约束计算冻结比特的值，其中冻结约束是分配给特定冻结比特的信息比特的线性组合。
根据一个实施例，所述设备被配置为使用码字模式，其中所述码字模式指示打孔比特、缩短比特以及待传输比特的可靠性，并且其中所述码字模式被优化用于连续消除解码。
根据一个实施例，所述设备被配置为通过以下来确定码字模式：确定关于预设码长度和关于信息比特数量的最佳内部模式集合。来自所述最佳内部模式集合的每个模式表示比特类型条目序列，其中每个比特类型条目表示以下比特类型之一：输出码字比特类型、缩短比特类型、打孔比特类型，其中为不同可靠性的比特提供输出码字比特类型的子类型；并且提供比所述最佳内部模式集合之外的内部模式更低的连续消除解码错误概率。该设备被进一步配置为通过选择基于来自所述最佳内部模式的内部模式并使解码错误概率最小化的模式作为码字模式来确定码字模式。
根据一个实施例，所述设备被配置为与冻结比特集合一起确定冻结约束，以最小化给定码字模式的连续消除解码错误概率。
根据一个实施例，所述设备被配置为根据所述码字模式从所述中间码字中移除打孔和缩短的比特。
根据一个实施例，所述设备被配置为基于所述码字模式确定置换模式，其中针对解码错误概率优化所述置换模式。
根据一个实施例，所述设备被配置为根据所述置换模式应用所述置换操作。
根据一个实施例，所述设备被配置为通过以下方式选择扩展比特序列：从所述信息比特集合中选择一个信息比特，并从所述中间码字中选择一个码字比特；确定由选择的信息比特扩展的码的第一连续消除解码错误概率，并确定由选择的码字比特扩展的所述码的第二连续消除解码错误概率，其中所述码由冻结约束、码字模式和扩展比特序列指定；如果第一连续消除解码错误概率小于或等于第二连续消除解码错误概率，则将所述选择的信息比特添加到所述扩展比特序列；如果第二连续消除解码错误概率小于第一连续消除解码错误概率，则将所述选择的码字比特添加到所述扩展比特序列。
根据一个实施例，所述设备被配置为：从中间码字中选择码字比特，其提供码字比特错误概率之和的平衡；和/或从所述信息比特集合中选择最小化所述中间码字的连续消除解码错误概率的信息比特。
根据一个实施例，所述设备被配置为重复执行扩展步骤，直到扩展比特序列包括预设数量或比特。
根据一个实施例，所述设备被配置为向另一设备传输所述调制符号，其中传输从所述输出码字获得的所有调制符号。如下所示，可能出现这样的情况，其中需要不止一次传输，因为解码侧不能正确解码所述调制符号，如下所示。特别地，在第一次传输时传输从所述输出码字获得的所有调制符号。
根据一个实施例，所述设备被配置为从另一设备接收关于所述调制符号的传输的反馈，其中所述反馈指示以下之一：所述调制符号的解码成功、调制符号的解码失败。
根据一个实施例，如果所述反馈指示接收到的嘈杂调制符号的解码失败，则所述设备被配置为：通过将比特映射应用于扩展比特序列的其它比特来生成其它调制符号，其中所述其它比特是通过执行所述扩展比特的选择而确定的比特；并向另一设备传输所述其它调制符号。
本发明还涉及一种被设置为执行编码的方法，其中该方法包括步骤：计算用于极化编码的输入向量，其中所述输入向量包括信息比特集合和冻结比特集合；对所述输入向量执行极化编码以获得中间码字；从所述中间码字中移除打孔和缩短的比特以获得缩减的中间码字；对缩减的中间码字应用置换操作以获得输出码字；从中间码字和信息比特中选择扩展比特序列；通过在所述输出码字和所述扩展比特序列上应用比特映射来产生调制符号。通常，该方法被设置为执行由上面介绍的设备执行的以及下面更详细解释的任何步骤。
此外，本发明涉及一种包括计算机可读程序代码的计算机程序产品，其被配置为使得计算设备执行上面介绍并在下面更详细地解释的方法的步骤。
此外，本发明涉及配置为在其中存储所述计算机程序产品的计算机可读记录介质。
附图说明
本发明的上述方面和实现形式将在以下结合附图的具体实施例的描述中解释，其中：
图1示出了根据本发明实施例的被设置为执行编码的设备的示意图。
图2示出了根据本发明实施例的被设置为执行编码的方法的流程图。
图3示出了根据本发明实施例的用于确定冻结约束、码字模式和置换模式的码设计步骤的流程图。
图4示出了根据本发明实施例的执行用于处理最佳内部模式集合的其它步骤的流程图。
图5示出了根据本发明实施例的执行用于选择扩展比特的码扩展步骤的流程图。
图6示出了根据本发明实施例的图2、图3和图5的步骤之间的关系。更确切地说，图8示出了图3的哪些码设计步骤的结果以及图5的哪些码扩展步骤的结果指定了图2的哪些编码步骤。
图7a-7d示出了根据本发明实施例的图2的步骤执行的示例。
图8a-8d示出了根据本发明实施例的图2的步骤执行的示例。
图9a-9b示出了根据本发明实施例的图2的步骤执行的示例(图7a-图7d示例的继续)，用于选择扩展比特并将选择的扩展比特合并到调制符号中。
图10示出了根据本发明实施例的实现增量冗余混合自动重传请求方案的步骤的流程图。
具体实施方式
一般而言，必须注意的是，本申请中描述的所有布置、设备、模块、组件、模型、元件、单元、实体和手段等可以通过软件或硬件元件或其任何种类的组合来实现。由本申请中描述的各种实体执行的所有步骤以及所描述的由各种实体执行的功能旨在表示相应的实体适用于或被配置为执行相应的步骤和功能。即使在以下特定实施例的描述中，由一般实体执行的特定功能或步骤未反映在执行特定步骤或功能的实体的特定详细元素的描述中，但本领域技术人员应当清楚可以在相应的硬件或软件元件或其任何种类的组合中实施这些方法和功能。此外，本发明的方法及其各个步骤体现在各种所描述的装置元件的功能中。此外，本文所述的任何实施例的任何实施例和特征可彼此组合，除非明确排除组合。
图1示出了根据本发明的实施例的被设置为执行编码的设备100的示意图。设备100还可以称为编码设备或编码器。图2示出了根据本发明实施例的被设置为执行编码的方法的流程图。特别地，该方法包括由设备100执行的步骤。因此，下面将图1的设备100和图2的步骤一起考虑。
根据本实施例，设备100包括输入向量计算实体101。根据本实施例，设备100和输入向量计算实体101被配置为计算201极化编码的输入向量，其中该输入向量包括信息比特集合和冻结比特集合。
极化编码通常是众所周知的。E.Arkan在IEEE信息理论会刊(IEEE Transactionson Information Theory)，第55卷，第7期，第3051-3073页，2009年7月中的“信道计划：构建容量-实现对称二进制码-输入无记忆信道的方法(Channel Polarization：A Method forConstructing Capacity-Achieving Codes for Symmetric Binary-Input MemorylessChannels)”中提出了最初的极化码。至于极化码、极化编码以及关于极化码和极化编码所使用的术语，本公开参考Arkan的出版物。
原始二进制极化码由三元组(N，K，I)指定，其中N＝2m是输出码字的长度，K是码维数，其是待编码的信息比特的数量，|I|＝K的I是索引集合，索引即信息比特索引。剩余的N-K个索引称为冻结比特索引。通过将输入向量乘以矩阵
