CN114616773A

CN114616773A - 分布匹配器及分布匹配方法

Info

Publication number: CN114616773A
Application number: CN201980101836.1A
Authority: CN
Inventors: 罗纳尔多·伯恩克; 欧纽尔凯·伊斯坎; 许文
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2019-10-28
Filing date: 2019-10-28
Publication date: 2022-06-10
Also published as: WO2021083488A1

Abstract

本发明提供了一种分布匹配器。所述分布匹配器用于基于多个目标概率分布将输入序列映射到输出序列上，其中，所述输出序列中的每个元素具有对应的目标概率分布，并且其中，所述输出序列中的至少两个元素具有不同的目标概率分布。本发明还提供了一种包括分布匹配器的设备。例如，所述设备可以将多个输入序列映射到多个输出序列上，其中，至少一个输入序列是使用所述分布匹配器映射的，并且其中，控制序列取决于至少一个输出序列。

Description

分布匹配器及分布匹配方法

技术领域

本公开大体上涉及分布匹配领域。具体地，本发明涉及一种例如基于一个或多个目标概率分布将输入序列映射到输出序列上的分布匹配器和分布匹配方法。本公开还涉及一种包括分布匹配器的设备，以及一种用于例如通过使用一个或多个分布匹配器将输入序列映射到输出序列上的方法。

背景技术

传统的分布匹配器利用给定目标概率分布P(x)将均匀分布的输入符号序列b映射到输出符号序列x上，从而可用于模拟离散无记忆信源(discrete memoryless source，DMS)。

一种应用场景是在噪声信道上进行可靠的数据传输。为了实现信道容量，信道输入符号通常需要具有非均匀分布。例如，对于具有平均功率约束的加性白高斯噪声(additive white Gaussian noise，AWGN)信道，最佳输入分布是高斯分布，实际上，它可以通过离散麦克斯韦-玻尔兹曼分布(Maxwell-Boltzmann distribution)很好地近似。相反，如在许多实际通信系统中一样使用均匀的符号分布，会导致高达1.53dB的整形损耗。

传统的分布匹配也称为信号整形。有许多不同的方法，例如壳映射、格栅整形、恒定成分分布匹配(constant composition distribution matching，CCDM)、多成分分布匹配(multi-composition distribution matching，MCDM)以及位级或乘积分布匹配。

传统的设备和方法具有以下缺点：

·最佳分布匹配器(如壳映射)对于大符号字母表具有很高的复杂性，并且仅适用于短块长度。

·为了降低CCDM中的复杂性，将输出序列x限制在某个子集上，会导致对于短块长度的表现较差。

·通过使用二进制分布匹配器进行位级整形，可以降低对于大符号字母表的复杂性，但现有方案只能通过乘积分布来近似目标分布P(x)。

发明内容

鉴于上述问题和缺点，本发明实施例旨在改进传统分布匹配器、设备和方法。目的是提供一种使用新颖分布匹配方案的分布匹配器和对应的方法，该方案可以生成具有低复杂性的任意符号分布，并且对于任何序列长度，表现接近最佳。具体地，复杂性应(仅)随着输出字母表A的大小而呈对数增长。

本发明的目的是通过所附独立权利要求书中提供的方案实现的。从属权利要求中进一步定义了本发明的有利实现方式。

本发明的第一方面提供了一种分布匹配器，所述分布匹配器用于基于多个目标概率分布将输入序列映射到输出序列上，其中，所述输出序列中的每个元素具有对应的目标概率分布，并且其中，所述输出序列中的至少两个元素具有不同的目标概率分布。

分布匹配器可以是或可以并入电子设备(例如，通信系统的发射机)。例如，分布匹配器可以获得输入序列b。输入序列b可以具有k个符号。分布匹配器可以将具有k个符号的输入序列b映射到具有n个符号、具有目标分布P(x)的输出序列x上。

分布匹配器可以包括电路。电路可以包括硬件和软件。硬件可以包括模拟电路或数字电路，或模拟电路和数字电路两者。在一些实施例中，电路包括一个或多个处理器以及与一个或多个处理器连接的非易失性存储器。所述非易失性存储器可携带可执行程序代码，所述可执行程序代码当由所述一个或多个处理器执行时，使所述分布匹配器执行本文描述的操作或方法。

第一方面所述的分布匹配器使用分布匹配方案，所述方案可以生成具有低复杂性的任意符号分布，并且对于任何序列长度，表现接近最佳。具体地，复杂性仅随着输出字母表A的大小而呈对数增长。因此，提供了一种改进的分布匹配器。

