CN110476357B - 极化码传输方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种极化码传输方法，所述方法包括：网络设备通过极化码将比特序列编码为码序列，其中，所述比特序列包括控制信令和循环冗余码(Cyclic Redundancy Code，简称CRC)序列；所述网络设备将所述码序列转换为M个副本，其中，所述M个副本的第i信息副本乘以(i–1)的幂的第一矩阵，M为整数，M>0且1≤i≤M。还提供了一种极化码传输装置。通过上述方法和装置，M个副本的码字x由极化码编码，所述M个副本隐式地传递不同的时间戳信息，这适用于5G通信系统中PBCH的传输，也减少了信令开销。

Description

极化码传输方法和装置

技术领域

本申请实施例涉及计算机和通信技术，尤其涉及一种极化码传输方法和装置。

背景技术

在长期演进(Long Term Evolution，简称LTE)通信系统中，物理广播信道(Physical Broadcast Channel，简称PBCH)承载主信息块(Main Information Block，简称MIB)。所述MIB的长度为24比特，并且所述MIB包括下行带宽的大小、物理HARQ指示信道(Physical Hybrid ARQ Indicator Channel，简称PHICH)和系统帧号(System FrameNumber，简称SFN)的8个最高有效位(Most Significant Bit，简称MSB)比特。发送PBCH的过程如图1所示。基站首先对MIB进行编码以获得16比特循环冗余校验(Cyclic RedundnacyCheck，简称CRC)序列。然后，所述基站将24比特的MIB与16比特的CRC级联。编码序列包括MIB部分和CRC部分，并且所述编码序列的长度为40比特。复制所述编码序列以获得4个大小相等的PBCH分段，并且分别通过4个加扰序列对该4个PBCH分段进行加扰。所述基站完成加扰过程后的调制、映射和发送过程。

在LTE通信系统中，PBCH的信道编码为尾比特卷积编码(Tailing BitConvolutional Coding，简称TBCC)，并且所述4个加扰序列采用不同相位。所述4个PBCH分段携带相同的编码比特。

接收PBCH的过程如图2所示。如果信道质量足够好，则接收器只接收一个PBCH分段便可成功完成解扰、解码和CRC校验操作。此外，由于所述接收器成功解扰所述PBCH段，因此所述接收器获得SFN的隐含2个最低有效位(Least Significant Bit，简称LSB)比特。如果信道质量差，则所述接收器通过合并两个或两个以上的PBCH分段来解码PBCH信息。

第五代(fifth generation，简称5G)通信系统和未来通信系统已经定义了三类场景，即增强移动宽带(Enhanced Mobile Broadband，简称eMBB)、高可靠低延迟(ultra-reliable low latency communications，简称URLLC)和大规模机器类型通信(massivemachine type communications，简称mMTC)。在上述三种场景中，eMBB主要包括超高清视频，并用于增强AR、虚拟现实(virtual reality，简称VR)等的真实性。URLLC主要用于物联网、无人驾驶车辆中的工业控制。mMTC主要用于智能电网、智能城市的物联网。

在3GPP RAN1#87全体会议中，正式接收极化码作为5G eMBB场景中的上下行控制信道编码。但是，直接将极化码应用到PBCH上会有几个问题需要解决。

发明内容

为了解决上述问题，本发明实施例提供了一种极化码传输方法和装置。

在一种可选实施例中，一种极化码传输方法包括：

网络设备通过极化码将比特序列编码为码序列，其中，所述比特序列包括控制信令和循环冗余码(Cyclic Redundancy Code，简称CRC)序列；

所述网络设备将所述码序列转换为M个副本，其中，所述M个副本的第i信息副本乘以(i–1)的幂的第一矩阵，M为整数，M>0且1≤i≤M。

可选地，所述第一矩阵包括：置换矩阵，其中，所述置换矩阵在每行和每列中都有一个非零元素。

可选地，所述第一矩阵包括：具有循环移位的单位矩阵。

在一种可选实施例中，一种极化码传输装置包括：

编码单元，用于通过极化码将比特序列编码为码序列，其中，所述比特序列包括控制信令和循环冗余码(Cyclic Redundancy Code，简称CRC)序列；

转换单元，用于将所述码序列转换为M个副本，其中，所述M个信息副本的第i信息副本乘以(i–1)的幂的第一矩阵，M为整数，M>0且1≤i≤M。

可选地，所述第一矩阵包括：置换矩阵，其中，所述置换矩阵在每行和每列中都有一个非零元素。

可选地，所述第一矩阵包括：具有循环移位的单位矩阵。

在一种可选实施例中，一种设备包括：

处理器；

非瞬时性计算机可读存储介质，耦合于所述处理器并存储所述处理器执行的程序指令，所述程序指令指示所述处理器：

通过极化码将比特序列编码为码序列，其中，所述比特序列包括控制信令和循环冗余码(Cyclic Redundancy Code，简称CRC)序列；

将所述码序列转换为M个副本，其中，所述M个信息副本的第i信息副本乘以(i–1)的幂的第一矩阵，M为整数，M>0且1≤i≤M。

通过上述方法和装置，M个副本的码字x由极化码编码，所述M个副本隐式地传递不同的时间戳信息，这适用于5G通信系统中PBCH的传输，也减少了信令开销。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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LTE通信系统中PBCH的生成流程图；

图2为LTE通信系统中PBCH的提取流程图；

图3为通信系统的基本流程图；

图4示出了本申请的应用场景；

图5示出了发送器侧的理论变换示例；

图6示出了发送器侧的另一理论变换示例；

图7为本申请实施例的详细图示；

图8示出了具有循环移位的详细极化矩阵(8，4)变换；

图9示出了另一具有循环移位的详细极化矩阵(8，4)变换；

图10示出了具有循环移位的详细极化矩阵(16，7)变换；

图11为软合并方案的图示；

图12为盲检测过程的流程图；

图13示出了涉及矩阵Tu的极矩阵(8，4)变换；

图14示出了另一涉及矩阵Tu的极矩阵(8，4)变换；

图15示出了极化码传输装置的逻辑组成；

图16示出了极化码传输设备的物理组成。

具体实施方式

结合相关附图对本申请实施例进行详细描述。

图3为无线通信的基本流程图。在发送端，源之后是源编码、信道编码、速率匹配、调制和映射。在接收端，对通过信道传输的信号进行解映射、解调、去速率匹配、信道解码和源解码处理。因为原始极化码(母码)长度为2的整数幂，因此信道编解码可以使用极化码。在实际实现中，通过速率匹配实现极化码的各种目标长度。需要说明的是，无线通信的基本流程图还包括一些额外的过程(例如，预编码和交织)，这些额外的过程为本领域技术人员所熟知。本申请中提到的CRC序列与CRC信息在本申请中是相同的。

本申请实施例可应用于无线通信系统。所述无线通信系统一般由小区组成。每个小区包括基站(Base Station，简称BS)，与多个移动台(Mobile Station，简称MS)相关联的基站提供通信服务。此外，所述基站通过如图4所示的回程连接到核心网。所述基站包括基带单元(Baseband Unit，简称BBU)和远端射频单元(Remote Radio Unit，简称RRU)。BBU和RRU可以置于不同位置，例如，RRU置于高网络流量区域，BBU置于网络维护中心。BBU和RRU也可以置于相同位置。BBU和RRU也可以是机架内的不同组件。

需要说明的是，本申请所提及的无线通信系统包括但不限于：窄带物联网(Narrowband Internet of Things，简称NB-IoT)、全球移动通信系统(Global System forMobile Communications，简称GSM)、GSM演进增强数据速率(Enhanced Data Rates forGSM Evolution，简称EDGE)、宽带码分多址(Broadband Code Division Multiple Access，简称WCDMA)、宽带码分多址(Wideband Code Division Multiple Access，简称WCDMA)、宽带码分多址(Wideband Code Division Multiple Access，简称WCDMA)、码分多址(CodeDivision Multiple Access 2000，简称CDMA2000)、时分-同步码分多址(Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access，简称TD-SCDMA)、长期演进(Long TermEvolution，简称LTE)系统和包括eMBB、URLLC和eMTC三种场景的下一代5G移动通信系统。

在本申请实施例中，所述基站可以包括各种形式的宏基站、微基站(也称为小站)、中继站、接入点等。在不同的无线接入技术中，基站的名称各不相同，例如，LTE系统中的演进型基站(Evolved NodeB，简称eNB)、3G系统中的3G基站(NodeB，简称NB)等。为了便于描述，在本申请的所有实施例中，上述用于为所述MS提供无线通信功能的装置统称为基站或BS。

本申请实施例中提及的MS可以包括各种手机、车载设备、可穿戴设备、计算设备或其他嵌入无线调制解调器的处理设备。所述MS也可以称为终端，并且可以包括用户单元(手机)、手机、智能手机、无线数据卡、笔记本电脑、机器类型通信设备等。为了便于描述，在本申请的所有实施例中，上述设备统称为MS。

下面对所述极化码进行简要描述。

通信系统通常使用信道编码来提高数据传输的可靠性，以确保通信质量。土耳其教授Arikan提出了极化码，该极化码首先在理论上被证明实现了香农容量。此外，所述极化码具有较低的编解码复杂度。极化码也是编码矩阵为G_N的线性块码，编码过程为