Figure GDA0001838598680000041
可以获得极化码码字，其中输入向量是在由I给定的位置上带有信息比特的长度为N的二进制向量，以及
Figure GDA0001838598680000042
表示矩阵与自身的m次克罗内克(Kronecker)积。集合I的K个信息比特索引包括最可靠的比特并且用于发送信息比特。因此，术语“信息比特索引”和“信息比特”通常用于表示信息比特，即用于发送信息的比特。类似地，术语“冻结比特索引”和“冻结比特”用于表示冻结比特，即不表示信息比特的比特。
设备100，特别是输入向量计算实体101确定或构造201输入向量数据，该输入向量数据包括信息比特集合I和冻结比特集合，即剩余的N-K个比特。根据一个实施例，所述信息比特集合作为输入被设备100接收，具体地由输入向量计算实体101接收和/或作为用于步骤201的输入。
根据本实施例，设备100还包括中间码字生成实体102。根据本实施例，中间码字生成实体102接收或检索由输入向量计算实体101生成或计算201的输入向量，并包括所述信息比特集合和所述冻结比特集合。此外，根据本实施例，设备100和中间码字生成实体102通过执行输入向量的极化编码，即通过执行基于输入向量的信息比特和冻结比特的极化编码，生成202中间码字。
极化编码可以如通常所知的那样执行202。根据一个实施例，如上述Arkan的出版物中所公开的那样执行202极化编码，即通过将输入向量乘以矩阵
Figure GDA0001838598680000051
来执行。根据另一实施例，其它已知的实现变体是可能的。
此外，根据本实施例，设备100包括打孔缩短比特移除实体103。根据本实施例，设备100或打孔缩短比特移除实体103分别接收或检索由中间码字生成实体102生成的中间码字。设备100以及，根据本实施例，打孔缩短比特移除实体103从中间码字中移除203这些被选择或被确定用于打孔和缩短的比特。根据一个实施例，在码字模式中指示被选择或确定用于打孔和缩短的比特。根据另一实施例，设备100或打孔缩短比特移除实体103根据码字模式分别移除203所述比特。该码字模式是针对诸如码长度n和作为信息比特数量的维度k的特定设置而确定的模式。
根据本实施例，设备100包括置换实体104。根据本实施例，设备100或置换实体104分别接收或检索不带有打孔和缩短比特的中间码字，即缩减的中间码字，其为移除203被选择或确定用于打孔和缩短的比特而产生的中间码字。设备100以及，根据本实施例，置换实体104通过对缩减的中间码字应用置换操作来生成204输出码字。根据其中一个实施例，根据置换模式执行输出码字的生成204。如下所示，码字模式与置换模式相关联。这里，表述“与……关联”意味着码字模式表示置换模式的基础，如将在下文中所示。
此外，根据本实施例，设备100包括扩展比特选择实体105。根据本实施例，设备100或扩展比特选择实体105分别接收或检索输入向量(具体地，输入向量的信息比特)和通过执行极化编码生成202的中间码字。设备100以及，根据本实施例，扩展比特选择实体105从中间码字和信息比特集合中选择205扩展比特集合。
根据本实施例，设备100包括调制符号生成实体106。根据本实施例，调制符号生成实体106接收或检索输出码字(如通过对缩减的中间码字，即不带有打孔和缩短比特的中间码字应用置换操作生成204)和选择的扩展比特序列。设备100以及，根据本实施例，调制符号生成实体106通过对输出码字和扩展比特序列应用比特映射来生成206调制符号。输出码字以及扩展比特序列表示比特序列。通过执行比特映射206，将比特序列中的一个或多个比特映射到为接收器传输/提供编码信息而确定的符号，该接收器包括适当的解码器。
图3示出了根据本发明实施例执行的用于确定冻结约束、码字模式和置换模式的步骤的流程图。下面介绍的设备100的实体是示例性的。根据另外的实施例，例如，至少部分实体被组成为一个处理实体。通常，设备100被配置为执行所述实体的步骤。
根据本实施例，设备100包括通用内部模式模板计算实体。设备100，特别是通用内部模式模板计算实体被配置为计算或生成401内部模式参数：内部模式内的打孔和缩短比特的数量，以及内部模式中的每个T输出码字比特类型的数量比特。通用内部模式模板是指定具有所需参数的所有内部模式的模板。
通常，长度为2m的极化码可以表示为长度为2μ的嵌套内部码和长度为2m-μ的外部码的广义级联码，其中μ≤m，内部码和外部码也是极化码。因此，极化码的码字可以视为其最高速率内部码的2m-μ个码字的串联。极化码的解码可以通过其内部码和外部码的解码来表示。
内部模式模板是许多内部模式的表示，并且表示具有特别相似性的内部模式的一种占位符。通用内部模式模板是一种表示具有期望参数的所有内部模式的内部模式，即由任何内部模式模板表示的任何内部模式也由通用内部模式模板表示。根据一个实施例，在步骤401中，确定401通用内部模式模板。特别地，鉴于极化码长度N＝2m、期望的码长度n和调制参数，在步骤401中确定或计算内部模式内的打孔和缩短比特的数量。根据一个实施例，内部模式或内部模式模板的长度表示极化码的内部码的可能长度的范围。特别地，所述内部模式的长度由2μ表示，其中1≤2μ≤N＝2m，2m-1＜n≤N。
此外，根据本实施例，设备100包括预定义的冻结约束计算实体，其中冻结约束是被分配给冻结比特的信息比特的线性组合。设备100以及特别是预定义的冻结约束计算实体被配置为确定或计算402足以指定长度为N＝2m且具有期望的最小距离d的码的冻结约束。假设K≥k是该码的信息比特数，所以预定义的冻结约束的数量等于(N-K)。具体而言，可以使用扩展的BCH码来导出这种预定义的冻结约束。如果最小距离d＝1，则不需要预定义的冻结约束，并且K＝N。因此，特别地，在步骤402中，根据极化码长度N和非打孔码的期望最小距离，确定输入向量内的预定义的冻结比特的数量，所述预定义的冻结约束的数量是N-K。
根据本实施例，设备100包括内部模式确定实体。设备100以及特别是内部模式确定实体被配置成确定或构造403最佳内部模式Sμ的集合S。集合S包括所需数量的非等同内部模式Sμ，使得基于这些内部模式Sμ的2m-μ次重复的极化码的连续消除解码错误概率低于任何其它不等同于来自集合S的模式内部模式Sμ的情况。这里，如果对于这些模式，为输入向量的比特计算的连续消除解码错误概率相同，则两个内部模式被称为等同。根据预先设定的中间码字长度N＝2m、预定义(N-K)个冻结约束、打孔和缩短比特的数量以及关于指定调制符号的比特的数量T和这些比特的可靠性，确定优化的内部模式Sμ的集合S。为此，考虑上述通用内部模式模板和上述(N-K)个冻结约束。在步骤403中确定的内部模式Sμ的长度是2μ。
