本發(fā)明涉及無線通信中的編譯碼技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種極化碼迭代接收機(jī)、系統(tǒng)和極化碼迭代譯碼方法。

背景技術(shù)：

為了提升極化碼在無線通信傳輸中的誤碼性能，現(xiàn)有接收方案將目光聚焦于譯碼器的設(shè)計(jì)和改進(jìn)。在現(xiàn)有技術(shù)中，重新設(shè)計(jì)和改造后的譯碼方案可歸納為如下的兩類：

第一類，延用原極化碼連續(xù)消除(successivecancellation，sc)譯碼算法對(duì)譯碼信息做串行處理的譯碼方案；

第二類，采用ldpc碼bp譯碼算法對(duì)譯碼信息做并行處理的譯碼方案。

在第一類方案中，比較典型的譯碼方案有：連續(xù)消除列列表碼器(successivecancellationlistdecoder，scld)、多級(jí)極化碼譯碼器(multi-levelpolardecoder，mpd)、級(jí)聯(lián)極化碼譯碼器(concatenatedpolardecoder，cpd)。其中，在scld中，譯碼器將l條譯碼路徑逐個(gè)算出，并在列表中選取與之似然值(likelihoodvalue)最大的極化碼碼字做為輸出；在mpd中，極化后的子信道用于傳輸成分碼碼字(componentcode)，在極化碼編碼器重新分塊，再由極化碼編碼后發(fā)送出去，譯碼端將接收比特按每條極化子信道重新組合，先由極化碼譯碼器譯碼，后傳送給成分碼譯碼器譯碼輸出；在cpd中，信源比特以碼字嵌套的形式進(jìn)行編碼，例如，turbo碼作為外碼，ploar碼作為內(nèi)碼，在接收端，組合而成的譯碼器先譯內(nèi)碼再譯外碼并輸出。

在第二類方案中，由于置信度傳播(beliefpropagation，bp)算法相對(duì)成熟，只有具體針對(duì)極化碼編碼過程的改造，例如，用ldpc碼內(nèi)嵌未完全極化的子信道碼字，以提高誤碼性能，在譯碼端ldpc碼類似于級(jí)聯(lián)碼的外碼，整個(gè)碼字譯碼可用改進(jìn)后的bp算法完成。其最大的優(yōu)點(diǎn)在于：bp算法可并行計(jì)算碼字中的每個(gè)比特，利于硬件實(shí)現(xiàn)；但缺點(diǎn)在于：bp算法需要大量?jī)?nèi)部迭代，計(jì)算復(fù)雜度較高。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中提升極化碼誤碼性能的方案，局限于將極化碼編譯碼視為獨(dú)立的模塊，比如獨(dú)立于調(diào)制映射的模塊，而并未有系統(tǒng)級(jí)的提升方案，其關(guān)鍵在于沒有一個(gè)算法涉及解決極化碼已編碼比特軟信息的逆計(jì)算問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供一種極化碼迭代接收機(jī)、系統(tǒng)和極化碼迭代譯碼方法，從而可以在保留編碼增益的同時(shí)，在不增加譯碼復(fù)雜度的情況下，提高無線通信系統(tǒng)的誤碼率及誤塊率性能，提升用戶體驗(yàn)。

本發(fā)明的技術(shù)方案具體是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種極化碼迭代接收機(jī)，該極化碼迭代接收機(jī)包括：檢測(cè)器、第一加減法器、解交織器、迭代極化碼譯碼器、第二加減法器、交織器和逆映射器；

所述檢測(cè)器，用于根據(jù)輸入信號(hào)的類型確定當(dāng)前先驗(yàn)概率，使用所確定的當(dāng)前先驗(yàn)概率進(jìn)行用戶消息傳遞算法檢測(cè)，并輸出檢測(cè)后的比特信息ld；

所述第一加減法器，用于將所述檢測(cè)器輸出的檢測(cè)后的比特信息ld減去所述交織器輸出的交織后的逆編碼外信息生產(chǎn)第一外信息并將所述第一外信息輸出到所述解交織器；其中，如果是第一次迭代，則

所述解交織器，用于對(duì)所接收到的第一外信息進(jìn)行解交織，將解交織后的信息發(fā)送給所述迭代極化碼譯碼器和所述第二加減法器；

所述迭代極化碼譯碼器，用于根據(jù)解交織后的信息生成逆編碼信息lrc和譯碼比特并當(dāng)當(dāng)前迭代次數(shù)小于預(yù)設(shè)的最大迭代次數(shù)時(shí)，將所述逆編碼信息lrc輸出給所述第二加減法器；

所述第二加減法器，用于將接收到的逆編碼信息lrc減去所述解交織后的信息生成第二外信息并將所述第二外信息輸出到所述交織器；

所述交織器，用于對(duì)所接收到的第二外信息進(jìn)行交織，生成交織后的逆編碼外信息并將所述交織后的逆編碼外信息輸出給所述逆映射器和所述第一加減法器；

所述逆映射器，用于將所述交織后的逆編碼外信息轉(zhuǎn)換為概率數(shù)組并將所述概率數(shù)組輸出給所述檢測(cè)器。

較佳的，所述迭代極化碼譯碼器包括：極化碼sc譯碼器、極化碼逆編碼器和硬判決器；

所述極化碼sc譯碼器，用于將n位的解交織后的信息轉(zhuǎn)換為n位的信息位比特信息lc，并將n位的信息位比特信息lc分別發(fā)送給所述極化碼逆編碼器和硬判決器；