在第一方面的一种实现方式中，至少一个目标概率分布可基于控制序列配置。

所述控制序列是定义分布匹配器的操作的外部信号。

具体地，所述控制序列可以是例如由分布匹配器选择的码字(例如，码字可以先前由分布匹配器生成，码字可以从另一个分布匹配器接收等)。

所述控制序列的另一个示例是包含并行信道的信道状态信息的序列，所述序列需要不同的目标概率分布。

所述控制序列还可以对应于来自通信系统中预期接收器的反馈信号。

例如，目标符号分布P(x)可以由例如一组(m个)条件分布P(c_i|c₁ ... c_i–1)表示。此外，分布匹配器可以根据目标分布P(c_i|c₁ ... c_i–1)选择码字c_i，所述目标分布取决于先前选择的码字c₁ ... c_i–1。

在第一方面的另一种实现方式中，所述分布匹配器包括信道解码器，具体为极化解码器、低密度奇偶校验(low-density parity-check，LDPC)解码器或卷积解码器。

具体地，所述分布匹配器可以通过使用信道解码器或使用包括信道解码器的设备将所述输入序列映射到所述输出序列上。

所述信道解码器使得能够使用低复杂性设备高效地实现分布匹配方案。

在第一方面的另一种实现方式中，所述信道解码器用于接收信道解码器输入序列，其中，所述信道解码器输入序列是所述目标概率分布的函数。

在第一方面的另一种实现方式中，所述信道解码器是极化解码器，其中，至少一个冻结符号由所述输入序列定义。

极化解码提供了分布匹配方案的特别高效的实现方式。

在第一方面的另一种实现方式中，所述分布匹配器包括恒定成分分布匹配(constant composition distribution matching，CCDM)、多成分分布匹配(multi-composition distribution matching，MCDM)或壳映射器。

因此，第一方面的分布匹配器与各种传统技术兼容。

本发明的第二方面提供了一种用于将多个输入序列映射到多个输出序列上的设备，所述设备包括根据第一方面的任一种实现方式的分布匹配器，其中，至少一个输入序列是使用所述分布匹配器映射的，并且其中，控制序列取决于至少一个输出序列。

通过使用第一方面所述的分布匹配器，实现了上述所有优点和效果。所述设备可以是包括分布匹配器的电子设备(例如，所述设备可以是通信系统的发射机设备)。

所述设备可以通过执行以下操作将具有k个符号的输入序列b映射(例如，所述设备可以包括分布匹配器，如多级分布匹配器)到具有n个符号、具有目标分布P(x)的输出序列x上：

·用m个条件分布P(c_i|c₁ ... c_i–1)表示目标符号分布P(x)。

·将输入序列b划分为m个子序列b₁ ... b_m。

·将分布匹配器应用于每个子序列b_i，该分布匹配器根据目标分布P(c_i|c₁ ...c_i–1)选择码字c_i，所述目标分布取决于先前选择的码字c₁ ... c_i–1。

·将得到的码字c₁ ... c_m映射到输出符号序列x上。

在一些实施例中，符号字母表A中的元素可以与不同的标签相关联。

在一些实施例中，子序列b₁ ... b_m中的符号数量可以根据不同的标准进行优化。

在一些实施例中，可以使用不同的分布匹配算法来生成码字c₁ ... c_m。

在一些实施例中，每个级可以提供由后续分布匹配器使用的一组参数(例如，与指示每个候选的可能性的参数相关联的c_i的候选列表)，而不是单个码字c_i。

在一些实施例中，设备可以在不同的位级中使用不同的信道解码算法。例如，在一些位级中可以使用SC解码器，而在其它位级中使用具有不同列表大小的SCL解码器。解码器还可以利用不同的近似法(例如，最小和、LLR的削波或量化等)。

在一些实施例中，其它分布匹配算法(例如，壳映射、枚举球体整形、CCDM或MCDM)可以在至少一个位级中使用。例如，壳映射可用于整形一个位级或联合地整形多个位级。还可以进一步划分输入序列b_i，并将不同的分布匹配器应用于每个得到的子序列，例如，以便降低复杂性或增加吞吐量。

设备可以包括电路。电路可以包括硬件和软件。硬件可以包括模拟电路或数字电路，或模拟电路和数字电路两者。在一些实施例中，电路包括一个或多个处理器以及与一个或多个处理器连接的非易失性存储器。所述非易失性存储器可携带可执行程序代码，当所述一个或多个处理器执行所述可执行程序代码时，使所述设备执行本文描述的操作或方法。

在第二方面的一种实现方式中，所述设备还用于将所述输入序列依次映射到所述输出序列上，使得每个控制序列取决于先前生成的输出序列。

在第二方面的另一种实现方式中，所述设备还用于将所述输出序列映射到符号序列上。

在第二方面的另一种实现方式中，所述符号序列中的每个元素基于所述输出序列的预定义位置中的元素。

在第二方面的另一种实现方式中，所述输入序列对应于第一输入序列的子序列。

本发明的第三方面提供了一种用于将输入消息多级分布匹配到包括信息位的输出符号序列的设备，所述设备用于：将所述输入消息分成多个子消息；对第一子消息应用第一分布匹配，以获得第一码字；对每个后续子消息依次应用相应后续分布匹配，以获得相应后续码字，其中，每个后续分布匹配是基于从先前应用的分布匹配获得的一个或多个码字选择的；将所述码字映射到对应的符号中。

