[发明专利]实施极化码的设备和方法

说明书

一种用于基于长度为N的极化码将K个信息比特编码为长度为N'的码字的编码器(400)，其中，N是2的幂并且大于或等于N'。所述编码器(400)包括：存储多个比特索引的存储器(403)，其中，所述多个比特索引包括关联于所述长度为N的极化码的一组N个冻结比特索引、一组N/2个打孔比特索引和/或一组N/2个缩短比特索引；以及处理器(401)，用于：从所述存储器(403)中检索所述多个比特索引的至少一个子集，使用所述长度为N的极化码对所述K个信息比特进行编码以获得长度为N的编码数据，以及将所述编码数据的比特数量减少到所述长度N'以获得所述长度为N'的码字。

技术领域

本发明大体上涉及通信系统中的数据编解码。更具体而言，本发明涉及使用极化码来对数据进行编解码的设备和方法。

背景技术

极化码定义了一种新的信道码类型，对此Arikan在其开创性著作中有介绍：“信道极化：一种构造对称二进制输入无记忆信道的容量可达代码的方法(Channelpolarization:a method for constructing capacity-achieving codes for symmetricbinary-input memoryless channels)”，IEEE信息论学报，2009年7月。极化码在编解码复杂度O(N log N)取决于码长N的情况下能够在各种信道上容量可达，这是编码理论中的突破进展。这些代码对于实际有限的码长也具有显著效果。如Arikan的上述著作所述，最新的解码器使用连续消除(successive cancellation，SC)解码，结合列表解码(例如，2011年7月IEEE ISIT上Tal和A.Vardy发表的“极化码的列表解码(List decoding of polarcodes)”)和可能的附加循环冗余校验(cyclic redundancy check，CRC)来改善代码的距离属性以及改善列表解码(例如，Kai Niu和Kai Chen，“极化码的CRC辅助解码”，IEEE通信快报，第16卷，第10期，2012年10月)。

根据极化码的初始构造，极化码的长度N是2的幂，即N＝2ⁿ，其中，n是整数。但是，近期的著作提出了对长度为N的极化码进行打孔或缩短的方法，以获得任意码长N′(N≠N′)。因此，任意码率R是可能的，其中，R＝K/N，K为信息比特数量。在实际部署中，CRC应用于K个信息比特。该CRC显著改善了代码属性，并且在解码过程中也得以利用。

(N，K)极化码通过以下矩阵定义，其中，N＝2ⁿ：

其中，表示2x2基矩阵的n-次克罗内克尔积以及包含冻结比特索引的冻结集F，这些冻结比特不用于信息传输。这K个信息比特可以通过非系统编码或系统编码的方式使用长度为N的极化码进行编码。

图1(a)示出了根据Arikan的上述著作的使用长度为8的极化码的四个信息比特的非系统编码示例，该极化码称为速率为R＝1/2的(8，4)极化码。在该图中，用于比特u_i的所谓虚拟信道的交互信息I(W_i)在左侧示出。交互信息I(W_i)表示比特信道的可靠性：如果I(W_i)接近于1，则信道定义为“好”信道，并且可用于传输信息比特。反之，如果I(W_i)接近于0，则信道定义为“坏”通道，并且不应该用于传输信息比特。因此，将对应于交互信息I(W_i)的最小值的四比特索引收集到冻结比特索引集F＝{1,2,3,5}中，以便获得码率为R＝1/2的代码。针对编码，将四个信息比特[u₀ u₁ u₂ u₃]置于非冻结位置，并且将对应于包含在冻结比特索引集F中的索引的比特设置为0。通过矩阵复用，码位[c₀ c₁ c₂ c₃ c₄ c₅ c₆ c₇]按如下获得：