所述極化碼逆編碼器，用于當(dāng)當(dāng)前迭代次數(shù)小于預(yù)設(shè)的最大迭代次數(shù)時(shí)，根據(jù)n位的信息位比特信息lc生成n位的逆編碼信息lrc；

所述硬判決器，用于根據(jù)n位的信息位比特信息lc生成譯碼比特

較佳的，所述極化碼逆編碼器根據(jù)n位的信息位比特信息lc生成n位的逆編碼信息lrc。

本發(fā)明還提供了一種極化碼迭代編譯碼系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：發(fā)送端和接收端；

所述發(fā)送端中設(shè)置有發(fā)送機(jī)；所述接收端中設(shè)置有接收機(jī)；

所述接收機(jī)為如權(quán)利要求1所述的極化碼迭代接收機(jī)；

所述發(fā)送機(jī)中包括：信息源、極化碼編碼器和調(diào)制器；

所述信息源，用于產(chǎn)生n位信源比特；

所述極化碼編碼器，用于對(duì)所生成的n位信源比特進(jìn)行極化碼編碼，生成n位編碼比特，并進(jìn)行交織，生成極化碼碼字；

所述調(diào)制器，用于將所生成的極化碼碼字映射為包括ns個(gè)傳輸符號(hào)的多維調(diào)制符號(hào)；

所述發(fā)送端，用于將所述發(fā)送機(jī)生成的多維調(diào)制符號(hào)通過傳輸信道h發(fā)送給接收端；

所述接收端中的接收機(jī)中的檢測(cè)器，將通過傳輸信道h接收到的傳輸信號(hào)y作為輸入信號(hào)，并最終輸出譯碼比特

較佳的，所述極化碼編碼器為極化碼編碼率為η的極化碼編碼器；其中，n＝n·η。

較佳的，所述調(diào)制器為調(diào)制階數(shù)為m的調(diào)制器。

較佳的，所述調(diào)制器為調(diào)制階數(shù)為m的稀疏碼多址接入模塊；

所述稀疏碼多址接入模塊通過稀疏碼的特有碼本將極化碼碼字映射為用戶特有的多維調(diào)制符號(hào)。

較佳的，所述發(fā)送端中設(shè)置有j個(gè)發(fā)送機(jī)；所述接收端中設(shè)置有j個(gè)接收機(jī)；其中，j為大于0的整數(shù)；

對(duì)于第i個(gè)發(fā)送機(jī)：

所述信息源，用于產(chǎn)生n位信源比特bi；其中，1≤i≤j；

所述極化碼編碼器，用于對(duì)所生成的n位信源比特bi進(jìn)行極化碼編碼，生成n位編碼比特，并進(jìn)行交織，生成極化碼碼字ci；

所述調(diào)制器，用于將所生成的極化碼碼字ci映射為包括ns個(gè)傳輸符號(hào)的多維調(diào)制符號(hào)xi；

所述發(fā)送端，用于將j個(gè)發(fā)送機(jī)生成的多維調(diào)制符號(hào)在傳輸信道h中疊加并發(fā)送給接收端；

所述接收端中的各個(gè)接收機(jī)中的檢測(cè)器，從通過傳輸信道h接收到的傳輸信號(hào)y中提取對(duì)應(yīng)的傳輸信號(hào)yi作為輸入信號(hào)，并最終輸出對(duì)應(yīng)的譯碼比特

本發(fā)明還提供了一種極化碼迭代譯碼方法，該方法包括如下步驟：

a、接收端中的檢測(cè)器根據(jù)輸入信號(hào)的類型確定當(dāng)前先驗(yàn)概率，使用所確定的當(dāng)前先驗(yàn)概率進(jìn)行用戶消息傳遞算法檢測(cè)，并輸出檢測(cè)后的比特信息ld；

b、第一加減法器將檢測(cè)后的比特信息ld減去交織器輸出的交織后的逆編碼外信息生產(chǎn)第一外信息其中，如果是第一次迭代，則

c、解交織器對(duì)第一外信息進(jìn)行解交織，得到解交織后的信息

d、迭代極化碼譯碼器根據(jù)解交織后的信息生成逆編碼信息lrc和譯碼比特

e、迭代極化碼譯碼器判斷當(dāng)前迭代次數(shù)是否小于預(yù)設(shè)的最大迭代次數(shù)；如果是，則將軟信息lrc輸出給第二加減法器；否則，結(jié)束流程；

f、第二加減法器將逆編碼信息lrc減去解交織后的信息生成第二外信息并將第二外信息輸出到交織器；

g、交織器對(duì)第二外信息進(jìn)行交織，生成交織后的逆編碼外信息并將交織后的逆編碼外信息輸出給逆映射器和第一加減法器；

h、逆映射器將交織后的逆編碼外信息轉(zhuǎn)換為概率數(shù)組并將概率數(shù)組輸出給檢測(cè)器，返回執(zhí)行步驟a。

較佳的，所述根據(jù)輸入信號(hào)的類型確定當(dāng)前先驗(yàn)概率，使用所確定的當(dāng)前先驗(yàn)概率進(jìn)行用戶消息傳遞算法檢測(cè)，并輸出檢測(cè)后的比特信息具體包括：

