一种速率匹配的方法和装置与流程

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种速率匹配的方法和装置。

背景技术

通信系统通常采用信道编码提高数据传输的可靠性，以保证通信的质量。土耳其教授arikan提出的极化码(polarcodes)是第一个理论上证明可以达到香农容量且具有低编译码复杂度的码。polar码是一种线性块码，其编码矩阵为gn，编码过程为其中是一个二进制的行矢量，长度为n(即母码长度)；gn是一个n×n的矩阵，且定义为log2n个矩阵f2的克罗内克(kronecker)乘积。上述矩阵

polar码的编码过程中，中的一部分比特用来携带信息，称为信息比特，这些比特的索引的集合记作另外的一部分比特设置为收发端预先约定的固定值，称之为固定比特或冻结比特(frozenbits)，其索引的集合用的补集表示。polar码的编码过程相当于：这里，gn(a)是gn中由集合a中的索引对应的那些行得到的子矩阵，gn(a^c)是gn中由集合a^c中的索引对应的那些行得到的子矩阵。为中的信息比特集合，信息比特个数为k；为中的冻结比特集合，冻结比特个数为(n-k)，是已知比特。这些冻结比特通常被设置为0，但是只要收发端预先约定，冻结比特可以被任意设置。冻结比特设置为0时，polar码的编码输出可简化为：是一个k×n的矩阵。

polar码的构造过程即集合的选取过程，决定了polar码的性能。polar码的构造过程通常是，根据母码码长n确定共存在n个极化信道，分别对应编码矩阵的n个行，计算极化信道可靠度，将可靠度较高的前k个极化信道的索引作为集合a的元素，剩余(n-k)个极化信道对应的索引作为冻结比特的索引集合的元素。集合a决定了信息比特的位置，集合决定了冻结比特的位置。

从编码矩阵可以看出，原始polar码(母码)的码长为2的整数次幂，在实际应用中需要通过速率匹配实现任意码长的polar码。

现有技术采用打孔(puncture)或缩短(shorten)的方案实现速率匹配。现有技术在编码时总是通过对超过目标码长的母码进行打孔达到目标码长，译码时填充恢复至母码码长。对于母码中信息比特较多的情形，直接对母码进行打孔/缩短的速率匹配方式，会出现性能损失。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请要目的是提供一种速率匹配的方法和装置，用于克服打孔/缩短过程中导致的性能损失。

第一方面，本申请提供了一种速率匹配的方法，应用于无线网络中，包括：网络设备确定传输码率r，其中，r＝k/m，k为信息比特长度，m为目标码的长度，k和m为正整数；若所述传输码率r大于或等于第一码率阈值，则所述网络设备确定对长度为n的比特序列采用缩短模式，若所述传输码率r小于第一码率阈值，则所述网络设备确定对长度为n的比特序列采用打孔模式，n为母码长度，n为正整数；所述网络设备将所述长度为n的比特序列采用极性码polar编码得到长度为n的第一编码序列，并且所述网络设备将所述第一编码序列采用缩短或者打孔得到长度为m的第二编码序列。

第二方面，本申请提供了一种速率匹配的设备，应用于无线网络中，所述设备包括：第一确定单元，用于确定传输码率r，其中，r＝k/m，k为信息比特长度，m为目标码的长度，k和m为正整数；第二确定单元，用于若所述传输码率r大于或等于第一码率阈值，则所述第二确定单元对长度为n的比特序列采用缩短模式，若所述传输码率r小于第一码率阈值，则所述第二确定单元确定对长度为n的比特序列采用打孔模式，n为母码长度，n为正整数；编码单元，用于将所述长度为n的比特序列采用极性码polar编码得到长度为n的第一编码序列；处理单元，用于将所述第一编码序列采用缩短或者打孔得到长度为m的第二编码序列。

结合第一方面及第二方面，在一种可能的设计中，若所述传输码率r大于或等于第一码率阈值，则所述网络设备确定对长度为n的比特序列采用缩短模式，具体包括：所述网络设备将所述长度为n的比特序列分成s1个等长的比特组，s1为正整数；所述网络设备确定缩短的比特组的数目为n1，所述网络设备确定除缩短的比特组外的缩短比特数目为n2，其中，

结合第一方面及第二方面，在一种可能的设计中，所述传输码率r小于第一码率阈值，则所述网络设备确定对长度为n的比特序列采用打孔模式，具体包括：所述网络设备将所述长度为n的比特序列分成s2个等长的比特组，s2为正整数；所述网络设备确定打孔的比特组的数目为l1，所述网络设备确定除打孔的比特组外的打孔比特数目为l2，其中，

