CN110492981A - 基于信道可靠性与码距的极化码混合自动重传请求方法 - Google Patents

基于信道可靠性与码距的极化码混合自动重传请求方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110492981A
CN110492981A CN201910825558.6A CN201910825558A CN110492981A CN 110492981 A CN110492981 A CN 110492981A CN 201910825558 A CN201910825558 A CN 201910825558A CN 110492981 A CN110492981 A CN 110492981A
Authority
CN
China
Prior art keywords
code
bit
protection
retransmission
polarization code
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910825558.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110492981B (zh
Inventor
李里
高静秋
范平志
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southwest Jiaotong University
Original Assignee
Southwest Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southwest Jiaotong University filed Critical Southwest Jiaotong University
Priority to CN201910825558.6A priority Critical patent/CN110492981B/zh
Publication of CN110492981A publication Critical patent/CN110492981A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110492981B publication Critical patent/CN110492981B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/004Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by using forward error control
    • H04L1/0056Systems characterized by the type of code used
    • H04L1/0057Block codes
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/12Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by using return channel
    • H04L1/16Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by using return channel in which the return channel carries supervisory signals, e.g. repetition request signals
    • H04L1/1607Details of the supervisory signal
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/12Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by using return channel
    • H04L1/16Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by using return channel in which the return channel carries supervisory signals, e.g. repetition request signals
    • H04L1/18Automatic repetition systems, e.g. Van Duuren systems
    • H04L1/1812Hybrid protocols; Hybrid automatic repeat request [HARQ]
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04WWIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W28/00Network traffic management; Network resource management
