CN208316741U - 基于极化码的高效率检测器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于极化码的高效率检测器，包括极化码编码器、并串变换器、伪随机交织器、映射及调制器、解映射器、解交织器、串并变换器、BP译码器；极化码编码器、并串变换器、伪随机交织器、映射及调制器依次连接；映射及调制器的输出经过信道传输后成为解映射器的输入；解映射器、解交织器、串并变换器、BP译码器、并串变换器、伪随机交织器依次循环连接。本实用新型可以有效地降低译码器与解调器之间的迭代时延，同时可获得较高的译码性能增益。

Description

基于极化码的高效率检测器

技术领域

本实用新型属于无线通信技术，特别是一种基于极化码的高效率检测器。

背景技术

极化（polar）码的理论基础是信道极化，即多个容量相同且独立的二进制对称离散无记忆信道（B-SDMC）可以被拆分和重组后形成新的信道容量不同的虚拟信道，其中有的信道容量趋于1，有的信道容量趋于0，在码长趋于无穷时，容量为1的信道数量与信道总数的比例可以达到B-SDMC的信道容量。因此，polar码是目前唯一可证的在码长无限大时可达B-SDMC香农容量的编码方式。同时，极化码相比其他现代编码方式（如LDPC、turbo码）还有编译码复杂度低，具有规则的递归结构，硬件实现简单等优势。正因为如此，在2016 年11月18 日，美国内华达州里诺举办的3GPP RAN1 第87 次会议上，polar码被采纳为5G通信中增强型移动带宽场景中控制信道的编码方案。然而，在码长较长时，polar码的串行消除（SC）译码方式存在较大的时延，性能也与等码长码率的LDPC码存在差距。并行译码的置信度传播（BP）算法和SC这类串行译码方案相比，可以减少译码时延，并已在对LDPC的译码中取得了极佳的性能。

Polar码最早是由Arikan提出的新型编码技术，借鉴于LDPC的译码方案，Arikan又提出了适用于polar码的BP译码器，较串行译码方式所需译码时延更低。目前极化码经常被用于比特交织编码调制系统（BICM）和比特交织编码调制迭代译码系统（BICM-ID）。这两种系统的发送端完全一致，区别仅仅是检测器的不同。他们的检测器各有优劣，基于极化码的BICM系统的检测器将BP译码器与解调器分割成为了两个独立的个体，检测性能会受到影响。而基于极化码的BICM-ID的检测器可以使得BP译码器与解调器两者之间产生信息交互，可有效提升检测性能，但是解调器需等待BP译码器自身译码迭代完成才能接收到更新的先验信息，这会造成很大的译码延时，同时也增加了译码复杂度。这些问题阻碍了极化码在商业中的进一步应用。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于极化码的高效率检测器，具有计算复杂度低、译码时延小和检测误码率低的优点，可作为polar码迈向商业化应用的重要参考资料。

实现本实用新型目的的技术解决方案为：一种基于极化码的高效率检测器，包括极化码编码器、并串变换器、伪随机交织器、映射及调制器、解映射器、解交织器、串并变换器、BP译码器；极化码编码器、并串变换器、伪随机交织器、映射及调制器依次连接；映射及调制器的输出经过信道传输后成为解映射器的输入；解映射器、解交织器、串并变换器、BP译码器、并串变换器、伪随机交织器依次循环连接。

本实用新型与现有技术相比，其显著优点：（1）每次与解调器迭代前，BP译码器的内部迭代无需达到收敛，内部节点信息更新仅完成一次就立即将所得码字的软值信息反馈给解映射器，更新其先验概率。本实用新型可以将现有比特交织编码调制迭代译码（BICM-ID）系统中的译码与解调的迭代同BP译码器内部的迭代统一起来，解调器无需等待译码完全结束才开始工作，减少了译码时延。（2）为减少比特之间的相关性，本实用新型采用并联多块编译码结构，并对独立的码字做整体交织处理，增大了迭代译码的性能增益。同时，发送序列的帧长和码率设计更加灵活，在译码中采用并联译码结构，可以有效提高系统译码的吞吐量。（3）本实用新型的解映器采用最大似然检测（ML）方式，并仅输出所得软值信息。在每次接收到译码软值信息的反馈后，更新每个待检符号的先验概率，直至先验概率收敛。由于采用了伪随机交织器和并联编译码结构，在译码和解调过程中，可以假设各比特间相互独立，提高了所更新先验概率的准确性也增加了迭代译码的性能增益。

附图说明

图1为本实用新型整体框图。

图2为本实用新型基于极化码的高效率检测器在16-QAM调制下经AWGN信道传输的误符号率与传统BICM和BICM-ID系统的性能比较图。

具体实施方式

下面结合实用新型整体框图作进一步描述。

本实用新型基于极化码的高效率检测器用于无线通信。为克服传统BICM-ID系统中迭代译码造成的过长译码时延，本实用新型将BP译码器的内部迭代与译码器和解映射器之间的外迭代统一，实现了性能的提升但并没有增大译码时延。

本实用新型装置包括极化码编码器1、并串变换器2、伪随机交织器3、映射及调制器4、解映射器5、解交织器6、串并变换器7、BP译码器8。

其工程过程为信源信号依次经过极化码编码器1、并串变换器2、伪随机交织器3、映射及调制器4处理，并从信道发送。从信道接收到信号后经过解映射器5、解交织器6、串并变换器7、BP译码器8、并串变换器2、伪随机交织器3依次迭代处理后直至迭代最大次数后输出检测结果。

相比现有检测设备而言，该基于极化码的高效率检测器中的BP译码器无需完成内部信息更新迭代才将信号传输给并串变化器，而是仅完成一次内部信息更新即将信号输出给并串变换器。该设备减少了译码等待时间，并且完成了译码器和解调器之间的信息迭代，检测性能也得到了提升。

本实用新型的工作原理为：

polar编码器1：本模块采用并联编码结构，各编码模块之间的输入信源序列和输出码字序列之间相互独立。

并串变换器2：用于将来自不同polar码编码模块的码字序列由并行改为串行，排列方式为先排列第一组polar码字，再排列第二组polar码字，依次类推直至最后一组polar码字排列入串行序列中。

伪随机交织器3：用于离散化码字序列，映射符号中各比特间的相关性，提升检测性能和抗突发错误。

映射及调制器4：本模块根据信道质量或者用户需求选取合适的调制阶数，同时将bit信息映射为QAM或者PAM符号。

解映射器5：用于获取QAM符号所对应的bit信息，采用软入软出的最大似然（ML）解调方式，初次检测时假设各比特的先验概率均为0.5。

解交织器6：用于从交织信息中恢复信息的原始序列。

串并变换器7：用于将原本串行的比特序列按照并串变换之前的并行排列顺序输出。

BP译码器8：用于检测发送的二进制码字序列。采用并联结构，与现有BP译码方案不同，每次接收到先验软值信息后，本实用新型BP译码器仅做一次内部信息更新就将码字序列的外信息软值经并串变换器，交织器后反馈给解映射器进行信息迭代。

本实用新型的方案实现了译码器内部迭代和译码器与解调器之间的迭代两者的统一。故本实用新型译码时延较BICM-ID相比大幅减少，同时性能可以保持不变。译码和解调均采用软入软出方式，为了抗突发和增加迭代增益，采用了伪随机交织方式。

图2给出了本实用新型基于极化码的高效率检测器在16-QAM调制下经AWGN信道传输的误符号率（block error rate，BLER）与传统BICM和BICM-ID系统的性能比较。其中交织长度为1024，码率为0.5。本实用新型在文中表示为“联合BP”，n为并联编码器的个数。可见，本实用新型相比传统的BICM和BICM-ID检测方案均存在性能优势。

Claims (5)

1.一种基于极化码的高效率检测器，包括极化码编码器（1）、并串变换器（2）、伪随机交织器（3）、映射及调制器（4）、解映射器（5）、解交织器（6）、串并变换器（7）、BP译码器（8）；其特征在于：极化码编码器（1）、并串变换器（2）、伪随机交织器（3）、映射及调制器（4）依次连接；映射及调制器（4）的输出经过信道传输后成为解映射器（5）的输入；解映射器（5）、解交织器（6）、串并变换器（7）、BP译码器（8）、并串变换器（2）、伪随机交织器（3）依次循环连接。

2.根据权利要求1所述的基于极化码的高效率检测器，其特征在于：所述极化码编码器（1）采用多块并联结构，即多个独立的极化编码器分别编码。

3.根据权利要求1所述的基于极化码的高效率检测器，其特征在于：所述BP译码器（8）采用多块并联结构，同时对极化码编码器（1）内多个编码器的码字进行译码。

4.根据权利要求1所述的基于极化码的高效率检测器，其特征在于：所述解映射器（5）、解交织器（6）、串并变换器（7）、BP译码器（8）、并串变换器（2）、伪随机交织器（3）之间仅传递信息软值。

5.根据权利要求1所述的基于极化码的高效率检测器，其特征在于：所述BP译码器（8）仅完成一次信息更新立即将信号输出。