CN110892659A - 对具有编码符号的目标概率分布的消息编码的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于对将在通信信道上传输的消息编码的通信设备(110)。所述通信设备(110)包括：预编码器(102)，用于基于所述消息和极性变换生成预编码消息；以及信道编码器(104)，用于基于所述极性变换将所述预编码消息编码为码字，其中，所述码字包括具有概率分布的多个比特；其中，所述预编码器(102)用于生成所述预编码消息，使得所述信道编码器(104)利用与目标概率分布匹配的所述概率分布生成所述码字的多个比特。

Description

对具有编码符号的目标概率分布的消息编码的设备和方法
技术领域
本发明总体上涉及通信系统中的编码和解码。更具体地，本发明涉及一种基于极性变换对消息编码和解码的设备和方法。
背景技术
为了实现通信系统中传输信道的能力，信道输入符号应该具有一定的概率分布。例如，在加性高斯白噪声(additive white Gaussian noise，AWGN)信道的情况下，需要高斯分布以实现信道的能力。然而，在许多实际的通信系统中，使用均匀分布的信道输入符号，从而导致能力的差距。如果使用均匀分布的正交幅度调制(quadrature amplitudemodulation，QAM)符号，则该损耗也称为整形损耗，在AWGN信道上可能高达1.53dB。
整形损耗尤其在高阶调制的情况下会变得很明显。用于高阶调制进行传输的一种常见方法是所谓的比特交织编码调制(bit-interleaved coded modulation，BICM)，其中消息首先由信道编码器编码为交织的码字，然后通过符号映射器映射到信道输入符号。在许多通信系统中，使用二进制信道码，使得码字是二进制向量。一般来说，码字中1和0的分布是均匀的，这也导致信道输入符号也具有均匀的分布。
在所谓的非均匀星座(non-uniform constellations，NUC)方法中，提出了使用具有非均匀星座的符号映射器的可能性。在该方法中，信道编码器的输出被映射到符号，该符号不具有像QAM符号那样的规则结构，但是具有有助于减少整形损耗的优化结构。该方法对使用的信道编码没有任何限制，这种方法也称为几何整形。然而，在该方法中，由于不规则的星座结构，标准的QAM符号映射器和QAM解映射器必须被更复杂的映射器/解映射器替代。
所谓的概率幅度整形(probabilistic amplitude shaping，PAS)方法提出在使用信道编码器之前使用整形编码器，其将均匀分布的输入消息转换为非均匀分布的序列。然后，该序列由系统信道编码器进行编码(即，信道编码器的输出包括作为子向量的编码器的输入)，然后被馈送到QAM符号映射器。在接收机处，可以使用QAM解映射器。在对信道码进行解码后，整形解码器处理信道码的输出，以便恢复消息。
尽管这种方法可以消除几乎所有的整形损耗，但它仍然需要整形编码器和整形解码器，因此增加了发射机和接收机的复杂度和时延。该信息在被两个串行解码器处理后被恢复，这与联合解码器相比可能是次优的。此外，由于信道编码器必须是系统编码器，因此该方法对所使用的信道编码造成了限制，这可能是不利的。
极化码(参见E.Arikan，“信道极化：一种对称二进制输入无记忆信道能力实现码的构建方法(Channel polarization:A method for constructing capacity-achievingcodes for symmetric binary-input memoryless channels)”，IEEE Trans.Inf.theory，第55卷，第7期，第3051-3073页，2009年7月)是最近开发的前向纠错方案，该方案可以实现二进制输入离散无记忆信道的能力，并且可以用于信道编码方案。然而，与其他现代编码方案相比，它们在高阶调制(例如BICM)下的性能通常较差。此外，一般而言，极化码字具有Pc(1)＝0.5，即，码字中有1和0的概率相等。