    • H04W28/02Traffic management, e.g. flow control or congestion control
    • H04W28/04Error control
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04WWIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/70Services for machine-to-machine communication [M2M] or machine type communication [MTC]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Detection And Prevention Of Errors In Transmission (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于信道可靠性与码距的极化码混合自动重传请求方法,该方法利用极化码生成矩阵的可扩展属性来构建IR‑HARQ策略,提出了构造保护对的全新方法,不仅使用了比特位极化信道可靠性,用高可靠性比特位保护低可靠性比特位,还兼顾了所得码字的整体码距属性,当满足码距增大要求时才最终建立保护对;还进一步引入可调保护对个数概念,通过使用最优或次优保护对个数提高重传效率,重传输入比特经过编码后得到重传比特串,再进行QPSK调制后发射,接收机将重传比特串和首包极化码码字级联在一起,将码字按照标准SCL译码算法进行译码,对所有原始信息比特的最终估计并检测直到译码成功或达到最大重传次数则完成重传过程。

Description

基于信道可靠性与码距的极化码混合自动重传请求方法
技术领域
本发明属于无线通信技术领域。具体涉及一种基于信道可靠性与码距的极化码混合自动重传请求方法。
背景技术
信道编码技术是实现第5代移动通信系统(5G)需求和目标的一项关键技术。在2016年11月的3GPP RAN 87会议上,对5G增强移动宽带(enhancedmobile broadband,eMBB)数据信道和控制信道的候选码类进行了最终的评估。确定5G eMBB场景数据信道采用二元低密度校验码(LDPC,low-density parity-check code),控制信道采用极化码(polarcode)。学者Arikan提出的极化码被广泛认为是继LDPC码后信道编码领域的又一个里程碑,也是首个在理论上被证明能够达到二进制离散无记忆信道(B-DMC)对称信道容量的信道编码方法。在使用连续删除列表译码算法(SCL)时,极化码的性能可以超过3GPP标准中一些已有LDPC码。如果在极化码译码算法中,再一步引入循环冗余校验算法(cyclic redundancycheck,CRC)或奇偶校验算法(parity check),可以进一步提升极化码性能。
近年来人们开始研究极化码在递增冗余型混合自动重传请求策略(IR-HARQ)中的应用。相关研究主要关注重传比特的构造方法和多包重传数据在接收机处的联合译码方法。从文献搜索结果来看,主要包括以下一些主流方案:
第一种方案,先对首包极化码码字中各信息比特位的可靠性进行测试和排序。然后按照它们可靠性由低到高的顺序依次重传,每次只重传一个信息比特。在接收端将重传信息比特携带的信息与首包极化码码字中同一信息比特的信息进行叠加后,再做硬判决,从而提高译码准确率。该方法利用了信道极化思想,优先重传经历最差极化信道的信息比特,从而提高了IR-HARQ效率。但重传比特构造方法和接收机联合译码方法过于简单直接,缺少深入设计,在传输性能上还有很大提升空间。
第二种方案,基于极化码编码过程的因子图表示,将编码过程中出现的中间比特变量作为重传的对象,每次重传一部分编码中间比特变量。在接收端,依然根据SC算法对首包极化码码字进行译码,但在计算编码中间比特的对数似然比值时,可直接叠加上重传提供的信息。该方法突破了以往只重传极化码编码器输入或输出比特的思路,提出了重传编码中间比特的新思路,并且重传信息可以自然融入经典SC译码算法,设计比较巧妙。但该译码算法设计却不利于硬件实现,增加了硬件实现难度。
第三种方案,利用极化码可扩展属性来设计IR-HARQ策略。在构造重传输入比特时充分考虑了各比特可靠性,用更高可靠性的重传输入比特来保护可靠性较低的首包输入比特。在接收端进行数据检测时,将首包极化码码字和各重传比特串依次级联刚好构成一个长度加长的新极化码码字。因此,直接使用经典极化码译码算法进行译码就巧妙的完成了重传各包的联合检测。该算法巧妙解决了重传各包在接收端的联合检测问题,并且也合理应用了极化信道可靠性理论。但在重传输入比特的构造过程中只考虑了信道可靠性,而忽视了码字的整体码距属性,限制了极化码IR-HARQ策略的性能表现。