每个内部模式Sμ表示一系列比特类型条目，其中每个比特类型条目表示以下比特类型之一：输出码字比特类型、缩短比特类型、打孔比特类型。存在T种类型的输出码字比特，其中T是指定调制符号所需的比特数。比特类型指定比特的可靠性。比特的可靠性可以用错误概率来表征，特别是与零错误概率相关的缩短比特，而打孔比特与错误概率0，5相关联。缩短比特类型条目是待缩短比特的一种占位符，并且打孔比特类型条目是待打孔比特的一种占位符。众所周知，缩短码字比特的值等于零，并且待打孔比特是被丢弃的比特。
此外，在步骤403中，最佳内部模式Sμ由设备100并且具体地由内部模式确定实体确定。这意味着针对连续消除解码错误概率来优化内部模式Sμ。为此，根据一个实施例，将具有所需参数(即可从通用内部模式模板获得的内部模式)的所有内部模式的集合递归地分割成子集，其中每个子集由相应的内部模式模板指定。对于在步骤403中考虑的内部模式的每个子集，确定连续消除解码错误概率的下界。连续消除解码错误概率的确定通常是已知的，并且这里可以应用任何已知的方法。可以使用用于连续解码错误概率计算的公式通过较小长度的极化码的这种下界递归地计算连续消除解码错误概率的下界。通常，连续消除解码错误概率表示连续消除解码的结果将不对应于传输的码字的概率。基于在步骤403中考虑的内部模式的每个子集来确定错误概率的下界，其中每个这样的子集由内部模式模板表示。如果内部模式Sμ具有最小连续消除解码错误概率中的一个，则确定403其为最佳。
根据一个实施例，通过进行树上搜索来执行最佳内部模式Sμ的集合的确定。根据一个实施例，树的每个节点由内部模式模板和连续消除解码错误概率的对应下界表示，其中下界使得它适用于可以从给定的内部模式模板获得的任何内部模式。如果节点的内部模式模板指定内部模式的集合A，则其子节点的内部模式模板指定集合A的不相交子集。因此，为节点计算的下界不低于为其子节点计算的下界。树的每一片叶子由一个模式表示，从中只能获得一个内部模式，对应的下界与为该模式计算的连续消除解码错误概率一致。树上搜索从由通用内部模式模板(即内部模式模板，从中可以获得具有期望参数的任何内部模式)表示的根节点开始。执行树上搜索，使得树中用于确定最佳内部模式Sμ的下一个被访问的节点是在作为访问节点的子节点的未访问节点中，具有最小的连续消除解码错误概率下界的节点。当达到所需叶数时，树上搜索完成，这意味着选择了所需数量的最佳内部模式Sμ。在搜索前，连续消除解码错误概率的下界对于所有节点是未知的。在搜索期间，仅对于每个正被访问的节点的所有子节点计算连续消除解码错误概率的下界就足够了。
因此，在步骤403中，确定最佳内部模式集合，其中针对连续消除解码错误概率优化最佳内部模式集合的内部模式。通常，最佳内部模式集合的内部模式比该集合之外的内部模式提供更低的连续消除解码错误概率。如上所述，步骤403由设备100并且特别是内部模式确定实体执行。根据一个实施例，对于该最佳内部模式集合的每个内部模式，还存储各自的连续消除解码错误概率。根据另一个实施例，各连续消除解码错误概率与各最佳内部模式一起被存储在所述集合中。
根据本实施例，设备100包括内部模式处理实体。设备100以及特别是内部模式处理实体被配置为处理404在步骤403中确定的最佳内部模式集合S的内部模式Sμ。执行处理404用于基于该最佳内部模式集合S的内部模式Sμ生成码集合。生成的码集合包括具有长度为n的可能码，其中2m-1＜n≤2m＝N，并且是为长度为k的编码信息而生成的。
根据一个实施例，内部模式处理404包括针对最佳内部模式集合S的每个最佳内部模式Sμ执行的以下三个步骤，其中这三个步骤在图4中呈现：
在第一步骤501中，对于各最佳内部模式Sμ，基于各最佳内部模式Sμ构造码字模式Sm。在该步骤501中，根据一个实施例，首先通过内部模式Sμ的2m-μ次重复将码字模式Sm初始化，然后对码字模式Sm进行精炼以提供所需数量的每个比特类型项目。通过修改必要数量的比特类型条目来执行码字模式Sm的精炼。这种修改的最佳性准则是码字比特错误概率之和的平衡，这意味着码字被递归地分成两半，并且在每个分区内对于获得的两半提供了大约相同的码字比特误差概率的总和。因此，只有当所需数量的打孔或缩短比特不能被2m-μ整除时，或者如果所需码长n不能被2m-μT整除时，码字模式Sm的精炼才是必需的，其中T是指定调制符号所需的比特数。所以，如果m等于μ，那么码字模式Sm等于内部模式Sμ。根据一个实施例，存储码字模式Sm。根据一个实施例，所生成或构造的码字模式Sm与相应的最佳内部模式Sμ相关联，使得可以找到各码字模式Sm与各最佳内部模式Sμ之间的关系。因此，可以识别哪个码字模式Sm基于哪个最佳内部模式Sμ以及哪个最佳内部模式Sμ构成哪个码字模式Sm。
在第二步骤502中，对于各最优内部模式Sμ，针对待编码的期望数量k个信息比特完成对应码字模式Sm的码C。为此，选择输入向量内的附加冻结比特，使得冻结比特的总数等于(N-k)，并且获得的码C的连续消除解码错误概率尽可能低。因此，用于码C的冻结比特集合包括由预定义的冻结约束指定的冻结比特、由缩短和额外的冻结比特引起的冻结比特。每个冻结比特的值由相应的冻结约束指定，其为信息比特的线性组合。所有额外的冻结比特都等于零，因此它们的冻结约束是微不足道的。通常，这些(N-k)个冻结比特的值由(N-k)个冻结约束指定。
在第三步骤503中，将为各最佳内部模式Sμ生成的码C添加到码集合。根据一个实施例，生成的码C与各最优内部模式Sμ之间的关联被生成，使得可以找到各码C与各最佳内部模式Sμ之间的关系。因此，可以识别哪个码C基于哪个最佳内部模式Sμ以及哪个最佳内部模式Sμ构成哪个码C。类似地，根据一个实施例，生成的码C与各码字模式Sm之间的关联被生成，使得可以找到各码C和各码字模式Sm之间的关系。因此，可以识别哪个码C基于哪个码字模式Sm和哪个码字模式Sm构成哪个码C。
根据本实施例，设备100还包括码选择实体。如上所述，对于每个最佳内部模式Sμ，在步骤502中构成或生成具有期望长度为n和信息比特数为k的码C，并且随后在步骤503中将其添加到码集合。设备100和特别是码选择实体，被配置为从该码集合中选择405码。执行码的选择405使得解码错误概率最小化。为此，根据它们的解码错误概率探索该码集合的码。根据一个实施例，分析地或通过仿真来估计码集合的每个码的概率。例如，在连续消除解码算法的情况下，可以分析地估计错误概率，但是，在列表/堆栈的情况下，需要连续消除解码仿真。最后，选择码集合中具有最小解码错误概率的码。码集合中的码具有相同的长度n、信息比特数k、(N-K)个预定义的冻结约束、打孔比特数和缩短比特数，其中2m-1＜n≤2m，N＝2m，K不小于k。每个码C由对应的码字模式Sm和(N-k)个冻结约束来指定，其中码字模式Sm表示比特类型条目序列并且因此指示待打孔比特、待缩短比特以及输出码字的比特。
此外，存在T个输出码字比特的比特类型，因为每个调制符号由向量v指定，该向量v由输出码字的T个比特组成。发送比特的可靠性取决于该比特在相应的向量v中的位置。因此，存在与向量v中的T个位置相对应的T个输出码字比特的比特类型。
