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CN106027068A - 用于无线信道的harq速率兼容的极性码 - Google Patents

用于无线信道的harq速率兼容的极性码 Download PDF

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CN106027068A CN201610178109.3A CN201610178109A CN106027068A CN 106027068 A CN106027068 A CN 106027068A CN 201610178109 A CN201610178109 A CN 201610178109A CN 106027068 A CN106027068 A CN 106027068A
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Abstract

提供了一种用于无线信道的HARQ速率兼容的极性码。提供一种构建用于无线信道的混合自动重传请求(HARQ)速率兼容的极性码的方法、设备和芯片集。所述方法包括：在终端中构建长度为2n的基础极性码；通过将预定准则最多测试(22n+2n)/2‑1次来在基础极性码中确定用于打孔的m<2n比特的序列。

Description

用于无线信道的HARQ速率兼容的极性码
本申请要求于2015年3月25日在美国专利商标局提交的第62/138050号美国临时专利申请的优先权，所述申请的整个内容通过引用合并于此。
技术领域
本公开总体涉及构造速率兼容的极性码，更具体地讲，涉及构造用于无线信道的混合自动重传请求(HARQ)速率兼容的极性码。
背景技术
极性码是第一类也是当前仅有的一类利用了实现特定类别信道的容量的低复杂度编码和解码算法和清楚的构建(即，没有集合来挑选)的码。极性变换被定义为输入向量与极化矩阵的乘积。
极性码构建或信道极化基于这样的观测：随着极性变换的长度N＝22增加，在输入端观测的比特信道被极化，使得所述比特信道变成无噪声(完美)信道或完全噪声信道。通过在将对噪声信道(也被称为坏比特信道)的输入限制(或冻结)为零的同时经由无噪声信道(也被称为良好比特信道)发送信息比特来构建极性码。
构建极性码(即，寻找良好比特信道)通常是一个很难的问题。存在一些尝试解决该问题的启发式算法和近似算法。然而，它们仅关注于一个给定的信道，但并没有公开构建对于任意种类的信道普遍良好的极性码的方法。
另一个复杂的因素是极性码的构建通常依赖于潜在信道的特性。结果，如果极性码针对特定信道上的传输被优化，则该极性码可能并不适合于另一信道上的传输。构建适合于实际应用的极性码是一种挑战，这是因为在通信系统中，潜在信道变化。因此，需要构建对信道变化具有鲁棒性的极性码的设备和方法。
无线系统也承受着信道估计的不确定性和延迟反馈的影响。为了达到更好的整体系统吞吐量，常采用混合自动重传请求(HARQ)协议。在HARQ系统中，可使用诸如循环冗余校验码的差错检测码来对数据进行编码以进行差错检测控制。也可使用诸如极性码的差错检测码来对数据进行编码以提高误码率性能。
在接收到传输时，差错检测控制机制被校验。如果差错检测控制机制指示传输被成功接收，则确认消息(ACK)被产生，并且不需要进一步的传输。如果差错检测控制机制指示传输未被成功接收，则否定确认消息(NACK)被产生，并且向发送器节点请求重传。重传可以是与先前的传输完全相同的数据比特(通常被称为软合并(Chase combining))，或者可包括新的冗余比特(通常被称为增量冗余(IR))，其中，所述新的冗余比特在与所述先前的传输的数据合并时形成具有较低速率的另一码字，其中，码率(k/N)是码中的信息比特(k)与码中的总比特数(N)的比率。在混合软传输/IR传输中，重传可包括先前传输的比特中的一些比特以及一些新的冗余比特。
需要适合于HARQ传输的一类速率兼容码。
发明内容
本公开的一方面在于提供一种用于构建不同速率的极性码的方法和设备，其中，所述极性码形成速率兼容家族，所述极性码可被用于采用HARQ传输的通信系统或用于诸如闪存的存储器系统。
本公开的另一方面在于提供一种用于利用速率兼容家族进行极性编码的方法和设备，其中，打孔图案针对长度短的基础码被定义，并且渐近打孔被用于针对基础码以不同的码率分配打孔图案。
本公开的另一方面在于提供利用一种利用速率匹配行列方法和设备来进行的两级极化，其中，所述方法和设备保持将基础极性码进一步极化为预定长度，从而产生规律打孔图案。
本公开的另一方面在于提供一种使用比特交织编码调制和高阶调制对作为通信系统的包括组成信道或多信道的信道构建速率兼容的极性码的方法和设备。
本公开的另一方面在于提供一种用于利用速率匹配和比特选择来使能HARQ软合并通信或增量冗余通信的极性码构建方法的方法和设备。
根据本公开的一方面，提供了一种构建用于无线信道的混合自动重传请求(HARQ)速率兼容的极性码的方法。所述方法包括：在终端中构建长度为2n的基础极性码；通过将预定准则最多测试(22n+2n)/2-1次来在基础极性码中确定用于打孔的m<2n比特的序列。所述方法还包括：利用从基础极性码的打孔序列推导出的规律打孔和重复图案，从基础极性码构建长度为2n+t的更长的码。
根据本公开的另一方面，提供了一种用于构建用于无线信道的混合自动重传请求(HARQ)速率兼容的极性码的设备。所述设备包括：基础极性码产生器，包括输出端以及用于接收整数n的输入端；m比特打孔图案产生器，包括连接到基础极性码产生器的输出端的第一输入端、用于接收设计准则的第二输入端、以及输出端。
根据本公开的另一方面，提供了一种用于构建用于无线信道的混合自动重传请求(HARQ)速率兼容的极性码的芯片集。所述芯片集被构造为：构建长度为2n的基础极性码；通过将预定准则最多测试(22n+2n)/2-1次来在基础极性码中确定用于打孔的m<2n比特的序列。所述芯片集还被构造为：利用从基础极性码的打孔序列推导出的规律打孔和重复图案来构建最终长度为2n+t的更长的极性码。