第三方面所述的设备可以基于第二方面所述的设备。例如，第三方面所述的设备可以是第二方面所述的设备，用于将输入消息多级分布匹配到输出符号序列。

在第三方面的一种实现方式中，所述设备还用于获取所述符号序列的目标分布，其中，所述目标分布由多个位概率组成，并且其中，应用于相应子消息的每个分布匹配根据多个位概率中的一个位概率获得相应码字。

在第三方面的另一种实现方式中，每个后续分布匹配的位概率取决于从先前应用的分布匹配获得的一个或多个码字。

在第三方面的另一种实现方式中，应用于所述第一子消息的所述第一分布匹配基于均匀分布，并且其中，每个后续分布匹配基于非均匀分布。

在第三方面的另一种实现方式中，所述目标分布基于由多个条件对数似然比(log-likelihood ratio，LLR)组成的LLR，并且其中，每个相应后续分布匹配的位概率基于所述多个条件LLR中的一个条件LLR。

在第三方面的另一种实现方式中，相应后续分布匹配的每个条件LLR取决于从先前应用的分布匹配获得的一个或多个码字。

在第三方面的另一种实现方式中，至少一个分布匹配基于信道解码器。

在第三方面的另一种实现方式中，所述信道解码器基于极化解码器，具体为串行抵消(successive cancellation，SC)解码器，或串行抵消列表(successive cancellationlist，SCL)解码器。

在第三方面的另一种实现方式中，所述设备还用于为所述多个子消息中的每个子消息分配由所述信道解码器确定的整形位序列，并且其中，所获得的码字取决于信道解码器的类型和分配的整形位的数量。

在第三方面的另一种实现方式中，至少一个分布匹配基于：

-壳映射，

-枚举球体整形，

-CCDM，

-MCDM。

在第三方面的另一种实现方式中，所述设备还用于将所述多个子消息分类为第一组子消息和第二组子消息，并对所述第一组子消息应用第一类型的分布匹配，具体为信道解码器，并对所述第二组子消息应用不同于第一类型的分布匹配的第二类型的分布匹配。

在第三方面的另一种实现方式中，所述设备基于通信系统的发射机设备。

本发明的第四方面提供了一种用于分布匹配器的方法，所述方法包括：基于多个目标概率分布将输入序列映射到输出序列上，其中，所述输出序列中的每个元素具有对应的目标概率分布，并且其中，所述输出序列中的至少两个元素具有不同的目标概率分布。

在第四方面的一种实现方式中，至少一个目标概率分布可基于控制序列配置。

在第四方面的另一种实现方式中，所述分布匹配器包括信道解码器，具体为极化解码器、低密度奇偶校验(low-density parity-check，LDPC)解码器或卷积解码器。

在第四方面的另一种实现方式中，所述方法还包括接收信道解码器输入序列，其中，所述信道解码器输入序列是所述目标概率分布的函数。

在第四方面的另一种实现方式中，所述信道解码器是极化解码器，其中，至少一个冻结符号由所述输入序列定义。

在第四方面的另一种实现方式中，所述分布匹配器包括恒定成分分布匹配(constant composition distribution matching，CCDM)、多成分分布匹配(multi-composition distribution matching，MCDM)或壳映射器。

第四方面及其实现方式所述的方法能够实现与上述第一方面所述的分布匹配器相同的优点和效果。

本发明的第五方面提供了一种用于设备的方法，所述方法包括将多个输入序列映射到多个输出序列上，其中，至少一个输入序列是根据第四方面的任一实现方式映射的，并且其中，所述控制序列取决于至少一个输出序列。

在第五方面的一种实现方式中，所述方法还包括将所述输入序列依次映射到所述输出序列上，使得每个控制序列取决于先前生成的输出序列。

在第五方面的另一种实现方式中，所述方法还包括将所述输出序列映射到符号序列上。

在第五方面的另一种实现方式中，所述符号序列中的每个元素基于所述输出序列的预定义位置中的元素。

在第五方面的另一种实现方式中，所述输入序列对应于第一输入序列的子序列。

第五方面及其实现方式所述的方法能够实现与上述第二方面所述的设备相同的优点和效果。

本发明的第六方面提供了一种用于将输入消息多级分布匹配到包括信息位的输出符号序列的方法，所述方法包括：将所述输入消息分成多个子消息；对第一子消息应用第一分布匹配，以获得第一码字；对每个后续子消息依次应用相应后续分布匹配，以获得相应后续码字，其中，每个后续分布匹配是基于从先前应用的分布匹配获得的一个或多个码字选择的；将所述码字映射到对应的符号中。