此外，根据本实施例，设备100包括置换模式选择实体。该设备以及特别是置换实体被配置为选择406表示打孔缩短中间码字的比特(即，缩减的中间码字)的置换(不带有打孔和缩短比特的中间码字)的置换模式。对打孔缩短中间码字应用置换生成输出码字。所选择的置换需要最小化相关比特的影响。特别地，在输出码字的传输期间，信道噪声干扰了调制符号。因此，一个接收的调制符号中的高水平噪声导致解码器中的中间码字的T个嘈杂比特，即，如果比特与该调制符号相关联则它们其中的错误是相关的。所以，解码错误概率取决于选择的置换。所提出的置换被设计用于连续消除解码算法及其列表/堆栈变化。优化置换以最大化针对独立比特执行的解码计算的数量。为此，中间码字随后被划分为2j个向量，其中2j-1＜T≤2j。选择的置换模式使得输出码字的第(iT+t)个比特具有比特类型t，输出码字的位置iT、iT+1、……、iT+T-1上的比特属于中间码字的T个不同部分，0≤t＜T。因此，每个调制符号由属于中间码字的不同部分的比特指定。因此，在步骤406中，基于所选择的码字模式生成用于对打孔缩短中间码字的比特执行置换的对应置换模式。该置换模式包括打孔缩短中间码字的比特的排列，应用该置换模式得到输出码字。
图5示出了根据本发明实施例的用于选择205扩展比特所执行的步骤的流程图。特别地，图5示出了上述扩展比特的选择205的子步骤的实施例。如上所述，扩展比特的选择205由设备100并且具体地由扩展比特选择实体105执行。因此，图5的实施例的子步骤也由设备100执行，并且具体地，由扩展比特选择实体105执行。
如上所述，在步骤205中，从中间码字和信息比特集合中选择扩展比特集合。迭代地执行扩展比特的选择205。根据本实施例，在每次迭代中，执行一个比特的扩展，即将一比特添加到该扩展比特集合。
在步骤601中，根据码字比特错误概率总和的平衡准则，从中间码字中选择码字比特。所选择的码字比特可以是输出码字比特或打孔比特。在步骤602中，从该信息比特集合中选择信息比特，其中采用连续消除解码错误概率作为最佳性准则。
在步骤603中，从来自步骤601和602中选择的两个比特中选择最佳比特。为此目的，确定扩展码(即已经被所选比特之一扩展的码)的连续消除解码错误概率。通过(N-k)个冻结约束(作为步骤405的结果)、码字模式Sm(作为步骤405的结果)和已选择的扩展比特序列来指定扩展的码，其中N＝2m。已选择的扩展比特序列中的信息比特数与该序列中的比特总数的比率也被考虑在内，并且该比率将被进一步称为扩展比率。更确切地说，将扩展比率保持在预设的阈值之下。一方面，确定由选择602的信息比特扩展的码的连续消除解码错误概率Pe (inf)。另一方面，确定由选择601的码字比特扩展的码的连续消除解码错误概率Pe (cw)。随后，比较概率Pe (inf)和Pe (cw)。如果由所选择602的信息比特扩展的码的连续消除解码错误概率Pe (inf)小于或等于由所选择601的码字比特扩展的码的连续消除解码错误概率Pe (cw)，并且如果扩展比率低于预设阈值，则所选择602的信息比特被认为代表最佳比特并被选择。如果由选择601的码字比特扩展的码的连续消除解码错误概率Pe (cw)小于由所选择602的信息比特扩展的码的连续消除解码错误概率Pe (inf)，或者如果扩展比率高于所述预设阈值，则所选择601的码字比特被认为代表最佳比特并被选择。在步骤604中，所选择的最佳比特被附加到扩展比特序列。
此外，如果min(Pe (cw)，Pe (inf))＜Pe (min)，则针对初始码优化的噪声标准偏差σ增加，其中Pe (min)是预先设定的连续消除解码错误概率上的下界。这种调整是必需的，因为在混合自动重传请求方案中，传输的扩展比特的数量取决于信道中的噪声水平。因此，噪声越高，提供可靠通信所需的扩展比特就越多。这对应于随着增加扩展比特序列的长度，增加噪声标准偏差σ。
在步骤605中，验证是否已经执行了足够的扩展。为此目的，预先设置或预先确定该扩展比特的最大数量或该扩展比特集合的最大尺寸。因此，如果扩展比特集合达到最大尺寸，或者扩展比特组中的比特数等于最大数量，则已经执行了足够的扩展，并且迭代和执行被终止。否则，开始下一个迭代步骤，并且执行进行到步骤601和602。在步骤205中采用通过步骤605的迭代执行获得的扩展比特序列。
从前述内容可以看出，扩展比特的选择是逐比特进行的，其中基本上采用三个最优性准则：连续消除解码错误概率、码字比特错误概率之和的平衡和扩展比率。在原始极化码和二进制相移键控(binary phase-shift keying，BPSK)的情况下，根据码字比特错误概率标准之和的平衡的码字比特的调制选择简化为根据比特反转置换的码字比特的选择。这里，码字比特错误概率之和的平衡准则是这样的：根据它，对于任何a＝t2z和b＝(t+1)2z，最优选的码字比特ci满足以下条件，其中t和z是整数，并且b≤2m：
如果(a≤i≤b)并且
Figure GDA0001838598680000101
则
Figure GDA0001838598680000102
否则：
Figure GDA0001838598680000103
其中P(i)是第j个码字比特的错误概率。
图6示出了根据本发明实施例的图2、图3和图5的步骤之间的关系。更确切地说，图6示出了图3的哪些码设计步骤的结果以及图5的哪些码扩展步骤的结果指定了图2的哪些编码步骤。
根据本实施例，在码选择步骤405和输入向量计算步骤201之间存在关系，其中计算极化编码202的输入向量。具体地，在步骤405中确定输入向量计算步骤201所需的冻结约束。更精确地，通过选择由相应最佳内部模式Sμ形成的码字模式Sm的附加冻结比特，在步骤404的子步骤502中完成这些冻结约束。然而，仅在步骤405中确定应该从码集合中为哪个特定码C采取冻结约束。合并子步骤502中确定的附加冻结比特、预定义的冻结约束(在步骤402中确定)和由缩短码字比特导致的冻结约束，作为用于输入向量计算的冻结约束。这里，必须注意，为用于输入向量计算的编码方法和编码设备提供了特定的冻结约束，即用于计算输入向量内的冻结比特的表达式(信息比特的线性组合)。这些(2m-k)个冻结约束已经根据所需的码参数、预定义的冻结约束和基于最优内部模式Sμ的码字模式Sm确定。注意到预定义的冻结约束的数量在0到(2m-k)之间，因此不需要预定义的冻结约束。鉴于所选择405的码，具有所需长度为n和k个信息比特，可以确定相应的码字模式Sm和/或最佳内部模式Sμ，以及相应的冻结约束，并提供用于编码设备(图1)和/或编码方法(图2)，特别是用于输入向量的计算201。
根据本实施例，在码选择步骤405和步骤203之间存在关联。具体地，为了执行步骤203，需要码字模式，其最终在步骤405中被选择，而在步骤501(步骤404的子步骤)中执行码字模式计算。在步骤501中，针对来自最佳内部模式集合的每个内部模式Sμ构造码字模式Sm。在步骤203中使用码字模式Sm来从中间码字中移除用于打孔和缩短的比特。码字模式Sm的条目是比特类型条目。如果码字模式Sm中的比特类型条目包括缩短比特类型或打孔比特类型，则移除对应于所述比特类型条目的中间码字中的相应比特。在此，必须注意的是，对于具有期望的长度n和编码k个信息比特的所选择405的码，可以确定并提供相应的码字模式Sm，用于从中间码字比特中移除203待缩短和待打孔的比特。