附图说明
本公开的特定实施例的以上和其它方面、特征和优点从以下结合附图的详细描述将更加清楚，其中：
图1是根据本公开的实施例的产生用于基础极性码的渐进打孔图案(pattern)的方法的流程图；
图2是根据本公开的实施例的用于产生用于基础极性码的渐进打孔图案的设备的框图；
图3是根据本公开的实施例的确定用于打孔的m比特的方法的流程图；
图4是根据本公开的实施例的用于确定用于打孔的m个比特的设备的框图；
图5是根据本公开的实施例的两级极化的方法的流程图；
图6是根据本公开的实施例的用于两级极化的设备的框图；
图7是根据本公开的实施例的根据HARQ进行速率匹配、信道交织和传输比特选择的方法的流程图；
图8是根据本公开的实施例的用于根据HARQ进行速率匹配、信道交织和传输比特选择的设备的框图；
图9是根据本公开的实施例的针对重传和HARQ合并进行比特选择的方法的流程图；
图10是根据本公开的实施例的针对重传和HARQ合并进行比特选择的设备的框图；
图11是根据本公开的实施例的在使对比特交织编码调制信道的极化最大化的同时将对高阶调制信道的比特映射与系统化打孔进行结合的方法的流程图；
图12是根据本公开的实施例的用于在使对比特交织编码调制信道的极化最大化的同时将对高阶调制信道的比特映射与系统化打孔进行结合的设备的框图；
图13是根据本公开的实施例的选择信息集的方法的流程图；
图14是根据本公开的实施例的用于选择信息集的设备的框图。
具体实施方式
在下文中，参照附图详细地描述本公开的实施例。应注意，相同的元件将用相同的参考标号来指定，即使它们在不同的附图中被示出。在以下描述中，诸如详细配置和组件的具体细节仅被提供用于帮助对本公开的实施例的整体理解。因此，本领域技术人员应该清楚，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下对在此描述的实施例进行各种改变和修改。另外，为了清楚和简明，可省略公知功能和构造的描述。下面描述的术语是考虑本公开中的功能而定义的术语，并且可根据用户、用户的意图或习惯而不同。因此，应基于贯穿整个说明书的内容来定义术语的定义。
本公开可具有各种修改方式和各种实施例，现在将参照附图详细地描述所述各种实施例中的实施例。然而，应理解，本公开不限于所述实施例，而是包括本公开的精神和范围内的所有修改方式、等价形式和替换形式。
虽然包括诸如第一、第二等的序数的术语可用于描述各种元件，但是结构元件不受所述术语的限制。所述术语仅用于将一个元件与另一元件区分开。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一结构元件可被称为第二结构元件。类似地，第二结构元件也可被称为第一结构元件。如这里所使用的，术语“和/或”包括一个或更多个相关项的任意组合和所有组合。
这里所使用的术语仅用于描述本公开的各种实施例，但不意图限制本公开。除非上下文另有明确指示，否则单数形式意图包括复数形式。在本公开中，应理解，术语“包括”或“具有”指示存在特征、数字、步骤、操作、结构元件、部件或它们的组合，但不排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、结构元件、部件或它们的组合的存在或添加的可能性。
除非被不同地定义，否则在此使用的所有术语(包括技术术语或科学术语)具有与本公开所属领域的技术人员所理解的含义相同的含义。诸如在常用字典中定义的术语应被解释为具有与相关领域的上下文含义相同的含义，并且除非在本公开中被清楚地定义，否则不应被解释为具有理想化的或过于正式的含义。
本公开涉及一种构建适合于HARQ应用的速率兼容的极性码家族的方法和设备。速率兼容的极性码家族包括嵌套极性码，其中，在嵌套极性码中，通过将附加比特追加到较高速率的极性码来获得较低速率的极性码，从而从较高速率的极性码推导出较低速率的极性码。因此，在速率兼容的极性码家族中的所有极性码具有相同的信息集大小，但具有不同的速率。
使用2×2极化矩阵的极性码将具有N＝2n的长度，然而使用q×q极化矩阵的极性码将具有N＝qn的长度。具有不同长度的极性码常被用于传输或存储编码。可构建被打孔的极性码以按照不同速率(k/N)来进行操作。本公开提供一种不需要按照全码长进行误比特概率计算的方法和设备。然而以下描述的实施例将极性码长度称为N＝2n，所述实施例也适用于不同的极性码长度N＝qn。
本公开提供一种低复杂度渐进打孔方法和设备，其中，所述低复杂度渐进打孔方法和设备消除针对每个极性码速率和针对每个极性码长度进行穷举搜索的需求。针对长度短的基础极性码定义打孔图案，其中，根据所述长度短的基础极性码产生更长长度的最终极性码。因此，针对整个最终极性码以及针对每个期望的码率，在发送器和接收器中只需要存储短的比特序列而不需要存储更长的比特序列。因此，可产生具有任意长度或速率的任意极性码。
本公开还提供一种速率匹配和交织方法及设备，其中，所述方法及设备保持将基础极性码进一步极化为预定长度，从而产生规律打孔图案，这简化了被打孔的极性码的硬件实现。速率匹配和交织方法允许在保持码性能的同时使用打孔或重复来产生想要的任意速率的码。速率匹配允许使用软合并或增量冗余的HARQ传输。
本公开还提供一种用于使用比特交织编码调制和高阶调制对作为通信系统的包括组成信道或多信道的信道进行速率兼容的极性码的比特映射和构建的方法和设备。
本公开的一种方法和设备提供不需要按照每个块长度进行穷举搜索的低复杂度的速率兼容的极性码家族，这使得极性编码可实际应用于无线系统和存储器系统。渐进打孔保证嵌套的速率兼容码家族，并提供用于在增量冗余或软合并系统中使用极性码的系统化方法。
本公开减少了存储器需求，这是因为在接收器和发送器上仅存储长度与基础码相应的一个索引序列，其中，所述长度比相应的最终极性码的长度短。所述序列可应用于利用离散增量来产生任意预定长度的极性码以及任意期望速率的极性码。
图1是根据本公开的实施例的产生用于基础极性码的渐进打孔图案的方法的流程图，其中，更长的极性码从基础极性码被推导出。
参照图1，在步骤101，获得长度为2n的基础极性码。可通过将基础矩阵进行预定次数的克罗内克积(Kronecker product)来获得基础极性码。例如，可通过2×2极化矩阵的5个极化步骤(polarization step)来获得比特长度为32的基础极性码。
图案确定用于打孔的比特序列(或比特组)，其中，用于对m+1个比特进行打孔的打孔图案包括用于对m个比特进行打孔的图案，即，所述m+1个比特的序列将所述m个比特的序列用作其最初的m个元素，这使其适合于利用HARQ协议进行配置。
渐进打孔方法对长度为N＝2n且极性码速率(或母极性码速率)为k/N的基础极性码进行运算，并且可产生速率兼容的极性码家族，其中，所述速率兼容的极性码家族的速率属于速率递增形式k/2n、k/(2n-1)、k/(2n-2)至k/(k+1)。可通过发送第m个被打孔的比特(或者如在与图1的步骤507相关的段落中描述的相应比特组)来从速率为k/(2n-m)的极性码获得速率为k/(2n-m+1)的极性码。
在步骤103，将被打孔的m个比特一次被确定一个比特，其中，通过针对长度为2n的基础极性码测试2n次设计准则来寻找将被打孔的第一比特的索引。将确定的比特标记为被打孔。然后，通过将设计准则测试2n-1次来寻找将被打孔的第二比特，产生最佳设计度量的索引被选为将被打孔的比特，并针对后续比特以此类推。为了从长度为2n的基础码打孔m个比特，设计准则被测试次。
为了寻找整个打孔序列直到基础码的长度，设计准则被测试次。相反，其它方法需要进行次图案搜索和对设计准则的测试，其中，寻找速率为k/(2n-m)的极性码的过程需要搜索用于从2n个比特打孔m个比特的Choose(2n，m)个可能的图案，并且其中，针对每个m(m<2n)重复此搜索过程。此外，现有技术的搜索过程无法确保打孔序列是嵌套的，因此可能不适合于HARQ传输。例如，对于长度为32的基础极性码，需要4,294,967,294次搜索和对设计准则的测试，然而根据本公开的实施例，仅需要527次搜索。
也可如以下描述的图3和图4中所示的那样来实现步骤103。
图2是根据本公开的实施例的用于产生用于基础极性码的渐进打孔图案的设备200的框图。
参照图2，设备200包括基础极性码产生器201和m比特打孔图案产生器203。
基础极性码产生器201包括用于接收整数n的输入端，产生长度为2n的基础极性码，并包括输出产生的基础极性码的输出端。
如果2×2极化矩阵被使用，则通过对基础矩阵(例如，2×2极化矩阵)进行n次克罗内克积来产生长度为2n的基础极性码，从而产生基础极性码。
m比特打孔图案产生器203具有用于接收产生的基础极性码的第一输入端、用于接收设计准则的第二输入端、以及用于输出m比特被打孔的基础极性码的输出端，其中，将被打孔的m个比特一次被确定一个比特，其中，通过针对长度为2n的基础极性码测试2n次设计准则来寻找将被打孔的第一比特的索引。将确定的比特标记为被打孔。然后，通过对未被打孔的比特测试2n-1次设计准则来寻找将被打孔的第二比特，产生最佳设计度量的索引被选为将被打孔的比特，并针对后续比特以此类推。为了针对任意m<2n个比特寻找打孔序列直到长度为2n的基础码的码长度，设计准则被测试次。
图3是根据本公开的实施例的确定用于打孔的m<2n个比特的序列的方法的流程图。
参照图3，在步骤301，计数器i被设置为等于2n。
在步骤303，设计准则被测试i次。
在步骤305，满足设计准则的比特被选为将被打孔。
在步骤307，i被递减。
在步骤309，确定i是否等于2n-m。如果i不等于2n-m，则所述方法返回到步骤303。否则，在步骤311终止确定用于打孔的m个比特的序列的方法。
用于选择渐进打孔图案的准则可以是被打孔的极性码具有最小聚合信息误比特概率的图案，其中，所述聚合信息误比特概率是通过对估计出的极性码的信息集的所有比特信道的差错概率进行求和来定义的。可通过信道升级(upgrading)和降级(degrading)操作，使用极化信道的高斯近似、蒙特卡洛模拟或量化来估计信息误比特概率，其中，对被打孔的比特进行传输的信道被建模为二进制删除信道(binary erasure channel)或具有无限大的噪声方差的信道。
根据本公开的实施例，用于选择渐进打孔图案的准则可以是：具有最高差错概率的被极化的比特信道对应于被打孔的极性码比特。此过程利用以下事实：对m个输出极性码比特进行打孔将导致将m个被极化的比特信道设置为具有零容量。具有高差错概率的输入比特信道通常是不携带信息而是被设置为(或冻结为)预定值(诸如0)的比特信道，并且通过对与被冻结的比特信道相应的极性码比特进行打孔，不会丢失信息。
此外，测试准则可以是具有以下约束的可被用于确定极性码性能的对基础极性码的任意度量：在固定先前被打孔的m个比特的同时通过针对2n-m个候选比特测试所述度量来寻找将被打孔的第(m+1)比特。这种准则可包括矩阵极化指数、结果极性码的误差指数或者极性码最小距离。
图4是根据本公开的实施例的用于确定用于打孔的m个比特的序列的设备400的框图。
参照图4，设备400包括计数器401、比较器403、设计准则测试器405和比特选择器407。
计数器401具有用于接收用于对计数器401的值进行初始化的值2n的第一输入端、用于接收使计数器401递减的信号的第二输入端以及输出计数器401的当前值的输出端。值2n是将被打孔的基础极性码的长度。