在第六方面的一种实现方式中，所述方法还包括获取所述符号序列的目标分布，其中，所述目标分布由多个位概率组成，并且其中，应用于相应子消息的每个分布匹配根据多个位概率中的一个位概率获得相应码字。

在第六方面的另一种实现方式中，每个后续分布匹配的位概率取决于从先前应用的分布匹配获得的一个或多个码字。

在第六方面的另一种实现方式中，应用于所述第一子消息的所述第一分布匹配基于均匀分布，并且其中，每个后续分布匹配基于非均匀分布。

在第六方面的另一种实现方式中，所述目标分布基于由多个条件LLR组成的LLR，并且其中，每个相应后续分布匹配的位概率基于所述多个条件LLR中的一个条件LLR。

在第六方面的另一种实现方式中，相应后续分布匹配的每个条件LLR取决于从先前应用的分布匹配获得的一个或多个码字。

在第六方面的另一种实现方式中，至少一个分布匹配基于信道解码器。

在第六方面的另一种实现方式中，所述信道解码器基于极化解码器，具体为SC解码器，或SCL解码器。

在第六方面的另一种实现方式中，所述方法还包括为所述多个子消息中的每个子消息分配由所述信道解码器确定的整形位序列，并且其中，所获得的码字取决于信道解码器的类型和分配的整形位的数量。

在第六方面的另一种实现方式中，至少一个分布匹配基于：

-壳映射，

-枚举球体整形，

-CCDM，

-MCDM。

在第六方面的另一种实现方式中，所述方法还包括将所述多个子消息分类为第一组子消息和第二组子消息，并对所述第一组子消息应用第一类型的分布匹配，具体为信道解码器，并对所述第二组子消息应用不同于第一类型的分布匹配的第二类型的分布匹配。

在第六方面的另一种实现方式中，所述方法用于通信系统的发射机设备。

本发明的第七方面提供了一种计算机程序，所述计算机程序当由计算机执行时，使第四方面和/或第五方面和/或第六方面和/或它们的实现方式中的一个所述的方法被执行。

在一些实施例中，计算机程序可以提供在非瞬时性计算机可读记录介质上。

需要说明的是，本申请中描述的所有设备、元件、单元和模块可以在软件或硬件元件或其任何类型的组合中实现。本申请中描述的各种实体执行的所有步骤以及所描述的将由各种实体执行的功能旨在表明相应的实体适于或用于执行相应的步骤和功能。

虽然在以下具体实施例的描述中，由外部实体执行的特定功能或步骤没有在执行该特定步骤或功能的该实体的具体详述元件的描述中反映，但是技术人员应该清楚，这些方法和功能可以在相应的硬件或软件元件或其任何组合中实现。

附图说明

结合所附附图，下面具体实施例的描述阐述上述本发明的各方面及实现方式，其中

图1是本发明实施例提供的分布匹配器的示意图；

图2是本发明实施例提供的用于将多个输入序列映射到多个输出序列上的设备的示意图；

图3A至图3C示例性地示出了目标概率分布(图3A)、示例性条件位概率(图3B)和示例性条件LLR(图3C)；

图4是本发明实施例提供的用于多级分布匹配器的设备的示意图；

图5是包括极化解码器的分布匹配器的示意图；

图6A和图6B示出了使用n＝256的5G NR极化码通过在每级中使用[0,21,195]个整形位生成的分布；

图7A和图7B示出了使用n＝256的5G NR极化码通过在每级中使用[7,27,145]个整形位生成的分布；

图8A和图8B示出了使用n＝256的5G NR极化码通过在每级中使用[0,11,165]个整形位生成的分布；

图9是包括CCDM和信道解码器的设备的示意图；

图10是本发明实施例提供的分布匹配器的方法的流程图；

图11是本发明实施例提供的用于设备的方法的流程图；

图12示出了传统位级分布匹配的示意性图示；

图13示出了使用传统信道解码器进行分布匹配的示意性图示。

具体实施方式

例如，本发明的实施例可以在以下将简要描述的分布匹配方法中实现。为了便于说明，假设由k个位组成的二进制输入序列b和由n个符号组成的输出序列x是根据目标分布P(x)从基数为2^m的字母表A绘制的。

壳映射或枚举球体整形：字母表A中的每个元素与一定的权重相关联，然后将2^k个可能的输入序列b映射到具有最小和权重的输出序列x上。使平均发射功率最小化的经典权重函数由符号能量|x|²给出，而散度最佳分布匹配器可以通过使用自信息–log P(x)作为权重函数获得。壳映射和枚举球体整形主要不同之处在于序列索引的方式。