另外从文献收索结果来看,尚未发现现有基于极化码的IR-HARQ策略有专门针对小包传输场景的研究。而小包传输恰恰是物理网(IoT)业务或机器类通信(MTC)业务的常见典型场景,相关针对性设计很有必要。
发明内容
为了适用所有基于极化码的HARQ应用,尤其是应用在物联网(IoT)或机器类通信(MTC)的短包传输业务。同时使其传输可靠性更高、能量增益更大。
本发明提供一种基于信道可靠性与码距的极化码混合自动重传请求(IR-HARQ)方法。利用极化码生成矩阵的可扩展属性,发射机发送首包极化码码字,接收机收到首包极化码码字后进行SCL译码,如果译码成功则反馈ACK消息,结束原始信息比特的传输;如果译码失败则反馈NAK消息同时触发重传请求,重传过程具体为:
步骤1:设系统配置参数中首包码长L0、原始信息比特个数k、重传比特串长度ΔLt、最大重传次数T、当前重传次数t、截止上一次重传所有使用保护对集合首包极化码输入比特串中信息比特所在比特位置集合在构造第t次重传比特串之前,先根据具体的参数情况,确定出第t次重传时应使用保护对个数ΔPt
步骤2:构造重传比特串相应的输入比特串(简称为“重传输入比特串”):首先确定本次重传中所有使用保护对ui←uj;然后给包含在保护对中的重传输入比特ui赋值;然后将本次所有实际使用保护对组合关系(i,j)记录到集合中,并在中标明ui为新信息比特,uj为被保护比特;其他不包含在保护对关系中的重传输入比特全部赋为0值。
步骤3:构造重传比特串首先构造本次重传生成矩阵然后将本次及此前所有的重传输入比特串和首包极化码输入比特串都级联在一起,构成一个新极化码输入比特串输入生成矩阵为的极化码编码器,得到编好的极化码码字取该极化码码字的前ΔLt个比特,即得到第t次的重传比特串
步骤4:对第t次重传比特串进行QPSK调制后发射,接收机得到一个叠加了噪声的重传比特串
步骤5:在接收机处,将第t次和t次之前收到的所有带噪声重传比特串和首包极化码码字级联在一起,组合成一个码长为Lt的极化码码字如果码长Lt=2m,m∈N,则将直接输入一个生成矩阵为的极化码SCL译码器;否则,在开始部分填充进个全零比特后,将填充后码字输入一个生成矩阵为的极化码SCL译码器。
步骤6:按照标准SCL译码算法进行译码。
步骤7:完成步骤6后,在接收机处得到截止第t次重传,所有重传输入比特串和首包极化码输入比特串的估计从中取出首包极化码输入比特串再根据中信息比特所在比特位置集合就得到在完成第t次重传后,对所有k个原始信息比特的最终估计。
步骤8:检测原始信息比特结果是否存在错误,如果仍然有错误存在,则接收机向发射机反馈NAK消息,发射机发起第t+1次重传,整个收发机系统重复上述步骤1-7,如此循环,直至所有k个原始信息比特都在接收机处检测正确或已达最大重传次数T;如果所有k个原始信息比特都在接收机处检测正确或已达最大重传次数T后,接收机向发射机反馈ACK消息,结束对k个原始信息比特的发送过程。
进一步的,步骤1中,第t次重传应使用保护对个数ΔPt具体有两种方法确定。
第一种方法(最优方法)中,对于任意t值,ΔPt的取值范围为其中ΔP0为0,为截止上一次重传所有使用保护对个数,因此,在任意一种具体的系统配置参数(包括首包码长L0、原始信息比特个数k、重传比特串长度ΔLt、已传极化码码长Lt-1、最大重传次数T)条件下,使用遍历法,让ΔPt分别取该范围内的每种整数值并测试该ΔPt取值下接收端的译码误包率,所得误包率最低者即为第t次ΔPt的最优取值。
第二种方法(低复杂度次优方法)中,如果t值为1,则使用第一种方法(最优方法)求ΔPt;如果t值大于1并且则ΔPt的值总是被设置为1;如果t值大于1并且则ΔPt的值总是被设置为0。
进一步的,第一种方法中,使用表记录最优ΔPt取值,在实际应用时,直接查表获取最优ΔPt值,无需在线实时计算。
进一步的,步骤2中,第t次重传实际使用保护对确定方法具体如下:
A、使用标准高斯近似密度进化法对集合内信息比特位的可靠性进行测试,然后将内的信息比特位按该可靠性升序排序,得到新集合中任意第j个元素对应比特位置由符号表示。
B、使用标准高斯近似密度进化法对重传输入比特串中各比特位可靠性进行测试,然后将中各比特位按照可靠性降序排列,得到新集合中任意第i个元素对应比特位置由符号表示。
C、使用一个两层循环结构对所有(i,j)组合进行遍历测试,其中i和j的取值范围为设置一个变量P用来统计本次重传已经实际使用的保护对个数,在两层循环开始前将其初始化为0,第一层循环按i=1:ΔLt遍历,第二层循环按遍历。
遍历过程中,对每种(i,j)组合做如下测试:判断关系是否都成立;
其中GN为N×N的标准极化码生成矩阵,且函数wt[v]的功能为求二进制数组v中元素1的个数;操作符会将长度相同的两个二进制数组v1和v2进行按位异或操作,并将异或结果生成一个新的二进制数组。
如果上述所有关系都满足,则成为本次重传中实际使用的一对保护对,因此将值赋给然后将该保护对组合关系记录到集合中,同时标明为新信息比特,为被保护比特,再将变量P加1。
D、上述两层循环完成后,第t次重传实际使用保护对的建立过程结束。
