极化码的混合自动重传方法及装置、无线通信装置与流程

本发明涉及通信技术领域，更具体地说，涉及极化码的混合自动重传方法及装置、无线通信装置。

背景技术：

在通信系统中可采用混合自动重传(HARQ，Hybrid Automatic Repeat Request)方式来进行差错控制。在HARQ技术中，可使用极化码(polar codes)作为母码。

在HARQ过程中，受信道情况和所能够分配的无线资源情况等的影响，第一次传输(初传)的实际码率可能不尽相同，但采用的极化码是相同的。则当实际第一次传送码率和极化码对应的目标码率相差过大时，第一次传输的性能会有损失。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供极化码的混合自动重传方法及装置、无线通信装置，以解决当实际第一次传送码率和极化码对应的目标码率相差过大时，第一次传输的性能会有损失的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

根据本发明实施例的第一方面，提供一种极化码的混合自动重传HARQ方法，基于码长及码率均相同的M个极化码，所述M大于等于2；

所述方法包括：

从所述M个极化码中选择与实际第一次传送码率相应的极化码，对信息比特序列进行极化码编码，得到编码后的比特；

对所述编码后的比特进行速率匹配生成待发送的比特。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种极化码的混合自动重传HARQ装置，包括：

选择编码单元，用于从码长及码率均相同的M个极化码中选择与实际第一次传送码率相应的极化码，对信息比特序列进行极化码编码，得到编码后的比特；所述M大于等于2；

速率匹配单元，用于对所述编码后的比特进行速率匹配生成待发送的比特。

根据本发明实施例的第三方面，提供一种无线通信装置，包括处理器和存储器，所述处理器通过运行存储在所述存储器内的软件程序以及调用存储在所述存储器内的数据，至少执行如下步骤：

从码长及码率均相同的M个极化码中选择与实际第一次传送码率相应的极化码，对信息比特序列进行极化码编码，得到编码后的比特；所述M大于等于2；

对所述编码后的比特进行速率匹配生成待发送的比特。

可见，与传统HARQ采用同一个极化码不同，在本实施例中，预先设置了M个(多于1个)极化码。在进行初传时，从上述M个极化码中选择与实际第一次传送码率相应的极化码，可实现自适应地根据实际第一次传送码率选择不同的极化码。并且，由于选择出的极化码与实际第一次传送码率相应，从而可避免实际第一次传送码率和极化码的目标码率相差过大，进而可避免由实际第一次传送码率和极化码所对应的目标码率相差过大而带来的第一次传输性能受损这一问题的发生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的混合自动重传方法的应用场景示意图；

图2为本发明实施例提供的混合自动重传场景下所涉及的示意性流程图；

图3为本发明实施例提供的混合自动重传方法的示意性流程图；

图4为本发明实施例提供的混合自动重传方法的另一示意性流程图；

图5为本发明实施例提供的混合自动重传装置结构框图；

图6为本发明实施例提供的混合自动重传装置另一结构框图；

图7为本发明实施例提供的无线通信装置的通用计算机系统结构图；

图8为本发明实施例提供的无线通信装置的另一结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

混合自动重传方法可以应用于基站、终端、Wifi的AP(Access Point，无线节点)、Wifi终端、Relay站等(但不限于)无线通信设备。

在HARQ技术中，可使用极化码(polar codes)作为母码对信息比特序列进行编码。

图1给出了上述混合自动重传方法的一种应用场景：应用于基站101与类似于接入终端102、接入终端104的任意数目的终端通信。

接入终端102和104可以是例如蜂窝电话、智能电话、便携式电脑、手持通信设备、手持计算设备、卫星无线电装置、全球定位系统、PDA和/或任意其它适合设备。

以基站作为发送端、终端作为接收端为例，其在混合自动重传场景下所涉及的示意性流程可如图2所示：

步骤101、发送端(基站)发送某数据；

步骤102、接收端(终端)对接收的数据进行译码，若译码正确，则反馈ACK信号给发送端，若译码失败则反馈NACK信号给发送端；

步骤103、如接收的信号为ACK信号，则发送端继续发送下一数据；

步骤104、如接收的信号为NACK信号(并且未达到最大重传次数)，发送端根据冗余版本继续发送数据。

前已述及，在HARQ技术中，可使用极化码(polar codes)作为母码对信息比特序列进行编码。

但是，根据信道情况和无线资源分配的情况，实际的第一次传输(初传)码率可能不尽相同，因此第一次传输时打孔的比特数就不同，对Polar码而言，实际初传时对应的信道也就不尽相同。

