JP2020530972A - Polar符号におけるレートマッチング - Google Patents
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Abstract
Description
・比較的低い誤り確率のN個のインデックスのうちK個のインデックスに情報ビットをを置き、より高い誤り確率の残りのN−K個のインデックスに一定ビットパターン(たとえば全ゼロパターン)を置くこと;および
・結果として得られたベクトルと、ビット反転置換行列Bおよび生成行列とを乗算すること、
が含まれ、ここで、生成行列は、分極カーネルと呼ばれる、2x2行列G2
本発明によれば、レートマッチング方法は、入力ベクトルを符号化してpolar(ポーラー)符号の符号語を出力する符号化器と、前記入力ベクトルのインデックスの信頼性で順序付けられた信頼性順序系列とレートマッチングのためのインデックス集合とを格納するメモリと、を備えた通信装置のためのレートマッチング方法であって、前記信頼性順序系列が前記レートマッチング方式を考慮せずに生成されるように、汎用レートマッチング方式および前記メモリに格納された前記信頼性順序系列の少なくとも一つに基づいてインデックスの凍結集合を選択し、前記凍結集合を凍結ビットに設定し、非凍結集合を情報ビットに設定することで前記入力ベクトルを構築し、前記符号化器により出力される符号語のうち、レートマッチングのための前記インデックス集合にそれぞれ対応する符号ビットの送信を省略する。
本発明によれば、一時的でない記録媒体は、入力ベクトルを符号化してpolar(ポーラー)符号の符号語を出力する符号化器と、前記入力ベクトルのインデックスの信頼性で順序付けられた信頼性順序系列とレートマッチングのためのインデックス集合とを格納するメモリと、を備えた通信装置を制御するためのプログラムを格納する一時的でない記録媒体であって、前記プログラムが、前記信頼性順序系列が前記レートマッチング方式を考慮せずに生成されるように、汎用レートマッチング方式および前記メモリに格納された前記信頼性順序系列の少なくとも一つに基づいてインデックスの凍結集合を選択し、前記凍結集合を凍結ビットに設定し、非凍結集合を情報ビットに設定することで前記入力ベクトルを構築し、前記符号化器により出力される符号語のうち、レートマッチングのための前記インデックス集合にそれぞれ対応する符号ビットの送信を省略する。
上述の技術的課題は、本発明の例示的な実施形態の1つまたは複数のバリエーションによって解決することができる。 本開示では、レートマッチングされた(レートマッチト)polar符号システムの設計について説明する。本開示で使用される用語「方式」、「パターン」および「パラメータ」は、以下を含意するものとする:
方式:パンクチャリング、ショートニング、反復など;
パターン:自然順序、ビット反転、疑似ランダムなど;および
パラメータ:M、K、K/M、ここでMは送信された符号ビットの数(Mは2の累乗ではない。)、Kは情報ビットの数である。
なお、ビット反転順序置換(Bit-reversal order permutation)は次のように理解され得る:(bdbd−1・・・b0)が10進数xの2進表現である場合、(bdbd−1・・・b0)により表現された10進数は、xのビット反転(bit-reversal)とみなされ得る。
(N,K)polar符号の符号化の基本手順は次のとおりである:
- すべてのN(=2n)個のインデックスの信頼性に基づく順序付けを保存する;
- 入力ベクトルUのN個のインデックスを、インデックスの信頼性に基づいて凍結集合と非凍結集合に分割する;
- 信頼性の高いK個のインデックスに情報ビットを配置し、信頼性の低いN−K個のインデックスに凍結ビット(0など)を配置し、入力ベクトルを構築する;
- 入力ベクトルUにビット反転置換行列Bおよび以下の生成行列を乗算することで符号化する:
図1に例示するように、本発明によるpolar符号の符号化手順は、レートマッチングを考慮せずに系列設計が実行され、それによりレートマッチングパラメータの変更ごとの系列設計が不要になる、という特徴を有する。
S101:レートマッチング方式を考慮することなくNref個のインデックスの信頼性を推定し、各インデックスの信頼性に従ってインデックスをソートし(ここで、Nrefは2n、nは正の整数)、この信頼性ベースで順序付けされたNref個のインデックスをメモリに保存する。
S102:参照系列Nrefから、レートマッチング方式なしと仮定された入力ベクトルのN個のインデックスの信頼性ベースの順序を取得する。ここでNはNrefより長い、短い、または同じ長さである。
S103:汎用レートマッチングパターンと、S102で取得したN個のインデックスの信頼性ベースの順序と、を使用して、凍結集合および非凍結集合を選択する。
S104:凍結集合と非凍結集合に基づいて、polar符号の符号化器への入力ベクトルを構築する。
S105:入力ベクトルに生成行列を乗算して符号化し、レートマッチト符号語を出力する。ビット反転置換行列Bも乗算されてもよい。
上述したように、汎用レートマッチング方式を使用することで、凍結および非凍結集合を選択するための、事前に保存された信頼性で順序付けされたインデックス系列(レートマッチングを考慮せずに生成された)を使用し続けることが可能となる。これにより、各レートマッチングパターンおよび方式に対応する、最適化された信頼性で順序付けられたインデックスの系列を設計する問題が解決される。したがって、レートマッチトpolar符号システムの実装が大幅に簡素化される。
2.1)信頼性で順序付けされた系列の設計
インデックスの信頼性は、非特許文献3で説明されているガウス近似(GA)に基づく密度進化(DE)で計算することができるが、他の方法を排除するものではない。 以下、長さNの入力ベクトルの各インデックスの信頼性推定がどのように行われるかを(理解が容易になるように、NがNrefと同じ場合を仮定して)、次の場合で説明する:レートマッチングを考慮しない場合;およびレートマッチングを考慮する場合(ブロックパンクチャリング、ビット反転ショートニングなど)。
図2に例示するように、入力ベクトルにおけるビットインデックスの信頼値は、レートマッチング方式またはパターンを考慮せずに推定される。各符号ビットインデックスに対応する初期チャネル出力尤度値は、基礎となるチャネル、例えば加法性ホワイトガウスノイズ(AWGN)チャネルのノイズ分散を用いて同じ値に設定されてもよい(動作S201)。 次に、入力ベクトルにおけるインデックスの信頼性は、GAに基づくDEを用いて推定され得る(動作S202)。次いで、インデックスは、信頼性に基づいてソートされ、信頼性ベースの系列SEQ0を得る(動作S203)。
図3に例示するように、ビットインデックスの信頼値はブロックパンクチャリングで推定される。まず、選択されたパンクチャリング方式で送信されない符号ビットインデックスが選択される(動作S301)。たとえば、ブロックパンクチャリング方式は、最初のN−M個のインデックスのビット反転であるインデックスを持つ符号ビットを選択し、符号化器が次式の形態である場合、これら選択された符号ビットの送信が省略される。
図4に例示するように、ビットインデックスの信頼値はビット反転ショートニングにより推定される。まず、選択されたショートニング方式で送信されない符号ビットインデックスが選択される(動作S401)。S401で選択された符号ビットインデックスでのチャネル出力尤度値は非常に大きな値(例えば無限大)に設定され、残りのインデックスでの値はS201と同じ値に維持される(動作S402)。 次に、入力ベクトルにおけるインデックスの信頼性は、GAに基づくDEを使用して推定され得る(動作S403)。 次いで、インデックスは、それらの信頼値に基づいてソートされ、信頼性ベースの系列SEQ2を得る(動作S404)。 ビット反転ショートニングで信頼性を推定する場合、結果としての信頼性ベースの系列SEQ2は、レートマッチングを考慮しない場合に取得される信頼性ベースの系列SEQ0とほぼ同じになり得る。 したがって、ビット反転ショートニングは、汎用レートマッチング方式として使用できる。
上述したように、ビット反転ショートニングは、信頼性ベースの系列が大きく変化せず、そのために特定のレートマッチング方式用に最適化されたインデックスの新たな信頼性順序を必要としないという汎用的な特性を有するので、汎用レートマッチング方式の例であり得る。
以下、本発明の例示的な実施形態を添付の図面とともに詳細に説明する。ここに記載された実施形態は、本発明のいくつかの特定の代表例に過ぎず、本発明の概念は多種多様なコンテキストで実現され得ることを明記しておく。したがって、例示的な実施形態は本発明の範囲を限定するものではない。
送信者デバイス図6に示すように、送信者デバイス601には、メッセージ源602、polar符号の符号化方式の前方誤り訂正(FEC)符号化器603、インデックスの少なくとも1つの信頼性順序系列を格納する第1メモリ604、ビット反転ショートニングパターンを汎用レートマッチング方式として格納する第2メモリ605、および、凍結集合607および非凍結集合608を選択してFEC符号化器603での符号化のための入力ベクトルを構築するコントローラ606が設けられている。コントローラ606または別個のコントローラは、第2メモリ605に格納されたビット反転ショートニングパターンを参照することにより、符号化器出力からどのビットが省略されるかを制御することができる。本実施形態では、第2メモリ605は、汎用レートマッチング方式の一例として、ビット反転ショートニングパターンを記憶する。
図7Aおよび7Bに例示されるように、(M,K)レートマッチトpolar符号語は、ビット反転ショートニングパターンを用いて構築される。入力ベクトルにおける各インデックスの信頼値は、GAに基づくDEを用いて推定される(動作S701)。たとえば、密度進化ブロックに入力として供給されるチャネル出力に対応する初期LLR値はすべてノイズ分散に基づいて同じ値に設定され、それにより入力ベクトルUにおける各インデックス位置の信頼値を推定することが可能となる。望ましくは、Nmaxを2の累乗としてN−Max個のインデックスの信頼値が推定される。Nmaxは、Nより大きい、小さいあるいは等しい値であり得る(Nは2nの累乗であり、nはlog2 Mの天井関数である。)。
ビット反転ショートニングを使用して(11,8)レートマッチトpolar符号を設計する方法の一例は以下の通りである。
ステップ1:<信頼性の順序付け>
インデックス0,1、…、2n-1(n = log211の天井関数)を信頼性の昇順にソートする。例えば:
{0,1,2,4,8,3,5,6,9,10,12,7,11,13,14,15}
である。
ステップ2:<凍結集合の選択>
ステップ2.1:最後のN−M個のインデックス{11,12,13,14,15}のビット反転置換、すなわち{13,3,11,7,15}を凍結集合に含める。
ステップ2.2:凍結集合のサイズがN−K=16−8=8であるから、8−5=3個分のインデックスをさらに選択する必要がある。これら3個のインデックスは、ステップ1で生成された系列{0,1,2}に従って選択可能である。したがって、凍結集合の合計は{0,1,2,3,7,11,13,15}となる。これらのインデックスは、凍結ビット(0など)に設定される。情報ビットは残りのインデックスに配置される。
ステップ3:<符号化>
以下の式で乗算する:
図8に示すように、受信装置801は、復調器802、FEC復号器803および復号メッセージプロセッサ804を含むデータ受信機能を有し、これらはメモリ装置(図示せず。)に格納されたそれぞれのプログラムを実行するプロセッサに実装され得る。長さMのLLRベクトルは、長さMの受信ベクトル(すなわちチャネル出力)から構築される。次に、長さNのLLRベクトルは、非送信ビットに対応するインデックスを非常に高い値(ショートニングの場合)または非常に低い値(パンクチャリングの場合)で満たすことにより、長さMのLLRベクトルから構築され得る。たとえば、ビット反転ショートニングの場合、最後のN−M個のビットに対するLLR値は、次式の形態の符号化器を使用すれば、
本発明の実施形態による通信装置は送信装置または受信装置として記載される。送信装置および受信装置は単一の通信装置に統合されてもよい。
602 メッセージ源
603 FEC符号化器
604 第1メモリ(信頼性順序系列メモリ)
605 第2メモリ(ビット反転ショートニングパターンメモリ)
606 コントローラ
607 凍結集合メモリ
608 非凍結集合メモリ
609 変調器
901 受信装置
902 復調器
903 復号器コントローラ
903 FEC復号器
904 復号メッセージプロセッサ
本発明によれば、レートマッチング方法は、入力ベクトルを符号化してpolar(ポーラー)符号の符号語を出力する符号化器と、前記入力ベクトルのインデックスの信頼性で順序付けられた信頼性順序系列とレートマッチングのためのインデックス集合とを格納するメモリと、を備えた通信装置のためのレートマッチング方法であって、前記信頼性順序系列が前記レートマッチング方式を考慮せずに生成されるように、汎用レートマッチング方式および前記メモリに格納された前記信頼性順序系列の少なくとも一つに基づいてインデックスの凍結集合を選択し、前記凍結集合を凍結ビットに設定し、非凍結集合を情報ビットに設定することで前記入力ベクトルを構築し、前記符号化器により出力される符号語のうち、レートマッチングのための前記インデックス集合にそれぞれ対応する符号ビットの送信を省略する。
本発明によれば、プログラムは、入力ベクトルを符号化してpolar(ポーラー)符号の符号語を出力する符号化器と、前記入力ベクトルのインデックスの信頼性で順序付けられた信頼性順序系列とレートマッチングのためのインデックス集合とを格納するメモリと、を備えた通信装置としてコンピュータを機能させるプログラムであって、前記信頼性順序系列が前記レートマッチング方式を考慮せずに生成されるように、汎用レートマッチング方式および前記メモリに格納された前記信頼性順序系列の少なくとも一つに基づいてインデックスの凍結集合を選択し、前記凍結集合を凍結ビットに設定し、非凍結集合を情報ビットに設定することで前記入力ベクトルを構築し、前記符号化器により出力される符号語のうち、レートマッチングのための前記インデックス集合にそれぞれ対応する符号ビットの送信を省略する、ように前記コンピュータを機能させる。
602 メッセージ源
603 FEC符号化器
604 第1メモリ(信頼性順序系列メモリ)
605 第2メモリ(ビット反転ショートニングパターンメモリ)
606 コントローラ
607 凍結集合メモリ
608 非凍結集合メモリ
609 変調器
901 受信装置
902 復調器
903 FEC復号器
904 復号メッセージプロセッサ
Claims (19)
- 入力ベクトルを符号化してpolar(ポーラー)符号の符号語を出力する符号化器と、
前記入力ベクトルのインデックスの信頼性で順序付けられた信頼性順序系列とレートマッチングのためのインデックス集合とを格納するメモリと、
制御部と、
を備え、前記制御部が、
前記信頼性順序系列が前記レートマッチング方式を考慮せずに生成されるように、汎用レートマッチング方式および前記メモリに格納された前記信頼性順序系列の少なくとも一つに基づいてインデックスの凍結集合を選択し、
前記凍結集合を凍結ビットに設定し、非凍結集合を情報ビットに設定することで前記入力ベクトルを構築し、
前記符号化器により出力される符号語のうち、レートマッチングのための前記インデックス集合にそれぞれ対応する符号ビットの送信を省略する、
ことを特徴とする通信装置。 - 前記メモリは、前記信頼性順序系列の長さより長い、短い、あるいは等しい長さの信頼性順序系列である参照系列を事前に格納し、それらの長さが同じでないとき、前記信頼性順序系列が前記参照系列から導出される、ことを特徴とする請求項1に記載の通信装置。
- 前記汎用レートマッチング方式は、以下の条件:
前記信頼性順序系列がレートマッチングを考慮する場合もしない場合も大きく変化しないこと;および
レートマッチングされていない非レートマッチトpolar符号のために生成された系列を用いて符号化されたレートマッチトpolar符号の誤り訂正性能が前記レートマッチング方式で最適化された系列を用いて生成されたものと非常に類似していること、
のいずれか一つを満たすレートマッチング方式およびパターンであることを特徴とする請求項1または2に記載の通信装置。 - 特定のレートマッチング方式は、前記特定レートマッチング方式に最適化された信頼値に従って得られたpolar符号の第1誤り訂正性能が、前記特定レートマッチング方式を考慮せずに生成された信頼値に従って得られたpolar符号の第2誤り訂正性能と実質的に同じであるならば、汎用レートマッチング方式の一つである、ことを特徴とする請求項1または2に記載の通信装置。
- 前記汎用レートマッチング方式はビット反転ショートニング方式であることを特徴とする請求項1−4のいずれか1項に記載の通信装置。
- 前記ビット反転ショートニング方式は、
前記符号化器が
前記符号化器が
の少なくとも1つであることを特徴とする請求項5に記載の通信装置。 - 前記制御部は、
前記レートマッチング方式で送信されないN−M個の符号ビットに対応する長さNの前記入力ベクトルの少なくともN−M個のインデックスを選択し;
前記選択されたN−M個のインデックスを前記凍結集合に格納する(ここでNはレートマッチング前の前記polar符号の長さであり、Mはレートマッチング後の前記polar符号の長さである)、
ことにより前記凍結集合を選択する、
ことを特徴とする請求項1−4のいずれか1項に記載の通信装置。 - 前記制御部は、
前記インプットベクトルから、前記最後のN−M個のインデックスのビット反転置換であるインデックスを選択し;
前記凍結集合のインデックス数がN−Kより少ないと判断すると(Kは情報ビット数)、前記メモリに格納された前記信頼性順序系列から、前記メモリ内の残りのインデックスより信頼性が低い不足分のインデックスを選択する、
ことにより前記凍結集合を選択する、
ことを特徴とする請求項1−4のいずれか1項に記載の通信装置。 - 前記制御部は、
前記凍結集合のインデックス数がN−Kより少ないと判断すると(Kは情報ビット数)、前記メモリに格納された前記信頼性順序系列から、前記メモリ内の残りのインデックスより信頼性が低い不足分のインデックスを選択する、
ことを特徴とする請求項7または8に記載の通信装置。 - 入力ベクトルを符号化してpolar(ポーラー)符号の符号語を出力する符号化器と、前記入力ベクトルのインデックスの信頼性で順序付けられた信頼性順序系列とレートマッチングのためのインデックス集合とを格納するメモリと、を備えた通信装置のためのレートマッチング方法であって、
前記信頼性順序系列が前記レートマッチング方式を考慮せずに生成されるように、汎用レートマッチング方式および前記メモリに格納された前記信頼性順序系列の少なくとも一つに基づいてインデックスの凍結集合を選択し、
前記凍結集合を凍結ビットに設定し、非凍結集合を情報ビットに設定することで前記入力ベクトルを構築し、
前記符号化器により出力される符号語のうち、レートマッチングのための前記インデックス集合にそれぞれ対応する符号ビットの送信を省略する、
ことを特徴とするレートマッチング方法。 - 前記メモリは、前記信頼性順序系列の長さより長い、短い、あるいは等しい長さの信頼性順序系列である参照系列を事前に格納し、、それらの長さが同じでないとき、前記信頼性順序系列が前記参照系列から導出される、ことを特徴とする請求項10に記載のレートマッチング方法。
- 前記汎用レートマッチング方式は、以下の条件:
前記信頼性順序系列がレートマッチングを考慮する場合もしない場合も大きく変化しないこと;および
レートマッチングされていない非レートマッチトpolar符号のために生成された系列を用いて符号化されたレートマッチトpolar符号の誤り訂正性能が前記レートマッチング方式で最適化された系列を用いて生成されたものと非常に類似さていること、
のいずれか一つを満たすレートマッチング方式およびパターンであることを特徴とする請求項10または11に記載のレートマッチング方法。 - 特定のレートマッチング方式は、前記特定レートマッチング方式に最適化された信頼値に従って得られたpolar符号の第1誤り訂正性能が、前記特定レートマッチング方式を考慮せずに生成された信頼値に従って得られたpolar符号の第2誤り訂正性能と実質的に同じであるならば、汎用レートマッチング方式の一つである、ことを特徴とする請求項10または11に記載のレートマッチング方法。
- 前記汎用レートマッチング方式はビット反転ショートニング方式であることを特徴とする請求項10−13のいずれか1項に記載のレートマッチング方法。
- 前記ビット反転ショートニング方式は、
前記符号化器が
前記符号化器が
の少なくとも1つであることを特徴とする請求項14に記載のレートマッチング方法。 - 前記凍結集合は、
前記レートマッチング方式で送信されないN−M個の符号ビットに対応する長さNの前記入力ベクトルの少なくともN−M個のインデックスを選択し;
前記選択されたN−M個のインデックスを前記凍結集合に格納する(ここでNはレートマッチング前の前記polar符号の長さであり、Mはレートマッチング後の前記polar符号の長さである)、
ことにより選択されることを特徴とする請求項10−13のいずれか1項に記載のレートマッチング方法。 - 前記凍結集合は、
前記インプットベクトルから、前記最後のN−M個のインデックスのビット反転置換であるインデックスを選択し;
前記凍結集合のインデックス数がN−Kより少ないと判断すると(Kは情報ビット数)、前記メモリに格納された前記信頼性順序系列から、前記メモリ内の残りのインデックスより信頼性が低い不足分のインデックスを選択する、
ことにより選択される、
ことを特徴とする請求項10−13のいずれか1項に記載のレートマッチング方法。 - 前記凍結集合は、
前記凍結集合のインデックス数がN−Kより少ないと判断すると(Kは情報ビット数)、前記メモリに格納された前記信頼性順序系列から、前記メモリ内の残りのインデックスより信頼性が低い不足分のインデックスを選択する、
ことにより選択される、ことを特徴とする請求項16または17に記載のレートマッチング方法。 - 入力ベクトルを符号化してpolar(ポーラー)符号の符号語を出力する符号化器と、前記入力ベクトルのインデックスの信頼性で順序付けられた信頼性順序系列とレートマッチングのためのインデックス集合とを格納するメモリと、を備えた通信装置を制御するためのプログラムを格納する一時的でない記録媒体であって、
前記プログラムが、
前記信頼性順序系列が前記レートマッチング方式を考慮せずに生成されるように、汎用レートマッチング方式および前記メモリに格納された前記信頼性順序系列の少なくとも一つに基づいてインデックスの凍結集合を選択し、
前記凍結集合を凍結ビットに設定し、非凍結集合を情報ビットに設定することで前記入力ベクトルを構築し、
前記符号化器により出力される符号語のうち、レートマッチングのための前記インデックス集合にそれぞれ対応する符号ビットの送信を省略する、
一組の命令からなる、
ことを特徴とする一時的でない記録媒体。
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