比较器403具有连接到计数器401的输出端的用于接收计数器的当前值的第一输入端、连接到依赖于m的参考值(例如，地电位或参考值)的第二输入端、以及输出对计数器401的当前值与参考值进行比较的结果(即，对计数器的当前值是否等于参考值的确定)的输出端。如果计数器401的当前值不等于参考值，则设备400进行操作；否则设备400停止操作。
设计准则测试器405具有连接到比较器403的输出端的第一输入端、用于接收设计准则的第二输入端、将测试结果传送到比特选择器407的第一输出端、以及连接到比较器401的第二输入端的用于在每个打孔比特被确定之后使计数器401递减的第二输出端。
比特选择器407通过对在其输入端接收到的测试结果进行比较来选择用于打孔的一个比特，并输出对被打孔的比特的确定。
用于选择渐进打孔图案的准则可以是被打孔的极性码具有最小聚合信息误比特概率的图案，其中，所述聚合信息误比特概率是通过对估计出的极性码的信息集的所有比特信道的差错概率进行求和来定义的。可通过信道升级和降级操作，使用极化信道的高斯近似、蒙特卡洛模拟或量化来估计信息误比特概率，其中，对被打孔的比特进行传输的信道被建模为二进制删除信道或具有无限大的噪声方差的信道。
根据本公开的实施例，用于选择渐进打孔图案的准则可以是：具有最高差错概率的被极化的比特信道对应于被打孔的极性码比特。此外，此过程利用以下事实：对m个输出极性码比特进行打孔将导致将m个被极化的比特信道设置为具有零容量。具有高差错概率的输入比特信道通常是不携带信息而是被设置为(或冻结为)预定值(诸如0)的比特信道，并且通过对与被冻结的比特信道相应的极性码比特进行打孔，不会丢失信息。
此外，测试准则可以是具有以下约束的可被用于确定极性码性能的对基础极性码的任意度量：在固定先前被打孔的m个比特的同时通过针对2n-m个候选比特测试所述度量来寻找将被打孔的第(m+1)比特。这种准则可包括矩阵极化指数、结果极性码的误差指数或者极性码最小距离。
图5是根据本公开的实施例的两级极化的方法的流程图，其中，基础极性码被极化为预定极性码长度，并且较长的最终极性码的规律打孔图案从较短的基础极性码的渐进打孔图案被推导出。虽然本公开显著降低了渐进打孔的复杂度，但是它会花费时间针对最终极性码的每个可能的长度重复此过程。因此，本公开通过对长度短于最终极性码的基础极性码仅进行一次搜索来避免针对每个最终极性码长度重复搜索最佳打孔图案的过程。由于仅对基础码进行渐进打孔，并且渐进打孔将被用于在长度为2n+t的任意其它极性码进行打孔，因此显著地节省了复杂度。例如，考虑单个所需长度Q＝2n+t，然后利用两级极化对基础码进行渐进打孔的过程仅需要对基础码进行(22n+2n)/2-1次搜索，这远少于在对较长的极性码进行渐进打孔的情况下所需的(2(2n+2t)+2(n+t))/2-1次搜索，甚至远少于对长度为2n+t的较长极性码进行穷举搜索所需的22(n+t)-1次搜索。本公开还避免了在发送器和接收器上针对每个最终极性码长度存储较长的打孔序列。
参照图5，在步骤501，通过在第一编码阶段对极化矩阵极化第一(例如低的)次数来构建长度为2n的短基础极性码。
在步骤503，在基础极性码中搜索打孔图案。本公开在比基础极性码长的最终极性码中产生良好的规律打孔图案。
在步骤505，根据搜索到的打孔码对基础极性码进行打孔。
在步骤507，基于编码方法来构建长度为2n+t的最终极性码，其中，在以上描述的步骤501中，第一编码阶段构建了长度为2n的基础极性码，第二编码阶段对2n个比特信道中的每一个比特信道极化2t次来构建比基础极性码长的最终极性码，是根据比特反向置换的重排序矩阵。
较短的基础极性码中的每个被打孔的比特对应于较长的最终极性码中的2t个被打孔的比特的组，其中，在基础极性码中的打孔图案被应用于最终极性码中的每个连续的2t个输出比特，从而产生规律打孔图案。例如，通过2×2极化矩阵的5个极化步骤来获得长度为32的基础极性码，并且该基础极性码利用相应的生成矩阵和比特反向映射被标记为用于较长的最终极性码的编码方法是其中，第一编码步骤构建长度为25的极性码，最后的编码步骤进一步对每个比特信道极化27次。打孔图案被应用于25个比特的连续集合来形成关于较长的最终极性码的输出比特的规律打孔图案。
根据本公开的实施例，基于两级极化和编码方法从长度为2n的基础极性码构建长度为2n+t的较长的最终极性码，其中，第一编码阶段包括2n个极性编码器，其中，每个极性编码器用于长度为2t的码，第二编码阶段包括2t个编码器，其中，每个编码器用于长度为2n的码，其中，在第二编码阶段对第i个编码器的输入由来自第一编码阶段中的2n个编码器的第i个输出比特信道构成。第二编码阶段对2t个比特信道中的每一个比特信道极化2n次。基础极性码中的每一个被打孔的比特对应于较长的最终极性码中的2t个被打孔的比特的组，其中，打孔图案被重复2t次，打孔图案在第二编码阶段对每个编码器重复一次。基础打孔图案被应用于第二编码阶段的输出，使得基础极性码中的每一个被打孔的比特对应于较长的最终极性码中的2t个被打孔的输出比特，其中，所述2t个被打孔的输出比特被第一编码阶段中的编码器一起极化。例如，短基础极性码的长度为32，并且通过2×2极化矩阵的5个极化步骤被获得，其中，所述短基础极性码利用相应的生成矩阵和比特反向映射被标记为在此示例中，用于较长的最终极性码的编码方法是其中，第一编码步骤构建长度为27的极性码，最后的编码步骤进一步对每个比特信道极化27次。每个连续的25个输出比特表示分量极性码，并根据长度为25的基础极性码的打孔图案被打孔，以产生关于较长极性码的规律打孔图案。
根据本公开的实施例，用于两级编码以及从较短的基础极性码的打孔图案推导出关于较长的最终极性码的打孔图案的方法可被应用于针对短码选择的任意打孔图案，而不必通过渐进打孔来获得。
图6是根据本公开的实施例的用于两级极化的设备600的框图，其中，基础极性码被极化为预定的极性码长度，并且较长的最终极性码的规律打孔图案从较短的基础极性码的渐进打孔图案被推导出。
参照图6，设备600包括基础极性码产生器601、m比特打孔图案产生器603、基础极性码打孔器605和最终极性码产生器607。
基础极性码产生器601包括用于接收整数n的输入端以及输出长度为2n的基础极性码的输出端，其中，基础极性码是通过对极化矩阵极化n次来构建的。
m比特打孔图案产生器603包括连接到基础极性码产生器601的输出端的第一输入端、用于接收设计准则的第二输入端以及输出用于基础极性码的m比特打孔图案的输出端。
基础极性码打孔器605包括连接到基础极性码产生器601的输出端的用于接收基础极性码的第一输入端、连接到m比特打孔图案产生器603的输出端的用于接收m比特打孔图案的第二输入端、以及输出根据m比特打孔图案被打孔的基础极性码的输出端。
最终极性码产生器607包括连接到基础极性码打孔器的输出端的第一输入端、用于接收值t的第二输入端以及输出最终极性码的输出端。最终极性码的长度为2n+t，并基于编码方法被构建，其中，基础极性码的2n个比特信道中的每一个比特信道被极化2t次。
图7是根据本公开的实施例的根据HARQ进行速率匹配、信道交织和传输比特选择的方法的流程图，其中，渐进打孔图案在以上描述的图5的步骤501中通过使用基础极性码被构建，并且其中，最终极性码比特根据使用基础极性码而构建的渐进打孔图案被系统化打孔。此方法允许将最终极性码一步编码到预定长度，例如，
参照图7，在步骤701，对于两级编码方法较长的最终极性码的输出比特被排列为2n个列和2t个行的矩形阵列，其中，阵列中的编写排列是行优先(即，最先的2n个比特从左到右被写入第一行，然后是第二行，并以此类推)。针对短码寻找长度为2n的渐进打孔序列。所述阵列的列按渐进打孔序列的相反顺序被置换，也就是说，如果渐进打孔序列是则列的置换被执行使得未置换的阵列中的第i1列变成置换后的阵列中的最后一列，并且未置换的阵列中的第列变成置换后的阵列中的第一列。
在步骤703，逐列读取并发送将在信道上传输的输出极性码，这导致交织的信道，其中，K和Q＝2n+t是信息块和期望的母极性码块的长度。因此，在进行打孔之后的传输码率是K/L，其中，L等于Q减去被打孔的比特数。速率匹配方法选择将被发送的比特，并丢弃被打孔的比特(即，被打孔的比特不被发送)。
如果L是2t的倍数(即，L＝m·2t)，则只发送最初的m列。所述方法允许选择任意速率，并且本公开不限于L是2t的倍数。所述方法还允许更细粒度的传输速率，即使是打孔图案被设计用于基础极性码。从第一列开始列向地自上而下读取L个比特，其中，如果L不是2t的倍数，则仅读取最后一列的一部分。因此，具有索引(j-1)2t+i的被发送的比特是列置换后的阵列中的存在于第i行第j列的第(i，j)个元素。所述方法利用其两级编码结构保留关于较长的最终极性码的规律打孔图案。
所述方法还允许以下情况：通过重复最重要的比特，被发送的码长度L大于母码长度Q，其中，被发送的极性码的速率是K/L并且低于母极性码的速率K/Q。如果L>Q，则在列置换之后的2t×2n阵列被认为是圆形阵列，并且第(Q+1)个被发送的比特是列置换后的阵列中的第(1,1)个比特。
在步骤705，接收节点接收被发送的最终极性码的比特，并将接收到的比特(例如，来自信道的软对数似然度)逐列地排列在被初始化为0的阵列中，其中，针对被打孔的比特的似然度被初始化为0。
根据本公开的实施例，可存在额外的行交织以实现更好的传输多样性，这可在保持极化结构的同时利用多项式交织器来实现。另外，另一信道交织器可被布置在总输出端。另外，阵列的尺寸可被改变为对应于不同的两级编码。
图8是根据本公开的实施例的根据HARQ进行速率匹配、信道交织和传输比特选择的设备800的框图。
参照图8，设备800包括2n×2t阵列产生器801、发送器803、第一天线805、第二天线807、接收器809和2n×2t初始阵列产生器811。
2n×2t阵列产生器801包括用于接收长度为Q＝2n+t的最终极性码的输入端以及用于提供将被发送的最终极性码的比特的输出端，其中，阵列中的编写排列是行优先(即，最先的2n个比特从左到右被写入第一行，然后是第二行，并以此类推)。针对短码寻找长度为2n的渐进打孔序列。所述阵列的列按渐进打孔序列的相反顺序被置换，也就是说，如果渐进打孔序列是则列的置换被执行使得未置换的阵列中的第i1列变成置换后的阵列中的最后一列，并且未置换的阵列中的第列变成置换后的阵列中的第一列。逐列读取并发送将在信道上传输的输出极性码，这导致交织的信道，其中，K和Q是信息块和最终的母极性码块的长度。因此，在进行打孔之后的传输码率是K/L，其中，L等于Q减去被打孔的比特数。
速率匹配方法选择将被发送的比特，并丢弃被打孔的比特(即，被打孔的比特不被发送)。如果L是2t的倍数(即，L＝m·2t)，则只发送最初的m列。可选择任意速率，并且本公开不限于L是2t的倍数。这允许更细粒度的传输速率，即使是打孔图案被设计用于基础极性码。从第一列开始列向地自上而下读取L个比特，其中，如果L不是2t的倍数，则仅读取最后一列的一部分。因此，具有索引(j-1)2t+i的被发送的比特是列置换后的阵列中的存在于第i行第j列的第(i，j)个元素。所述方法利用两级编码结构保留关于较长的最终极性码的规律打孔图案。
所述方法还允许以下情况：通过重复最重要的比特，被发送的码长度L大于母码长度Q，其中，被发送的极性码的速率是K/L并且低于母极性码的速率K/Q。如果L>Q，则在列置换之后的2t×2n阵列被认为是圆形阵列，并且第(Q+1)个被发送的比特是列置换后的阵列中的第(1,1)个比特。
发送器803包括输出端以及连接到2n×2t阵列产生器801的输出端的输入端。
第一天线805连接到发送器的输出端并用于广播将被发送的最终极性码的比特。
第二天线807接收由第一天线805广播的最终极性码的比特。
接收器809包括连接到第二天线807的输入端、以及出现接收到的最终极性码的比特的输出端。接收器809接收被发送的最终极性码的比特，并将接收到的比特(例如，来自信道的软对数似然度)逐列地排列在被初始化为0的阵列中，其中，针对被打孔的比特的似然度被初始化为0。
2n×2t初始阵列产生器811包括连接到接收器809的输出端的用于接收最终极性码的比特的输入端。
图9是根据本公开的实施例的针对重传和允许软合并或增量冗余的HARQ合并进行比特选择的方法的流程图。
参照图9，在步骤901，确定是软合并还是增量冗余被用于重传。
如果软合并被用于重传，则在步骤903，最初发送的比特被重传。
然而，如果增量冗余被用于重传，则在步骤905，发送最初发送的比特中的至少一个比特，并发送至少一个附加比特。
每个传输可被分配传输索引，其中，可存在T个不同的传输索引。在这种情况下，具有传输索引的传输将开始逐列地读取被发送的比特。具有不同的传输索引的传输将从不同的列索引开始读取输出比特。传输索引可被均匀地分布在阵列的列之间。传输索引{1,2,…,T}可对应于列索引如果传输速率是K/L，则从具有由传输索引表征的索引的列的顶部开始列向地读取和发送的比特数是L。如果需要按照比K/Q低的编码速率K/L进行发送(其中，L>Q)，则从具有由传输索引L表征的索引的列开始列向地读取L个比特。如果在读取所有L个比特之前读取阵列的末尾(例如，最右列的底部比特)，则速率匹配器将通过从列置换后的阵列的第一列(例如，第一列的顶部比特)读取输出比特的剩余部分来继续按循环列向的方式进行读取。如果则具有不同传输索引的传输将具有重叠的比特，否则传输可具有互不包括的比特。
在步骤907，接收节点将接收到的比特(例如，来自信道的软对数似然度)从与传输索引相应的列索引开始逐列地排列在被初始化为0的阵列中，其中，针对被打孔的比特的似然度被初始化为零。在重复的情况下，阵列被视为圆形阵列，并且接收到的以相同阵列索引重叠的软比特将被合并在一起。接收节点将根据渐近打孔顺序重新排列接收到的阵列的列。如果渐近打孔序列是则使得结果阵列中的第列是接收到的阵列中的第一列。
根据本公开的实施例，根据优化过程，与传输索引相应的列索引不需要被均匀地分布在整个阵列中。另外，根据优化过程，与第一传输相应的列索引不需要是第一列。
图10是根据本公开的实施例的针对重传和HARQ合并进行比特选择的设备1000的框图。
参照图10，设备1000包括软合并/增量冗余确定器1001、合并器1003和发送器1005。
软合并/增量冗余确定器1001包括用于在软合并和增量冗余之间进行选择的第一输入端、用于接收最新传输的最终极性码的第二输入端、输出所述最新传输的最终极性码的第一输出端和用于启用增量冗余的第二输出端。
合并器1003包括连接到软合并/增量冗余确定器1001的第一输出端的第一输入端、连接到软合并/增量冗余确定器1001的第二输出端的第二输入端、用于接收将被发送的附加比特的第三输入端、以及输出与将被发送的附加比特合并的最新传输的最终极性码的比特中的一些比特的输出端。
发送器1005包括连接到软合并/增量冗余确定器1001的第一输出端的第一输入端、连接到合并器1003的输出端的第二输入端、以及输出端，其中，所述输出端用于发送最新传输的最终极性码，或发送最新传输的最终极性码的比特中的一些比特连同将通过最终极性码发送的附加比特，或发送将通过最终极性码发送的附加比特但不一起发送最新传输的最终极性码的比特。
每个传输可被分配传输索引，其中，可存在T个不同的传输索引。对于软合并，所有传输将具有相同索引。对于增量冗余，不同的传输可具有不同的传输索引。在这种情况下，具有传输索引的传输将开始逐列地读取被发送的比特。具有不同的传输索引的传输将从不同的列索引开始读取输出比特。传输索引可被均匀地分布在阵列的列之间。传输索引{1,2,…,T}可对应于列索引如果传输速率是K/L，则从具有由传输索引表征的索引的列的顶部开始列向地读取和发送的比特数是L。如果需要按照比K/Q低的编码速率K/L进行发送(其中，L>Q)，则从具有由传输索引L表征的索引的列开始列向地读取L个比特。如果在读取所有L个比特之前读取阵列的末尾(例如，最右列的底部比特)，则速率匹配器将通过从第一列(例如，第一列的顶部比特)读取输出比特的剩余部分来继续按循环列向的方式进行读取。如果则具有不同传输索引的传输将具有重叠的比特，否则传输将具有互不包括的比特。
图11是根据本公开的实施例的在使对比特交织编码调制信道的极化最大化的同时将对高阶调制信道的比特映射与系统化打孔进行结合的方法的流程图。复合极性编码可用于比特交织编码调制、高阶调制传输或多信道传输的情况。
参照图11，在步骤1101，使用利用2q个符号的高阶q正交幅度调制(q-QAM)，其中，q个比特的每个组被映射为一个符号。根据比特至符号映射，每2个比特可具有相同的信道可靠性。如果将发送L个比特，则C＝|L/2t|是从具有与传输索引相应的索引的列开始的、比特将被读取和发送的列的总数量。
在步骤1103，利用q/2个不同的信道类型来进行q-QAM传输。
在步骤1105，C个列被分类为q/2个组，其中，每个组包括个连续列，其中，表示上取整函数。
在步骤1107，每两个列向的连续列比特从每个列组被映射到每个符号，其中，两个连续符号被映射到具有相同信道类型的比特索引。此结构允许按照与一行相应的短长度的每个组成极性码来对所有信道类型以及被打孔的信道进行编码，这保持了极化并产生良好的性能。
根据本公开的实施例，可按照q/2！种方式将q/2个不同的信道类型映射到不同的q/2个列组。可测试不同的映射，并且可选出具有预定编码速率和传输索引(对应于唯一一组被打孔的比特)的最佳映射。
根据本公开的实施例，以上的映射可从一个传输索引切换到另一个传输索引，即，T个传输索引中的每一个传输索引可为了增加的信道多样性而使用不同的比特映射。根据本实施例，如与图10的发送器1005相关的段落中所描述的，每个传输可对应于软合并传输或增量冗余传输。
根据本公开的实施例，可在列向地读取之后或在对被打孔的码进行额外交织之后连续地发送所有q个比特。
根据本公开的实施例，速率匹配阵列可由于q-QAM传输而针对具有q/2个信道类型的多信道被复制q/2次。在此情况下，从每个复制的速率匹配阵列读取的连续比特将被映射到不同的信道类型。
图12是根据本公开的实施例的用于在使对比特交织编码调制信道的极化最大化的同时将对高阶调制信道的比特映射与系统化打孔进行结合的设备1200的框图。
参照图12，设备1200包括发送器1201、列分类器1203和列向映射器1205。
发送器1201包括：输入端，用于接收利用2q个符号的高阶q-QAM调制，其中，q个比特的每个组被映射为一个符号，每2个比特具有相同的信道可靠性；输出端，利用q/2个不同的信道类型来进行q-QAM传输。如果将发送L个比特，则C＝|L/2t|是从具有与传输索引相应的索引的列开始的、比特将被读取和发送的列的总数量，其中，表示上取整函数。
列分类器1203包括连接到发送器1201的输出端的输入端以及输出被分类为q/2个组的C个列的输出端，其中，每个组包括个连续列，其中，表示上取整函数。
列向映射器1205包括连接到列分类器1203的输出端的输入端，其中，列向映射器1205将每两个列向的连续列比特从每个列组映射到每个符号，其中，两个连续符号被映射到具有相同信道类型的比特索引。此结构允许利用与阵列中的一行相应的较短长度2t的单独组成极性码来对每个比特交织编码调制信道类型以及被打孔的信道进行编码，这保持了极化并产生良好的性能。
图13是根据本公开的实施例的选择信息集的方法的流程图。通过使携带相同信息比特的一组输入索引用于构建的具有预定码长度的家族中的具有不同速率的所有码来表征构建的所述码家族。
参照图13，在步骤1301，根据估计的信道差错概率来选择关于基础极性码的信息集和渐近打孔图案，其中，信道差错概率可按照各种信道信噪比(SNR)来估计。对于所述家族中的低速率码，选择低SNR导致性能优越的码。基于具有高SNR的信道来设计渐近打孔图案的处理有利于所述家族中的具有高码率的码。用于选择的SNR点可被选为中间SNR或目标操作码率。必需针对具有预定码长度的每个家族选择信息集。给定从基础极性码的打孔图案推导出的关于最终极性码的打孔图案，通过估计所述家族中的具有最高码率的码的比特信道差错概率来寻找信息比特信道的集合。之后，信息比特信道被选择为是具有最低差错概率的信息比特信道。
在步骤1303，随后，信息集针对同一家族中的所有其它极性码被固定。
根据本公开的实施例，如果极性码将被设计在不同信道类型上使用，则可针对所有不同信道类型估计预定极性码(例如，在极性码家族中具有最高码率的极性码)的比特信道差错性能，并且用于每个比特信道的差错概率的上确界被用于信息比特选择。
根据本公开的实施例，迭代过程被设计用于共同寻找用于基础极性码的信息集和渐近打孔图案，其中，最佳信息集在将被用于选择下一个被打孔的比特的每个打孔步骤之后被寻找。在极性码家族中寻找到针对最高码率的打孔图案之后，基于所述最高码率的码来寻找信息集。之后，在针对最高码率的码固定信息集的同时，重复渐近打孔图案。该处理可被重复直到信息集或渐近打孔图案不存在变化为止。
根据本公开的实施例，可诸如利用以上描述的迭代过程从基础极性码选择信息集，并且所述信息集可用于推导最终极性码的信息集，其中，最终极性码比基础极性码长。
图14是根据本公开的实施例的用于选择信息集的设备1400的框图。
参照图14，设备1400包括信息集/渐近打孔图案选择器1401和家族极性码设置器1403。
信息集/渐近打孔图案选择器1401具有输入端，所述输入端用于根据估计的信道差错概率选择关于基础极性码的信息集和渐近打孔图案，其中，信道差错概率可按照各种信道信噪比(SNR)来估计。另外，信息集/渐近打孔图案选择器1401具有输出选择的信息集和渐近打孔图案的输出端。
家族极性码设置器1403包括连接到信息集/渐近打孔图案1401的输出端的输入端、以及输出针对同一家族中的所有其它极性码被固定的信息集的输出端。
虽然已在本公开的具体实施方式中描述了本公开的特定实施例，在不脱离本公开的范围的情况下，可对本公开进行各种形式上的修改。因此，本公开的范围不应仅基于描述的实施例来确定，而应基于权利要求及其等同物来确定。

Claims (20)

1.一种构建用于无线信道的混合自动重传请求(HARQ)速率兼容的极性码的方法，所述方法包括：
在终端中构建长度为2n的基础极性码；
通过将预定设计准则最多测试(22n+2n)/2-1次来在基础极性码中确定用于打孔的m<2n比特的序列。
2.如权利要求1所述的方法，其中，通过将预定设计准则最多测试(22n+2n)/2-1次来在基础极性码中确定用于打孔的m<2n比特的步骤包括：
在终端中将计数器i设置为等于2n；
将所述预定设计准则测试i次；
选择用于打孔的一个比特；
对i进行递减；
如果i不等于2n-m，则返回到将所述预定设计准则测试i次的步骤；
如果i等于2n-m，则终止所述方法。
3.如权利要求1所述的方法，还包括：
在终端中，在基础极性码中搜索打孔序列；
根据所述打孔序列对基础极性码进行打孔；
通过对打孔后的基础极性码中的2n个比特中的每一个比特编码2t次来构建长度为2n+t的最终极性码。
4.如权利要求3所述的方法，还包括：
在终端中将最终极性码的比特存储在2n个列和2t个行的阵列中；
根据已知的打孔序列对所述阵列的列进行排列；
逐列地读取最终极性码的比特；
由终端发送读取的最终极性码的比特；
由接收器接收发送的最终极性码的比特；
由接收器将阵列初始化为零；
逐列地将接收到的最终极性码的比特存储在经过初始化的阵列中；
对按照相同阵列索引接收到的比特进行合并；
根据已知的打孔序列对接收到的阵列的列进行排列。
5.如权利要求1所述的方法，还包括：
在终端中确定是软合并还是增量冗余被用于重传；
如果软合并被用于重传，则由终端重传最初发送的最终极性码的比特；
如果增量冗余被用于重传，则由终端发送至少一个附加比特；
由接收器接收重传的比特；
由接收器将阵列初始化为零；