举例来讲，假定作为母码的极化码是针对目标码率为0.5的非打孔的Polar码设计的。但实际中，第一次传输(初传)实际码率可能为0.5、0.6、0.8等等，需要通过速率匹配来实现HARQ。

这样，当第一次传输(初传)实际码率和设计极化码所对应的目标码率相差过大时，第一次传输性能有时会有损失。

为解决上述问题，本发明实施例提供了基于M个极化码的混合自动重传方式(M≥2)。

这M个极化码的码率和码长均是给定的，例如，这M个极化码码率可均为0.5，其码长可均为2048。

图3是本发明实施例的混合自动重传方法的示意性流程图，基于上述M个极化码，上述方法可包括如下步骤：

S1、从上述M个极化码中选择与实际第一次传送码率相应的极化码，对信息比特序列进行极化码编码，得到编码后的比特。

在选定极化码后，如何使用极化码对信息比特序列进行编码可采用现有的编码方式，在此不作赘述。

S2、对上述编码后的比特进行速率匹配生成待发送的比特。

如何对上述编码后的比特进行速率匹配生成待发送的比特可采用现有的速率匹配方式，在此不作赘述。

在生成待发送的比特后，后续还可进行调制等常规处理，最后发出，在此不作赘述。

可见，与传统HARQ采用同一个极化码不同，在本实施例中，预先设置了M个(多于1个)极化码。在进行初传时，从上述M个极化码中选择与实际第一次传送码率相应的极化码，可实现自适应地根据实际第一次传送码率选择不同的极化码。并且，由于选择出的极化码与实际第一次传送码率相应，从而可避免实际第一次传送码率和极化码的目标码率相差过大，进而可避免由实际第一次传送码率和极化码所对应的目标码率相差过大而带来的第一次传输性能受损这一问题的发生。

在本发明其他实施例中，请参见图4，上述实施例还可包括如下步骤：

S3、在接收到混合自动重传请求(也即NACK信号)并且未达到最大重传次数时，根据冗余版本使用上述编码后的比特生成响应于混合自动重传请求的待发送比特，并发送。

如何使用编码后的比特生成响应于混合自动重传请求的待发送的比特，可采用现有的生成方式，例如，可对编码后的比特进行速率匹配，在此不作赘述。

而在达到最大重传次数或者接收到ACK信号时，则可继续发送下一数据。

在发送下一数据时，所执行的步骤可参见步骤S1-S2或者S1-S3。

更具体的，在发送下一数据时，可直接采用步骤1中采用的极化码，当然，也可重新选择极化码，本领域技术人员可根据需要进行具体设计，在此不作赘述。

在本发明其他实施例中，上述所有实施例中的M个极化码是针对不同的目标码率而设计的。

相应的，步骤S1中的“选择相应的极化码”可具体包括：

选择目标码率与实际第一次传送码率最接近的极化码。

举例来讲，假定M＝3，极化码包括polar codes1、polar codes2、polar codes3。polar codes1-polar codes3码率均为0.5，但polar codes1是针对0.5这一目标码率设计的(构造的)，polar codes2是针对0.6这一目标码率设计的，polar codes2是针对0.8这一目标码率设计的。

当实际第一次传送码率为0.75时，在上述三个极化码之中，polar codes3对应的目标码率与0.75最接近，从而可选择polar codes3对信息比特序列进行编码。

而如实际第一次传送码率为0.45，则在三个极化码之中，polar codes1所对应的目标码率与0.45最接近，从而可选择polar codes1对信息比特序列进行编码。