在现有技术中，有一些提议(参见Mondelli等人的著作，“如何实现非对称信道的能力(How to achieve the capacity of asymmetric channels)”，通信、控制和计算(阿勒顿)(Communication,Control,and Computing(Allerton)),2014年IEEE第52届Allerton年会(2014 52nd Annual Allerton Conference on.IEEE)，2014年)对极化码字的输出分布进行整形，使得Pc(1)不等于0.5。这是通过允许传输的信息比特之间的一些相关性来实现的。大致来说，不是发送k信息比特，而是一个发送k-s信息比特，并根据其余部分生成s比特。这些s比特是以某种方式选择的，使得生成的码字具有特定的Pc(1)。这些比特也可以称为整形比特。
在BICM的情况下，可以将BICM码与极化码相结合(使用单极化码与高阶调制相结合)。这与许多现有标准兼容，并且易于实现。然而，与其他替代方案相比，具有极化码的BICM的性能较差。
在多级编码(multi-level coding，MLC)方法中，信道输入符号被认为是不同比特电平的组合。对于每个比特电平，使用不同的信道码。在接收机处，解映射和解码是连续进行的，即，通过对第一比特电平进行解映射和解码开始的。在第一比特电平被处理后，该输出被用于对第二比特电平进行解映射和解码，并且直到所有比特电平被处理为止。这已表明与MLC相结合的极化码的性能优于传统的BICM。然而，虽然可以实现良好的性能，但是需要为每个比特电平设计单独的信道码，并且要运行几个信道解映射和解码过程，这可能增加复杂度和处理时延。
因此，需要基于极化码对消息进行编码和解码的改进的通信设备和方法，以允许减小传输信道的能力的差距。
发明内容
本发明的一个目的是提供基于极化码对消息编码和解码的改进的通信设备和方法，允许减小传输信道的能力的差距。
前述和其它目的通过独立权利要求的主题实现。根据从属权利要求、说明书和附图，进一步的实现形式是显而易见的。
根据第一方面，本发明涉及一种用于对将在通信信道上传输的消息编码的通信设备，其中，所述通信设备包括：预编码器，用于基于所述消息和极性变换生成预编码消息；以及信道编码器，用于基于所述极性变换将所述预编码消息编码为码字，其中，所述码字包括具有概率分布的多个比特；其中，所述预编码器用于生成所述预编码消息，使得所述信道编码器利用与目标概率分布匹配的所述概率分布生成所述码字的多个比特。
如本文所用，极性变换可以基于对应于矩阵
Figure BDA0002370638380000021
的Arikan核心或具有相似信道极化效应的矩阵。
将概率分布与目标概率分布匹配可以包括预编码器基于目标概率分布生成比特和/或符号。此外，这可以包括：由预编码器(或处理预编码器的输出的信道编码器)生成的比特和/或符号具有基本上等于目标分布的概率分布，特别是该概率分布具有与目标分布基本上相同的均值和/或方差。例如，码字的多个比特的概率分布与目标概率分布之间的距离可以由库尔巴克-莱布勒(Kullback-Leibler)距离给出。
因此，根据第一方面的通信设备可以生成具有多个比特的不均匀概率分布的码字。例如，码字中出现1的概率可以不等于0.5。因此，提供了一种改进的通信设备，因为与具有极化码的传统BICM相比，以及与具有极化码的多级编码相比，其性能显著提高。
在根据第一方面的通信设备的一种可能的实现方式中，所述预编码器是系统预编码器，即，所述预编码消息包括所述消息。
这提供了以下优点，即在用于对待发送的消息进行解码的接收机侧，不需要预编码操作的反向操作，从而使接收机的复杂度降低。
在根据第一方面的通信设备的一种可能的实现方式中，所述通信设备还包括用于交织所述码字的所述多个比特的交织器；和/或调制器，特别是符号映射器，用于将所述码字映射到一个或多个符号以在所述通信信道上传输。
