一种适用于极化码编码递增码长重传方案的接收方法与流程

本发明属于无线通信技术领域，涉及接收方法，尤其涉及一种适用于极化码编码递增码长重传方案的接收方法。

背景技术：

纠错编码是移动通信系统的关键技术之一。纠错编码是一种通过在信息中增加冗余，提高传输可靠性的技术。极化码是2009年由e.arikan提出的唯一在理论上被证明了能够达到二进制输入离散无记忆信道容量的纠错编码。其原理是通过信道拆分与合并将信道极化，使得在码长趋于无穷时，一部分信道的容量趋于0(即噪声无穷大的信道)，另一部分信道的容量则趋于1(即完全无噪声的信道)，并将所要传输的信息放在完全无噪声的信道上进行传输来达到系统性能。

随着无线通信业务范围的进一步扩展，单次传输的编码增益难以对抗恶劣信道条件下的差错概率，而单纯的简单重传性能不够优越。混合自动重传请求是一种结合了信道编码和自动重传请求的技术，接收端通过将重传帧与已传帧进行合并解码，既可以获得重传增益，也可以获得编码增益，大大提高了重传的效率和资源利用率。在极化码的混合自动重传机制中，追踪合并在发送端每次重传相同的帧信息，而接收端通过将接收的重传帧和已传帧进行简单相加获得3db分集增益，并不进行重新编码。该方法算法简单，但性能有限。递增冻结重传通过选取一部分发送失败的信息比特重新编码获得一个低码率的极化码，接收端先解重传帧，解码成功后将重传帧中发送成功的信息位送给已传帧当做冻结比特处理。递增冻结重传考虑了信道编码的增益，因此能够获得优于追踪合并的性能，但是仍然不能逼近现有码率的最优性能。

递增码长重传是一种针对极化码高效的混合自动重传方法，发送端通过构造极化码长码并发送冗余部分，接收端将重传帧与已传帧合并解码，获得能够逼近当前码率的最优增益。递增码长重传既有重传增益，又有长码的解码增益。虽然该重传方式性能优越，但是接收端解码需要通过合并成长码进行解码，扩大了网络规模，增大了接收设备的复杂度。而且，移动通信的应用场景中存在已传帧无法利用的情况，依然存在缺陷。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明公开了一种适用于极化码编码递增码长重传方案的接收方法。由于递增码长重传每次的接收帧都可以看成一个合成信息序列的极化码编码结果，将该帧通过解码器后得到的信息序列稍加修正可以得到源码块的信息，因此本发明接收端每次将重传帧与已传帧合并成一个长码解码之前，对重传帧进行独立解码。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种适用于极化码编码递增码长重传方案的接收方法，包括如下步骤：

(1)等待接收第t次传输，长度为n的接收子帧信号y^t；

(2)对第t个子帧信号y^t进行长度为n的极化码独立解码，得到候选的发送序列o^t，发送序列包含冻结比特和crc；

(3)若t>1，执行(4)；否则执行(5)；

(4)第t次传输，2^n-1<t≤2ⁿ，n为自然数，对候选发送序列进行解码修正如下：

令

si＝{(i-1)*n+1,(i-1)*n+2,…,i*n},i＝1,2,…2^n-1；

其中符号表示克罗内克积；记矩阵g(n)中前2ⁿ-1行，第2ⁿ-t+1列中不为0的行标集合为a；对于a中的元素a，令b＝2ⁿ+1-a，其中符号表示向上取整；记集合为rd处于子帧x^b内的位置集合部分，即且满足记为对应于帧x¹处的发送比特复制位置集合，记集合

对于每一对由a中的元素a确定的记第i个元素为hi,ci,,其中表示中元素的个数，依次将o^t中第hi个比特与对应的第ci个比特进行模二加，并替换o^t中第hi个比特即

从而得到完成候选序列o^t的更新修正；

(5)候选序列进行crc校验，若校验通过，终止译码，输出结果；否则执行(6)；

(6)若t>1，执行(7)，否则置t＝t+1，返回(1)；

(7)对所有已接收的t(2^n-1<t≤2ⁿ)个子帧按序拼接，构成2ⁿ*n长度，信息比特集合为的极化码解码，其中未接收的2ⁿ-t个子帧按照打孔比特处理，得到候选的发送序列vⁿ，发送序列包含冻结比特和crc；