其中，

为二进制行向量，u₁ ^N的长度为N；G_N是N×N的矩阵，并且

被定义为log₂ N和矩阵F₂的克罗内克尔积。上述矩阵表示为

在所述极化码的编码过程中，

的一部分用于携带信息，称为信息比特集或I。比特的另一部分被设置为由发送器和接收器折衷的固定值，称为固定比特集或冻结比特F。

需要说明的是，本申请所提及的极化码包括但不限于：CRC级联极化码、奇偶校验级联极化码、Arikan传统极化码和CRC辅助极化码。

下面描述本申请实施例的细节。首先，介绍极化码传输方法的编码部分，然后介绍极化码传输方法的解码部分，最后介绍极化码传输装置。

实施例1：编码部分(发送器侧)

给定极化码：

u·G_n＝x

其中，u为具有冻结集F中的已知比特以及剩余位置中的信息比特I的源向量，G_n为父码字变换矩阵，x为码字。如果在码字x上应用表示为P_x的变换矩阵，则可以在u上找到矩阵T_u，所述矩阵T_u具有与x上的P_x相同的效果。表达式如下：

u·T_u·G_n＝x·P_x

根据上述等式，T_u表示为P_x的函数：

T_u＝G_n·P_x·G_n

其中，G_n·G_n＝I_n，I_n表示为单位矩阵。在发送器侧，T_u·G_n和G_n·P_x的等值关系如图5所示。

如果所述变换矩阵P_x是在每行和每列中都只有一个非零元素的置换矩阵，则所述变换矩阵P_x在所述码字x上作为交织器工作，因此，通过不同P_x接收的对数似然比(LogLikelihood Ratio，简称LLR)的唯一差别在于每个LLR向量中元素的位置，这将非常有助于实现具有相同x但不同P_x的传输的快速软合并。下面的设计都是基于P_x，即置换矩阵。

此外，为了扩展上述等式，可以通过图6所示的以下方案隐式地传递T_u或P_x相乘的时间(m)。在接收器端，所述隐式消息m可通过解码部分的流程图进行检索。所述隐式消息m可以用于指示定时索引、天线端口映射配置、极化设计规则、载波索引、MCS信息等。因此，所述消息m能够传递log₂(m)比特信息。这里，(T_u,infoset)ⁿ≠I_infoset,n∈[1,m-1]，其中，I是单位矩阵，T_u,infoset和I_infoset是具有u中的信息集的行和列索引的T_u和I的子矩阵。置换矩阵P_x及其变换矩阵T_u的设计如下所述。

极化码的构造限制了T_u及其P_x的选择。适用的T_u对应于置换矩阵P_x应遵循以下原则：

原则1：变换后的u·T_u或u·(T_u)ⁿ中的冻结集只能是u中的冻结集的函数。图8示出了描述原理1的极化矩阵(8，4)的一个T_u示例。图13示出了极化矩阵(8，4)的另一T_u示例。

为了实现图12中的快速盲检测方案，冻结比特的取值应遵循另一原则：

原则2：冻结比特的值无论变换多少次都要保持不变。这就限制了冻结比特的值。图9示出了描述原则2的极化矩阵(8，4)示例，其中，F中的所有冻结比特都必须设置为0。图14示出了具有另一T_u的极化矩阵(8，4)的示例，其中，u0可以是任意值，而u1、u2、u4只能是0。

如果“原则1”准备就绪，只要所有的冻结比特都设置为0，“原则2”始终成立。

从软合并的角度看，最简单的P_x形式是作为循环移位的P_x。具体地，置换矩阵P_x的设计包括各种方法。

方法1：P_x作为循环移位。

方法1.1：(8，4)极化码。矩阵Px作为偏移量为2的循环移位。因此，P_x ⁰,P_x ¹,P_x ²,P_x ³作为偏移量为0、2、4、6的循环移位。

以(8，4)极化码为例，其中，F＝{u₀,u₁,u₂,u₄}，I＝{u₃,u₅,u₆,u₇}。P_x被设置为左移2的矩阵，

对应的

冻结集F的值不受信息比特I的影响。发送器侧上的变换过程可以参见图8。利用该置换矩阵P_x可以支持4次传输。矩阵P_x作为偏移量为4、6的循环移位也是适用的。

方法1.2：(16，7)极化码。矩阵Px作为偏移量为4的循环移位。因此，P_x ⁰,P_x ¹,P_x ²,P_x ³作为偏移量为0、4、8、12的循环移位。

信息比特集和冻结比特集为F＝{u₀,u₁,u₂,u₄,u₅,u₆,u₈,u₉}和I＝{u₇,u₁₀,u₁₁,u₁₂,u₁₃,u₁₄,u₁₅}。

偏移量为N/4＝4的循环移位矩阵的Px对应的T_u可以参见图10。所述冻结集的值不受信息比特的影响。最大支持的定时索引是4。矩阵Px作为偏移量为8、12的循环移位也适用。

