Способ и устройство согласования скорости полярного кода и устройство беспроводной связи

Способ и устройство согласования скорости полярного кода и устройство беспроводной связи

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[001] Варианты осуществления настоящего изобретения относятся к области кодирования/декодирования, и более конкретно, к устройству и способу согласования скорости полярного кода (Polar code) и устройству беспроводной связи.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[002] В системе связи, канальное кодирование обычно используется для улучшения надежности передачи данных и обеспечения качества связи. Полярный код представляет собой код высокого качества, который обеспечивает возможность достижения шенноновской пропускной способности и имеет низкую сложность кодирования-декодирования. Полярный код является линейным блочным кодом. Генераторной матрицей полярного кода является G_N., и процесс кодирования полярного кода выражается как x 1 N = u 1 N G N. , где G N. = B N F ⊗n , кодовая длина равна N=2n, и n≥0.

[003] F=[ 1 0 1 1 ], и B_N является транспонированной матрицей, такой как матрица обращения битов (bit reversal).

F ⊗n является кронекеровой степенью (Kronecker power) F и определяется как F ⊗n =F⊗ F ⊗(n-1) . Полярный код может быть выражен как ( N,K,A ,u A C ) с использованием смежно-группового кода, и процесс кодирования полярного кода выражается как x 1 N = u A G N. ( A )⊕ u A C G N. ( A C ). A является набором индексов информационных битов. G_N.(A) является подматрицей, полученной из строки, которая содержится в G_N и которая соответствует индексу в наборе A. G_N.(A^C) является подматрицей, полученной из строки, которая содержится в G_N и которая соответствует индексу в наборе А^С. u A C является замороженным (frozen) битом, который является известным битом, и количество замороженных битов равно (N-K). Для простоты, замороженные биты могут быть установлены в 0.

[004] Полярный код может декодироваться посредством SC (последовательно-сокращаемого, successive-cancellation) декодирования, и сложность SC-декодирования равна O(Nlog₂N). SC-декодирование может достигать лучших характеристик и приближаться к шенноновской пропускной способности, когда кодовая длина N чрезвычайно велика. Однако когда N относительно мало или средней величины, эффективность SC-декодирования полярного кода не превышает эффективности турбо кода или кода LDPC (контроля четности низкой плотности). Поэтому эффективность декодирования необходимо дополнительно улучшать.

[005] В SC-декодировании, декодирование выполняется последовательно бит за битом. Жесткое решение выполняется после того, как каждый бит декодирован, и затем бит используется в декодировании последующего бита. В этом случае, может возникнуть ошибочная передача, и эффективность декодирования может быть снижена. В списочном (list) декодировании, сохраняется множество потенциально возможных путей, и может быть достигнута эффективность декодирования, которая приближается к максимальному правдоподобию. SC-списочное декодирование получают путем объединения SC-декодирования и списочного декодирования. В существующем SC-списочном декодировании, используется фиксированная величина L выбранных путей, сложность декодирования равна O(L×N×log₂N), и сложность относительно высока.

[006] Кроме того, в процессе SC-списочного декодирования, может использоваться решение каскадирования кода контроля циклическим избыточным кодом (CRC) и полярного кода, чтобы увеличить хэммингово расстояние (Hamming Distance) и улучшить эффективность кода в диапазоне высокого отношения сигнал-шум (SNR). Результат моделирования указывает, что эффективность решения каскадирования выше, чем эффективность турбо кода и эффективность LDPC-кода. Однако если значение существующего фиксированного количества выбранных путей чрезвычайно мало, то требование для эффективности гибридного автоматического запроса повторения (HARQ) при декодировании не может быть удовлетворено. Если значение чрезвычайно велико, то сложность декодирования возрастает, и эффективность решения каскадирования хуже, чем эффективность турбо кода и эффективность LDPC-кода. Поэтому, в современном способе согласования скорости, эффективность HARQ относительно низка, когда используется способ декодирования. Современный способ согласования скорости не применим к полярным кодам с различными кодовыми длинами и имеет низкую универсальность, практичность и надежность связи.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[007] Варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают способ и устройство согласования скорости полярного кода и устройство беспроводной связи, чтобы улучшить эффективность HARQ полярного кода.