进一步的,步骤6中在标准SCL译码过程中,只需作如下特殊化处理:将所有待检测比特分为三类:信息比特,被保护比特,冻结比特;对于信息比特完全按照SCL译码方法进行;对于被保护比特,根据此前集合中记录的保护对组合关系,将该保护组合中的信息比特的已有译码值直接赋给被保护比特;所有冻结比特的值都设置为0。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明应用了极化码生成矩阵的可扩展特性来构建IR-HARQ策略。但与现有技术不同,我们提出了构造重传输入比特和已传信息比特之间保护对的全新方法。在该新方法中,不仅使用了比特位极化信道可靠性,用高可靠性比特位保护低可靠性比特位,还兼顾了所得码字的整体码距属性,当满足码距增大要求时才最终建立保护对。而且,还进一步引入了可调保护对个数概念,通过使用最优或次优保护对个数可以进一步提高重传效率。所提新方法的计算开销,都可以在线下完成,并不造成在线实时计算量的增加。所提新方法在短码传输场景下有明显能量增益,在中长码传输场景下性能增益变小。因此,所提新方法非常适于提高物联网(IoT)或机器类通信(MTC)的短包传输性能。
附图说明
图1是本发明极化码混合自动重传流程示意图。
图2为本发明方法在首包码长L0=8、原始信息比特个数k=6、重传比特串长度ΔLt=6、当前重传次数t=1、截止上一次重传所有使用保护对集合等时,确定出t=1次重传时应使用保护对个数ΔP1产生示意图。
图3为本发明方法在最大重传T=1、首包码长L0=64、原始信息比特个数k=32、重传比特串长度ΔLt=32、不同保护对个数ΔP1=5,6,7,8,9、不同信噪比下的误帧率(BLER)比较曲线。图中的横坐标为信道的信噪比值(单位dB),纵坐标为误帧率(BLER)。图中的标记“◇”为PME-HARQ机制,“*,△,☆,□,○”分别为本发明设置保护对ΔP1为5,6,7,8,9时性能比较。
图4为本发明的最优保护对算法在特定短包传输参数配置、不同重传次数下确定的最优ΔPt取值。其中表格统计了首包码长L0∈{32,64,128}、对应原始信息比特个数k∈{16,32,64}、重传比特串长度ΔLt∈{16,32,64}、重传次数t=1,2,3,4,5,6时最优ΔPt取值。
图5为本发明方法在最大重传T=6、首包码长L0=128、原始信息比特个数k=64、每次重传比特串长度ΔLt=64下、最优、次优保护对产生算法在不同信噪比下的误帧率(BLER)比较曲线。图中的横坐标为信道的信噪比值(单位dB),纵坐标为误帧率(BLER)。图中的标记“◇”为PME-HARQ机制,“△,○”分别为本发明次优、最优保护对产生方法。其中次优方法具体产生保护对个数为ΔP1 6={11,1,1,1,1,1},而最优方法具体产生保护对个数为ΔP1 6={11,1,2,2,1,1}。
图6为本发明方法在最大重传次数分别为T=1,2,3,4,5、首包码长L0=64、原始信息比特个数k=32、重传比特串长度ΔLt=32、不同信噪比下的误帧率(BLER)比较曲线。图中的横坐标为信道的信噪比值(单位dB),纵坐标为误帧率(BLER)。图中的标记“◇”为PME-HARQ机制,“○”分别为本发明方法。
图7为本发明方法在最大重传次数T=1、不同首包码长L0∈{8,32,64,128,2048}、对应原始信息比特个数k∈{6,16,32,64,1024}、重传比特串长度ΔLt∈{6,16,32,64,1024}、不同信噪比下的误帧率(BLER)比较曲线。图中的横坐标为信道的信噪比值(单位dB),纵坐标为误帧率(BLER)。图中的标记“----”为PME-HARQ机制,“-”分别为本发明方法。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
本发明提供一种基于信道可靠性与码距的极化码混合自动重传请求(IR-HARQ)方法。给出的具体实施方式(如图2所示)是在首包码长L0=8、原始信息比特个数k=6、重传比特串长度ΔLt=6、最大重传次数T、当前重传次数t=1、截止上一次重传所有使用保护对集合等参数情况下。利用极化码生成矩阵的可扩展属性,发射机发送首包极化码码字,接收机收到首包极化码码字后进行SCL译码,如果译码成功则反馈ACK消息,结束k=6个原始信息比特的传输;如果译码失败则反馈NAK消息同时触发重传请求,重传过程如图1所示,具体为:
步骤1:在构造第t=1次重传比特串之前,需确定出t=1次重传时应使用保护对个数ΔP1。由于重传t=1,最优和次优方法都采用遍历法,ΔP1分别取范围内的每种整数值并测试该ΔP1取值下接收端的译码误包率,ΔP1=2时所得误包率最低即为第t=1次最优取值,用表记录最优ΔP1取值。
步骤2:构造重传输入比特串已知首包极化码输入比特串中信息比特所在比特位置集合采用标准高斯近似密度进化法对集合内信息比特位的可靠性进行测试,内的信息比特位按该可靠性升序排序,得到新集合中元素对应比特位置由符号表示。使用标准高斯近似密度进化法对重传输入比特串中各比特位可靠性进行测试,然后将中各比特位按照可靠性降序排列,得到新集合中元素对应比特位置由符号表示。
使用一个两层循环结构对构成所有组合进行遍历测试,其中i和j的取值范围为设置一个变量P用来统计本次重传已经实际使用的保护对个数,在两层循环开始前将其初始化为0。第一层循环按遍历,第二层循环按遍历。对每种(i,j)组合做如下测试,判断关系是否都成立:
如果上述所有关系都满足,则成为本次重传中实际使用的一对保护对,因此将值赋给然后将该保护对组合关系记录到集合中,同时标明为新信息比特,为被保护比特。再将变量P加一。上述两层循环完成后,第t=1次重传产生保护对集合对应{u9,u13}为新信息比特,{u6,u4}为被保护比特;其他不包含在保护对关系中的重传输入比特全部赋为0值。
步骤3:构造重传比特串首先构造本次重传生成矩阵G14:1,14:1;然后将本次及此前所有的重传输入比特串和首包极化码输入比特串都级联在一起,构成一个新极化码输入比特串输入生成矩阵为G14:1,14:1的极化码编码器,得到编好的极化码码字取该极化码码字的前6个比特,即得到第t次的重传比特串
步骤4:对第t=1次重传比特串进行QPSK调制后发射,接收机得到一个叠加了噪声的重传比特串
步骤5:在接收机处,将第t=1次和t=1次之前收到的所有带噪声重传比特串和首包极化码码字级联在一起,组合成一个码长为L1=14的极化码码字由于码长L1≠2m,m∈N,在开始部分填充进个全零比特后,将填充后码字输入一个生成矩阵为的极化码SCL译码器。
步骤6:按照标准SCL译码算法进行译码:在SCL译码过程中,只需作如下特殊化处理:将所有待检测比特分为三类:信息比特,被保护比特,冻结比特;对于信息比特完全按照SCL译码方法进行;对于被保护比特,根据此前集合中记录的保护对组合关系,将该保护组合中的信息比特的已有译码值直接赋给被保护比特;所有冻结比特的值都设置为0。
步骤7:完成步骤6后,在接收机处可得到截止第t=1次重传,所有重传输入比特串和首包极化码输入比特串的估计从中取出首包极化码输入比特串再根据中信息比特所在比特位置集合就可以得到在完成第t=1次重传后,对所有k=6个原始信息比特的最终估计。
步骤8:检测原始信息比特结果是否存在错误,如果仍然有错误存在,则接收机向发射机反馈NAK消息,发射机发起第t+1=2次重传,整个收发机系统重复上述步骤1-7,如此循环,直至所有k=6个原始信息比特都在接收机处检测正确或已达最大重传次数T;如果所有k个原始信息比特都在接收机处检测正确或已达最大重传次数T后,接收机向发射机反馈ACK消息,结束对k=6个原始信息比特的发送过程。
本例方法适用提高物联网(IoT)或机器类通信(MTC)的短包传输性能。
仿真实验
以下是本发明方法的误帧率(BLER)实验结果。仿真实验具体条件为:AWGN信道,QPSK调制,QUP打孔,高斯估计,SCL译码,列表为10。本发明方法仿真实验都采用该参数配置时次优方法确定比特保护对个数。
图3为本发明方法在最大重传T=1、首包码长L0=64、原始信息比特个数k=32、重传比特串长度ΔLt=32、不同保护对个数ΔP1=5,6,7,8,9、不同信噪比下的误帧率(BLER)比较曲线。图中的横坐标为信道的信噪比值(单位dB),纵坐标为误帧率(BLER)。图中的标记“◇”为PME-HARQ机制,“*,△,☆,□,○”分别为本发明设置保护对ΔP1为5,6,7,8,9时性能比较。
从图3可以看出:不同保护对ΔPt设置个数对本发明的性能有很大影响。在本仿真参数设置:最大重传T=1、首包码长L0=64、原始信息比特个数k=32、重传比特串长度ΔLt=32下,保护对ΔP1=7时性能最优。
图4为本发明的最优保护对算法在特定短包传输参数配置、不同重传次数下确定的最优ΔPt取值。其中表格统计了首包码长L0∈{32,64,128}、对应原始信息比特个数k∈{16,32,64}、重传比特串长度ΔLt∈{16,32,64}、重传次数t=1,2,3,4,5,6时最优ΔPt取值。
从图4可以看出:只有重传t=1时,各参数配置下通过遍历法搜索到的最优保护对个数ΔP1取值变化比较大,当重传t>1时,最优ΔPt通常为非常小的值,例如:ΔPt=1。
图5为本发明方法在最大重传T=6、首包码长L0=128、原始信息比特个数k=64、每次重传比特串长度ΔLt=64下、最优、次优保护对产生算法在不同信噪比下的误帧率(BLER)比较曲线。图中的横坐标为信道的信噪比值(单位dB),纵坐标为误帧率(BLER)。图中的标记“◇”为PME-HARQ机制,“△,○”分别为本发明次优、最优保护对产生方法。其中次优方法具体产生保护对个数为ΔP1 6={11,1,1,1,1,1},而最优方法具体产生保护对个数为ΔP1 6={11,1,2,2,1,1}。
从图5可以看出:本发明所提的保护对个数次优确定算法与最优算法相比,次优算法造成的性能损失可以忽略不计。
图6为本发明方法在最大重传次数分别为T=1,2,3,4,5、首包码长L0=64、原始信息比特个数k=32、重传比特串长度ΔLt=32、不同信噪比下的误帧率(BLER)比较曲线。图中的横坐标为信道的信噪比值(单位dB),纵坐标为误帧率(BLER)。图中的标记“◇”为PME-HARQ机制,“○”分别为本发明方法。
从图6可以看出:本发明在不同最大重传次数情况下,任意信噪比SNR值下,误帧率都明显低于基于PME-HARQ方法。此外随着最大重传次数增加,性能增益从0.5dB增加到BLER为10-4时的1.5dB。