方法1.3：对于任何基于PW(Polarization Weight，极化权重)序列构造的(N，K)极化码，矩阵Px作为偏移量为0、N/4、2N/4、3N/4的循环移位是适用的。

利用基于PW序列的极化构造方法也可以支持循环移位值为0、N/4、2N/4、3N/4的传输，其中，具有最大PW值的子信道被选择为信息集I。码字x可以存储在虚拟循环缓冲器中，并对每次传输以固定偏移量读出。循环移位N/4对应的矩阵T_u共享以下形式：

方法2：Px作为通用置换矩阵。

方法2.1：(8，4)极化码。一种可能的

对应的

这里T_u满足原则1。为了满足原则2，u1、u2、u4必须为0但u0可以为0或1。由于最小值使(T_u,infoset)^m-1＝I_u,infoset为7，因此隐式消息的最大值(m)为7。

对于具有任意信息集和冻结集的极化码，只要矩阵T_u满足上述两个设计原则及其对应的P_x作为置换矩阵，该T_u就适用于隐式指示。T_u的最大有效版本数(m)由最小值确定，该最小值使(T_u,infoset)^m-1＝I_infoset。

下面是如何找到适用的T_u或P_x的伪码。

[已知]

N：极化码的母码长度。

Perms_set＝{p₁，p₂，…，p_N！}：所有可能置换向量[1：N]的集合。总数为N！。

I：NxN单位矩阵。

InfoSet：1xN向量。信息集在u中的位置，其中，“1”代表信息比特位置。

FrozenSet：1xN向量。冻结集在u中的位置，其中，“1”代表冻结比特位置。

Gn：极化生成矩阵。

[未知]

Px：x上的NxN置换矩阵。

Tu：u上对应的变换矩阵。

m：隐式消息的最大值。

搜索算法如下：

具体地，以隐式方式指示极化码上的定时戳(m)。图7示出了可以在接收器侧采用软合并方案实现的示例。发送器侧的定时相关操作可以是码字上的置换，也可以是源向量u上的变换。对于传输#n，在码字x上应用n次置换或者在源向量u上应用n次变换，得到一组用于定时t，t+Δt，t+2Δt，…，t+(N-1)Δt的传输向量x，x·P_x，

…，

其中，所述定时戳可以被认为是仅从有效负载生成的码字x上的累积置换矩阵

对于母码长度为N的极化码，可能的置换矩阵的数量为N！。但是，可能的置换矩阵中只有一个小子集是适用的。

通过发送器侧上的上述方案，发送器可以发送由极化码编码的M个副本的码字x，所述M个副本隐式地传递不同的时间戳信息，这适用于5G通信系统中PBCH的传输，也减少了信令开销。

实施例2：解码部分(接收器侧)

如果信道条件足够好，则UE可以独立地从单个块的LLR向量LLR(T)解码以获得有效负载和定时索引(SS索引)，其中，所述LLR向量从PBCH解映射。

如果信道条件不够好，则UE可以选择合并多个块。当合并两个接收块LLR(T)和LLR(T+j·ΔT)的软LLR时，接收器知道相对定时偏移量j·ΔT，而不知道确切的起始点T。

相应地，接收器侧的软合并为：

其中，因为置换仅改变LLR向量中的元素的位置，因此

仅用作LLR(T+j·ΔT)上的j次解交织器。

的操作简单，不会造成任何信息丢失。接收器的软合并的过程如图11所示。

从先前的分析中，接收器盲检测的唯一未知参数是来自单个块LLR(T)和合并块LLR′(T)的LLR的绝对起始点T。将T表示为T＝m·ΔT，其中，m为要被盲检测的定时索引。

这里，在LLR向量上应用传统的SCL解码器以找到变换后的源向量

为了恢复源向量u和定时索引m，对每个潜在的去变换后的源向量的信息集进行CRC校验，例如，

如果

通过了CRC，

为定时索引，则具体过程可以参见图12。

注意，盲检测要求对T_u的形式和冻结比特的值进行一些限制。所述限制可以参见上述原则1和原则2。

通过接收器侧上的上述方案，接收器通过SCL解码算法可以获得时间索引

和j·ΔT，这适用于5G通信系统中PBCH的传输，也减少了信令开销。

在一种可选实施例中，一种极化码传输方法包括：

网络设备通过极化码将比特序列编码为码序列，其中，所述比特序列包括控制信令和循环冗余码(Cyclic Redundancy Code，简称CRC)序列；

所述网络设备将所述码序列转换为M个副本，其中，所述M个副本的第i信息副本乘以(i–1)的幂的第一矩阵，M为整数，M>0且1≤i≤M。

可选地，所述第一矩阵包括：置换矩阵，其中，所述置换矩阵在每行和每列中都有一个非零元素。

可选地，所述第一矩阵包括：具有循环移位的单位矩阵。

在一种可选实施例中，一种极化码传输装置包括：

编码单元，用于通过极化码将比特序列编码为码序列，其中，所述比特序列包括控制信令和循环冗余码(Cyclic Redundancy Code，简称CRC)序列；

转换单元，用于将所述码序列转换为M个副本，其中，所述M个信息副本的第i信息副本乘以(i–1)的幂的第一矩阵，M为整数，M>0且1≤i≤M。

所述极化码传输装置如图15所示。

可选地，所述第一矩阵包括：置换矩阵，其中，所述置换矩阵在每行和每列中都有一个非零元素。

可选地，所述第一矩阵包括：具有循环移位的单位矩阵。

在一种可选实施例中，一种设备包括：

处理器；

非瞬时性计算机可读存储介质，耦合于所述处理器并存储所述处理器执行的程序指令，所述程序指令指示所述处理器：

通过极化码将比特序列编码为码序列，其中，所述比特序列包括控制信令和循环冗余码(Cyclic Redundancy Code，简称CRC)序列；

将所述码序列转换为M个副本，其中，所述M个信息副本的第i信息副本乘以(i–1)的幂的第一矩阵，M为整数，M>0且1≤i≤M。

所述设备如图16所示。

上述实施例可以全部或部分通过软件、硬件、固件或其任意组合实现。当通过软件实现时，可以全部或部分以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。当在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分生成在本申请实施例中描述的过程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络或其他可编程设备。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质存储到另一计算机可读存储介质中，例如从网站站点、计算机、服务器或数据中心(例如，同轴电缆、光纤、数字用户线(Digital Subscriber Line，简称DSL))或无线(例如，红外线、无线、微波等)到另一站点、计算机、服务器或数据中心传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机可以访问的任何可用介质，也可以是包括一个或多个可用介质集成的数据存储设备，例如，服务器、数据中心等。所述可用介质可以是磁介质(例如，软盘、硬盘、磁带)、光学介质(例如，DVD)或半导体介质，例如，固态驱动器(Solid State Drive，简称SSD)等。

Claims (5)

1.一种极化码传输方法，其特征在于，包括：

网络设备通过极化码将比特序列编码为码序列，其中，所述比特序列包括控制信令和循环冗余码(Cyclic Redundancy Code，简称CRC)序列；

所述网络设备将所述码序列转换为M个副本，其中，所述M个副本的第i副本为第i-1副本乘以第一矩阵，M为整数，M>0且1≤i≤M；

所述第一矩阵包括：置换矩阵，其中，所述置换矩阵在每行和每列中都有一个非零元素。

2.根据权利要求1所述的极化码传输方法，其特征在于，所述第一矩阵包括：具有循环移位的单位矩阵。

3.一种极化码传输装置，其特征在于，包括：

编码单元，用于通过极化码将比特序列编码为码序列，其中，所述比特序列包括控制信令和循环冗余码(Cyclic Redundancy Code，简称CRC)序列；

转换单元，用于将所述码序列转换为M个副本，其中，所述M个副本的第i副本为第i-1副本乘以第一矩阵，M为整数，M>0且1≤i≤M；

所述第一矩阵包括：置换矩阵，其中，所述置换矩阵在每行和每列中都有一个非零元素。

4.根据权利要求3所述的极化码传输装置，其特征在于，所述第一矩阵包括：具有循环移位的单位矩阵。

5.一种设备，其特征在于，包括：

处理器；

非瞬时性计算机可读存储介质，耦合于所述处理器并存储所述处理器执行的程序指令，所述程序指令指示所述处理器：

通过极化码将比特序列编码为码序列，其中，所述比特序列包括控制信令和循环冗余码(Cyclic Redundancy Code，简称CRC)序列；

将所述码序列转换为M个副本，其中，所述M个副本的第i副本为第i-1副本乘以第一矩阵，M为整数，M>0且1≤i≤M；

所述第一矩阵包括：置换矩阵，其中，所述置换矩阵在每行和每列中都有一个非零元素。

Images