判斷輸入信號(hào)的類型；

當(dāng)輸入信號(hào)為來自傳輸信道的傳輸信號(hào)y時(shí)，使用檢測(cè)器中存儲(chǔ)的當(dāng)前先驗(yàn)概率進(jìn)行用戶消息傳遞算法檢測(cè)，并輸出檢測(cè)后的比特信息ld；

當(dāng)輸入信號(hào)為逆映射器輸出的概率數(shù)組時(shí)，將所述概率數(shù)組作為檢測(cè)器中的當(dāng)前先驗(yàn)概率，使用當(dāng)前先驗(yàn)概率進(jìn)行用戶消息傳遞算法檢測(cè)，并輸出檢測(cè)后的比特信息ld。

較佳的，通過如下的公式計(jì)算得到檢測(cè)后的比特信息ld：

其中，bi為發(fā)送端j個(gè)接收機(jī)中的第i個(gè)發(fā)送機(jī)產(chǎn)生的n位信源比特，ld(bi)為與bi對(duì)應(yīng)的檢測(cè)后的比特信息，x為發(fā)送端輸出的多維調(diào)制符號(hào)，y為接收端通過傳輸信道h接收到的傳輸信號(hào)。

較佳的，所述迭代極化碼譯碼器根據(jù)解交織后的信息生成逆編碼信息lrc和譯碼比特包括：

使用極化碼sc譯碼器將n位的解交織后的信息轉(zhuǎn)換為n位的信息位比特信息lc；

使用極化碼逆編碼器，根據(jù)n位的信息位比特信息lc生成n位的逆編碼信息lrc；

使用硬判決器根據(jù)n位的信息位比特信息lc生成譯碼比特

較佳的，所述根據(jù)n位的信息位比特信息lc生成n位的逆編碼信息lrc包括：

將n位的信息位比特信息lc通過轉(zhuǎn)換函數(shù)f進(jìn)行計(jì)算，得到n位的逆編碼信息lrc；

其中，轉(zhuǎn)換函數(shù)f為：

其中，gn×n為極化碼編碼的生成矩陣；

lvi為極化碼編碼生成矩陣的第i行向量；

ue為長(zhǎng)度為n的向量，向量中每個(gè)元素為0或1，且元素為1的個(gè)數(shù)有0個(gè)或偶數(shù)個(gè)；

uo為長(zhǎng)度為n的向量，向量中每個(gè)元素為0或1，且元素為1的個(gè)數(shù)有奇數(shù)個(gè)；

λ為信道極化后信息比特的位置標(biāo)號(hào)集合；

λf為信道極化后凍結(jié)比特(frozenbits)的位置標(biāo)號(hào)集合；

為滿足ue向量要求的元素，取值為0或1；

為滿足uo向量要求的元素，取值為0或1。

較佳的，在所述步驟a之前，該方法還進(jìn)一步包括：

在發(fā)送端生成n位信源比特；

對(duì)所生成的n位信源比特進(jìn)行極化碼編碼，生成n位編碼比特，并進(jìn)行交織；

使用調(diào)制器將所生成的n位編碼比特映射為包括ns個(gè)傳輸符號(hào)的多維調(diào)制符號(hào)；

發(fā)送端將傳輸信號(hào)通過傳輸信道h發(fā)送給接收端。

較佳的，所述步驟a為：

步驟a1：判斷輸入信號(hào)是否為來自傳輸信道的傳輸信號(hào)y；如果是，執(zhí)行步驟a2；否則，執(zhí)行步驟a3；

步驟a2，使用檢測(cè)器中存儲(chǔ)的當(dāng)前先驗(yàn)概率進(jìn)行用戶消息傳遞算法檢測(cè)，并輸出檢測(cè)后的比特信息ld；

步驟a3，將所述概率數(shù)組作為檢測(cè)器中的當(dāng)前先驗(yàn)概率，使用當(dāng)前先驗(yàn)概率進(jìn)行用戶消息傳遞算法檢測(cè)，并輸出檢測(cè)后的比特信息ld。

如上可見，在本發(fā)明中的極化碼迭代接收機(jī)、系統(tǒng)和極化碼迭代譯碼方法中，在接收到來自傳輸信道的傳輸信號(hào)y之后，迭代極化碼譯碼器將生成兩個(gè)輸出，并將其中的一個(gè)輸出進(jìn)行逆編碼，即將其中的一個(gè)輸出進(jìn)行解交織之后輸入逆映射器生成概率數(shù)組，并在檢測(cè)器中將該概率數(shù)組作為當(dāng)前先驗(yàn)概率進(jìn)行多次迭代計(jì)算，直到迭代結(jié)束后得到最終的譯碼比特此時(shí)，即可將譯碼比特與信源比特b進(jìn)行對(duì)比，統(tǒng)計(jì)誤碼率。由于上述的迭代過程中沒有任何，限幅、硬判決和軟信息損失，保留了原編譯碼方案的增益，因此，通過使用上述的極化碼迭代接收機(jī)，極化碼逆編碼器利用極化碼sc譯碼器輸出的軟信息對(duì)已編碼比特軟信息進(jìn)行恢復(fù)并實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)、譯碼迭代接收，從而可以在保留極化碼編碼增益的同時(shí)，在不增加譯碼復(fù)雜度的情況下，實(shí)現(xiàn)了利用極化碼作為信道編碼的迭代接收機(jī)，并且，通過迭代方案的實(shí)施，提高了無線通信系統(tǒng)的誤碼率及誤塊率性能，提升了使用上述極化碼迭代接收機(jī)的用戶體驗(yàn)。因此，本發(fā)明中的極化碼迭代接收機(jī)和極化碼迭代譯碼方法可以適用于低復(fù)雜度、高可靠性短碼字的無線通信場(chǎng)景。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中的極化碼迭代接收機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中的迭代極化碼譯碼器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中的極化碼逆編碼器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例中的極化碼迭代編譯碼系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明另一具體實(shí)施例中的極化碼迭代編譯碼系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本發(fā)明實(shí)施例中的極化碼迭代譯碼方法的流程示意圖。