从与传输索引相应的列索引开始，将重传的比特逐列地存储在经过初始化的阵列中；
对在同一传输中或在不同传输中按照相同索引被接收到阵列中的比特进行合并；
根据已知的打孔序列对接收到的阵列的列进行排列。
6.如权利要求1所述的方法，还包括：
由终端使用利用2q个符号的高阶q正交幅度调制，其中，q个比特的每个组被映射到一个符号；
由终端利用q/2个不同信道类型发送q个正交幅度调制传输；
由终端将C个列的被发送的比特分类为q/2个组，其中，每个组包括个列；
由终端将每两个列向的连续列比特从每个列组映射到每个符号，其中，两个连续符号被映射到相同信道类型的比特索引。
7.如权利要求1所述的方法，还包括：
由终端根据估计的信道差错概率来选择基础极性码的信息集和打孔图案；
针对极性码家族中的每个极性码设置所述信息集。
8.一种用于构建用于无线信道的混合自动重传请求(HARQ)速率兼容的极性码的设备，所述设备包括：
基础极性码产生器，包括输出端以及用于接收值n的输入端；
m比特打孔图案产生器，包括连接到基础极性码产生器的输出端的第一输入端、用于接收设计准则的第二输入端、以及输出端。
9.如权利要求8所述的设备，还包括：
计数器，包括用于接收值n的第一输入端、用于接收递减信号的第二输入端、以及输出端；
比较器，包括连接到计数器的输出端的第一输入端、连接到参考值的第二输入端、以及输出端；
设计准则测试器，包括连接到比较器的输出端的第一输入端、用于接收设计准则的第二输入端、连接到计数器的第二输入端的第一输出端、以及第二输出端。
10.如权利要求8所述的设备，还包括：
基础极性码打孔器，包括连接到基础极性码产生器的输出端的第一输入端、连接到m比特打孔图案产生器的输出端的第二输入端、以及输出端；
最终极性码产生器，包括连接到基础极性码打孔器的输出端或对基础极性码打孔器的输出端进行读取的第一输入端、用于接收值t的第二输入端、以及输出端。
11.如权利要求10所述的设备，还包括：
2n×2t阵列产生器，包括输出端以及连接到最终极性码产生器的输出端的输入端；
发送器，包括连接到2n×2t阵列产生器的输出端的输入端以及连接到第一天线的输出端；
接收器，包括输出端以及连接到第二天线的输入端；
2n×2t初始化阵列产生器，包括输出端以及连接到接收器的输出端的输入端。
12.如权利要求10所述的设备，还包括：
软合并/增量冗余确定器，包括用于在软合并与增量冗余之间进行选择的第一输入端、用于接收初始传输的第二输入端、输出所述初始传输的第一输出端以及输出使能信号的第二输出端；
合并器，包括连接到软合并/增量冗余确定器的第一输出端的第一输入端、连接到软合并/增量冗余确定器的第二输出端的第二输入端、用于接收至少一个附加比特的第三输入端、以及输出端；
发送器，包括连接到软合并/增量冗余确定器的第一输出端的第一输入端、连接到合并器的输出端的第二输入端、以及输出端。
13.如权利要求11所述的设备，其中，发送器使用利用2q个符号的高阶q正交幅度调制，其中，q个比特的每个组被映射到一个符号，并且发送器利用q/2个不同信道类型发送q个正交幅度调制传输，所述设备还包括：
列分类器，包括用于接收q个正交幅度调制传输的输入端以及输出被分类为q/2个组的C个列的输出端，其中，每个组包括个列；
列向映射器，包括输出端以及连接到列分类器的输出端的输入端，其中，每两个列向的连续列比特从每个列组被映射到每个符号，其中，两个连续符号被映射到相同信道类型的比特索引。
14.如权利要求8所述的设备，还包括：
信息集/打孔图案选择器，包括用于选择信息集和打孔图案的输入端，并具有输出端；
家族极性码设置器，包括连接到信息集/打孔图案选择器的输出端的输入端、以及针对家族中的所有极性码输出选择的信息集和打孔图案的输出端。
15.一种用于构建用于无线信道的混合自动重传请求(HARQ)速率兼容的极性码的芯片集，所述芯片集被构造为：
构建长度为2n的基础极性码；
通过将预定设计准则最多测试(22n+2n)/2-1次来在基础极性码中确定用于打孔的m<2n比特的序列。
16.如权利要求15所述的芯片集，还被构造为：
将计数器i设置为等于2n；
将所述预定设计准则测试i次；
选择用于打孔的一个比特；
对i进行递减；
如果i不等于2n-m，则返回到将所述预定设计准则测试i次的过程；
如果i等于2n-m，则终止确定用于打孔的m个比特的过程。
17.如权利要求15所述的芯片集，还被构造为：
在基础极性码中搜索打孔图案；
根据所述打孔图案对基础极性码进行打孔；
通过对打孔后的基础极性码中的2n个比特中的每一个比特编码2t次来构建长度为2n+t的最终极性码。
18.如权利要求17所述的芯片集，还被构造为：
将最终极性码的比特存储在2n个列和2t个行的阵列中；
根据已知的打孔序列对所述阵列的2n个列进行排列；
逐列地读取最终极性码的比特；
发送读取的最终极性码的比特；
接收发送的最终极性码的比特；
将阵列初始化为零；
逐列地将接收到的最终极性码的比特存储在经过初始化的阵列中；
对按照相同阵列索引接收到的比特进行合并；
根据已知的打孔序列对接收到的阵列的列进行排列。
19.如权利要求15所述的芯片集，还被构造为：
确定是软合并还是增量冗余被用于重传；
如果软合并被用于重传，则重传最初发送的最终极性码的比特；
如果增量冗余被用于重传，则发送至少一个附加比特；
接收重传的比特；
将阵列初始化为零；
从与传输索引相应的列索引开始，将重传的比特逐列地存储在经过初始化的阵列中；
对在同一传输中或在不同传输中按照相同索引被接收到阵列中的比特进行合并；
根据已知的打孔序列对接收到的阵列的列进行排列。
20.如权利要求15所述的芯片集，还被构造为：
根据估计的信道差错概率来选择基础极性码的信息集和打孔图案；
针对极性码家族中的每个极性码设置所述信息集。
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