(8)对候选序列进行crc校验，若crc校验失败且t<t，置t＝t+1，返回(1)；否则终止译码，输出结果。

进一步的，所述接收端接收的数据由发送端构造并发送，发送端根据最大传输次数t，构造递增码长重传接收的传输子帧集合{x^t；t＝1,2,…,t}，其中，t＝2^m；m为正整数，每次传输子帧长度为n；根据极化码构造方法能够得到信息比特位置集合和冻结比特位置集合首次传输(t＝1)采用标准的极化码编码，编码前的数据比特由k个信息比特(包含循环冗余校验crc)和n-k个全零冻结比特构成，分别根据极化码构造方法得出的信息比特位置集合i1和冻结比特位置集合f1配置编码输入，极化编码后长度为n；当前2^n-1(n>0)次传输失败时，将中的所有元素加上2^n-1*n，并将2^n-1个长度为n的全零数据块与前2^n-1个长度为n的已传数据块合成一个2ⁿ*n比特长度的数据块，并将原集合中被去除的信息比特(这部分比特位置记为集合)复制到集合中新增的信息比特位(这部分比特位置记为集合)，再通过长度为2ⁿ*n的极化码编码器，选取前2^n-1个长度为n的新增编码数据块，依次作为后续2^n-1次传输的重传子帧。

进一步的，所述步骤(2)中极化码独立解码时的信息比特集合始终为i1，与当前的重传次数无关。独立解码适用于针对极化码的任意解码算法。

进一步的，所述步骤(2)具体包括如下子步骤：

s21、令i＝0,现有路径数l'＝1，设置可容幸存路径数为l；

s22、对现有所有l'条译码路径，计算每条路径当前比特的llr值；

s23、判断是否i∈i1，是则执行s24；否则跳转至s25；

s24、对l'条进行扩展：l'条译码路径复制为2*l'条，对前l'条路径的当前比特译码结果置0，对后l'条路径的当前比特译码结果置1，更新2*l'条路径度量值；若2*l'>l，则剪去路径度量值较高的多余路径；更新现有路径数l'，转s26；

s25、对所有l'条路径的当前比特译码比特置0，更新l'条路径度量值；

s26、判断是否i<n，即判断是否仍有码字未译码，若是则令i＝i+1，执行s22，否则译码结束，得到候选发送序列o^t。

进一步的，所述步骤(7)中按照打孔比特处理为：将打孔比特的初始似然比置0。

进一步的，所述步骤(7)中解码过程为：

对于记集合解码时位置处的比特时作为冻结比特处理，使得对于中的第j个元素pj,qj,候选发送序列vⁿ满足第pj个元素与第qj个元素相等，即：

进一步的，所述冻结比特处理为：将位置处的比特值直接置于位置处。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

本发明在合并解码前先进行独立解码，减少了调用长码解码器的次数，降低了设备复杂度，提高了解码有效性，有效解决了现有移动通信系统接收方法中已传帧无法利用时，后续重传帧性能下降，传输资源浪费的问题。仿真结果表明，本发明中方法重传过程中每次传输帧都能够逼近首次传输时的解码性能，同时也保持了递增码长合并求解的能力。

附图说明

图1为极化码递增码长构造子帧示意图，其中(a)为编码前示意图，(b)为编码前示意图。

图2为本发明的接收算法流程图。

图3为初始码长n＝128，码率r＝0.75的极化码利用本发明接收算法中的独立解码的误帧率曲线。

图4为初始码长n＝256，码率r＝0.5的极化码利用本发明接收算法中的独立解码的误帧率曲线。

图5为初始码长n＝128，码率r＝0.75的极化码利用本发明接收算法中的合并解码的误帧率曲线。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

本实施例公开了一种适用于极化码编码递增码长重传方案的接收方法，接收端在接收到接收向量y^t时，首先进行一次独立解码。如果解码失败，对所有已接收的t(2^n-1<t≤2ⁿ)个子帧进行合并，构成2ⁿ*n长度的极化码解码(未接收的2ⁿ-t个子帧按照打孔比特处理)。具体的说，以t＝4，解码算法为循环冗余校验辅助的列表连续删除解码(ca-scl)为例，如图1所示，发送端首先构造发送帧集合{x¹,x²,x³,x⁴},方法如下：