进一步的，目标码率可具体指目标初传(第一次传输)码率。

下面将对上述M个不同的极化码进行更详细的介绍。

极化码的主要参数可包括(N，K，A，UAc)，其中，N表示码长；K表示信息比特长度(或称为数量)；A表示信息比特索引集合；UAc是冻结(frozen)比特，冻结比特的数量为(N-K)，冻结比特是已知比特；为了简单，冻结比特可设为0。因此，也可认为极化码的主要参数包括(N，K，A)。

前已述及，上述M个极化码的码长、码率均相等，则上述M个极化码的信息比特长度也均相同(也即，参数K相同)。

而上述M个极化码的信息比特索引集合则不相同但相似，也即，上述M个极化码的A不相同但相似。

极化码之间的相似性可以采用如下公式表示：

在上述公式中，Ai表示第i个极化码的信息比特索引集合，A1：AM-1表示其他M-1个极化码各自的信息比特索引集合。

其中，ξA1表示为构造得到A1而去掉的元素集合(Ai中去掉的元素)，δA1表示为构造得到A1加上的元素集合。以此类推，在此不作赘述。

或者，上述A1＝(Ai-ξA1)UδA1，A2＝(Ai-ξA2)UδA2，......，AM-1＝(Ai-ξAM-1)UδAM-2可表示为Am＝(Ai-ξAm)UδAm。其中，Am表示其他M-1个极化码中第m个极化码的信息比特索引集合(1≤i≤M，1≤m≤M-1，m≠i)；ξAm表示为生成Am而在Ai中去掉的元素集合，δAm则表示为生成Am而在Ai中填加的元素集合。

举例来讲，假定Ai为{1，2，3，4，5，6}，A1为{1，2，3，4，5，8}，则ξA1为{6}，δA1为{8}。

再例如：假定给定N＝2048，码率为0.5，典型的目标码率包括0.5、0.8等。

针对0.5这一目标码率，可用传统的极化码构造算法生成Polar code 1信息比特索引集合Ai。

同样，可针对若干典型的初传的目标码率来构造其他M-1个极化码。

假定第m个极化码(Polar code m)是针对0.8这一目标码率设计的，其对应的信息比特索引集合为Am。

下表1给出了为构造得到Am而去掉的集合ξAm，下表2给出了为构造得到Am而加上的集合δAm，可见，Am和集合Ai仅有26个元素(也可叫做比特索引)不同，而Am、Ai中分别包含1024个比特索引。