根据本实施例，置换模式选择步骤406和步骤204之间存在关联，其中通过对缩减的中间码字(即，不带有打孔和缩短比特的中间码字)应用置换操作来生成输出码字。将步骤406中生成的置换模式提供给步骤204，其中通过使用置换模式来应用置换操作，即，如置换模式中所指示的那样对不带有打孔和缩短比特的中间码字的比特进行重新排列。
根据图6的实施例，在码选择步骤405和扩展比特序列的选择205的执行之间存在关联。所选择的码由冻结约束、码字模式Sm和置换模式指定。将码字模式Sm提供给步骤601和603，同时将冻结约束提供给步骤602和603，其中执行步骤601-605以指定步骤205，即构成扩展比特选择的调度。
另外，在图6中，从步骤604到步骤205已经指示了一种关联，其中在步骤604中，选择的最佳比特被附加到扩展比特序列，并且在步骤205中根据该调度执行由特定值初始化的扩展比特的选择，该调度通过执行步骤406而迭代地形成。
另外，必须注意，根据一个实施例，在执行图2的步骤之前执行图3、图4和/或图5所示的步骤。根据另一实施例，所述步骤的计算结果(例如，内部模式、码字模式、冻结约束、置换模式和/或(用于选择)扩展比特序列(的调度))存储在存储器中。该存储器可以灵活的方式实现。根据一个实施例，存储器是设备100的一部分，根据另一个实施例，存储器是外部存储器，即设备100外部的存储器。可以针对不同的编码设置执行图3、图4和/或图5的步骤，上述编码设置例如为，一个或多个不同的码参数(n，k)和一个或多个不同的值μ。如果预先确定了所述步骤的计算结果，则通过必要的信息(例如，码字模式、冻结约束、置换模式和/或(用于选择)扩展比特序列(的调度))来指定图1的步骤。这样编码过程的效率很高。
图7a-7d示出了根据本发明实施例的执行图2的步骤的示例。图7a-7d的示例性实施例可与本文所述的任何实施例组合。它基于具体的参数值提供了关于本发明的更具体的视图，以及图7a-7d的实施例的任何具体特征可以相应地结合在诸如图2的实施例或本文所述的任何其它实施例的更一般的实施例中。
根据本实施例，根据图3的步骤构造(n＝12，k＝8)码。针对具有23种可能的离散脉冲振幅的8级脉冲幅度调制(8-level pulse-amplitude modulation，PAM-8)优化该码。因此，T＝3，其中T表示可能的输出码字比特类型的数量，在本示例中为3。根据本实施例，考虑具有标准噪声偏差σ＝1.1367的高斯信道。此外，根据本示例性实施例，每次打孔和缩短将由2比特完成。父码被设置为(N＝16，K＝11，dmin＝4)扩展BCH(Bose-Chaudhuri-Hocquenghem)码，其中N是码长度，K是待编码信息的长度，和dmin是该码的最小汉明距离。汉明距离表示位置的数量，在这些位置处，两个相等长度的串的对应符号是不同的。因此，预定义的冻结约束的数量等于N-K＝5。此外，根据本实施例，内部模式的长度被设置为8，即μ＝3。基于这些参数和设置，通过执行图3的步骤来构造码。所获得的码由以下来指定：
-冻结约束：u0＝0，u1＝0，u2＝0，u3＝0，u4＝0，u8＝0，u14＝0，u15＝0，其中u表示输入向量。因此，在这种情况下，冻结约束是微不足道的；
-码字模式(0 2 0 1 4 2 2 3 0 1 0 1 4 1 2 3)，其中以下比特类型由条目0-4表示：
Figure GDA0001838598680000111
Figure GDA0001838598680000121
-置换模式(0 5 6 10 2 8 3 1 9 7 4 11)，其中置换模式的第i个条目表示缩减的中间码字的第i个比特在输出码字内的位置。
在步骤901中，计算或生成输入向量。步骤901对应于图2的步骤201。因此，步骤201的上述描述也适用于步骤901。特别地，在步骤901中(由设备100并且具体地由输入向量计算实体101)通过使用信息比特序列910和冻结约束911计算输入向量。如上所述，鉴于码参数或设置，例如n＝12以及k＝8，可以预先在步骤405中选择8个冻结约束911。根据该设置，信息比特集合910包括8个信息比特，枚举为图7a中的0到7。由冻结约束911给出的冻结比特集合还包括8个比特(在图7a中用零填充，因为在这种特定情况下，冻结约束是微不足道的)。通过组合信息比特910与根据冻结约束911计算的冻结比特来生成输入向量912，其中输入向量内冻结比特的位置也由冻结约束911确定，而其余位置被提供用于信息比特。将得到的输入向量912提供给极化编码步骤902。
在步骤902中，对接收的输入向量912执行极化编码。步骤902对应于图2的步骤202。因此，步骤202的上述描述也适用于步骤902。特别地，通过执行极化编码在步骤902中(由设备100并且具体地由中间码字生成实体102)生成中间码字913。
所得到的中间码字913用作步骤903的输入，其中选择位置4和12上的比特用于打孔，并选择位置7和15上的比特用于缩短，将它们从中间码字913中移除。步骤903对应于到图2的步骤203。因此，步骤203的上述描述也适用于步骤903。具体地，在步骤903中(由设备100，特别是打孔缩短比特移除实体103)生成缩减的中间码字(即，不带有打孔和缩短比特的中间码字)。被选择用于打孔和缩短的比特的移除903是根据如上所述布置的码字模式Sm＝(0 2 0 1 4 2 2 3 0 1 0 1 4 1 2 3)来完成的。如上所述，由设备100在步骤404中生成并且最终由设备100在步骤405中选择码字模式Sm。如上所述，码字模式Sm表示比特类型条目序列，其中每个比特类型条目表示以下比特类型中的一个：输出码字比特类型、缩短比特类型、打孔比特类型。存在T个输出码字比特类型，其对应于被映射在调制符号上的向量内的比特的T个位置。从中间码字中移除的每个比特对应于码字模式Sm中的缩短比特类型条目或打孔比特类型条目。如上所述，考虑到诸如n＝12，k＝8和μ＝3的码参数或设置，预先完成码字模式Sm的确定(即，产生404和选择405)。
根据本实施例，以下码字模式Sm还包括输出码字比特类型的可靠性类型规范。特别地，输出码字比特类型包括子类型，其中每个子类型对应于被映射到调制符号的长度为T的向量内的比特的特定位置。根据本实施例，在T＝3的情况下，例如，如果采用PAM-8，则对于输出码字比特类型存在以下子类型：较不可靠比特、中可靠比特、最可靠的比特。通过计算该比特在相应比特的位置处的错误概率来确定比特的可靠性。根据一个实施例，可能概率的范围被细分为T个部分。
根据本实施例，在步骤903中使用以下码字模式Sm：
(0 2 0 1 4 2 2 3 0 1 0 1 4 1 2 3)，
其中以下比特类型由条目0-4表示：
0 输出码字比特，特别是较不可靠比特
1 输出码字比特，特别是中可靠比特