结合第一方面及第二方面，在一种可能的设计中，所述网络设备将所述长度为n的比特序列采用极性码polar编码得到长度为n的第一编码序列前，所述方法还包括：

所述网络设备将所述缩短模式或者所述打孔模式确定的比特序号对应的极化信道放置冻结比特。

结合第一方面及第二方面，在一种可能的设计中，所述第一码率阈值的取值为以下一种：0，1/4，1/3，2/5，1/2，1。

第三方面，本申请提供了一种通信设备，包括：存储器，处理器，及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，器特征在于，所述处理器执行所述程序时，执行如第一方面所述的方法。

附图说明

图1为无线通信的基本流程图。

图2为本申请实施例的应用场景图。

图3为arikanpolar码的构造示图。

图4为capolar码的构造示图。

图5为pcpolar码的构造示图。

图6为本申请实施例的流程图。

图7为本申请实施例的缩短示意图。

图8为本申请实施例的打孔示意图。

图9为本申请实施例的虚拟装置结构图。

图10为本申请实施例的实体装置结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请具体实施例作进一步的详细描述。

图1是无线通信的基本流程，在发送端，信源依次经过信源编码、信道编码、速率匹配和调制映射后发出。在接收端，依次通过解映射解调、解速率匹配、信道译码和信源译码输出信宿。信道编译码可以采用polar码，由于原始polar码(母码)的码长为2的整数次幂，在实际应用中需要通过速率匹配实现任意码长的polar码。发送端在信道编码后进行速率匹配实现任意的目标码长，在接收端，信道解码之前先进行解速率匹配。需要说明的是，无线通信的基本流程还包括额外流程(例如：预编码和交织)，鉴于这些额外流程对于本领域技术人员而言是公知常识，不再一一列举。

本申请实施例可以应用于无线通信系统，无线通信系统通常由小区组成，每个小区包含一个基站(英文：basestation，简称：bs)，基站向多个移动台(英文：mobilestation，简称：ms)提供通信服务，其中基站连接到核心网设备，如图2所示。其中基站包含bbu(英文：basebandunit，中文：基带单元)和rru(英文：remoteradiounit，中文：远端射频单元)。bbu和rru可以放置在不同的地方，例如：rru拉远，放置于高话务量的区域，bbu放置于中心机房。bbu和rru也可以放置在同一机房。bbu和rru也可以为一个机架下的不同部件。

需要说明的是，本申请实施例提及的无线通信系统包括但不限于：窄带物联网系统(英文：narrowband-internetofthings，简称：nb-iot)、全球移动通信系统(英文：globalsystemformobilecommunications，简称：gsm)、增强型数据速率gsm演进系统(英文：enhanceddatarateforgsmevolution，简称：edge)、宽带码分多址系统(英文：widebandcodedivisionmultipleaccess，简称：wcdma)、码分多址2000系统(英文：codedivisionmultipleaccess，简称：cdma2000)、时分同步码分多址系统(英文：timedivision-synchronizationcodedivisionmultipleaccess，简称：td-scdma)，长期演进系统(英文：longtermevolution，简称：lte)以及下一代5g移动通信系统的三大应用场景embb，urllc和emtc。

本申请实施例中，所述基站是一种部署在无线接入网中为ms提供无线通信功能的装置。所述基站可以包括各种形式的宏基站，微基站(也称为小站)，中继站，接入点等。在采用不同的无线接入技术的系统中，具备基站功能的设备的名称可能会有所不同，例如，在lte系统中，称为演进的节点b(evolvednodeb，enb或者enodeb),在第三代(英文：3rdgeneration，简称：3g)系统中，称为节点b(英文：nodeb)等。为方便描述，本申请所有实施例中，上述为ms提供无线通信功能的装置统称为网络设备或基站或bs。

本申请实施例中所涉及到的ms可以包括各种具有无线通信功能的手持设备、车载设备、可穿戴设备、计算设备或连接到无线调制解调器的其它处理设备。所述ms也可以称为终端(英文：terminal)，还可以包括用户单元(英文：subscriberunit)、蜂窝电话(英文：cellularphone)、智能手机(英文：smartphone)、无线数据卡、个人数字助理(英文：personaldigitalassistant，简称：pda)电脑、平板型电脑、无线调制解调器(英文：modem)、手持设备(英文：handset)、膝上型电脑(英文：laptopcomputer)、机器类型通信(英文：machinetypecommunication,简称：mtc)终端等。为方便描述，本申请所有实施例中，上面提到的设备统称为ms。