因此，提供了一种改进的通信设备，由于例如，交织器的使用使得前向纠错对于突发错误更加鲁棒。
在根据第一方面的通信设备的一种可能的实现方式中，所述极性变换用于将冻结比特向量f作为输入，其中，所述预编码器用于基于所述消息和所述冻结比特向量f生成所述预编码消息。
在根据第一方面的通信设备的一种可能的实现方式中，所述预编码器用于使用一个或多个极性解码器，特别是连续消除解码器(SC)或连续消除列表解码器(SCL)，生成所述预编码消息。
因此，提供了一种改进的通信设备，由于例如使用SC解码器提供了具有较低复杂度的通信设备的优点，而使用SCL解码器提供了具有良好性能的通信设备的优点。
在根据第一方面的通信设备的一种可能的实现方式中，所述预编码器用于将向量υ作为输入，所述向量υ包括表示所述消息的信息比特向量e和所述冻结比特向量f，其中，所述预编码器用于将所述向量υ分解成m个子向量υi。
在根据第一方面的通信设备的一种可能的实现方式中，所述预编码器包括m个子预编码器，其中，每个子预编码器用于生成表示所述预编码消息的向量d的相应的子向量di。
在根据第一方面的通信设备的一种可能的实现方式中，所述预编码器用于基于由相应的所述子预编码器生成的所述相应的子向量di，生成表示所述预编码消息的向量d。
在根据第一方面的通信设备的一种可能的实现方式中，每个子预编码器包括极性解码器，特别是连续消除解码器或连续消除列表解码器。
在根据第一方面的通信设备的一种可能的实现方式中，所述向量υ的每个子向量υi包括向量ei和向量fi，所述向量ei是所述信息比特向量e的子向量，所述向量fi是所述冻结比特向量f的子向量，并且其中，每个子预编码器用于基于相应的信息比特子向量ei和相应的冻结比特子向量fi，生成表示所述预编码消息的所述向量d的相应的子向量di。
在根据第一方面的通信设备的一种可能的实现方式中，所述目标概率分布包括多个目标概率pi，并且其中，每个子预编码器用于基于所述相应的目标概率pi生成相应的辅助信道解码器输入向量y′i。
这提供了生成包括具有不同概率的不同子向量的码字的优点，使得在符号映射器之后，可以获得具有期望分布的输入符号。此外，这减小了传输信道的能力的差距。
在根据第一方面的通信设备的一种可能的实现方式中，每个子预编码器还用于基于所述相应的信息比特子向量ei和所述相应的冻结比特子向量fi，生成辅助冻结比特子向量fi′。
在根据第一方面的通信设备的一种可能的实现方式中，每个子预编码器包括极性解码器，特别是连续消除解码器或连续消除列表解码器，所述极性解码器用于基于所述相应的辅助信道解码器输入向量y′i和所述相应的辅助冻结比特子向量fi′生成相应的整形比特向量si，其中，每个子预编码器用于基于所述相应的信息比特子向量ei和所述相应的整形比特向量si生成表示所述预编码信息的所述向量d的所述相应的子向量di。
在根据第一方面的通信设备的一种可能的实现方式中，每个子预编码器用于通过将相应的所述整形比特向量si与相应的所述信息比特子向量ei相连接，基于所述相应的信息比特子向量ei和相所述应的整形比特向量si，生成表示所述预编码消息的所述向量d的所述相应的子向量di。
根据第二方面，本发明涉及一种用于对将在通信信道上传输的消息编码的方法，其中，所述方法包括：基于所述消息和极性变换，生成预编码消息；以及基于所述极性变换将所述预编码消息编码为码字，其中，所述码字包括具有概率分布的多个比特；其中，所述预编码消息以以下方式被生成，利用与目标概率分布匹配的所述概率分布生成所述码字的多个比特。
根据第三方面，本发明涉及一种计算机程序，包括程序代码，当在计算机或处理器上执行时，用于执行第二方面的所述方法。
根据第四方面，本发明涉及一种用于对在通信信道上接收的消息解码的通信设备，其中，所述通信设备包括：信道解码器，用于根据冻结比特向量f通过极性变换对所述消息解码，生成包括信息比特向量e和整形比特向量s的向量d的估计。