2 输出码字比特，特别是最可靠比特
3 缩短比特
4 打孔比特
步骤903的结果是不带有打孔和缩短比特914的中间码字，即，缩减的中间码字。
在下一个步骤904中，使用不带有打孔和缩短比特的中间码字914通过应用置换操作来生成输出码字。步骤904对应于图2的步骤204。因此，步骤204的上述描述也适用于步骤904。另外，步骤904由设备100并且具体地由置换实体104执行。使用如上所述的置换模式执行置换操作。如上所述，考虑到诸如n＝12，k＝8和μ＝3的设置和码参数，预先确定置换模式(参见步骤406的描述)。置换模式可以由设备100并且特别地通过置换模式选择步骤406来确定。
根据本实施例，使用在步骤406中针对码字模式Sm＝(0 2 0 1 4 2 2 3 0 1 0 14 1 2 3)计算的以下置换模式：
(0 5 6 10 2 8 3 1 9 7 4 11)，
其中置换模式中的顺序或序列表示向量(不带有打孔和缩短比特的中间码字914)的比特的位置序列，并且其中置换模式的第i个条目表示打孔和缩短比特的中间码字914的第i个比特的新位置。因此，例如，置换模式的第零个条目分别具有值0或“0”。这意味着不带有打孔和缩短比特的中间码字914的第零个比特不改变其位置，它仍然保持为零。置换模式的第一个条目分别具有值5或′5′。这意味着没有打孔和缩短比特的中间码字914的第一个比特改变它的位置，它被移动到位置5。置换模式的第二条目分别具有值6或′6′。这意味着不带有打孔和缩短比特的中间码字914的第二个比特改变其位置，它被移动到位置6。以这种方式，置换模式的每个条目指示不带有打孔和缩短比特的中间码字914的相应比特的新位置。如上所述，在根据置换模式执行置换之后获得的比特序列是输出码字915。
得到的输出码字915被提供给步骤905，其中生成调制符号916。通过对输出码字和扩展比特序列执行比特映射，即通过在调制符号上映射二进制向量来产生调制符号。根据另一实施例，扩展比特序列的长度可以是正的或等于零。以这种方式，通过将扩展比特序列附加到输出码字来生成扩展输出码字，并且针对所述扩展输出码字执行步骤915。步骤905对应于图2的步骤206。因此，步骤206的上述描述也适用于步骤905。另外，步骤905由设备100并且具体地由调制符号生成实体106执行。在步骤915中，输出码字915或扩展输出码字的后续子向量被映射到调制符号，其中每个后续子向量由T个比特组成。以这种方式，生成可以被发送的调制符号序列916。根据本实施例，长度为12的输出码字被划分为长度为3的四个子向量，并且每个子向量被映射到调制符号。因此，获得了四个调制符号的序列。
图8a-8d示出了根据本发明实施例的执行图2的步骤的示例。图8a-8d的示例性实施例可与本文所述的任何实施例组合。它基于具体的参数值提供了关于本发明的更具体的视图，以及图8a-8d的实施例的更具体的特征可以结合在例如图2的实施例的或这里描述的任何其它实施例的更一般的实施例中。
根据本实施例，根据图3的步骤构成(n＝12，n＝8)码。该码是为具有23种可能的离散脉冲幅度的PAM-8产生的。因此，T＝3。根据本实施例，考虑具有标准噪声偏差＝1.1328的高斯信道。此外，根据本示例性实施例，通过3比特执行打孔，并且通过1比特执行缩短。父码被设置为扩展BCH码(N＝16，K＝11，dmin＝4)，其中N是码长度，K是待编码信息的长度以及dmin是码的最小汉明距离。此外，根据本实施例，内部模式的长度被设置为8，即μ＝3。基于这些参数和设置，通过执行图3的步骤来构造码。所获得的码由以下来指定：
-冻结约束：u0＝0，u1＝0，u2＝0，u3＝0，u4＝0，u5＝0，u8＝0，u15＝0，其中u表示输入向量。因此，在这种情况下，冻结约束是微不足道的；
-码字模式(0 0 4 2 1 1 2 0 4 0 4 2 1 1 2 3)，其中以下比特类型由条目0-4表示：
0 输出码字比特，特别是较不可靠比特
1 输出码字比特，特别是中可靠比特
2 输出码字比特，特别是最可靠比特
3 缩短比特
4 打孔比特
-置换模式(0 3 8 1 7 5 9 6 11 4 10 2)，其中置换模式的第i个条目表示不带有打孔和缩短比特的中间码字的第i个比特在输出码字内的位置。
在步骤1001中，计算或生成输入向量。步骤1001对应于图2的步骤201。因此，步骤201的上述描述也适用于步骤1001。具体地，在步骤1001中(通过设备100并且具体地通过输入向量计算实体101)通过使用信息比特序列1010和冻结约束1011计算输入向量。如上所述，鉴于诸如n＝12并且k＝8的码参数设置，可以在步骤405中预先选择8个冻结约束1011。根据设置，信息比特集合1010包括8个信息比特，枚举为图8a中的0到7。由冻结约束1011给出的冻结比特集合还包括8个比特(在图8a中用零填充，因为在这种特定情况下，冻结约束是微不足道的)。通过组合信息比特1010和根据冻结约束1011计算的冻结比特来生成输入向量1012，其中输入向量内的冻结比特的位置也由冻结约束1011确定，而其余位置被提供用于信息比特。将得到的输入向量1012提供给极化编码步骤1002。
在步骤1002中，对接收的输入向量1012执行极化编码。步骤1002对应于图2的步骤202。因此，步骤202的上述描述也适用于步骤1002。特别地，通过执行极化编码在步骤1002中(由设备100并且具体地由中间码字生成实体102)生成中间码字1013。
所得到的中间码字1013用作步骤1003的输入，其中选择位置2、8和10上的比特用于打孔，并选择位置15上的比特用于缩短，将它们从中间码字1013中移除。步骤1003对应于图2的步骤203。因此，步骤203的上述描述也适用于步骤1003。具体地，在步骤1003中(由设备100并且特别由打孔缩短比特移除实体103)生成不带有打孔和缩短比特的中间码字。被选择用于打孔和缩短的比特的移除1003是根据如上所述布置的码字模式Sm＝(0 0 4 2 11 2 0 4 0 4 2 1 1 2 3)来完成的。如上所述，由设备100在步骤404中生成并且由设备100在最终步骤405中选择码字模式Sm。如上所述，码字模式Sm表示比特类型条目序列，其中每个比特类型条目表示以下比特类型中的一种：输出码字比特类型、缩短比特类型、打孔比特类型。存在T个输出码字比特类型，其对应于被映射在调制符号上的向量内的比特的T个位置。从中间码字中移除的每个比特对应于码字模式Sm中的缩短比特类型条目或打孔比特类型条目。如上所述，鉴于诸如n＝12、k＝8和μ＝3的码参数或设置，预先完成码字模式Sm的确定(即，生成404和选择405)。
根据本实施例，以下码字模式Sm还包括输出码字比特类型的可靠性类型规范。特别地，输出码字比特类型包括子类型，其中每个子类型对应于被映射到调制符号的长度为T的向量内的比特的特定位置。根据本实施例，在T＝3的情况下，例如，如果采用PAM-8，则对于输出码字比特类型存在以下子类型：较不可靠比特、中可靠比特、最可靠比特。通过计算该比特在相应比特的位置处的错误概率来确定比特的可靠性。根据一个实施例，可能概率的范围被细分为T个部分。