(1)构造x¹：

构造码长为n的极化码并选取信息比特集合i1和冻结比特集合f1，信息比特置于i1处，全零冻结比特置于集合f1处形成发送序列，进行码长为n的极化码编码得到子帧x¹。

(2)构造x²：

(a)i1中的所有元素加n；

(b)将长度为n的全零数据块与之前长度为n的已传数据块合成一个2*n比特长度的数据块，构造码长为2*n的极化码并选取信息比特集合i2和冻结比特集合f2；

(c)找出i1中不属于i2的元素，记为c2；找出i2中不属于i1的元素，记为r2；

(d)将源码块c2上的比特依次复制到r2上；

(e)对得到的源码块进行码长2*n的极化码编码选取第一个长度为n的新增编码块得到子帧x²。

(3)构造x³,x⁴：

(a)i2中的所有元素加2*n；

(b)将长度为2*n的全零数据块与之前长度为2*n的已传数据块合成一个4*n比特长度的数据块，构造码长为4*n的极化码并选取信息比特集合i4和冻结比特集合f4；

(c)找出i2中不属于i4的元素，记为c4；找出i4中不属于i2的元素，记为r4；

(d)将源码块c4上的比特依次复制到r4上；

(e)对得到的源码块进行码长4*n的极化码编码，得到第一个长度为n的新增编码段为子帧x⁴，第二个长度为n的新增编码段为子帧x³

每次传输子帧x^t通过信道后，在接收端，如图2所示，本实施例具体执行以下操作：

s1、等待接收第t次传输，长度为n的接收子帧信号y^t。

s2、对第t个子帧信号y^t进行长度为n，信息比特集合为i1的极化码独立解码，得到候选的发送序列o^t(包含冻结比特和crc)，独立解码适用于针对极化码的任意解码算法，解码时的信息比特集合始终为i1且与t的取值无关。具体包括如下子步骤：

s21、令i＝0,现有路径数l'＝1，设置可容幸存路径数为l。

s22、对现有所有l'条译码路径，计算每条路径当前比特的llr值。

s23、判断是否i∈i1，是则执行s24；否则跳转至s25。

s24、对l'条进行扩展：l'条译码路径复制为2*l'条，对前l'条路径的当前比特译码结果置0，对后l'条路径的当前比特译码结果置1，更新2*l'条路径度量值；若2*l'>l，则剪去路径度量值较高的多余路径；更新现有路径数l'，转s26。

s25、对所有l'条路径的当前比特译码比特置0，更新l'条路径度量值。

s26、判断是否i<n，即判断是否仍有码字未译码，若是则令i＝i+1，执行s22，否则译码结束，得到候选发送序列o^t。

s3、若t>1,执行s4；否则执行s5。

s4、第t次传输(2≤t≤4)，对候选发送序列进行解码修正，解码修正中所选操作比特与当前的重传次数t有关：

(a)当t＝2时，因为2⁰<t≤2¹，故n＝1，前1行第1列中不为0的行标集合a＝{1}；当a＝1时，可得b＝2，d＝2,进一步可得依次将o²中第hi个比特与对应的第ci个比特进行模二加，并替换o²中第hi个比特即

其中表示中元素的个数，从而得到完成候选序列o²的更新修正。

(b)当t＝3时，因为2¹<t≤2²，故n＝2，同理可得a＝{2}；

当a＝2时，可得b＝3，d＝4,进一步可得依次将o³中第hi个比特与对应的第ci个比特进行模二加，并替换o³中第hi个比特即

从而得到完成候选序列o³的更新修正。

(c)当t＝4时，因为2¹<t≤2²，故n＝2，同理可得a＝{1,2,3}；

当a＝1时，可得b＝4，d＝4,进一步可得依次将o⁴中第hi个比特与对应的第ci个比特进行模二加，并替换o⁴中第hi个比特即

当a＝2时，可得b＝3，d＝4,进一步可得依次将o⁴中第hi个比特与对应的第ci个比特进行模二加，并替换o⁴中第hi个比特即

当a＝3时，可得b＝2，d＝2,进一步可得依次将o⁴中第hi个比特与对应的第ci个比特进行模二加，并替换o⁴中第hi个比特即

从而得到完成候选序列o⁴的更新修正。

s5、对候选序列进行crc校验，若crc校验通过，终止译码，输出结果；否则执行s6。

s6、若t>1，执行s7，否则置t＝t+1，返回s1。

s7、对所有已接收的t(2≤t≤4)个子帧按序拼接，构成2ⁿ*n长度，信息比特集合为的极化码解码(未接收的2ⁿ-t个子帧按照打孔比特处理，初始似然比置0)，

(a)当t＝2时，p2位置处的比特时当做冻结比特处理，即将q2位置处的比特值直接置于p2位置处，得到候选的发送序列(包含冻结比特和crc)。

(b)当t＝3,4时，p2,p4位置处的比特时当做冻结比特处理，即将q2,q4位置处的比特值直接置于p2,p4位置处，得到候选的发送序列(包含冻结比特和crc)。

s8、对候选序列进行crc校验，若crc校验失败且t<t，置t＝t+1，返回s1；否则终止译码，输出结果。

如图3所示为最大传输次数t＝4时，初始码长n＝128，码率r＝0.75时本发明的独立译码性能，图4所示为最大传输次数t＝4时，初始码长n＝256，码率r＝0.5时本发明的独立译码性能。从两图不同初始码率、码长的误帧率曲线可以看出，本发明的独立解码算法不论传输次数都能接近首次传输的误帧率性能，即逼近当前码率下的最优解码性能。图5为初始码长n＝128，码率r＝0.75的极化码利用本发明接收算法中的合并解码的误帧率曲线与简单重传的比较，可以发现此情况下本发明中的合并解码与简单重传相比约有2db左右增益。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。