在根据第四方面的通信设备的一种可能的实现方式中，所述信道解码器用于丢弃所述整形比特向量s。
在根据第四方面的通信设备的一种可能的实现方式中，所述信道解码器用于基于所述向量d的估计生成所述序列s′，并在序列s′不等于所述整形比特向量s的情况下，输出错误消息。
在根据第一方面的通信设备的一种可能的实现方式中，所述信道解码器包括列表解码器，所述列表解码器用于通过选择所述序列s′等于所述整形比特向量s的码字，从码字列表中选择相应的所述码字。
本发明可以通过硬件和/或软件实现。
附图说明
将参照以下附图描述本发明的其他实施例，其中：
图1示出了包括根据实施例用于对消息编码的通信设备以及根据实施例用于对消息进行解码的通信设备的通信系统；
图2示出了根据实施例用于对消息编码的通信设备的信道编码器的示意图；
图3示出了根据实施例用于对消息解码的通信设备的示意图；
图4示出了根据实施例由用于对消息编码通信设备使用的极性变换的示意图；
图5示出了根据实施例用于对消息编码的通信设备的示意图；
图6示出了根据实施例由用于对消息编码通信设备使用的极性变换的示意图；
图7示出了根据实施例用于对消息编码的通信设备的预编码器示意图；
图8示出了根据实施例用于对消息编码的通信设备的预编码器的子预编码器的示意图；以及
图9示出了根据实施例用于对消息编码的方法的示意图。
在不同的附图中，相同的附图标记将用于相同或至少功能等同的特征。
具体实施方式
下面结合相应附图进行描述，附图作为本公开的一部分，描述性地示出了可以实现本发明的具体方面。应理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用其他方面，并且可以进行结构或逻辑变化。因此，下面的详细描述并不应被理解为限制性的，因为本发明的范围仅由所附的权利要求书所限定。
例如，应理解，与所描述的方法相关的公开也可适用于配置为执行该方法的对应设备或系统，反之亦然。例如，如果描述了特定的方法步骤，则对应的设备可以包括执行所描述的方法步骤的单元，即使在图中没有明确描述或示出该单元。此外，应当理解，除非另有说明，本文描述的各个示例性方面的特征可以彼此组合。
图1示出了根据一个实施例的通信系统100的示意图，该通信系统100包括用于对将在通信信道上传输的消息编码的通信设备110，以及用于对该消息解码的通信设备120。
该通信设备110包括：预编码器102，用于基于消息和极性变换生成预编码消息；以及信道编码器104，用于基于极性变换将预编码消息编码为码字，其中，码字包括具有概率分布的多个比特；其中，预编码器102用于生成预编码消息，使得信道编码器104利用与目标概率分布匹配的概率分布生成码字的多个比特，如将在下面更详细地描述。
如本文所用，极性变换可以基于对应于矩阵
Figure BDA0002370638380000051
的Arikan核心或具有相似信道极化效应的矩阵。
将概率分布与目标概率分布匹配可以包括预编码器102基于目标概率分布生成比特和/或符号。此外，这可以包括：由预编码器102(或处理预编码器的输出的信道编码器104)生成的比特和/或符号具有基本上等于目标分布的概率分布，特别是该概率分布具有与目标分布基本上相同的均值和/或方差。例如，码字的多个比特的概率分布与目标概率分布之间的距离可以由库尔巴克-莱布勒(Kullback-Leibler)距离给出。
通信设备110可以容易地被配置为利用极化码的其他修改例如，速率适配(穿孔、缩短和增量冗余方法)和极化码的其他修改(例如奇偶校验(parity check，PC)极化码、循环冗余校验(cyclic redundancy check，CRC)辅助/CA极化码、子极化码)来适配码字的生成。此外，极性变换的冻结比特可以随机或伪随机地选择，其中随机性在编码器和解码器之间共享。