[008] В соответствии с первым аспектом, предложено устройство согласования скорости полярного кода. Устройство согласования скорости полярного кода включает в себя: первый блок определения, сконфигурированный определять, на основе алгоритма вихря Мерсенна (Mersenne), первую последовательность в соответствии с кодовой длиной целевого полярного кода; блок сортировки, сконфигурированный выполнять, в соответствии с предварительно установленным правилом, обработку сортировки над первой последовательностью, определенной первым блоком определения, чтобы определять вторую последовательность; второй блок определения, сконфигурированный определять функцию отображения в соответствии с первой последовательностью, определенной первым блоком определения, и второй последовательностью, определенной блоком сортировки; и блок перемежения, сконфигурированный перемежать, в соответствии с функцией отображения (mapping), определенной вторым блоком определения, целевой полярный код, определенный первым блоком определения, чтобы генерировать перемеженные выходные биты.

[009] Со ссылкой на первый аспект, в первом возможном варианте реализации первого аспекта, первый блок определения специально сконфигурирован определять первую последовательность в соответствии со следующими формулами:

X k+n := X k+m ⊕( X k w−r | X k+1 r )A

V k := X k+n ⊕( X k+n >>u)

H k := V k ⊕(( V k <<s)&B)

Y k := H k ⊕(( H k <<t)&C)

Z k  :=  Y k ⊕( Y k >>l)

где X₀, X₁,…, X_n-1 являются n ненулевыми начальными целыми числами, ненулевое начальное целое число имеет w разрядов, X k w−r | X k+1 r представляет целое число, которое имеет w разрядов и которое сформировано последовательным сращиванием первых (w-r) разрядов X_k и последних r разрядов X_k+1,

A=( 1 1 ⋱ 1 a w−1 a w−2 ... ... a 0 ) , a w−1 , a w−2 ,… a 0 являются конкретными параметрами, используемыми для сдвига битов, n, m, w, r, u, s, t и l являются конкретными положительными целыми числами, m меньше, чем n, r меньше, чем w, B и C являются конкретными последовательностями, k последовательно равно 0, 1, …, N-1, и N является кодовой длиной целевого полярного кода.

[010] Со ссылкой на первый возможный вариант реализации первого аспекта, во втором возможном варианте реализации первого аспекта, n=624, m=397, w=32, r=31, u=11, s=7, t=15, l=18, B=0×9d2c5680 и С=0xefc60000.

[011] Со ссылкой на первый аспект или с первого по второй возможные варианты реализации первого аспекта, в третьем возможном варианте реализации первого аспекта, устройство согласования скорости полярного кода дополнительно включает в себя: блок обращения, сконфигурированный выполнять обработку обращения над перемеженными выходными битами.

[012] Со ссылкой на первый аспект или с первого по второй возможные варианты реализации первого аспекта, в четвертом возможном варианте реализации первого аспекта, устройство согласования скорости полярного кода дополнительно включает в себя: блок замены, сконфигурированный выполнять обработку замены над перемеженными выходными битами в соответствии с набором информационных битов полярного кода.

[013] Со ссылкой на первый аспект или с первого по четвертый возможные варианты реализации первого аспекта, в пятом возможном варианте реализации первого аспекта, устройство согласования скорости полярного кода дополнительно включает в себя: третий блок определения, сконфигурированный определять, в соответствии с параметром версии избыточности RV, бит отправки, передаваемый в повторной передаче гибридного автоматического запроса повторения HARQ.

[014] Со ссылкой на первый аспект или с первого по четвертый возможные варианты реализации первого аспекта, в шестом возможном варианте реализации первого аспекта, устройство согласования скорости полярного кода дополнительно включает в себя: третий блок определения, сконфигурированный определять, из перемеженных выходных битов с помощью последовательного захвата или повторения, бит отправки, который должен передаваться в повторной передаче HARQ.

[015] В соответствии с вторым аспектом, обеспечено устройство беспроводной связи. Устройство включает в себя: память, сконфигурированную хранить инструкцию для выполнения следующих операций: определение, на основе алгоритма вихря Мерсенна, первой последовательности в соответствии с кодовой длиной целевого полярного кода; выполнение обработки сортировки над первой последовательностью в соответствии с предварительно установленным правилом, чтобы определять вторую последовательность; определение функции отображения в соответствии с первой последовательностью и второй последовательностью; и перемежение целевого полярного кода в соответствии с функцией отображения, чтобы генерировать перемеженные выходные биты; и процессор, связанный с памятью и сконфигурированный исполнять инструкцию, сохраненную в памяти. Со ссылкой на второй аспект, в первом возможном варианте реализации второго аспекта, память специально сконфигурирована, чтобы хранить следующую операционную инструкцию: определение первой последовательности в соответствии со следующими формулами:

X k+n := X k+m ⊕( X k w−r | X k+1 r )A

V k := X k+n ⊕( X k+n >>u)

H k := V k ⊕(( V k <<s)&B)