将所有2^k个可能的输出序列快速存储在查找表中变得不可行。有几种实现方式在存储与计算复杂性之间提供了不同的权衡。对于基于格栅的高效近似法，所需的内存是序列长度n的二次方，每个符号的位操作数量与字母表大小2^m成正比。

格栅整形：该方案与卷积信道码密切相关。每个序列x由格栅结构中的路径表示。Viterbi算法可用于找到对应于输入位b的具有最小和权重的序列。

恒定成分分布匹配(CCDM)：此处，目标分布P(x)通过具有相同成分的序列近似，其中，字母表A中的每个符号在x中正好出现n_x≈n·P(x)次。对于二进制符号字母表，这对应于n中取m码。CCDM可以使用算术编码高效地实现，并对于大块长度n接近目标分布。

多成分分布匹配(MCDM)：这是CCDM的扩展，也可以使用算术编码实现。顾名思义，它支持具有不同成分的序列获得更好的目标分布近似。

位级或乘积分布匹配：字母表A中的每个元素x都可以与二进制标签c₁ ... c_m相关联。m＝3的一个示例在表1中示出，其中，标签c₁ ... c_m对应于x的二进制表示。

表1：m＝3的自然标记

x	0	1	2	3	4	5	6	7
									c<sub>1</sub>	0	1	0	1	0	1	0	1
c<sub>2</sub>	0	0	1	1	0	0	1	1
									c<sub>3</sub>	0	0	0	0	1	1	1	1

为了降低非二进制符号字母表的分布匹配的复杂性，m个位级通过使用二进制分布匹配器独立地整形，并随后映射到输出序列x上，如图12的图示1200所示。图12的图示1200示出了传统的位级分布匹配的示意性图示，其中，输入序列b 1210然后被映射到输出序列x1220上。此外，由于位级是独立分布的，这表示目标分布P(x)通过位级分布P(c_i)(其中，i＝1 ... m)的乘积近似。

基于信道解码的二进制分布匹配：与信道编码器类似，分布匹配器为均匀分布的输入序列b添加了冗余，但b与输出c之间的映射通常不是线性的。但是，信道解码器可以用于该任务，如图13的图示1300所示。图示1300示出了使用传统信道解码器用于分布匹配的示意性图示。目标分布由对数似然比(log-likelihood ratio，LLR)的序列L(c)＝[L(c₁)...L(c_n)]1330表示，该序列可根据等式(1)确定：

码字c 1320取决于输入序列b 1310和附加整形位s 1340。对于具有生成矩阵G的线性码，码字可以表示为c＝[b s]·G。对于给定的输入序列b 1310，信道解码器尝试选择整形位s 1340，使得得到的码字c 1320最可能用于表示目标分布的LLR L(c)1330。

图1是本发明实施例提供的分布匹配器100的示意图。

分布匹配器100用于基于多个目标概率分布P(121)、P(122)和P(123)将输入序列110映射到输出序列120上，其中，输出序列120中的每个元素121、122、123具有对应的目标概率分布P(121)、P(122)、P(123)，并且其中，输出序列120的至少两个元素121、122、123具有不同的目标概率分布P(121)、P(122)、P(123)。

例如，分布匹配器100可以是通信系统的发射机设备，也可以结合在通信系统的发射机设备中。此外，输出序列120中的元素121具有对应的目标概率分布P(121)，输出序列120中的元素122具有对应的目标概率分布P(122)，并且输出序列120中的元素123具有对应的目标概率分布P(123)。

与位级分布匹配类似，分布匹配器100可以将输入序列b 110划分为m个子序列b₁... b_m(例如，用附图标记121、122、123等表示)。此外，位级可以不是独立地整形的，而是根据先前位级中分布匹配器的输出依次整形的。

分布匹配器100可以包括电路(图1中未示出)。电路可以包括硬件和软件。硬件可以包括模拟电路或数字电路，或模拟电路和数字电路两者。在一些实施例中，电路包括一个或多个处理器以及与一个或多个处理器连接的非易失性存储器。所述非易失性存储器可携带可执行程序代码，所述可执行程序代码当由所述一个或多个处理器执行时，使分布匹配器100执行本文描述的操作或方法。

图2是本发明实施例提供的用于将多个输入序列110、210映射到多个输出序列120、220上的设备200的示意图。

设备200包括分布匹配器100。设备200可以将多个输入序列110、210映射到多个输出序列120、220上，其中，至少一个输入序列110是使用分布匹配器100映射的，并且其中，控制序列201取决于至少一个输出序列220。