根据一个实施例的用于对消息进行解码的通信设备120包括信道解码器120a，用于根据冻结比特向量f通过基于极性变换对消息进行解码的通信设备110，生成包括信息比特向量e和整形比特向量s的向量d的估计，如将在下面更详细地描述。
图2示出了根据实施例的包括用于实现极性变换的单元104b的信道编码器104的示意图。
在该实施例中，信道编码器104是根据一个实施例的包括解复用器104a和极性变换单元104b的极性编码器。
解复用器104a可以用于将表示预编码消息的向量d与冻结比特向量f组合，以便形成长度为N的向量u。在一个实施例中，所获得的向量u具有以下结构：
ui,i∈包含元素d的I
uj,j∈包含元素f的F
I∪F＝{0,1,...,N-1}
Figure BDA0002370638380000061
即，向量u在索引I处包括d比特(其包括表示消息的信息比特向量e和整形比特向量s)，在索引F处包括在接收机侧(即通信设备120)是已知的冻结比特。然后可以通过使用在单元104b中实现的极性变换将向量u转换为码字c，这可以被看作向量u与N×N极化矩阵的乘积。
图3示出了根据一个实施例的用于对消息进行解码的通信设备120的示意图，该通信设备120包括极性解码器120a，特别是连续消除(successive cancellation，SC)解码器或连续消除列表(successive cancellation list，SCL)解码器120a。
在图3所示的实施例中，SC或SCL极性解码器120a具有四个输入：信道输出向量或接收符号y(也称为“信道解码器输入向量”)，例如对数似然值(Inp1)、冻结比特向量f(Inp2)、信息比特的索引集I(Inp3)和冻结比特的索引集F(Inp4)。此外，SC或SCL极性解码器120a可以具有一个输出，即解码信息比特(Out1)，即表示预编码消息的向量d。
在本发明的实施例中，图2所示的信道编码器104和/或图3所示的SC或SCL解码器120b可以根据实现方式具有附加参数，并且一些输入参数可以是相关的，使得可以根据其他输入参数获得一些输入参数。例如，如果信息比特集I是已知的，那么也可以获得冻结比特索引集F。
图4示出了根据一个实施例在单元104b中实现的长度为N的极性变换的示意图。
在单元104b中实现的长度为N的极性变换可用于通过可连续执行的log2(N)极化步骤生成长度为N的码字或极化码字c。因此，长度为N的极化码字c也可以被视为通过使用长度为N/2的两个极化码获得的码字，如图4所示，其可以在另一个的步骤中进一步极化。
通信设备110还可以包括用于交织码字的多个比特的交织器500和/或调制器，特别是符号映射器502，用于将码字映射到一个或多个符号以在通信信道上传输。
图5示出了根据一个实施例的用于对消息编码的通信设备110的示意图，该通信设备110包括预编码器102、信道编码器104、交织器500和符号映射器502。
在图5所示的实施例中，表示消息的信息比特向量e首先由预编码器102进行处理，该预编码器102生成表示预编码消息的向量d。在该实施例中，表示预编码消息的向量d＝(d0,d1,...,dn)可以由信道编码器104编码，以便生成码字，特别是二进制码字c。在一个实施例中，Pc(1)≠0.5，即二进制码字c可以包含具有不等概率分布的1和0(注意，Pz(a)表示在向量z中元素a出现的概率)。
如上所述，在一个实施例中，预编码器102用于以以下方式生成向量d，即，在由信道编码器104进行信道编码之后，所得码字c在概率分布方面具有某些特征。
在本发明的实施例中，概率分布方面的特征可以描述如下：码字c包括m个子向量(例如相同长度的子向量)c1,...,cm，并且m个子向量中的每一个子向量都具有相应的目标概率，即，
Figure BDA0002370638380000071
在本发明的实施例中，向量d包括信息比特向量e，即信息比特向量e是向量d的子向量，即预编码器102是系统预编码器。这提供了以下优点：在接收机或通信设备120处，不需要预编码操作的反向操作，从而允许较低复杂度的接收机。
此外，二进制码字c可以通过交织器500被混洗或交织，以便获得向量b。然后，向量b可以被馈送到符号映射器502。
符号映射器502可以用于将二进制码字c映射到一个或多个符号以在通信信道上传输。特别地，符号映射器502可以从字母表X输出这些符号。
因此，在该实施例中，符号映射器502的输出向量x具有不均匀的概率分布。
图6示出了预编码器102包括第一子预编码器和第二子预编码器的实施例的示意图。
在本发明的实施例中，长度为N的向量u的m个不同部分以以下的方式生成，使得m个部分中的每一个在其比特中具有某些相关性或不同的概率分布。特别地，m可以对应于高阶调制的比特电平。
特别地，在图6中，示出了m＝2的示例，其中长度为N的向量u由长度为N/2的两个子向量u1和u2组成。可以通过使用第一子预编码器和第二子预编码器生成子向量u1和u2。这可能意味着ui中包括的比特有一些相关性。如果通过在长度为N的单元104b中实现的单个极性变换对[u1 u2]进行编码，那么得到的码字c可以具有上述期望的性质。
子向量u1和u2可以包括信息比特和冻结比特。此外，在本发明的实施例中，子向量u1和u2也可以包括整形比特，其基于信息比特和冻结比特，并且有助于输出分布收敛到目标概率分布。
在图6的上下文中解释的示例性过程也可以扩展到更大的m值。例如，通过将向量u分为m＝4并使用两个额外的极化步骤，可以获得具有四种不同比特分布的单个极化码字c。
图7示出了根据一个实施例的通信设备110的预编码器102的示意图。
在图7所示的实施例中，预编码器102包括两个复用单元102a-1、102a-2、m个子预编码器102b-1、…、102b-m以及解复用单元104a。
预编码器102可以用于将包括信息比特向量e和冻结比特向量f的向量υ分解成m个子向量υi，其中每个子向量υi包括向量ei和向量fi，该向量ei是信息比特向量e的子向量，该向量fi是冻结比特向量f的子向量。
在一个实施例中，复用单元102a-1用于将信息比特向量e分解成m个向量ei，并且复用单元102a-1用于将冻结比特向量f分解成m个向量fi。
在一个实施例中，m个子预编码器102b-1、…、102b-m中的每一个用于基于相应的向量ei、向量fi和相应的目标概率pi，生成表示预编码消息的向量d的相应子向量di中的每一个子向量。
在一个实施例中，解复用单元104a用于通过组合m个子向量di生成表示预编码消息的向量d。
在一个实施例中，预编码器102包括如已在图3的上下文中描述的SC或SCL极性解码器120a。
图8示出了图7所示的m个子预编码器102b-1、…、102b-m中的一个预编码器的详细视图的示意图。
在图8所示的实施例中，子预编码器102b-1包括单元800，该单元800用于基于相应的目标概率pi生成相应的辅助信道解码器输入向量y′i。在一个实施例中，信道解码器输入向量是长度为N的向量(与码字长度相同的长度)，其中元素具有相同的值log(pi/(1-pi))。
此外，在该实施例中，相应的信息比特子向量ei和相应的冻结比特子向量fi在解复用器802中被组合，以便生成向量fi′。构成向量fi′的比特可以被用作子预编码器102b(Inp2)中的SC/SCL解码器804的辅助冻结比特。此外，子预编码器102b-1中的SC/SCL解码器804可以使用相应的辅助信道解码器输入向量y′i作为信道输出向量(Inp1)。SC/SCL极性解码器804的输出可以包括相应的整形比特向量si(Out1)。
此外，解复用单元806可以用于将相应的整形比特向量si连接到相应的信息比特子向量ei，以便生成相应的向量di。
子预编码器102b-1提供了向量d包括e作为子向量的优点，这提供了在接收通信设备120侧容易进行解码的优点。
此外，子预编码器102b-1提供了使用SC或SCL解码器804生成码字c的优点，该码字c已经是极性传输链的一部分，即图3所示的接收通信设备120的解码器120a。换句话说，预编码器102可以通过使用包括通信设备110和通信设备120的芯片上的现有硬件来实现。
图9示出了根据一个实施例的用于对将在通信信道上传输的消息编码的方法900的示意图。
方法900包括以下步骤：基于消息和极性变换，生成902预编码消息，以及基于极性变换将预编码消息编码904为码字，其中，码字包括具有概率分布的多个比特，其中，预编码消息以以下方式被生成，利用与目标概率分布匹配的概率分布生成码字的多个比特。
虽然本公开的特定特征或方面可能相对于几个实现方式或实施例中的仅仅一个实现方式或实施例被公开，但是该特征和方面可以与其他实现方式或实施例的一个或多个其他特征或方面组合，并且也可以是任何给定或特定的应用所期望和对其有利的。此外，对于具体描述或权利要求中使用的词语：“包括”、“具有”、“有”或它们的其他变形，这些词语旨在以与词语“包括”类似的方式表达包含性意味。同样，词语“示例性”、“例如”和“如”仅仅是作为一种示例，而不是最佳或最优的。可以使用术语“耦合”和“连接”以及其派生词。应当理解，这些术语可以用于指示两个元件彼此协作或交互，而不管它们是直接物理接触还是电接触，或者它们彼此不直接接触。
尽管本文已经图示和描述了特定方面，但是本领域普通技术人员将理解，在不脱离本公开的范围的情况下，各种可选的和/或同等的实现方式可以替代所示出和描述的具体方面。本申请旨在涵盖本文中所讨论的具体方面的任何变体或变型。
尽管权利要求中的元素以对应标记的特定顺序叙述记载的，除非权利要求另外暗示用于实现元素中的一些或全部的特定顺序，否则这些元素不一定旨在限制为以该特定顺序实现。
根据上述教导，许多可选方案、修改和变型对本领域技术人员将是显而易见的。当然，本领域技术人员容易认识到，除了本文描述的应用之外，本发明还有许多应用。虽然已经参考一个或多个特定实施例描述了本发明，但是本领域技术人员认识到，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行许多改变。因此，应当理解，在所附权利要求书及其等同物的范围内，本发明可以以不同于本文具体描述的方式实施。

Claims (20)

1.一种用于对将在通信信道上传输的消息编码的通信设备(110)，其中，所述通信设备(110)包括：
预编码器(102)，用于基于所述消息和极性变换生成预编码消息；以及信道编码器(104)，用于基于所述极性变换将所述预编码消息编码为码字，其中，所述码字包括具有概率分布的多个比特；其中，所述预编码器(102)用于生成所述预编码消息，使得所述信道编码器(104)利用与目标概率分布匹配的所述概率分布生成所述码字的多个比特。
2.根据权利要求1所述的通信设备(110)，其中，所述预编码器(102)是系统预编码器，即，所述预编码消息包括所述消息。
3.根据权利要求1或2所述的通信设备(110)，其中，所述通信设备(110)还包括用于交织所述码字的所述多个比特的交织器(500)和/或调制器，特别是符号映射器(502)，用于将所述码字映射到一个或多个符号以在所述通信信道上传输。
4.根据前述权利要求中任一项所述的通信设备(110)，其中，所述极性变换用于将冻结比特向量f作为输入，并且其中，所述预编码器(102)用于基于所述消息和所述冻结比特向量f生成所述预编码消息。
5.根据权利要求4所述的通信设备(110)，其中，所述预编码器(102)用于使用一个或多个极性解码器，特别是连续消除解码器或连续消除列表解码器(120a)，生成所述预编码消息。
6.根据权利要求4或5所述的通信设备(110)，其中，所述预编码器(102)用于将向量υ作为输入，所述向量υ包括表示所述消息的信息比特向量e和所述冻结比特向量f，并且其中，所述预编码器(102)用于将所述向量υ分解成m个子向量υi。
7.根据权利要求6所述的通信设备(110)，其中，所述预编码器(102)包括m个子预编码器(102b-1，102b-m)，其中，每个子预编码器(102b-1，102b-m)用于生成表示所述预编码消息的向量d的相应的子向量di。
8.根据权利要求7所述的通信设备(110)，其中，所述预编码器(102)用于基于由相应的所述子预编码器(102b-1，102b-m)生成的所述相应的子向量di，生成表示所述预编码消息的向量d。
9.根据权利要求7或8所述的通信设备(110)，其中，每个子预编码器(102b-1，102b-m)包括极性解码器，特别是连续消除解码器或连续消除列表解码器(804)。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的通信设备(110)，其中，所述向量υ的每个子向量υi包括向量ei和向量fi，所述向量ei是所述信息比特向量e的子向量，所述向量fi是所述冻结比特向量f的子向量，并且其中，每个子预编码器(102b-1，102b-m)用于基于相应的信息比特子向量ei和相应的冻结比特子向量fi，生成表示所述预编码消息的所述向量d的相应的子向量di。
11.根据权利要求10所述的通信设备(110)，其中，所述目标概率分布包括多个目标概率pi，并且其中，每个子预编码器(102b-1，102b-m)用于基于所述相应的目标概率pi生成相应的辅助信道解码器输入向量yi′。
12.根据权利要求11所述的通信设备(110)，其中，每个子预编码器(102b-1，102b-m)还用于基于所述相应的信息比特子向量ei和所述相应的冻结比特子向量fi，生成辅助冻结比特子向量fi′。
13.根据权利要求12所述的通信设备(110)，其中，每个子预编码器(102b-1，102b-m)包括极性解码器，特别是连续消除解码器或连续消除列表解码器(804)，所述极性解码器用于基于所述相应的辅助信道解码器输入向量yi′和所述相应的辅助冻结比特子向量fi′生成相应的整形比特向量si，并且其中，每个子预编码器(102b-1，102b)用于基于所述相应的信息比特子向量ei和所述相应的整形比特向量si生成表示所述预编码信息的所述向量d的所述相应的子向量di。
14.根据权利要求13所述的通信设备(110)，其中，每个子预编码器(102b-1，102b-m)用于通过将所述相应的整形比特向量si与所述相应的信息比特子向量ei相连接，基于所述相应的信息比特子向量ei和所述相应的整形比特向量si，生成表示所述预编码消息的所述向量d的所述相应的子向量di。
15.一种用于对将在通信信道上传输的消息编码的方法(900)，其中，所述方法(900)包括：基于所述消息和极性变换，生成(902)预编码消息；以及
基于所述极性变换将所述预编码消息编码(904)为码字，其中，所述码字包括具有概率分布的多个比特；其中，所述预编码消息以以下方式被生成，利用与目标概率分布匹配的所述概率分布生成所述码字的多个比特。
16.一种计算机程序，包括程序代码，当在计算机或处理器上执行时，用于执行权利要求15所述的方法(900)。
17.一种用于对在通信信道上接收的消息解码的通信设备(120)，其中，所述通信设备(120)包括：信道解码器(120a)，用于根据冻结比特向量f通过极性变换对所述消息解码，生成包括信息比特向量e和整形比特向量s的向量d的估计。
18.根据权利要求17所述的通信设备(120)，其中，所述信道解码器(120a)用于丢弃所述整形比特向量s。
19.根据权利要求17所述的通信设备，其特征在于，所述信道解码器用于基于所述向量d的所述估计生成序列s′，并在所述序列s′不等于所述整形比特向量s的情况下，输出错误消息。
20.根据权利要求19所述的通信设备(120)，其中，所述信道解码器(120a)包括列表解码器，所述列表解码器用于通过选择所述序列s′等于所述整形比特向量s的码字，从码字列表中选择相应的码字。
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