[发明专利]极化码编码的MIMO系统的联合检测译码方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其是一种极化码编码的MIMO系统的联合检测译码方法。

背景技术

移动通信经历了第一代模拟通信(1G)、第二代蜂窝数字通信(2G)、第三代CDMA宽带通信(3G)的发展历程，目前已进入了第四代移动通信(4G)产业化的应用阶段。移动通信正朝着高速率、高容量、高频谱效率和低功耗的方向发展，不断满足人们日益增长的数据和视频需求。据主要运营商和权威咨询机构预测：移动宽带业务流量将在未来10年增长1000倍。现有4G技术在传输速率和资源利用率等方面仍然无法满足未来的需求，其无线覆盖和用户体验也有待进一步提高。世界各国在推动4G产业化工作的同时，第五代移动通信技术(5G)已经成为了国内外无线通信领域的研究热点。5G将满足人们工作、生活和娱乐的多样化业务需求，即使在中央商务区、密集住宅区、体育场和高速公路等具有超高流量密度、超高连接数密度和超高移动性特征的场景，也可以为用户提供超清视频、增强现实和在线游戏等极致业务体验。

5G移动通信标志性的关键技术主要体现在超高效能的无线传输技术和高密度无线网络技术。相对于传统的小规模MIMO系统，大规模MIMO极大地改善了频谱效率、连接可靠性和覆盖范围。与此同时，高性能、高效率的信道编码技术也将成为5G的一个重要研究方向。作为第一个能够达到香农容量的信道编码，极化码是信息理论和无线通信领域的重大突破，引起了学术界和工业界的广泛关注。在5G移动通信的全新应用场景下，极化码已被3GPP采纳为5G eMBB控制信道的上下行短码方案。

在实际应用中，为了改善误码性能，MIMO系统通常与纠错编码技术如Turbo码或LDPC相结合。在发射端，先对信息比特进行信源信道编码，然后调制为复值星座点中的符号。在接收端，MIMO检测器首先从接收的信号中估计发送符号；然后，译码器从估计的符号中恢复信息比特。尽管结合纠错编码技术能够有效改善误码性能，然而额外的译码模块将极大增大接收机整体的实现复杂度。一般情况下，检测和译码常常被看作两个独立的处理模块。输出信息在两个独立模块之间相互迭代，从而改善译码性能。然而，迭代的检测译码将会增加系统延时。对于卷积码和Turbo码编码的MIMO系统，相比传统的分离方法，联合检测译码方法极大地降低了实现复杂度和系统延时，同时改善了误码性能。近来，极化码已经被3GPP采纳为5G eMBB控制信道的上下行短码方案。因此，研究极化码编码的MIMO系统的检测译码算法具有重大意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种极化码编码的MIMO系统的联合检测译码方法，提高了系统容量和数据速率，适用于任意码长和参数配置的极化码。

为解决上述技术问题，本发明提供一种极化码编码的MIMO系统的联合检测译码方法，包括如下步骤：

(1)K-best检测；设等效实值MIMO系统中，发射向量为s，信道矩阵为H，加性高斯白噪声为n，接收向量为y；正交幅度调制(QAM)星座集合为Θ，信道矩阵的QR分解表示为H＝QR，其中，Q为2N_r×2N_t的矩阵，R为2N_t×2N_t的上三角矩阵，在K-best检测器中，估计向量表示为：

公式(1)看作一个2N_t层的树形搜索问题，每一个节点有个孩子节点；在树型搜索过程中，将部分欧式距离定义为路径度量值；在树的每一层，保留K_p条具有最小PED值的路径作为幸存路径，在树的第i层，扩展路径的PED表示为

其初始值PED₀＝0，inc_i代表相邻两层的两个幸存节点之间的距离增量；在树的每一层，保留K_p条具有最小PED值的路径作为幸存路径；在最后一层选取具有最小PED值的路径作为输出路径。

(2)极化码编码和译码；对于的极化码，N、K、和分别表示码长、信息比特长度、信息比特的集合和冻结比特值，假定译码器输入为输出为G_N和B_N分别表示生成矩阵和比特反序重排置换矩阵，则极化码的编码可表示为：

其中，代表的Kronecker积；

类似于K-best算法，极化码的SCL译码也是宽度优先的搜索算法，在满二叉树上逐层扩展并选择最优路径；SCL译码中，采用如下的对数似然形式作为路径度量值：

其中，max由Jacobi对数近似得到：