表1

表2

上述M个极化码中的第m个极化码可通过如下方式生成：

计算传输上述第m个极化码中各个比特信道的错误概率；

对所有比特信道的错误概率进行排序，选取比特错误概率最小的K个比特信道对应的比特索引作为第m个极化码的信息比特集合。

Polar码的译码可以用SC(successive-cancellation，连续消除)译码，其过程如下：

考虑一种Polar码，其参数为

SC译码中，依次计算如下条件似然函数：

其中是接收信号向量(y1，y2，...，yN)，是比特向量(u1，u2，...，ui-1)。W是转移概率，L表示对数似然比。

如果如下作判决：

如果简单令

上述公式(2)和(3)中，表示比特ui的判决值。

本发明实施例下面将提供如下的高斯近似算法以实现针对不同的目标码率的打孔的极化码的构造：

一，初始化：

根据目标码率和速率匹配方案，对Polar码中的每个码符号位置，进行对应的对数似然比的初始化，得到各码符号位置的对数似然比均值初始值。

参考前述SC算法的介绍，其使用的公式包括：

其中，puncturing表示打孔，Nopuncturing表示非打孔。x(i)表示第i个码符号位置，表示第i个码符号位置的对数似然比均值初始值。

二，更新：

根据SC译码相同的因子图，对节点进行对数似然比均值的计算和更新。

其使用的公式包括：

公式二是对和进行了定义。

公式三涉及到了而可表示为：

三，计算错误概率：

根据更新后的对数似然比均值，得到该打孔的Polar码的第i个比特信道的错误概率。

其使用的公式包括：

其中，pi表示第i个比特信道的错误概率，Q(*)表示通信中常用的Q函数。

Q函数定义为

图5是本发明实施例提供的混合自动重传装置500的结构框图，其至少可包括：

选择编码单元1，用于从码长及码率均相同的M个极化码中选择与实际第一次传送码率相应的极化码，对信息比特序列进行极化码编码，得到编码后的比特；上述M大于等于2；

相关内容请参见本文前述记载，在此不作赘述。

速率匹配单元2，用于对上述编码后的比特进行速率匹配生成待发送的比特。

相关内容请参见本文前述记载，在此不作赘述。

在本发明其他实施例中，请参见图6，上述混合自动重传装置500还可包括如下装置：

生成单元3，用于生成上述M个极化码中第i个极化码；1≤i≤M。

更具体的，在生成第i个极化码方面，上述生成单元具体用于，

计算传输上述第i个极化码中各个比特信道的错误概率；

对所有比特信道的错误概率进行排序，选取错误概率最小的K个比特信道对应的比特索引作为上述第i个极化码的信息比特集合，上述K表示信息比特长度。

相关内容请参见本文前述记载，在此不作赘述。

在本发明其他实施例中，上述所有实施例中的M个极化码可以是针对不同的目标码率而设计的。

相应的，在选择相应的极化码方面，上述选择编码单元1可具体用于：

选择目标码率与实际第一次传送码率最接近的极化码。

相关内容请参见本文前述记载，在此不作赘述。

本发明实施例还欲保护无线通信装置，图7示出了上述无线通信装置700的一种通用计算机系统结构。

上述计算机系统可包括总线、处理器701、存储器702、通信接口703、输入设备704和输出设备705。处理器701、存储器702、通信接口703、输入设备704和输出设备705通过总线相互连接。其中：

总线可包括一通路，在计算机系统各个部件之间传送信息。

处理器701可以是通用处理器，例如通用中央处理器(CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)、微处理器等，也可以是特定应用集成电路(application-specific integrated circuit，ASIC)，或一个或多个用于控制本发明方案程序执行的集成电路。还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

存储器702中保存有执行本发明技术方案的程序，还可以保存有操作系统和其他应用程序。具体地，程序可以包括程序代码，程序代码包括计算机操作指令。更具体的，存储器702可以是只读存储器(read-only memory，ROM)、可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备、随机存取存储器(random access memory，RAM)、可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备、磁盘存储器等等。

输入设备704可包括接收用户输入的数据和信息的装置，例如键盘、鼠标、摄像头、扫描仪、光笔、语音输入装置、触摸屏等。

输出设备705可包括允许输出信息给用户的装置，例如显示屏、打印机、扬声器等。

通信接口703可包括使用任何收发器一类的装置，以便与其他设备或通信网络通信，如以太网，无线接入网(RAN)，无线局域网(WLAN)等。

处理器701执行存储器702中所存放的程序，可用于实现本发明实施例提供的混合自动重传方法，其可包括如下步骤：

从码长及码率均相同的M个极化码中选择与实际第一次传送码率相应的极化码，对信息比特序列进行极化码编码，得到编码后的比特；M大于等于2；

对上述编码后的比特进行速率匹配生成待发送的比特。

具体细节请参见本文前述记载，在此不作赘述。

此外，上述装置亦可完成本文方法部分所介绍的混合自动重传方法所涉及的其他步骤，以及各步骤的细化，在此不作赘述。

图8示出了上述无线通信装置700的另一结构示意图。上述无线通信装置700可包括接收机802，接收机802用于从例如接收天线(未示出)接收信号，并对所接收的信号执行典型的动作(例如过滤、放大、下变频等)，并对调节后的信号进行数字化以获得采样。接收机802可以是例如MMSE(最小均方误差，Minimum Mean-Squared Error)接收机。混合自动重传装置800还可包括解调器804，解调器804可用于解调所接收的信号并将它们提供至处理器806。处理器806可以是专用于分析由接收机802接收的信息和/或生成由发射机816发送的信息的处理器、用于控制混合自动重传装置800的一个或多个部件的处理器、和/或用于分析由接收机802接收的信号、生成由发射机816发送的信息并控制混合自动重传装置800的一个或多个部件的控制器。