为了提升polar码的性能，通常对信息比特集合先进行校验预编码，再进行polar编码。有两种常见的校验预编码方式，即crc(中文：循环冗余校验，英文：cyclicredundancycheck)级联polar编码，或是pc(中文：奇偶校验，英文：paritycheck)级联polar编码，或是pc辅助的crc级联polar编码。目前，polar编码包括：airkan传统polar编码和crc级联polar编码和pcpolar编码和pc辅助的crc级联polar编码。本申请中涉及的polar编码译码方法和编码译码装置，可以采用传统polar编码、capolar编码或pcpolar编码。

对图3中airkan传统polar编码说明，{u1,u2,u3,u5}设置为冻结比特集合，{u4,u6,u7,u8}设置为信息比特集合，将长度为4的信息向量中的4位信息比特编码成8位编码比特。

对图4中capolar编码说明，{u1,u2}设置为冻结比特集合，{u3,u4,u5,u6}设置为信息比特集合，{u7,u8}为crc比特集合。其中，{u7,u8}的值由{u3,u4,u5,u6}做crc得到。

对于capolar编码，采用ca-scl(英文：crc-aidedsuccessivecancellationlist，中文：crc协助的串行抵消列表)译码算法。ca-scl译码算法通过crc校验在scl译码输出的候选路径中选择crc通过的路径作为译码输出。

对图5中pcpolar编码说明，{u1,u2,u5}设置为冻结比特集合，{u3,u4,u6,u7}设置为信息比特集合，{u7}为pc冻结比特集合。其中，{u7}的值由{u3,u6}异或得到。

本申请提供了一种速率匹配方法，该速率匹配方法可以应用于网络设备，例如：图2中的基站。图6是该速率匹配方法的流程图，具体步骤如下：

步骤210：网络设备确定传输码率r，其中，r＝k/m，k为信息比特长度，m为目标码的长度，k和m为正整数。

步骤220：若所述传输码率r大于或等于第一码率阈值，则所述网络设备确定对长度为n的比特序列采用缩短模式，若所述传输码率r小于第一码率阈值，则所述网络设备确定对长度为n的比特序列采用打孔模式，n为母码长度，n为正整数。

步骤230：所述网络设备将所述长度为n的比特序列采用极性码polar编码得到长度为n的第一编码序列，并且所述网络设备将所述第一编码序列采用缩短或者打孔得到长度为m的第二编码序列。

采用步骤210-230的速率匹配方法，网络设备可以比较传输速率和第一码率阈值，灵活地选择打孔/缩短模式，克服打孔/缩短过程中导致的性能损失。

需要说明的是，图9所示的装置900可以实现步骤210-230等过程。其中第一确定单元910用于执行步骤210，第二确定单元920用于执行步骤220，编码单元930用于执行步骤230中的编码过程，处理单元940用于执行步骤230中的缩短或者打孔过程。装置900可以为基站bs或移动台ms，该装置也可以为实现相关功能的专用集成电路(英文：applicationspecificintegratedcircuit，简称：asic)或者数字信号处理器(英文：digitalsignalprocessor，简称：dsp)或者片上系统或者软件。若装置900为asic/dsp/片上系统，那么组件910-940可以为电路或部件。若装置900为软件，那么组件910-940可以为程序代码。

需要说明的是，步骤210-230中描述的情形为n大于或者等于m的情形，对于n小于m的情形，网络设备对长度为n的比特序列需要进行重复的速率匹配处理。此外，在步骤230中，网络设备已知长度为n的比特序列对应的极化信道的可靠性排序，可靠性排序可以由密度进化、高斯近似或者线性拟合等方式计算得到。

此外，速率匹配方法也可以只有步骤210和230，没有步骤220。在该速率匹配方法中，缺少传输码率和第一码率阈值的比较，不影响步骤230中polar编码以及缩短/打孔的操作过程。

具体地，步骤220包括两种实现方式：方式1，缩短模式；方式2，打孔模式。

方式1，若传输码率r大于或等于第一码率阈值，则网络设备确定对长度为n的比特序列采用缩短模式。具体包括：网络设备将长度为n的比特序列分成s1个等长的比特组，s1为正整数；网络设备确定缩短的比特组的数目为n1，网络设备确定除缩短的比特组外的缩短比特数目为n2，其中，n2＝n-m-n1*(n/s1)。如图7所示，长度为n的比特序列分成s个等长的比特组，每个比特组包含2个比特信息。其中n-m＝5，n/s＝2，因此n1＝2，n2＝1。因此缩短操作包括，去掉组s-1和组s-2，以及组s-4中的cn-7比特。