例如，设备200可以(最初)由分布匹配器230创建输出序列220。分布匹配器230可以是某种类型的映射器(分布匹配器230可以例如与分布匹配器100相同或相似，它可以是另一种类型的分布匹配器等)。然后，输出序列220可以用作用于分布匹配器100的控制序列201。换句话说，控制序列201是分布匹配器100的输入，并取决于输出序列220。

例如，设备200可以包括分布匹配器100。此外，类似于位级分布匹配，输入序列b110被划分为m个子序列b₁ ... b_m(可用附图标记121、122、123等表示)。位级可以不是独立地整形的，而是根据先前位级中分布匹配器的输出依次整形的。

在丢失一般性的情况下，可以假设序列c_i以i＝1,2,...,m的顺序生成。

对于与字母表A中的元素x相关联的任何二进制标记，目标符号分布可以根据等式(2)分解为条件位概率：

条件位概率由以下公式给出：

并且联合概率可以根据等式(4)通过目标分布的边缘化来计算：

其中，求和超过A中具有固定二进制标签c₁ ... c_i的所有符号x。

设备200可以包括电路(图2中未示出)。电路可以包括硬件和软件。硬件可以包括模拟电路或数字电路，或模拟电路和数字电路两者。在一些实施例中，电路包括一个或多个处理器以及与一个或多个处理器连接的非易失性存储器。所述非易失性存储器可携带可执行程序代码，当所述一个或多个处理器执行所述可执行程序代码时，使所述设备执行本文描述的操作或方法。

表1中的自然标记的示例如图3A至图3C所示。

现在参考图3A、图3B和图3C，其中，图3A示出了目标符号分布(即，示例性目标概率分布)，图3B示出了示例性条件位概率，图3C示出了示例性条件LLR。

需要说明的是，在该示例中，第一位级中的位c₁均匀分布，P(c₁＝0)＝P(c₁＝1)＝0.5，因此，这些位可能不需要分布匹配器，并且可以简单地设置c₁＝b₁。与此相反，c₂的条件分布取决于c₁，并且c₃的条件分布取决于c₁和c₂。

现在使用二进制分布匹配器以i＝1,2,...,m的顺序生成序列c_i。例如，对于基于信道解码器(例如，图13的图示1300所示的信道解码器)的分布匹配器100，可能(仅)需要替换输入LLR L(c_i)，并对于图3A中的目标符号分布，根据等式(5)通过条件LLR表示目标分布：

这在图3C中示出。需要说明的是，码字c_i中的位通常具有不同的分布，这取决于码字c₁ ... c_i–1中的对应位。

例如，目标概率分布和/或条件位概率和/或示例性条件LLR可以例如由分布匹配器100和/或设备200用于将输入序列110映射到输出序列120上。

现在参考图4，图4是本发明实施例提供的用于多级分布匹配器的设备200的示意图。

图4的设备200用于多级分布匹配器。设备200包括分布匹配器1(例如，它基于分布匹配器100)、用附图标记410表示的分布匹配器2和用附图标记420指示的分布匹配器m。

此外，控制序列201取决于分布匹配器100的输出序列120。

设备200(例如，图4所示的所提出的多级分布匹配器和/或分布匹配器100)可以提供以下优点：

·它可以使用简单的二进制分布匹配器生成任意符号分布P(x)。

·具体地，分布匹配器可以基于当前或未来通信标准中使用的标准信道码。

·与现有的位级分布匹配器相比，符号的二进制标记可以是任意的，并且目标分布P(x)不是通过独立位级分布P(c_i)的乘积近似的。

·复杂性随整形的位级的数量线性增长，因此最多与符号字母表A的大小呈对数增长。

此外，(例如，分布匹配器100和/或设备200)可以满足以下条件：

·如上面的示例(在图3A至图3C中)所述，如果目标条件位概率(至少近似地)对应于均匀分布，则一些位级可能不需要被整形，这进一步降低了复杂性。

·如果位级(近似)独立分布，则对应的码字c_i可以由独立分布匹配器并行生成，或由支持具有不同分布的输出符号的单个分布匹配器联合生成。

·不同的分布匹配算法可以组合以生成输出序列c₁ ... c_m。例如，可以在某些位级中使用壳映射或CCDM，并且在其它位级中使用基于信道解码的分布匹配器。

·例如，通过将候选列表传递到后续位级并从这些列表中联合地选择输出序列c₁... c_m，可以提高性能。

·如果符号字母表A小于2^m，则可以引入一些目标概率为零的、永远不会被分布匹配器选择的附加虚拟符号。

·尽管为了简单起见，集中描述了在二进制分布匹配器和大小为2^m的符号字母表，但该想法可以自然地扩展到更一般的情况，其中，序列c_i中的至少一个取自非二进制字母表。