根据本实施例，在步骤1003中使用以下码字模式Sm：
(0 0 4 2 1 1 2 0 4 0 4 2 1 1 2 3)。
步骤1003的结果是不带有打孔和缩短比特的中间码字1014。
在下一个步骤1004中使用不带有打孔和缩短比特的中间码字1014，其中通过应用置换操作来生成输出码字。步骤1004对应于图2的步骤204。因此，步骤204的上述描述也适用于步骤1004。而且步骤1004由设备100执行，特别是由置换实体104执行。置换操作的执行使用如上所述的置换模式。如上所述，考虑到诸如n＝12、k＝8和μ＝3的设置和码参数，预先确定置换模式(参见步骤406的描述)。置换模式可以由设备100并且特别地通过置换模式选择步骤406来确定。
根据本实施例，使用在步骤406中针对码字模式Sm＝(0 0 4 2 1 1 2 0 4 0 4 21 1 2 3)计算的以下置换模式：
(0 3 8 1 7 5 9 6 11 4 10 2)，
其中置换模式中的顺序或序列表示向量(不带有打孔和缩短比特的中间码字1014)的比特的位置序列，并且其中置换模式的第i个条目表示不带有打孔和缩短比特的中间码字1014的第i个比特的新位置，如上面的图7a-7d所示。如上所述，置换模式的每个条目指示不带有打孔和缩短比特的中间码字1014的相应比特的新位置。如上所述，根据置换模式执行置换之后获得的比特序列是输出码字1015。
得到的输出码字1015被提供给步骤1005，其中生成调制符号1016。通过对输出码字和扩展比特序列执行比特映射，即通过在调制符号上映射二进制向量来生成该调制符号。根据另一实施例，扩展比特序列的长度可以是正的或等于零。以这种方式，通过将扩展比特序列附加到输出码字来生成扩展输出码字，并且根据所述扩展输出码字执行步骤1015。步骤1005对应于图2的步骤206。因此，步骤206的上述描述也适用于步骤1005。步骤1005也由设备100执行，特别是由调制符号生成实体106执行。在步骤1015中，输出码字1015或扩展输出码字的后续子向量被映射到调制符号，其中每个后续子向量由T个比特组成。以这种方式，生成可以被传输的调制符号序列1016。根据本实施例，长度为12的输出码字被划分为长度为3的四个子向量，并且每个子向量被映射到调制符号。因此，获得了四个调制符号的序列。
图9a和9b示出了根据本发明实施例的执行图2选择扩展比特并将所选择的扩展比特映射到调制符号的步骤的示例(图7a-7d示例的继续)。图9a和9b的示例性实施例可与本文所述的任何实施例组合。它基于具体的参数值提供了关于本发明的更具体的视图，并且，图9a和9b的实施例的更具体的特征可以结合在更一般的实施例中，例如图2的实施例中。
图7a-7d、9a和9b对应于相同的设置和码参数。因此，图9a和9b对应于如下指定的码：
-冻结约束：u0＝0，u1＝0，u2＝0，u3＝0，u4＝0，u8＝0，u14＝0，u15＝0，其中u表示输入向量。因此，在这种情况下，冻结约束是微不足道的；
-码字模式(0 2 0 1 4 2 2 3 0 1 0 1 4 1 2 3)，其中以下比特类型由条目0-4表示：
0 比特输出码字，特别是较不可靠比特
1 输出码字比特，特别是中可靠比特
2 输出码字比特，特别是最可靠比特
3 缩短比特
4 打孔比特
-置换模式(0 5 6 10 2 8 3 1 9 7 4 11)。
根据本实施例，扩展比特的期望数量是9。根据调度来选择扩展比特序列的比特，该调度是通过执行图5的步骤确定的。该调度将扩展比特序列中的扩展比特的位置与一对[密钥(key)，索引]相关联，其中密钥指示时在信息比特(key＝inf)还是在中间码字的比特(key＝cw)中选择扩展比特，而索引显示所选比特的位置分别在key＝inf和key＝cw的信息序列内或者中间码字内。根据本实施例，鉴于码字模式S4＝(0 2 0 1 4 2 2 3 0 1 0 1 41 2 3)，通过图5的步骤执行扩展比特的选择。获得的调度如下：
([cw，4][cw，12][inf，5][cw，2][cw，10][cw，0][cw，8][cw，4][cw，8])。
根据该调度，扩展比特序列包括一个信息比特和八个中间码字比特。
步骤1101对应于图2的步骤205，其中在步骤1101中选择扩展比特序列1112的比特。根据由图5的步骤确定的调度执行选择。如上所述，步骤1101的输入是信息比特1110和中间码字1111。根据本实施例，使用8个信息比特1110的值和包括16比特的值的序列的中间码字。根据本实施例和调度([cw，4][cw，12][inf，5][cw，2][cw，10][cw，0][cw，8][cw，4][cw，8])，在9个扩展比特的值的序列中得到扩展比特的选择1101。
所得到的扩展比特序列1112用于执行比特映射1101，其中步骤1102对应于图2的步骤206。扩展比特序列1112可用于扩展输出码字。根据本实施例，扩展比特序列1112的所有扩展比特用于补充输出码字，例如，它们被添加到输出码字或严格地在输出码字之后被传输。特别地，仅在接收到嘈杂输出码字的情况下，解码器可以处理接收到的扩展比特的嘈杂序列。为了清楚起见，在步骤1102中，针对附加或扩展比特1112示出了比特映射。对应于本实施例的输出码字的比特映射由图7d的步骤905执行。根据本实施例，仅示出了附加或扩展比特序列的示例性比特映射，将9个附加或扩展比特映射到三个调制符号1113。然后可以传输所得到的调制符号1113，假设调制符号916已经被传输。
为了确保已经正确执行所接收的嘈杂调制符号的解码，根据本发明的实施例，实施混合自动重传请求(HARQ)方案，尤其是增量冗余(incremental redundancy，IR)-HARQ方案。图10示出了根据本发明实施例的实施IR-HARQ方案的步骤的示例性流程图。
在步骤1201中，通过应用如上所述的比特映射来生成调制符号(参见步骤206及由步骤905、1005和1102给出的实施示例)。在步骤1201中对输出码字和/或扩展比特序列的一部分执行比特映射。
在步骤1202中，将调制符号传输到包括相应解码器或作为解码器的另一设备。传输1202由设备100执行。根据一个实施例，设备100包括被配置为执行传输1202的传输实体。另一设备执行由另一设备接收的调制符号的解码并传输反馈给设备100。该反馈指示由另一设备执行的解码是否成功。如果解码器不失败，解码被认为是成功的。否则，解码被认为是不成功的。
取决于接收到的指示解码是否成功的反馈消息，设备100在步骤1204中做出关于进一步步骤的决定。如果解码成功，则所述调制符号的传输结束。如果解码不成功，则在步骤1201中生成其它调制符号，其中随后还执行其它步骤1202-1204。执行调制符号的传输，直到在反馈消息中指示成功解码。