方式2，若传输码率r小于第一码率阈值，则网络设备确定对长度为n的比特序列采用打孔模式。具体包括：网络设备将所述长度为n的比特序列分成s2个等长的比特组，s2为正整数；网络设备确定打孔的比特组的数目为l1，网络设备确定除打孔短的比特组外的打孔比特数目为l2，其中，l2＝n-m-l1*(n/s2)。如图8所示，长度为n的比特序列分成s个等长的比特组，每个比特组包含2个比特信息。其中n-m＝5，n/s＝2，因此l1＝2，l2＝1。因此打孔操作包括，去掉组0和组1，以及组3中的c6比特。

需要说明的是，方式1和方式2中s1和s2的值可以相同，也可以不同。s1和s2的取值可以为16,32,64等。此外，s1和s2的取值可以为1，在这种情形下n1的值为0，n2的值不为0，此时网络设备对1个比特组中进行速率匹配操作，缩短/打孔n2个比特。此外，此外，s1和s2的取值可以为n，在这种情形下n1的值不为0，n2的值为0，此时网络设备对n个比特组进行速率匹配操作，缩短/打孔n2个比特组。

需要说明的是，采用方式1和方式2，网络设备需要确定缩短/打孔的完整组n1或者l1之外，网络设备还需要确定剩余n2或者l2个比特的位置。上述缩短/打孔完整组的选取以及组内剩余n2或者l2个比特的位置的选取可以使用以下实现方式。

实现方式1：pw(英文：polarizationweight，中文：极化权重)值的排序

pw值的排序序列本身即是polar码的一种可靠度排序序列，用于信息比特的选取。速率匹配操作时，该序列可用于完整组以及组内剩余比特打孔/缩短操作。示例性地，pw序列可用于打孔完整组，反转的pw序列可用于缩短完整组。pw序列可用于组内打孔比特，反转的pw序列可用于组内缩短比特。分组数目s取不同值时的按pw从小到大，即可靠度从低到高的排序序列如下，

s＝16，pw＝[0,1,2,4,8,3,5,6,9,10,12,7,11,13,14,15]

s＝32，pw＝[0,1,2,4,8,16,3,5,6,9,10,17,12,18,20,24,7,11,13,19,14,21,22,25,26,28,15,23,27,29,30,31]

s＝64，pw＝[0,1,2,4,8,16,3,32,5,6,9,10,17,12,18,33,20,34,7,24,36,11,40,13,19,14,48,21,35,22,25,37,26,38,41,28,42,15,49,44,50,23,52,27,39,56,29,43,30,45,51,46,53,54,57,58,31,60,47,55,59,61,62,63]

实现方式2：码重值的排序

码重值的序列可用于完整组以及组内剩余比特打孔/缩短操作。polar码编码矩阵所在的行的1的个数即是该行的码重，根据码重从小到大进行排序，相同码重的序号小的在前，即得到码重排序的序列，码重值的序列使用方法与pw排序序列类似。

分组数目s取不同值时的按码重从小到大的排序如下，

s＝16，码重序列＝[0,1,2,4,8,3,5,6,9,10,12,7,11,13,14,15]

s＝32，码重序列＝[0,1,2,4,8,16,3,5,6,9,10,12,17,18,20,24,7,11,13,14,19,21,22,25,26,28,15,23,27,29,30,31]

s＝64，码重序列＝[0,1,2,4,8,16,32,3,5,6,9,10,12,17,18,20,24,33,34,36,40,48,7,11,13,14,19,21,22,25,26,28,35,37,38,41,42,44,49,50,52,56,15,23,27,29,30,39,43,45,46,51,53,54,57,58,60,31,47,55,59,61,62,63]

实现方式3：ga(英文：gaussianapproximation，中文：高斯近似)/de(英文：densityevolution，中文：密度进化)构造的序列

ga/de构造的序列可用于完整组以及组内剩余比特打孔/缩短操作。根据ga/de计算极化信道的可靠度排序序列，使用方法与pw排序序列类似。

s＝16，序列＝[0,1,2,4,8,3,5,6,9,10,12,7,11,13,14,15]

s＝32，序列＝[0,1,2,4,8,16,3,5,6,9,10,17,12,18,20,7,24,11,13,19,14,21,22,25,26,28,15,23,27,29,30,31]

s＝64，序列＝[0,1,2,4,8,16,3,32,5,6,9,10,17,12,18,33,20,34,7,24,36,11,40,13,48,19,14,21,35,22,25,37,26,38,28,41,42,49,44,15,23,50,52,27,39,56,29,30,43,45,51,46,53,54,57,31,58,60,47,55,59,61,62,63]

实现方式4：自然顺序序列

自然顺序序列可用于完整组以及组内剩余比特打孔/缩短操作。例如：网络设备可以采用自然顺序来确定剩余n2或者l2个比特的位置，l2个打孔比特可以选择从前往后的顺序，n2个缩短比特可以选择从后往前的顺序。

需要说明的是，上述四种实施方式中的序列的反转均满足缩短的操作。另外，pw序列和码重排序的序列本身是对称的，即序列(i)＝s-序列(s-i)。

总结性地，采用方式1和方式2，网络设备确定长度为n的比特序列中需要打孔的比特序号，或者网络设备确定长度为n的比特序列中需要缩短的比特序号。其中，在步骤220中以及具体的方式1和2中，网络设备并不对长度为n的第一编码序列进行缩短或打孔操作。

可选地，步骤230中网络设备将长度为n的比特序列采用极性码polar编码得到长度为n的第一编码序列前，所述速率匹配方法还包括：网络设备将缩短模式或者打孔模式确定的比特序号对应的极化信道放置冻结比特，网络设备在剩余的极化信道中选择可靠度高的极化信道放置信息比特，其余放置冻结比特。其中，冻结比特是polar码的特性，冻结比特所在极化信道的值由收发两端预先约定。如果速率匹配采用缩短模式，那么译码时缩短的比特位置的llr(英文：loglikelihoodratio，中文：对数似然比)设为无穷大；如果速率匹配采用打孔模式，那么译码时打孔的比特位置的llr设为0。

需要说明的是，步骤230中将长度为n的第一编码序列进行速率匹配操作得到长度为m的第二编码序列，该过程可以由块交织器实现，具体实现过程如下：将长度为n的第一编码序列按列放入块交织器，其中块交织器中列的长度为n/s，行的长度为s。网络设备按照确定的缩短/打孔模式进行速率匹配的操作，读取得到长度为m的第二编码序列，没有读到的编码序列即为打孔/缩短比特。在n<m时也可用该块交织器实现重复，即全部顺序读取完后从头继续读取，直到读取m个比特。

需要说明的是，第一码率阈值的取值为以下一种：0，1/4，1/3，2/5，1/2，1。举例来说，第一码率阈值为1/3，若网络设备确定传输码率r为1/2，则网络设备确定采用缩短模式，网络设备确定长度为n的比特序列中需要缩短的比特序号。若第一码率阈值为0，则网络设备确定采用缩短模式。若第一码率阈值为1，则网络设备确定采用打孔模式。

需要说明的是，接收端对无线信号解映射解调后得到llr序列，接收端对llr采用解速率匹配和译码操作。解速率匹配和译码操作的过程具体如下：接收端通过控制信息或者事先约定得到传输数据的码率r和第一码率阈值，接收端由码率r和第一码率阈值确定发送端采用缩短还是打孔的速率匹配模式。如果发送端采用缩短模式，那么译码时缩短的比特位置的llr(英文：loglikelihoodratio，中文：对数似然比)设为无穷大；如果发送端速率匹配采用打孔模式，那么译码时打孔的比特位置的llr设为0。通过上述操作，接收端可以顺利完成解速率匹配过程以及译码过程。

如图10所示，本申请还提供了一种通信设备1000。该通信设备可以为基站或终端，或者实现相关译码功能的dsp或asic或芯片。该通信设备1000包括：

存储器1002，用于存储程序；其中，该存储器可以为ram(英文：randomaccessmemory，中文：随机访问内存)或者rom(英文：readonlymemory，中文：只读内存)或者闪存，其中存储器可以位于单独位于通信设备内，也可以位于处理器1001的内部。

处理器1001，用于执行所述存储器存储的所述程序，当所述程序被执行时，执行前述的速率匹配方法。

其他部件1003，例如：收发器或者输入输出组件

处理器1001、存储器1002和其他部件1003之间通过总线1004连接。

需要说明的是，处理器1001执行的方法与前述内容一致，不再赘述。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(英文：digitalsubsciberline，简称：dsl))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，dvd(英文：digitalvideodisk，中文：数字视频光盘))、或者半导体介质(例如固态硬盘(英文：solidstatedisk，简称：ssd)等。