Y k := H k ⊕(( H k <<t)&C)

Z k  :=  Y k ⊕( Y k >>l)

где X₀, X₁,…, X_n-1 являются n ненулевыми начальными целыми числами, ненулевое начальное целое число имеет w разрядов, X k w−r | X k+1 r представляет целое число, которое имеет w разрядов и которое сформировано последовательным сращиванием первых (w-r) разрядов X_k и последних r разрядов X_k+1,

A=( 1 1 ⋱ 1 a w−1 a w−2 ... ... a 0 ) , a w−1 , a w−2 ,… a 0 являются конкретными параметрами, используемыми для сдвига битов, n, m, w, r, u, s, t и l являются конкретными положительными целыми числами, m меньше, чем n, r меньше, чем w, B и C являются конкретными последовательностями, k последовательно равно 0, 1, …, N-1, и N является кодовой длиной целевого полярного кода.

[016] Со ссылкой на первый возможный вариант реализации второго аспекта, во втором возможном варианте реализации второго аспекта, n=624, m=397, w=32, r=31, u=11, s=7, t=15, l=18, B=0×9d2c5680 и С=0xefc60000.

[017] Со ссылкой на второй аспект или с первого по второй возможные варианты реализации второго аспекта, в третьем возможном варианте реализации второго аспекта, память дополнительно сконфигурирована, чтобы хранить следующую операционную инструкцию: выполнение обработки обращения над перемеженными выходными битами.

[018] Со ссылкой на второй аспект или с первого по второй возможные варианты реализации второго аспекта, в четвертом возможном варианте реализации второго аспекта, память дополнительно сконфигурирована, чтобы хранить следующую операционную инструкцию: выполнение обработки замены над перемеженными выходными битами в соответствии с набором информационных битов полярного кода.

[019] Со ссылкой на второй аспект или с первого по четвертый возможные варианты реализации второго аспекта, в пятом возможном варианте реализации второго аспекта, память дополнительно сконфигурирована, чтобы хранить следующую операционную инструкцию: определение, в соответствии с параметром версии избыточности RV, бита отправки, передаваемого в повторной передаче гибридного автоматического запроса повторения HARQ.

[020] Со ссылкой на второй аспект или с первого по четвертый возможные варианты реализации второго аспекта, в шестом возможном варианте реализации второго аспекта, память дополнительно сконфигурирована, чтобы хранить следующую операционную инструкцию: определение, из перемеженных выходных битов с помощью последовательного захвата или повторения, бита отправки, который должен передаваться в повторной передаче HARQ.

[021] В соответствии с третьим аспектом, обеспечен способ согласования скорости полярного кода. Способ согласования скорости полярного кода включает в себя: определение, на основе алгоритма вихря Мерсенна, первой последовательности в соответствии с кодовой длиной целевого полярного кода; выполнение обработки сортировки над первой последовательностью в соответствии с предварительно установленным правилом, чтобы определять вторую последовательность; определение функции отображения в соответствии с первой последовательностью и второй последовательностью; и перемежение целевого полярного кода в соответствии с функцией отображения, чтобы генерировать перемеженные выходные биты.

[022] Со ссылкой на третий аспект, в первом возможном варианте реализации третьего аспекта, определение, на основе алгоритма вихря Мерсенна, первой последовательности в соответствии с кодовой длиной целевого полярного кода включает в себя:

определение первой последовательности в соответствии со следующими формулами:

X k+n := X k+m ⊕( X k w−r | X k+1 r )A

V k := X k+n ⊕( X k+n >>u)

H k := V k ⊕(( V k <<s)&B)

Y k := H k ⊕(( H k <<t)&C)

Z k  :=  Y k ⊕( Y k >>l)

где X₀, X₁,…, X_n-1 являются n ненулевыми начальными целыми числами, ненулевое начальное целое число имеет w разрядов, X k w−r | X k+1 r представляет целое число, которое имеет w разрядов и которое сформировано последовательным сращиванием первых (w-r) разрядов X_k и последних r разрядов X_k+1,

A=( 1 1 ⋱ 1 a w−1 a w−2 ... ... a 0 ) , a w−1 , a w−2 ,… a 0 являются конкретными параметрами, используемыми для сдвига битов, n, m, w, r, u, s, t и l являются конкретными положительными целыми числами, m меньше, чем n, r меньше, чем w, B и C являются конкретными последовательностями, k последовательно равно 0, 1, …, N-1, и N является кодовой длиной целевого полярного кода.

[023] Со ссылкой на первый возможный вариант реализации третьего аспекта, во втором возможном варианте реализации третьего аспекта, n=624, m=397, w=32, r=31, u=11, s=7, t=15, l=18, B=0×9d2c5680 и С=0xefc60000.

[024] Со ссылкой на третий аспект или с первого по второй возможные варианты реализации третьего аспекта, в третьем возможном варианте реализации третьего аспекта, способ согласования скорости полярного кода дополнительно включает в себя: выполнение обработки обращения над перемеженными выходными битами.

[025] Со ссылкой на третий аспект или с первого по второй возможные варианты реализации третьего аспекта, в четвертом возможном варианте реализации третьего аспекта, способ согласования скорости полярного кода дополнительно включает в себя: выполнение обработки замены над перемеженными выходными битами в соответствии с набором информационных битов полярного кода.

[026] Со ссылкой на третий аспект или с первого по четвертый возможные варианты реализации третьего аспекта, в пятом возможном варианте реализации третьего аспекта, способ согласования скорости полярного кода дополнительно включает в себя: определение, в соответствии с параметром версии избыточности RV, бита отправки, передаваемого в повторной передаче гибридного автоматического запроса повторения HARQ.

[027] Со ссылкой на третий аспект или с первого по четвертый возможные варианты реализации третьего аспекта, в шестом возможном варианте реализации третьего аспекта, способ согласования скорости полярного кода дополнительно включает в себя: определение, из перемеженных выходных битов с помощью последовательного захвата или повторения, бита отправки, который должен передаваться в повторной передаче HARQ.

[028] В соответствии с четвертым аспектом, обеспечена система беспроводной связи, включающая в себя терминал доступа и базовую станцию. Терминал доступа и/или базовая станция включает в себя устройство согласования скорости полярного кода, описанное в вариантах осуществления настоящего изобретения.

[029] На основе вышеописанных технических решений, в соответствии со способом и устройством согласования скорости полярного кода и устройством беспроводной связи, которые представлены в вариантах осуществления настоящего изобретения, первая последовательность определяется на основе алгоритма вихря Мерсенна и в соответствии с кодовой длиной целевого полярного кода, функция отображения определяется путем выполнения сортировки в отношении первой последовательности, и согласование скорости для целевого полярного кода реализуется на основе функции отображения. Поэтому битовая последовательность, полученная из согласования скорости, может быть более равномерной по структуре, частота ошибок кадров проколотого полярного кода может быть снижена, эффективность HARQ может быть повышена, и дополнительно, надежность связи может быть улучшена. Кроме того, способ и устройство согласования скорости полярного кода и устройство беспроводной связи могут применяться к процессу согласования скорости для полярных кодов с различными кодовыми длинами и имеют высокую универсальность и практичность.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[030] Для более четкого описания технических решений в вариантах осуществления настоящего изобретения, далее кратко описываются приложенные чертежи, требуемые для описания вариантов осуществления. Очевидно, что приложенные чертежи в последующем описании показывают только некоторые варианты осуществления настоящего изобретения, и специалисты в данной области техники могут разработать другие чертежи на основе данных приложенных чертежей без приложения творческих усилий.

[031] Фиг. 1 является схематичным представлением системы беспроводной связи в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения;

[032] Фиг. 2 является структурной схемой системы, которая выполняет способ согласования скорости полярного кода в варианте реализации настоящего изобретения в среде беспроводной связи;

[033] Фиг. 3 является структурной схемой устройства согласования скорости полярного кода в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

[034] Фиг. 4 является структурной схемой устройства беспроводной связи в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

[035] Фиг. 5 является структурной схемой терминала доступа, который выполняет способ обработки полярного кода в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

[036] Фиг. 6 является структурной схемой системы, которая выполняет способ обработки полярного кода в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

[037] Фиг. 7 является структурной схемой системы, которая использует способ согласования скорости полярного кода в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

[038] Фиг. 8 является блок-схемой последовательности операций способа согласования скорости полярного кода в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения; и

[039] Фиг. 9 является схематичной диаграммой результата моделирования эффективности согласования скорости полярного кода, который обрабатывается на основе способа согласно настоящему изобретению.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[040] Несколько вариантов осуществления описаны со ссылкой на приложенные чертежи, и те же самые компоненты в настоящей спецификации обозначены той же самой ссылочной позицией. В последующем описании, многие конкретные детали обеспечены для облегчения глубокого понимания одного или нескольких вариантов осуществления. Однако очевидно, что варианты осуществления могут быть также реализованы без использования этих конкретных деталей. В других примерах, хорошо известная структура и устройство показаны в форме блок-схем, чтобы удобным образом описывать один или несколько вариантов осуществления.

[041] Такие термины, как ʺкомпонентʺ, ʺмодульʺ и ʺсистемаʺ, используемые в настоящей спецификации, используются для указания объекта, аппаратных средств, встроенного программного обеспечения, комбинации аппаратных средств и программного обеспечения или исполняемого программного обеспечения, связанного с компьютером. Например, компонент может представлять собой, без ограничения указанным, процесс, который исполняется на процессоре, процессор, объект, исполняемый файл, цепочку исполняемых задач, программу и/или компьютер. Как показано на чертежах, как вычислительное устройство, так и приложение, которое исполняется на вычислительном устройстве, могут представлять собой компоненты. Один или несколько компонентов могут находиться в процессе и/или цепочке исполняемых задач, и компонент может находиться на компьютере и/или быть распределенным между двумя или более компьютерами. Кроме того, эти компоненты могут исполняться с различных считываемых компьютером носителей, которые хранят различные структуры данных. Например, компоненты могут осуществлять связь с использованием локального и/или удаленного процесса в соответствии, например, с сигналом, имеющим один или несколько пакетов данных (например, данных с одного компонента, взаимодействующего с другим компонентом в локальной системе, распределенной системе и/или по сети, такой как Интернет, взаимодействующей с другими системами с использованием сигнала).

[042] Кроме того, в вариантах осуществления описан терминал доступа. Терминал доступа может упоминаться как система, абонентский блок, абонентская станция, мобильная станция, мобильный блок, удаленная станция, удаленный терминал, мобильное устройство, пользовательский терминал, терминал, устройство беспроводной связи, пользовательский агент, пользовательское устройство или UE (пользовательское оборудование). Терминал доступа может быть сотовым телефоном, беспроводным телефоном, телефоном SIP (протокола инициирования сеанса), станцией WLL (беспроводного локального шлейфа), PDA (персональным цифровым помощником), портативным устройством, имеющим функцию беспроводной связи, вычислительным устройством или другим устройством обработки, соединенным с беспроводным модемом. Кроме того, варианты осуществления описаны со ссылкой на базовую станцию. Базовая станция может быть использована для осуществления связи с мобильным устройством, и базовая станция может представлять собой BTS (базовую приемопередающую станцию) в GSM (Глобальная система для мобильной связи) или CDMA (множественный доступ с кодовым разделением каналов), или может представлять собой NB (NodeB, Узел В) в WCDMA (широкополосный множественный доступ с кодовым разделением каналов) или может представлять собой eNB или eNodeB (evolved Node B, развитый NodeB) в LTE (Долговременное развитие), ретрансляционную станцию или точку доступа, устройство базовой станции будущей сети 5G и т.п.

[043] Кроме того, аспекты или признаки настоящего изобретения могут быть реализованы как способ, устройство или продукт, который использует стандартные технологии программирования и/или инженерной разработки. Термин ʺпродуктʺ, используемый в настоящей заявке, охватывает компьютерную программу, к которой можно получать доступ с любого считываемого компьютером компонента, несущей или носителя. Например, считываемый компьютером носитель может включать в себя, без ограничения указанным: компонент магнитного запоминающего устройства (например, жесткий диск, гибкий диск или магнитную ленту), оптический диск (например, CD (компакт-диск) или DVD (цифровой многофункциональный диск), смарт-карту и компонент флэш-памяти (например, EPROM (стираемая программируемая постоянная память), карту, флэшку или ключевой накопитель). Кроме того, различные носители хранения данных, описанные в настоящей спецификации, могут указывать одно или несколько устройств и/или других машиночитаемых носителей, которые используются для хранения информации. Термин ʺмашиночитаемые носителиʺ может включать в себя, без ограничения указанным, радиоканал и различные другие среды, которые могут хранить, содержать и/или переносить инструкцию и/или данные.

[044] Фиг. 1 показывает систему 100 беспроводной связи в соответствии с вариантами осуществления, описанными в настоящей спецификации. Система 100 беспроводной связи включает в себя базовую станцию 102, и базовая станция 102 может включать в себя множество групп антенн. Каждая группа антенн может включать в себя одну или несколько антенн. Например, одна группа антенн может включать в себя антенны 104 и 106, другая группа антенн может включать в себя антенны 108 и 110, и дополнительная группа может включать в себя антенны 112 и 114. На фиг. 1, две антенны показаны для каждой группы антенн, но для каждой группы антенн может быть использовано больше или меньше антенн. Базовая станция 102 может дополнительно включать в себя тракт передатчика и тракт приемника. Специалисту в данной области техники должно быть понятно, что тракт передатч