在步骤1201中，如果响应于调制符号的解码失败而重复，则先前选择的扩展比特序列可用于生成其它调制符号。或者，可以执行扩展比特的进一步或重新选择，其中补充或重新选择扩展比特的现有序列。因此，新选择的扩展比特用于生成1201待发送1202的调制符号。
因此，本发明涉及一种被设置为执行编码的设备和方法。根据本发明，计算用于极化编码的输入向量，其中该输入向量包括信息比特集合和冻结比特集合，并且通过执行输入向量的极化编码来生成中间码字。此外，从不带有打孔和缩短比特的中间码字中除去打孔和缩短比特，并且通过对中间码字应用置换操作来生成输出码字。从中间码字比特和信息比特中选择扩展比特序列，并且通过对输出码字和扩展比特序列应用比特映射来生成调制符号。
已经结合本文的各种实施例描述了本发明。然而，通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员可以理解并实现对所包括的实施例的其它变化。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元素或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中引述某些措施这一单纯事实不指示这些措施的组合无法有利使用。计算机程序可以存储/分布在合适的介质上，诸如与其它硬件一起提供或作为其它硬件的一部分提供的光存储介质或固态介质，但也可以以其它形式分布，例如经由互联网或其它有线或无线电信系统。

Claims (12)

1.一种被设置为执行编码的设备，包括：
-输入向量计算实体，被配置为为极化编码计算输入向量，其中所述输入向量包括信息比特集合和冻结比特集合；
-中间码字生成实体，被配置为对所述输入向量执行极化编码以获得中间码字；
-打孔缩短比特移除实体，被配置为根据码字模式从所述中间码字中移除打孔和缩短比特以获得缩减的中间码字，所述码字模式指示打孔比特、缩短比特和待传输比特的可靠性，并且其中所述码字模式被优化用于连续消除解码；
-置换实体，被配置为对所述缩减的中间码字应用置换操作以获得输出码字；
-扩展比特选择实体，被配置为从所述中间码字和所述信息比特中选择扩展比特序列；
-调制符号生成实体，被配置为在所述输出码字和所述扩展比特序列上应用比特映射，以获得调制符号；以及
-内部模式确定实体，被配置为通过以下来确定所述码字模式：
-确定关于预设码长度和关于信息比特数量的最佳内部模式集合，以及
-选择基于来自所述最佳内部模式集合的内部模式并且使解码错误概率最小化的模式作为所述码字模式，
其中来自所述最佳内部模式集合的每个模式：
-表示比特类型条目序列，其中每个比特类型条目表示以下比特类型之一：输出码字比特类型、缩短比特类型、打孔比特类型，其中，为不同可靠性的比特提供输出码字比特类型的子类型；以及
-提供比所述最佳内部模式集合之外的内部模式更低的连续消除解码错误概率。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述设备还包括冻结约束计算实体，被配置为确定冻结约束以及冻结比特集合，以最小化给定码字模式的连续消除解码错误概率。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述置换实体还被配置为基于所述码字模式确定置换模式，其中，针对解码错误概率优化所述置换模式。
4.根据权利要求3所述的设备，其中所述置换实体还被配置为根据所述置换模式应用所述置换操作。
5.根据前述权利要求1-4中任一项所述的设备，其中，所述扩展比特选择实体还被配置为通过以下方式选择所述扩展比特序列：
-从所述信息比特集合中选择一个信息比特，并从所述中间码字中选择一个码字比特；
-确定由选择的信息比特扩展的码的第一连续消除解码错误概率，并确定由选择的码字比特扩展的所述码的第二连续消除解码错误概率，其中所述码由冻结约束、码字模式和所述扩展比特的序列指定；
-如果所述第一连续消除解码错误概率小于或等于所述第二连续消除解码错误概率，则将所述选择的信息比特添加到所述扩展比特序列；以及
-如果所述第二连续的消除解码错误概率小于所述第一连续消除解码错误概率，则将所述选择的码字比特添加到所述扩展比特序列。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述扩展比特选择实体还被配置为：
-从所述中间码字中选择码字比特，其提供码字比特解码错误概率之和的平衡；和/或
-从所述信息比特集合中选择使所述码的连续消除解码错误概率最小化的信息比特。
7.根据权利要求5所述的设备，其中所述扩展比特选择实体还被配置为重复执行权利要求5中指定的步骤，直到所述扩展比特序列包括预设数量的比特。
8.根据前述权利要求1-4中任一项所述的设备，其中所述设备还包括传输实体，被配置为向另一设备传输所述调制符号，其中传输从所述输出码字获得的所有调制符号。
9.一种被设置为执行编码的方法，其中所述方法包括以下步骤：
-计算极化编码的输入向量，其中所述输入向量包括信息比特集合和冻结比特集合；
-执行所述输入向量的极化编码以获得中间码字；
-根据码字模式从所述中间码字中移除打孔和缩短比特以获得缩减的中间码字，其中所述码字模式指示打孔比特、缩短比特和待传输比特的可靠性，并且其中所述码字模式被优化用于连续消除解码；
-对所述缩减的中间码字应用置换操作以获得输出码字；
-从所述中间码字和所述信息比特中选择扩展比特序列；以及
-在所述输出码字和所述扩展比特序列上应用比特映射，以获得调制符号；
其中通过以下来确定所述码字模式：
-确定关于预设码长度和关于信息比特数量的最佳内部模式集合，以及
-选择基于来自所述最佳内部模式集合的内部模式并且使解码错误概率最小化的模式作为所述码字模式，
其中来自所述最佳内部模式集合的每个模式：
-表示比特类型条目序列，其中每个比特类型条目表示以下比特类型之一：输出码字比特类型、缩短比特类型、打孔比特类型，其中，为不同可靠性的比特提供输出码字比特类型的子类型；以及
-提供比所述最佳内部模式集合之外的内部模式更低的连续消除解码错误概率。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述方法包括向另一设备传输所述调制符号，并从所述另一设备接收关于所述调制符号的传输的反馈，其中所述反馈指示以下之一：所述调制符号的解码成功、所述调制符号的解码失败。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，如果所述反馈指示接收到的嘈杂调制符号的解码失败，则所述设备被配置为：
-通过将比特映射应用于扩展比特序列的其它比特来生成其它调制符号，其中所述其它比特是通过执行所述扩展比特的选择而确定的比特；以及
-向所述另一设备传输所述其它调制符号。
12.一种计算机可读记录介质，被配置为在其中存储计算机程序产品，所述计算机程序产品包括被配置为使计算设备执行如权利要求9-11中任一项所述的方法的步骤的计算机可读程序代码。
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