图7为本发明方法在最大重传次数T=1、不同首包码长L0∈{8,32,64,128,2048}、对应原始信息比特个数k∈{6,16,32,64,1024}、重传比特串长度ΔLt∈{6,16,32,64,1024}、不同信噪比下的误帧率(BLER)比较曲线。图中的横坐标为信道的信噪比值(单位dB),纵坐标为误帧率(BLER)。图中的标记“----”为PME-HARQ机制,“-”分别为本发明方法。
从图7可以看出:在短包传输L0∈{8,32,64,128,2048}参数配置下,本发明性能总是优于PME-HARQ方法。而对于中长包如L1=2048,本发明相较于PME-AHRQ,性能增益随码长增加变小。仿真结果表面本发明更适合物联网(IoT)或机器类通信(MTC)的短包传输。

Claims (5)

1.基于信道可靠性与码距的极化码混合自动重传请求方法,利用极化码生成矩阵的可扩展属性,发射机发送首包极化码码字,接收机收到首包极化码码字后进行SCL译码,如果译码成功则反馈ACK消息,结束原始信息比特的传输;如果译码失败则反馈NAK消息同时触发重传请求,其特征在于,重传过程具体为:
步骤1:设系统配置参数中首包码长L0、原始信息比特个数k、重传比特串长度ΔLt、最大重传次数T、当前重传次数t、截止上一次重传所有使用保护对集合首包极化码输入比特串中信息比特所在比特位置集合在构造第t次重传比特串之前,先根据具体的参数情况,确定出第t次重传时应使用保护对个数ΔPt
步骤2:构造重传输入比特串首先确定本次重传中所有使用保护对ui←uj;然后给包含在保护对中的重传输入比特ui赋值;然后将本次所有实际使用保护对组合关系(i,j)记录到集合中,并在中标明ui为新信息比特,uj为被保护比特;其他不包含在保护对关系中的重传输入比特全部赋为0值;
步骤3:构造重传比特串首先构造本次重传生成矩阵然后将本次及此前所有的重传输入比特串和首包极化码输入比特串都级联在一起,构成一个新极化码输入比特串输入生成矩阵为的极化码编码器,得到编好的极化码码字取该极化码码字的前ΔLt个比特,即得到第t次的重传比特串
步骤4:对第t次重传比特串进行QPSK调制后发射,接收机得到一个叠加了噪声的重传比特串
步骤5:在接收机处,将第t次和t次之前收到的所有带噪声重传比特串和首包极化码码字级联在一起,组合成一个码长为Lt的极化码码字如果码长Lt=2m,m∈N,则将直接输入一个生成矩阵为的极化码SCL译码器;否则,在开始部分填充进个全零比特后,将填充后码字输入一个生成矩阵为的极化码SCL译码器;
步骤6:按照标准SCL译码算法进行译码;
步骤7:完成步骤6后,在接收机处得到截止第t次重传,所有重传输入比特串和首包极化码输入比特串的估计从中取出首包极化码输入比特串再根据中信息比特所在比特位置集合就得到在完成第t次重传后,对所有k个原始信息比特的最终估计;
步骤8:检测原始信息比特结果是否存在错误,如果仍然有错误存在,则接收机向发射机反馈NAK消息,发射机发起第t+1次重传,整个收发机系统重复上述步骤1-7,如此循环,直至所有k个原始信息比特都在接收机处检测正确或已达最大重传次数T;如果所有k个原始信息比特都在接收机处检测正确或已达最大重传次数T后,接收机向发射机反馈ACK消息,结束对k个原始信息比特的发送过程。
2.根据权利要求1所述的基于信道可靠性与码距的极化码混合自动重传请求方法,其特征在于,所述步骤1中,第t次重传应使用保护对个数ΔPt具体有两种方法确定;
第一种方法中,对于任意t值,ΔPt的取值范围为t=1,2,...,T,其中ΔP0为0,为截止上一次重传所有使用保护对个数,因此,在任意一种具体的系统配置参数条件下,使用遍历法,让ΔPt分别取该范围内的每种整数值并测试该ΔPt取值下接收端的译码误包率,所得误包率最低者即为第t次ΔPt的最优取值;
第二种方法中,如果t值为1,则使用第一种方法求ΔPt;如果t值大于1并且则ΔPt的值总是被设置为1;如果t值大于1并且则ΔPt的值总是被设置为0。
3.根据权利要求2所述的基于信道可靠性与码距的极化码混合自动重传请求方法,其特征在于,所述第一种方法中,使用表记录最优ΔPt取值,在实际应用时,直接查表获取最优ΔPt值,无需在线实时计算。
4.根据权利要求1所述的基于信道可靠性与码距的极化码混合自动重传请求方法,其特征在于,所述步骤2中,第t次重传实际使用保护对确定方法具体如下:
A、使用标准高斯近似密度进化法对集合内信息比特位的可靠性进行测试,然后将内的信息比特位按该可靠性升序排序,得到新集合中任意第j个元素对应比特位置由符号表示;
B、使用标准高斯近似密度进化法对重传输入比特串中各比特位可靠性进行测试,然后将中各比特位按照可靠性降序排列,得到新集合中任意第i个元素对应比特位置由符号表示;
C、使用一个两层循环结构对所有(i,j)组合进行遍历测试,其中i和j的取值范围为i=1,2,...ΔLt设置一个变量P用来统计本次重传已经实际使用的保护对个数,在两层循环开始前将其初始化为0,第一层循环按i=1:ΔLt遍历,第二层循环按遍历;
遍历过程中,对每种(i,j)组合做如下测试,判断关系是否都成立;