圖7為本發(fā)明實(shí)施例中的極化碼迭代編譯碼方法的流程示意圖。

圖8為本發(fā)明實(shí)施例中的極化碼逆編碼器的算法簡(jiǎn)單例示意圖。

圖9為本發(fā)明實(shí)施例中的極化碼迭代編譯碼方法在加性高斯白噪聲信道中的誤碼率性能曲線示意圖。

圖10為本發(fā)明實(shí)施例中的極化碼迭代編譯碼方法在瑞利信道中的誤碼率性能曲線示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。

本實(shí)施例提供了一種極化碼迭代接收機(jī)、系統(tǒng)和極化碼迭代譯碼方法。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中的極化碼迭代接收機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例中的極化碼迭代接收機(jī)包括：檢測(cè)器101、第一加減法器102、解交織器103、迭代極化碼譯碼器104、第二加減法器105、交織器106和逆映射器107；

所述檢測(cè)器101，用于根據(jù)輸入信號(hào)的類型確定當(dāng)前先驗(yàn)概率，使用所確定的當(dāng)前先驗(yàn)概率進(jìn)行用戶消息傳遞算法檢測(cè)，并輸出檢測(cè)后的比特信息ld；

所述第一加減法器102，用于將所述檢測(cè)器101輸出的檢測(cè)后的比特信息ld減去所述交織器106輸出的交織后的逆編碼外信息生產(chǎn)第一外信息并將所述第一外信息輸出到所述解交織器103；其中，如果是第一次迭代，則

所述解交織器103，用于對(duì)所接收到的第一外信息進(jìn)行解交織，將解交織后的信息發(fā)送給所述迭代極化碼譯碼器104和所述第二加減法器105；

所述迭代極化碼譯碼器104，用于根據(jù)解交織后的信息生成逆編碼信息lrc和譯碼比特并當(dāng)當(dāng)前迭代次數(shù)小于預(yù)設(shè)的最大迭代次數(shù)時(shí)，將所述逆編碼信息lrc輸出給所述第二加減法器105；

所述第二加減法器105，用于將接收到的逆編碼信息lrc減去所述解交織后的信息生成第二外信息并將所述第二外信息輸出到所述交織器106；

所述交織器106，用于對(duì)所接收到的第二外信息進(jìn)行交織，生成交織后的逆編碼外信息并將所述交織后的逆編碼外信息輸出給所述逆映射器107和所述第一加減法器102；

所述逆映射器107，用于將所述交織后的逆編碼外信息轉(zhuǎn)換為概率數(shù)組并將所述概率數(shù)組輸出給所述檢測(cè)器101。

根據(jù)上述的極化碼迭代接收機(jī)的具體結(jié)構(gòu)可知，在本發(fā)明的技術(shù)方案中，極化碼迭代接收機(jī)在接收到來自傳輸信道的傳輸信號(hào)y之后，迭代極化碼譯碼器將生成兩個(gè)輸出，并將其中的一個(gè)輸出進(jìn)行逆編碼，即將其中的一個(gè)輸出進(jìn)行解交織之后輸入逆映射器生成概率數(shù)組，并在檢測(cè)器中將該概率數(shù)組作為當(dāng)前先驗(yàn)概率進(jìn)行多次迭代計(jì)算，直到迭代結(jié)束后得到最終的譯碼比特此時(shí)，即可將譯碼比特與信源比特b進(jìn)行對(duì)比，統(tǒng)計(jì)誤碼率。由于上述的迭代過程中沒有任何，限幅、硬判決和軟信息損失，保留了原編譯碼方案的增益，因此，通過使用上述的極化碼迭代接收機(jī)，可以在保留編碼增益的同時(shí)，在不增加譯碼復(fù)雜度的情況下，實(shí)現(xiàn)利用極化碼作為信道編碼的迭代接收機(jī)設(shè)計(jì)，并且，通過迭代方案的實(shí)施，提高了無線通信系統(tǒng)的誤碼率及誤塊率性能，提升了用戶體驗(yàn)。

另外，較佳的，在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，所述根據(jù)輸入信號(hào)的類型確定當(dāng)前先驗(yàn)概率，使用所確定的當(dāng)前先驗(yàn)概率進(jìn)行用戶消息傳遞算法檢測(cè)，并輸出檢測(cè)后的比特信息ld具體可以包括：

判斷輸入信號(hào)的類型；

當(dāng)輸入信號(hào)為來自傳輸信道的傳輸信號(hào)y時(shí)，使用檢測(cè)器中存儲(chǔ)的當(dāng)前先驗(yàn)概率進(jìn)行用戶消息傳遞算法檢測(cè)，并輸出檢測(cè)后的比特信息ld；

當(dāng)輸入信號(hào)為逆映射器輸出的概率數(shù)組時(shí)，將所述概率數(shù)組作為檢測(cè)器中的當(dāng)前先驗(yàn)概率(即將檢測(cè)器中原有的先驗(yàn)概率替換為所述概率數(shù)組)，使用當(dāng)前先驗(yàn)概率進(jìn)行用戶消息傳遞算法檢測(cè)，并輸出檢測(cè)后的比特信息ld。

另外，在本發(fā)明的技術(shù)方案中，可以通過多種方式來實(shí)現(xiàn)上述的迭代極化碼譯碼器。以下將以其中的一種具體實(shí)現(xiàn)方式為例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行介紹。

例如，較佳的，圖2為本發(fā)明實(shí)施例中的迭代極化碼譯碼器的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，所述迭代極化碼譯碼器104可以包括：極化碼sc譯碼器201、極化碼逆編碼器202和硬判決器203；

所述極化碼sc譯碼器201，用于將n位的解交織后的信息轉(zhuǎn)換為n位的信息位比特信息lc，并將n位的信息位比特信息lc分別發(fā)送給所述極化碼逆編碼器202和硬判決器203；

所述極化碼逆編碼器202，用于當(dāng)當(dāng)前迭代次數(shù)小于預(yù)設(shè)的最大迭代次數(shù)時(shí)，根據(jù)n位的信息位比特信息lc生成n位的逆編碼信息lrc；

所述硬判決器203，用于根據(jù)n位的信息位比特信息lc生成譯碼比特

另外，圖3為本發(fā)明實(shí)施例中的極化碼逆編碼器的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示，在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，所述極化碼逆編碼器可以根據(jù)n位的信息位比特信息lc生成n位的逆編碼信息lrc。

此外，在本發(fā)明的技術(shù)方案中，還提出了一種極化碼迭代編譯碼系統(tǒng)。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例中的極化碼迭代編譯碼系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，本發(fā)明實(shí)施例中的極化碼迭代編譯碼系統(tǒng)包括：發(fā)送端41和接收端42；

所述發(fā)送端41中設(shè)置有發(fā)送機(jī)401；所述接收端42中設(shè)置有接收機(jī)402；

所述接收機(jī)402為圖1中所示的極化碼迭代接收機(jī)，具體結(jié)構(gòu)在此不再贅述；

所述發(fā)送機(jī)401中包括：信息源411、極化碼編碼器412和調(diào)制器413；

所述信息源，用于產(chǎn)生n位信源比特；

所述極化碼編碼器，用于對(duì)所生成的n位信源比特進(jìn)行極化碼編碼，生成n位編碼比特，并進(jìn)行交織，生成極化碼碼字；

所述調(diào)制器，用于將所生成的極化碼碼字映射為包括ns個(gè)傳輸符號(hào)的多維調(diào)制符號(hào)；

所述發(fā)送端，用于將所述發(fā)送機(jī)生成的多維調(diào)制符號(hào)通過傳輸信道h發(fā)送給接收端；

所述接收端中的接收機(jī)中的檢測(cè)器，將通過傳輸信道h接收到的傳輸信號(hào)y作為輸入信號(hào)，并最終輸出譯碼比特

另外，較佳的，在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，所述極化碼編碼器可以是極化碼編碼率為η的極化碼編碼器；其中，n＝n·η。

另外，較佳的，在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，所述調(diào)制器可以是調(diào)制階數(shù)為m的調(diào)制器。

較佳的，在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，所述調(diào)制器可以是調(diào)制階數(shù)為m的稀疏碼多址接入模塊。該稀疏碼多址接入模塊可以通過稀疏碼的特有碼本將極化碼碼字映射為該用戶特有的多維調(diào)制符號(hào)。當(dāng)然，在本發(fā)明的技術(shù)方案中，還可以使用其它類型的調(diào)制器，在此并不做限制。

此外，在本發(fā)明的技術(shù)方案中，發(fā)送端中可以設(shè)置一個(gè)發(fā)送機(jī)，也可以設(shè)置多個(gè)發(fā)送機(jī)；同理，接收端中可以設(shè)置一個(gè)接收機(jī)，也可以設(shè)置多個(gè)接收機(jī)。例如，如果只有一個(gè)用戶，則可以設(shè)置一個(gè)發(fā)送機(jī)和一個(gè)接收機(jī)；而如果有j個(gè)用戶，則可以設(shè)置j個(gè)發(fā)送機(jī)和j個(gè)接收機(jī)。

例如，較佳的，圖5為本發(fā)明另一具體實(shí)施例中的極化碼迭代編譯碼系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5所示，所述發(fā)送端中設(shè)置有j個(gè)發(fā)送機(jī)；所述接收端中設(shè)置有j個(gè)接收機(jī)；其中，j為大于0的整數(shù)；

對(duì)于第i個(gè)發(fā)送機(jī)：

所述信息源，用于產(chǎn)生n位信源比特bi；其中，1≤i≤j；

所述極化碼編碼器，用于對(duì)所生成的n位信源比特bi進(jìn)行極化碼編碼，生成n位編碼比特，并進(jìn)行交織，生成極化碼碼字ci；

所述調(diào)制器，用于將所生成的極化碼碼字ci映射為包括ns個(gè)傳輸符號(hào)的多維調(diào)制符號(hào)xi；

所述發(fā)送端，用于將j個(gè)發(fā)送機(jī)生成的(即j個(gè)用戶的)多維調(diào)制符號(hào)在傳輸信道h中疊加并發(fā)送給接收端；

所述接收端中的各個(gè)接收機(jī)中的檢測(cè)器，從通過傳輸信道h接收到的傳輸信號(hào)y中提取對(duì)應(yīng)的傳輸信號(hào)yi作為輸入信號(hào)，并最終輸出對(duì)應(yīng)的譯碼比特

另外，較佳的，在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，所述接收端中的j個(gè)接收機(jī)的檢測(cè)器可以集成為一個(gè)多用戶檢測(cè)器，如圖5所示。

此外，在本發(fā)明的技術(shù)方案中，還提出了一種極化碼迭代譯碼方法。

圖6為本發(fā)明實(shí)施例中的極化碼迭代譯碼方法的流程示意圖。如圖6所示，本發(fā)明實(shí)施例中的極化碼迭代譯碼方法主要包括如下所述的步驟：

步驟61，接收端中的檢測(cè)器根據(jù)輸入信號(hào)的類型確定當(dāng)前先驗(yàn)概率，使用所確定的當(dāng)前先驗(yàn)概率進(jìn)行用戶消息傳遞算法檢測(cè)，并輸出檢測(cè)后的比特信息ld。

在本發(fā)明的技術(shù)方案中，接收端中的檢測(cè)器可以根據(jù)輸入信號(hào)的類型確定當(dāng)前先驗(yàn)概率，使用所確定的當(dāng)前先驗(yàn)概率進(jìn)行用戶消息傳遞算法檢測(cè)，并輸出檢測(cè)后的比特信息ld。

另外，較佳的，在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，所述根據(jù)輸入信號(hào)的類型確定當(dāng)前先驗(yàn)概率，使用所確定的當(dāng)前先驗(yàn)概率進(jìn)行用戶消息傳遞算法檢測(cè)，并輸出檢測(cè)后的比特信息ld具體可以包括：

判斷輸入信號(hào)的類型；

當(dāng)輸入信號(hào)為來自傳輸信道的傳輸信號(hào)y時(shí)，使用檢測(cè)器中存儲(chǔ)的當(dāng)前先驗(yàn)概率進(jìn)行用戶消息傳遞算法檢測(cè)，并輸出檢測(cè)后的比特信息ld；

當(dāng)輸入信號(hào)為逆映射器輸出的概率數(shù)組時(shí)，將所述概率數(shù)組作為檢測(cè)器中的當(dāng)前先驗(yàn)概率(即將檢測(cè)器中原有的先驗(yàn)概率替換為所述概率數(shù)組)，使用當(dāng)前先驗(yàn)概率進(jìn)行用戶消息傳遞算法檢測(cè)，并輸出檢測(cè)后的比特信息ld。

另外，較佳的，在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，所述檢測(cè)后的比特信息ld為n位的對(duì)數(shù)似然比(loglikelihoodratio，llr)值，也可以表示為{ld}n。

另外，較佳的，在本發(fā)明的技術(shù)方案中，可以用y來表示接收端通過傳輸信道h接收到的傳輸信號(hào)。其中，y＝hx+t，x為發(fā)送端輸出的多維調(diào)制符號(hào)，t為傳輸信道h的加性高斯噪聲。

此外，較佳的，在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，可以通過如下所述的公式計(jì)算得到檢測(cè)后的比特信息ld：

其中，bi為發(fā)送端j個(gè)接收機(jī)中的第i個(gè)發(fā)送機(jī)產(chǎn)生的n位信源比特，ld(bi)為與bi對(duì)應(yīng)的檢測(cè)后的比特信息。

步驟62，第一加減法器將檢測(cè)后的比特信息ld減去交織器輸出的交織后的逆編碼外信息生產(chǎn)第一外信息

其中，如果是第一次迭代，則

步驟63，解交織器對(duì)第一外信息進(jìn)行解交織，得到解交織后的信息

步驟64，迭代極化碼譯碼器根據(jù)解交織后的信息生成逆編碼信息lrc和譯碼比特

另外，較佳的，在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，所述步驟64可以包括：

步驟641，使用極化碼sc譯碼器將n位的解交織后的信息轉(zhuǎn)換為n位的信息位比特信息lc。

步驟642，使用極化碼逆編碼器，根據(jù)n位的信息位比特信息lc生成n位的逆編碼信息lrc。

步驟643，使用硬判決器根據(jù)n位的信息位比特信息lc生成譯碼比特

通過上述的步驟641～643，可以分別生成逆編碼信息lrc和譯碼比特其中，上述的步驟642和步驟643可以同時(shí)執(zhí)行，也可以按照預(yù)設(shè)的執(zhí)行順序先后執(zhí)行，本發(fā)明對(duì)此不進(jìn)行限制。

另外，較佳的，在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，所述根據(jù)n位的信息位比特信息lc生成n位的逆編碼信息lrc可以包括：

將n位的信息位比特信息lc通過轉(zhuǎn)換函數(shù)f進(jìn)行計(jì)算，得到n位的逆編碼信息lrc；

其中，轉(zhuǎn)換函數(shù)f為：

其中，gn×n為極化碼編碼的生成矩陣(generatormatrix)；

lvi為極化碼編碼生成矩陣的第i行向量；

ue為長(zhǎng)度為n的向量，向量中每個(gè)元素為0或1，且元素為1的個(gè)數(shù)有0個(gè)或偶數(shù)個(gè)；

uo為長(zhǎng)度為n的向量，向量中每個(gè)元素為0或1，且元素為1的個(gè)數(shù)有奇數(shù)個(gè)；

λ為信道極化后信息比特的位置標(biāo)號(hào)集合；

λf為信道極化后凍結(jié)比特(frozenbits)的位置標(biāo)號(hào)集合；

為滿足ue向量要求的元素，取值為0或1；

為滿足uo向量要求的元素，取值為0或1。

步驟65，迭代極化碼譯碼器判斷當(dāng)前迭代次數(shù)是否小于預(yù)設(shè)的最大迭代次數(shù)；如果是，則將軟信息lrc輸出給第二加減法器；否則，結(jié)束流程。

步驟66，第二加減法器將逆編碼信息lrc減去解交織后的信息生成第二外信息并將第二外信息輸出到交織器。

步驟67，交織器對(duì)第二外信息進(jìn)行交織，生成交織后的逆編碼外信息并將交織后的逆編碼外信息輸出給逆映射器和第一加減法器。

步驟68，逆映射器將交織后的逆編碼外信息轉(zhuǎn)換為概率數(shù)組并將概率數(shù)組輸出給檢測(cè)器，返回執(zhí)行步驟61。

較佳的，在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，所述概率數(shù)組可以是m×ns的概率矩陣，可以用于替換檢測(cè)器中的先驗(yàn)概率p(x)。

此外，更進(jìn)一步的，在本發(fā)明的技術(shù)方案中，還可以在上述步驟61之前，加入發(fā)送端的編碼過程，從而形成一個(gè)完整的極化碼迭代編譯碼方法。

例如，較佳的，圖7為本發(fā)明實(shí)施例中的極化碼迭代編譯碼方法的流程示意圖。如圖7所示，本發(fā)明實(shí)施例中的極化碼迭代編譯碼方法主要包括如下所述的步驟：

步驟701，在發(fā)送端生成n位信源比特。

例如，較佳的，在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，可以在發(fā)送端通過信息源產(chǎn)生n位信源比特。在本發(fā)明的技術(shù)方案中，可以用b來表示所生成的n位信源比特。例如，當(dāng)有j個(gè)用戶時(shí)，第i個(gè)用戶的n位信源比特可以表示為bi；其中，1≤i≤j。

步驟702，對(duì)所生成的n位信源比特進(jìn)行極化碼編碼，生成n位編碼比特，并進(jìn)行交織。

例如，較佳的，在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，可以在發(fā)送端通過極化碼編碼器對(duì)所生成的n位信源比特進(jìn)行極化碼編碼，生成n位編碼比特，并進(jìn)行交織，生成極化碼碼字。在本發(fā)明的技術(shù)方案中，可以用c來表示所生成的n位的極化碼碼字。例如，第i個(gè)用戶的極化碼碼字可以表示為ci。

步驟703，使用調(diào)制器將所生成的n位編碼比特映射為包括ns個(gè)傳輸符號(hào)的多維調(diào)制符號(hào)。

例如，較佳的，在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，可以在發(fā)送端通過調(diào)制階數(shù)為m的調(diào)制器，將所生成的n位編碼比特映射為包括ns個(gè)傳輸符號(hào)的多維調(diào)制符號(hào)；其中，ns＝n/log2m。

在本發(fā)明的技術(shù)方案中，可以用x來表示所述包括ns個(gè)傳輸符號(hào)的多維調(diào)制符號(hào)。例如，第i個(gè)用戶的多維調(diào)制符號(hào)可以表示為xi。

步驟704，發(fā)送端將傳輸信號(hào)通過傳輸信道h發(fā)送給接收端。

在傳輸信道h中，傳輸信號(hào)被發(fā)送端傳輸給接收端。在傳輸過程中，傳輸信號(hào)x將被傳輸信道h的加性高斯噪聲t、衰落和符號(hào)間干擾等因素惡化。

步驟705～712：與圖6中所示的步驟61～68相同，在此不再贅述。

其中，步驟705(即步驟61)可以包括：

步驟81：判斷輸入信號(hào)是否為來自傳輸信道的傳輸信號(hào)y；如果是，執(zhí)行步驟82；否則，執(zhí)行步驟83；

步驟82，使用檢測(cè)器中存儲(chǔ)的當(dāng)前先驗(yàn)概率進(jìn)行用戶消息傳遞算法檢測(cè)，并輸出檢測(cè)后的比特信息ld；

步驟83，將所述概率數(shù)組作為檢測(cè)器中的當(dāng)前先驗(yàn)概率(即將檢測(cè)器中原有的先驗(yàn)概率替換為所述概率數(shù)組)，使用當(dāng)前先驗(yàn)概率進(jìn)行用戶消息傳遞算法檢測(cè)，并輸出檢測(cè)后的比特信息ld。

此外，為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的介紹，以下將以一個(gè)具體實(shí)施例的方式對(duì)本發(fā)明中的極化碼逆編碼器的工作原理進(jìn)行說明。

例如，較佳的，圖8為本發(fā)明實(shí)施例中的極化碼逆編碼器的算法簡(jiǎn)單例示意圖。極化碼逆編碼器的輸入信號(hào)是n位的信息位比特信息lc，可表示為{lc}n；輸出信號(hào)是n位的逆編碼信息lrc，可表示為{lrc}n。

在本具體實(shí)施例中，將以8比特1/2碼率極化碼為例，詳細(xì)闡釋極化碼逆編碼器的算法的計(jì)算過程。如圖8所示，圖中的u1～u8分別表示8位信息位比特信息lc的8個(gè)對(duì)數(shù)似然比值，x1～x8分別表示lrc的8位對(duì)數(shù)似然比值。

不失一般性，這里假設(shè)u3，u5，u7，u8為極化碼的信息位，則λ＝[3,5,7,8]，編碼生成矩陣的構(gòu)造為現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述，圖2中，編碼生成矩陣為g8×8：

當(dāng)計(jì)算lrc(x1)時(shí)，v1＝[11111111]，此時(shí)，ue和uo各有2⁷種情況，導(dǎo)致lrc(x1)的計(jì)算復(fù)雜度較高，

根據(jù)極化碼編碼特性，對(duì)于凍結(jié)比特而言，其對(duì)應(yīng)比特值在收端是已知的，等價(jià)于，j∈λf且根據(jù)這一特性，可將上式計(jì)算簡(jiǎn)化為，

即如公式(1)所描述。

此時(shí)，上述公式中的分子、分母各含2³個(gè)因子，其展開式可詳盡寫出，以便深入探討。上述公式中的分子、分母展開式分別為，

和

根據(jù)上述列式顯然可知，計(jì)算過程只用到了n位極化碼信息比特的軟信息，即極化sc碼譯碼器的輸出信號(hào){lc}n，所以，對(duì)于極化碼逆編碼器而言，輸入軟信息只需要極化sc譯碼器輸出軟信息即可，對(duì)于計(jì)算極化碼逆編碼器輸出位大于n的情況而言，依照?qǐng)D2，以計(jì)算lrc(x7)為例，v7＝[00000011]，則

同理，在計(jì)算其他極化碼逆編碼軟值也可以此類推，整個(gè)過程中，沒有軟值信息的放大、扭曲和限幅，保留了編碼增益。

圖9為本發(fā)明實(shí)施例中的極化碼迭代編譯碼方法在加性高斯白噪聲信道中的誤碼率性能曲線示意圖。如圖9所示，此時(shí)的極化碼的極碼長(zhǎng)為16比特，碼率為0.5，稀疏碼多址接入過載率為150％，因子矩陣為一個(gè)4×6常規(guī)(regular)矩陣。其中，圖9中的橫坐標(biāo)為比特級(jí)信噪比，縱坐標(biāo)為誤比特率。從圖9中可知，隨著迭代次數(shù)的增加，系統(tǒng)誤碼率顯著下降，前三次迭代效果尤為明顯，增益為3.2db，完成預(yù)設(shè)十次迭代后總增益可達(dá)3.8db。

圖10為本發(fā)明實(shí)施例中的極化碼迭代編譯碼方法在瑞利信道中的誤碼率性能曲線示意圖。如圖10所示，此時(shí)的極化碼的極碼長(zhǎng)為16比特，碼率為0.5，稀疏碼多址接入過載率為150％，因子矩陣為一個(gè)4×6常規(guī)(regular)矩陣。其中，圖10中的橫坐標(biāo)為比特級(jí)信噪比，縱坐標(biāo)為誤比特率。從圖10中可知，隨著迭代次數(shù)的增加，系統(tǒng)誤碼率顯著下降，前三次迭代效果尤為明顯，增益為2db，完成預(yù)設(shè)十次迭代后總增益可達(dá)2.4db。

綜上可知，在本發(fā)明中的極化碼迭代接收機(jī)、系統(tǒng)和極化碼迭代譯碼方法中，在接收到來自傳輸信道的傳輸信號(hào)y之后，迭代極化碼譯碼器將生成兩個(gè)輸出，并將其中的一個(gè)輸出進(jìn)行逆編碼，即將其中的一個(gè)輸出進(jìn)行解交織之后輸入逆映射器生成概率數(shù)組，并在檢測(cè)器中將該概率數(shù)組作為當(dāng)前先驗(yàn)概率進(jìn)行多次迭代計(jì)算，直到迭代結(jié)束后得到最終的譯碼比特此時(shí)，即可將譯碼比特與信源比特b進(jìn)行對(duì)比，統(tǒng)計(jì)誤碼率。由于上述的迭代過程中沒有任何，限幅、硬判決和軟信息損失，保留了原編譯碼方案的增益，因此，通過使用上述的極化碼迭代接收機(jī)，極化碼逆編碼器利用極化碼sc譯碼器輸出的軟信息對(duì)已編碼比特軟信息進(jìn)行恢復(fù)并實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)、譯碼迭代接收，從而可以在保留極化碼編碼增益的同時(shí)，在不增加譯碼復(fù)雜度的情況下，實(shí)現(xiàn)了利用極化碼作為信道編碼的迭代接收機(jī)，并且，通過迭代方案的實(shí)施，提高了無線通信系統(tǒng)的誤碼率及誤塊率性能，提升了使用上述極化碼迭代接收機(jī)的用戶體驗(yàn)。因此，本發(fā)明中的極化碼迭代接收機(jī)和極化碼迭代譯碼方法可以適用于低復(fù)雜度、高可靠性短碼字的無線通信場(chǎng)景。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)的范圍之內(nèi)。