·符号x可以表示任意集合A中的元素。例如，这些元素可以从实数或复数中选择，或者它们可以表示符号序列或不同函数(例如，通信系统中的时间连续发射信号)。

·附加操作(例如，交织、加扰、打孔)可以应用于输入或输出序列中的至少一个。

·输入序列b可以包含一些冗余(例如，以便保护对应的消息免受噪声信道上的传输错误影响)。

现在参考图5，图5是包括极化解码器510的分布匹配器100的示意图。

在图5的实施例中，分布匹配器100(例如，图4的分布匹配器100)使用极化解码器实现。

极化码通过根据c＝u·G使用极化变换矩阵G将长度为n的输入序列u映射到长度为n的码字c上而构造。矩阵G可以例如基于对核

递归地应用克罗内克尔(Kronecker)积而构造。如果假设在先前步骤中的决策正确，基于由LLR L(c)表示的码字c的噪声观察对u中的元素进行连续解码，则可以观察到极化效应：对于大的n，得到的子信道往往具有非常高或非常低的可靠性。对于给定的传输信道，可靠性的顺序可以以数值方式确定，并存储在序列Q中。或者，可以定义近似于一组传输信道的最佳顺序的通用序列Q，如在5G新空口(newradio，NR)规范中。对于数据传输，u中对应于k个最可靠子信道的元素通常用于表示要传输的消息，并且剩余的n–k个子信道被冻结为解码器已知的固定值(例如，零)。需要说明的是，通过用更好的极化解码器(例如，串行抵消列表解码器)替换简单的串行抵消解码器，可以提高性能。

对于图5的分布匹配器100，也可以使用任何标准的极化解码器。例如，最可靠的子信道可以保留用于由解码器确定的整形位s_i，该子信道由解码器确定，而剩余的(冻结)子信道可以由输入序列b_i确定。然后，通过将表示目标分布的条件LLR L(c_i|c₁ ... c_i–1)解释为对接收到的码字的噪声观测。输出序列c_i的所得分布取决于解码器类型(例如，具有特定列表大小的SC或SCL)和整形位的数量，整形位的数量可以被优化，以便获得目标分布的最佳近似(例如，基于Kullback-Leibler散度)。

为了证明该方法的可行性，并且在不限制本公开的情况下，在下文中，一些示例性分布(例如，在图6A、图6B、图7A、图7B、图8A和图8B中)基于长度为n＝256的5G NR极化码通过在每个级中使用列表大小为8的SCL解码而呈现。分布匹配器100和/或设备200可以生成分布，例如，分布匹配器100和/或设备200可以基于分布将输入序列映射到输出序列上。

现在参考图6A和图6B，图6A和图6B示出了使用n＝256的5G NR极化码通过在每级中使用[0,21,195]个整形位生成的分布。图6A示出了针对图3A中的目标分布生成的符号分布，图6B示出了针对三个位级生成的分布。

针对图3A中的目标分布生成的符号分布具有符号的自然标记，其中，0、21和195分别用作位级1、2和3中的整形位。如前所述，在第一个位级中不需要整形，因此可以直接设置c₁＝b₁。生成的符号分布几乎等于目标分布。分布匹配器的速率(即每个输出符号的输入位的数量)为2.16位/符号，这非常接近目标分布2.21位/符号的熵。该示例表明，所提出的多级分布匹配器可以生成无法由独立位的乘积分布表示的符号分布。

现在参考图7A和图7B，图7A和图7B示出了使用n＝256的5G NR极化码通过在每级中使用[7,27,145]个整形位生成的分布。图7A示出了目标符号分布和生成的符号分布，图7B示出了针对三个位级生成的分布。

该示例呈现了另一个没有任何对称性的目标分布。需要说明的是，在这种情况下，所有三个位级都需要被整形。生成的符号分布再次几乎等于目标分布。分布匹配器的速率为2.30位/符号，这非常接近目标分布2.36位/符号的熵。

现在参考图8A和图8B，图8A和图8B示出了使用n＝256的5G NR极化码通过在每级中使用[0,11,165]个整形位生成的分布。图8A示出了目标符号分布和生成的符号分布，图8B示出了针对三个位级生成的分布。

在图8A和图8B中，考虑与图7A和图7B中相同的目标分布，但现在对符号使用灰色标记。生成的符号分布仍然与目标分布几乎完美匹配，分布匹配器的速率略微提高到2.31位/符号。

在优选实施例的一个版本中，由SCL解码器在第i位级中生成的码字c_i的候选列表可以与对应的路径度量一起传递到后续位级。从先前位级接收的候选列表可用于生成SCL解码器的输入，例如，表示目标分布的条件LLR序列L(c_i|c₁ ... c_i–1)的列表，所述目标分布取决于先前位级中的码字。