其中GN为N×N的标准极化码生成矩阵,且函数wt[v]的功能为求二进制数组v中元素1的个数;操作符会将长度相同的两个二进制数组v1和v2进行按位异或操作,并将异或结果生成一个新的二进制数组;
如果上述所有关系都满足,则成为本次重传中实际使用的一对保护对,因此将值赋给然后将该保护对组合关系记录到集合中,同时标明为新信息比特,为被保护比特,再将变量P加1;
D、上述两层循环完成后,第t次重传实际使用保护对的建立过程结束。
5.根据权利要求1所述的基于信道可靠性与码距的极化码混合自动重传请求方法,其特征在于,所述步骤6中在标准SCL译码过程中,只需作如下特殊化处理:将所有待检测比特分为三类:信息比特,被保护比特,冻结比特;对于信息比特完全按照SCL译码方法进行;对于被保护比特,根据此前集合中记录的保护对组合关系,将该保护组合中的信息比特的已有译码值直接赋给被保护比特;所有冻结比特的值都设置为0。
CN201910825558.6A 2019-09-03 2019-09-03 基于信道可靠性与码距的极化码混合自动重传请求方法 Active CN110492981B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910825558.6A CN110492981B (zh) 2019-09-03 2019-09-03 基于信道可靠性与码距的极化码混合自动重传请求方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910825558.6A CN110492981B (zh) 2019-09-03 2019-09-03 基于信道可靠性与码距的极化码混合自动重传请求方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110492981A true CN110492981A (zh) 2019-11-22
CN110492981B CN110492981B (zh) 2021-07-30

Family

ID=68556345

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910825558.6A Active CN110492981B (zh) 2019-09-03 2019-09-03 基于信道可靠性与码距的极化码混合自动重传请求方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110492981B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112087285A (zh) * 2020-09-10 2020-12-15 西南交通大学 基于码距与极化信道可靠度的极化码比特反转译码方法
CN114189311A (zh) * 2020-09-14 2022-03-15 西安电子科技大学 5g极化码的自适应ir-harq传输方法及系统

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103281166A (zh) * 2013-05-15 2013-09-04 北京邮电大学 一种基于极化码的混合自动重传请求传输方法
WO2015062107A1 (zh) * 2013-11-04 2015-05-07 华为技术有限公司 Polar码的速率匹配方法和设备、无线通信装置
CN107231158A (zh) * 2017-05-04 2017-10-03 西南交通大学 一种极化码迭代接收机、系统和极化码迭代译码方法
CN107612561A (zh) * 2017-09-30 2018-01-19 北京北方烽火科技有限公司 一种编码、译码方法及装置
CN109347487A (zh) * 2018-08-13 2019-02-15 东南大学 基于比特冻结辅助的极化码scl译码方法
CN109639397A (zh) * 2018-12-06 2019-04-16 浙江大学 一种复合信道下极化码的混合自动重传请求方法
CN109889308A (zh) * 2019-01-28 2019-06-14 中国人民解放军陆军工程大学 物联网中联合极化编译码的混合自动重传请求方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103281166A (zh) * 2013-05-15 2013-09-04 北京邮电大学 一种基于极化码的混合自动重传请求传输方法
WO2015062107A1 (zh) * 2013-11-04 2015-05-07 华为技术有限公司 Polar码的速率匹配方法和设备、无线通信装置
CN107231158A (zh) * 2017-05-04 2017-10-03 西南交通大学 一种极化码迭代接收机、系统和极化码迭代译码方法
CN107612561A (zh) * 2017-09-30 2018-01-19 北京北方烽火科技有限公司 一种编码、译码方法及装置