无线通信装置700可以另外包括存储器808，后者可操作地耦合至处理器806，并存储以下数据：要发送的数据、接收的数据以及与执行本文所述的各种动作和功能相关的任意其它适合信息。存储器808可附加地存储极化码处理的相关的协议和/或算法。

可以理解，本文描述的数据存储装置(例如存储器808)可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。通过示例但不是限制性的，非易失性存储器可包括：ROM(Read-Only Memory，只读存储器)、PROM(Programmable ROM，可编程只读存储器)、EPROM(Erasable PROM，可擦除可编程只读存储器)、EEPROM(Electrically EPROM，电可擦除可编程只读存储器)或闪存。易失性存储器可包括：RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如SRAM(Static RAM，静态随机存取存储器)、DRAM(Dynamic RAM，动态随机存取存储器)、SDRAM(Synchronous DRAM，同步动态随机存取存储器)、DDR SDRAM(Double Data Rate SDRAM，双倍数据速率同步动态随机存取存储器)、ESDRAM(Enhanced SDRAM，增强型同步动态随机存取存储器)、SLDRAM(Synchlink DRAM，同步连接动态随机存取存储器)和DR RAM(Direct Rambus RAM，直接内存总线随机存取存储器)。本文描述的系统和方法的存储器808旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。

此外，上述无线通信装置700还可包括：

polar码编码器812，可用于从码长及码率均相同的M个极化码中选择与实际第一次传送码率相应的极化码，对信息比特序列进行极化码编码，得到编码后的比特；M大于等于2；

速率匹配设备810，可用于对上述编码后的比特进行速率匹配生成待发送的比特。

实际的应用中，接收机802还可以耦合至速率匹配设备810。

可选地，作为一个实施例，polar码编码器812还可用于生成M个极化码。

或者，由其他装置或新增装置还生成上述M个极化码。

上述M个极化码的信息比特索引集合不相同但相似。

极化码之间的相似性可以采用如下公式表示：

在上述公式中，Ai表示第i个极化码的信息比特索引集合，A1：AM-1表示其他M-1个极化码各自的信息比特索引集合。

其中，ξA1表示为构造得到A1而去掉的元素集合(Ai中去掉的元素)，δA1表示为构造得到A1加上的元素集合。以此类推，在此不作赘述。

或者，上述A1＝(Ai-ξA1)UδA1，A2＝(Ai-ξA2)UδA2，......，AM-1＝(Ai-ξAM-1)UδAM-2可表示为Am＝(Ai-ξAm)UδAm。其中，Am表示其他M-1个极化码中第m个极化码的信息比特索引集合(1≤m≤M-1，m≠i)；ξAm表示为生成Am而在Ai中去掉的元素集合，δAm则表示为生成Am而在Ai中填加的元素集合。

此外，上述无线通信装置700还可以包括调制器814和发射机816，该发射机816用于向例如基站、另一终端等发送信号。尽管示出与处理器806分离，但是可以理解，polar码编码器812，速率匹配设备810和/或调制器814可以是处理器806或多个处理器(未示出)的一部分。接收机802和发射机816在实际应用时也可以集成在一起，形成一个收发机。

上述无线通信装置700可经由信道发送或接收数据(例如，无线通信装置700可同时发送和接收数据，无线通信装置700可以在不同时刻发送和接收数据，或其组合等)。无线通信装置700例如可以是基站(例如图1的基站102等)、接入终端(例如图1的接入终端116、图1的接入终端122等)等。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相请参见即可。对于实施例提供的装置而言，由于其与实施例提供的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处请参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件的方式来实现，通用硬件包括通用集成电路、通用CPU、通用存储器、通用元器件等，当然也可以通过专用硬件包括专用集成电路、专用CPU、专用存储器、专用元器件等来实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在可读取的存储介质中，如U盘、移动存储介质、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储软件程序代码的介质，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例的方法。

对所提供的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所提供的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。