现在参考图9，图9是包括第一位级的CCDM 910和信道解码器100的设备200的示意图。

设备200可以在不同的位级中使用不同的信道解码算法。例如，设备200可以在至少一个位级中使用CCDM 910。由于c₁中1和0的数量分别固定为n₁＝m和n₀＝n–m，因此假设对于第一位级，任意序列

具有该性质，第二分布匹配器100可以生成输出序列

然后，根据c₁中的1和0的实际位置对输出序列

进行交织。需要说明的是，这支持两个分布匹配器并行操作。

图10示出了本发明实施例提供的用于分布匹配器100的方法1000。如上所述，方法1000可以由分布匹配器100执行。

方法1000包括基于多个目标概率分布P(121)、P(122)和P(123)将输入序列110映射到输出序列120上的步骤1001，其中，输出序列120中的每个元素121、122、123具有对应的目标概率分布P(121)、P(122)、P(123)，并且其中，输出序列120的至少两个元素121、122、123具有不同的目标概率分布P(121)、P(122)、P(123)。

图11示出了本发明实施例提供的用于设备200的方法1100。如上所述，方法1100可以由设备200执行。

方法1100包括将多个输入序列110、210映射到多个输出序列120、220上的步骤1101，其中，至少一个输入序列110是使用用于分布匹配器100的方法1000映射的，并且其中，控制序列201取决于至少一个输出序列220。

已经结合作为示例的不同实施例以及实现方式描述了本发明。但是，根据对附图、本公开和独立权利要求的研究，本领域技术人员在实施所要求保护的发明时，能够理解和实现其它变型。在权利要求书以及说明书中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，且“一个”不排除多个。单个元件或其它单元可满足权利要求书中所叙述的若干实体或项目的功能。在互不相同的从属权利要求中列举某些措施并不表示这些措施的组合不能被有效地使用。

Claims

1.一种分布匹配器(100)，用于：

基于多个目标概率分布(P(121)、P(122)、P(123))将输入序列(110)映射到输出序列(120)上，

其中，所述输出序列(120)中的每个元素(121、122、123)具有对应的目标概率分布(P(121)、P(122)、P(123))，并且其中，所述输出序列(120)中的至少两个元素(121、122、123)具有不同的目标概率分布(P(121)、P(122)、P(123))。

2.根据权利要求1所述的分布匹配器(100)，其中：

至少一个目标概率分布(P(121)、P(122)、P(123))可基于控制序列(201)配置。

3.根据权利要求1或2所述的分布匹配器(100)，其中：

所述分布匹配器(100)包括信道解码器，具体为极化解码器(510)、低密度奇偶校验LDPC(low-density parity-check)解码器或卷积解码器。

4.根据权利要求3所述的分布匹配器(100)，其中：

所述信道解码器用于接收信道解码器输入序列，其中，所述信道解码器输入序列是所述目标概率分布(P(121)、P(122)、P(123))的函数。

5.根据权利要求3或4所述的分布匹配器(100)，其中：

所述信道解码器是极化解码器(510)，其中，至少一个冻结符号由所述输入序列定义。

6.根据权利要求1或2所述的分布匹配器(100)，其中：

所述分布匹配器(100)包括恒定成分分布匹配CCDM(constant compositiondistribution matching)、多成分分布匹配MCDM(multi-composition distributionmatching)或壳映射器。

7.一种用于将多个输入序列(110，210)映射到多个输出序列(120，220)上的设备(200)，包括根据权利要求2至6中任一项所述的分布匹配器(100)，

其中，至少一个输入序列(110)是使用所述分布匹配器(100)映射的，并且

其中，所述控制序列(201)取决于至少一个输出序列(220)。

8.根据权利要求7所述的设备，还用于：

将所述输入序列(110、210)依次映射到所述输出序列(120、220)上，使得每个控制序列(201)取决于先前生成的输出序列(120)。

9.根据权利要求7或8所述的设备，还用于：

将所述输出序列(120、220)映射到符号序列上。

10.根据权利要求9所述的设备，其中：

所述符号序列中的每个元素基于所述输出序列的预定义位置中的元素。

11.根据权利要求7或8所述的设备，其中：

所述输入序列(110、210)对应于第一输入序列的子序列。

12.一种用于分布匹配器(100)的方法(1000)，所述方法(1000)包括：

基于多个目标概率分布(P(121)、P(122)、P(123))将输入序列(110)映射(1001)到输出序列(120)上，

13.一种用于设备(200)的方法(1100)，所述方法(1100)包括：

将多个输入序列(110、210)映射(1101)到多个输出序列(120、220)上，

其中，至少一个输入序列(110)是使用根据权利要求12所述的方法(1000)映射的，并且

其中，所述控制序列(201)取决于至少一个输出序列(220)。

14.一种计算机程序，所述计算机程序当由计算机执行时，使得根据权利要求12所述的方法(1000)和/或根据权利要求13所述的方法(1100)被执行。