CN109347487A (zh) * 2018-08-13 2019-02-15 东南大学 基于比特冻结辅助的极化码scl译码方法
CN109639397A (zh) * 2018-12-06 2019-04-16 浙江大学 一种复合信道下极化码的混合自动重传请求方法
CN109889308A (zh) * 2019-01-28 2019-06-14 中国人民解放军陆军工程大学 物联网中联合极化编译码的混合自动重传请求方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
朱鸿斌等: "改进型极化码混合自动请求重传法", 《电子与信息学报》 *
李里等: "Noncoherent Detection With Polar Codes", 《IEEE》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112087285A (zh) * 2020-09-10 2020-12-15 西南交通大学 基于码距与极化信道可靠度的极化码比特反转译码方法
CN114189311A (zh) * 2020-09-14 2022-03-15 西安电子科技大学 5g极化码的自适应ir-harq传输方法及系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN110492981B (zh) 2021-07-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3911263B2 (ja) 適応的ハイブリッド自動再伝送要求方法及び装置
Lott et al. Hybrid ARQ: Theory, state of the art and future directions
US7398100B2 (en) Method, apparatus and system for use in controlling transmission power during wireless communication
CN107517095A (zh) 一种非均匀分段校验的极化码编译码方法
US20070016838A1 (en) Adaptive hybrid ARQ systems with BCJR decoding
WO2006070836A1 (ja) データ再送方法
US12009920B2 (en) Polar code retransmission method and apparatus
CN110492981A (zh) 基于信道可靠性与码距的极化码混合自动重传请求方法
CN109639397B (zh) 一种复合信道下极化码的混合自动重传请求方法
Long et al. A novel HARQ scheme for SCMA systems
CN102148665A (zh) 一种lt码的译码方法
CN101854230B (zh) 一种提高通信系统重传效率的装置及方法
Li et al. Compressive spinal codes
Angelopoulos et al. Harnessing partial packets in wireless networks: throughput and energy benefits
Ahmad et al. Analysis of two-unicast network-coded hybrid-ARQ with unreliable feedback
CN109525367B (zh) 基于LoRa编码和解码机制的检错和自适应纠错方法
CN106233683A (zh) 用于生成码字的方法和装置以及用于恢复码字的方法和装置
JP5149267B2 (ja) 無線通信システム、無線通信方法、送信機および受信機
Liang et al. A systematic multi-packet HARQ scheme using polar codes for IoT
WO2017016393A1 (zh) 一种无线通信方法和设备
CN103780362B (zh) 一种lte系统中基于mmib的链路性能预测方法及系统
Li et al. Age-optimal two-layer coding over fading channels
Deng et al. Optimizing Age of Information in Polar Coded Status Update System
Shi et al. Combining techniques and segment selective repeat on turbo coded hybrid ARQ
Marcille et al. Performance computation of cross-layer Hybrid ARQ schemes at IP layer in the presence of corrupted acknowledgments

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant