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基于判决反馈的极化码非相干迭代检测方法及装置

基本信息

  • 申请号 CN201811377154.7 
  • 公开号 CN109698706A 
  • 申请日 2018/11/19 
  • 公开日 2019/04/30 
  • 申请人 北京理工大学  
  • 优先权日期  
  • 发明人 许黄霞 王志杰 王帅 刘敏囡 陈超凡 岳平越 孟恩同 杨煊赫 张昊星 卢琨  
  • 主分类号 H03M13/11 
  • 申请人地址 100081 北京市海淀区中关村南大街5号 
  • 分类号 H03M13/11;H03M13/13;H03M13/27 
  • 专利代理机构 北京路浩知识产权代理有限公司 11002 
  • 当前专利状态 发明专利申请公布 
  • 代理人 王莹 
  • 有效性 审查中-实审 
  • 法律状态 审查中-实审
  •  

摘要

本发明实施例提供一种基于判决反馈的极化码非相干迭代检测方法及装置,所述方法包括:接收信道输出的信息序列,将信道相位旋转角进行M级均匀离散化,进行相干BCJR运算,获得M个内码外信息;对M个内码外信息进行解交织,获得M个外码先验信息,对M个外码先验信息进行第一次BP译码运算,得到M个译码结果、M个外码后验信息和M个校验子矢量;利用校验子矢量进行判决反馈,获取BP译码的先验信息;根据该先验信息进行第二次BP译码运算;若判断第二次BP译码运算获得的译码结果满足BP译码运算的停止规则或达到最大迭代次数,则根据译码结果计算原始信息序列的估值序列。
本发明实施例可显著提高通信系统非相干检测性能。
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权利要求书


1.一种基于判决反馈的极化码非相干迭代检测方法,其特征在于,包括:接收信道输出的信息序列,将信道相位旋转角进行M级均匀离散化,并根据上一次迭代时的内码先验信息及所述信道输出的信息序列,对各离散相位旋转角进行相干BCJR运算,得到M个内码后验信息,并根据先验信息、后验信息及外信息间的关系,计算获得M个内码外信息;对所述M个内码外信息分别进行解交织操作,获得M个外码先验信息,对所述M个外码先验信息进行第一次极化码BP译码运算,得到M个译码结果和M个外码后验信息,并根据所述M个译码结果分别计算获得M个校验子矢量;利用所述校验子矢量对所述第一次极化码BP译码运算进行判决反馈,获取极化码BP译码运算的先验信息;根据所述极化码BP译码运算的先验信息进行第二次极化码BP译码运算;若判断第二次极化码BP译码运算获得的译码结果满足极化码BP译码运算的停止规则或达到内外码间的最大迭代次数,则根据所述第二次极化码BP译码运算获得的译码结果计算原始信息序列的估值序列,输出所述原始信息序列的估值序列并退出迭代检测过程;或者,若判断第二次极化码BP译码运算获得的译码结果不能满足极化码BP译码运算的停止规则且未达到内外码间的最大迭代次数,则根据第二次极化码BP译码运算获得的外码后验信息,并基于先验信息、后验信息及外信息间的关系计算获得外码外信息,将所述外码外信息经交织操作转换为内码先验信息,以开始下一次的迭代检测过程;其中,M为大于1的自然数。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述M个译码结果分别计算获得M个校验子矢量的步骤,具体为:根据所述M个译码结果应用如下公式计算获得M个校验子矢量Si 其中,H为校验矩阵。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述利用所述校验子矢量对所述第一次BP译码运算进行判决反馈,获取极化码BP译码运算的先验信息的步骤,具体为:对每个所述校验子矢量中元素为1的个数进行统计,得到M个统计量;判断所述M个统计量中是否存在零值,若存在,则将统计量为零时所对应的译码结果作为有效的码字估值序列,根据所述码字估值序列计算原始信息序列的估值序列,输出所述原始信息序列的估值序列并退出迭代检测过程;或者,若不存在,则获取所述M个统计量中的最小值所对应的索引值index;若所述索引值index的维度为一维,则将所述索引值index对应的内码外信息解交织后作为所述极化码BP译码运算的先验信息;或者,若index的维度为多维,则计算所述索引值index对应的所有内码外信息的平均值,并将所述平均值解交织后作为所述极化码BP译码运算的先验信息。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述极化码BP译码运算的停止规则为:进行极化码BP译码运算获得的译码结果为有效的码字估值序列。
5.一种基于判卷反馈的极化码非相干迭代检测装置,其特征在于,包括:相干BCJR检测模块,用于接收信道输出的信息序列,将信道相位旋转角进行M级均匀离散化,并根据上一次迭代时的内码先验信息及所述信道输出的信息序列,对各离散相位旋转角进行相干BCJR运算,得到M个内码后验信息,并根据先验信息、后验信息及外信息间的关系,计算获得M个内码外信息;第一极化码译码模块,用于对所述M个内码外信息分别进行解交织操作,获得M个外码先验信息,对所述M个外码先验信息进行第一次极化码BP译码运算,得到M个译码结果和M个外码后验信息,并根据所述M个译码结果分别计算获得M个校验子矢量;判决反馈模块,用于利用所述校验子矢量对所述第一次极化码BP译码运算进行判决反馈,获取极化码BP译码运算的先验信息;第二极化码译码模块,用于根据所述极化码BP译码运算的先验信息进行第二次极化码BP译码运算;判断模块,用于若判断第二次极化码BP译码运算获得的译码结果满足极化码BP译码运算的停止规则或达到内外码间的最大迭代次数,则根据所述第二次极化码BP译码运算获得的译码结果计算原始信息序列的估值序列,输出所述原始信息序列的估值序列并退出迭代检测过程;或者,若判断第二次极化码BP译码运算获得的译码结果不能满足极化码BP译码运算的停止规则且未达到内外码间的最大迭代次数,则根据第二次极化码BP译码运算获得的外码后验信息,并基于先验信息、后验信息及外信息间的关系计算获得外码外信息,将所述外码外信息经交织操作转换为内码先验信息,以开始下一次的迭代检测过程;其中,M为大于1的自然数。
6.根据权利要求5所述的装置,其特征在于,所述第一极化码译码模块具体用于:根据所述M个译码结果应用如下公式计算获得M个校验子矢量Si 其中,H为校验矩阵。
7.根据权利要求5所述的装置,其特征在于,所述判决反馈模块具体用于:对每个所述校验子矢量中元素为1的个数进行统计,得到M个统计量;判断所述M个统计量中是否存在零值,若存在,则将统计量为零时所对应的译码结果作为有效的码字估值序列,根据所述码字估值序列计算原始信息序列的估值序列,输出所述原始信息序列的估值序列并退出迭代检测过程;或者,若不存在,则获取所述M个统计量中的最小值所对应的索引值index;若所述索引值index的维度为一维,则将所述索引值index对应的内码外信息解交织后作为所述极化码BP译码运算的先验信息;或者,若index的维度为多维,则计算所述索引值index对应的所有内码外信息的平均值,并将所述平均值解交织后作为所述极化码BP译码运算的先验信息。
8.根据权利要求5所述的装置,其特征在于,所述极化码BP译码运算的停止规则为:进行极化码BP译码运算获得的译码结果为有效的码字估值序列。
9.一种电子设备,其特征在于,包括:至少一个处理器;以及与所述处理器通信连接的至少一个存储器,其中:所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令,所述处理器调用所述程序指令能够执行如权利要求1至4任一所述的方法。
10.一种非暂态计算机可读存储介质,其特征在于,所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令,所述计算机指令使所述计算机执行如权利要求1至4任一所述的方法。
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说明书

技术领域
本发明实施例涉及数字编码调制技术领域,更具体地,涉及一种基于判决反馈的极化码非相干迭代检测方法及装置。
背景技术
极化码凭借其自身特点——理论证明其性能可达香农限,编译码复杂度低——在近十年成为编译码领域关注的热点。
尤其当其被纳入5G无线通信标准后,使得对极化码的研究具有更多的现实意义。
然而,几乎所有关于极化码的研究和应用,都集中在AWGN信道下的相干检测。
这就意味着,接收机必须获得准确的载波相位及信道状态信息。
但不少实际的应用场景中,例如,在具有快衰落信道下的大规模MIMO通信系统中接收机根本无法获取上述信息,这使得相干检测不再适用。
而非相干检测却能在此环境下正常工作,原因是非相干检测无需载波相位及信道状态信息。
如图1所示为现有的极化码的迭代非相干检测系统的结构示意图,采用传统的非相干检测方法时,系统的误码性能与相干检测相比,仍有相当的性能退化,尤其在低信噪比区,性能退化更为明显。
整个通信系统的性能不仅与接收机的结构有关,更与接收机的检测方法设计有着密切关系。
因而,对于如图1所示的极化码的非相干迭代检测系统而言,寻找一种性能更优的非相干检测方法成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的基于判决反馈的极化码非相干迭代检测方法及装置。
第一方面,本发明实施例提供一种基于判决反馈的极化码非相干迭代检测方法,包括:接收信道输出的信息序列,将信道相位旋转角进行M级均匀离散化,并根据上一次迭代时的内码先验信息及所述信道输出的信息序列,对各离散相位旋转角进行相干BCJR运算,得到M个内码后验信息,并根据先验信息、后验信息及外信息间的关系,计算获得M个内码外信息;对所述M个内码外信息分别进行解交织操作,获得M个外码先验信息,对所述M个外码先验信息进行第一次极化码BP译码运算,得到M个译码结果和M个外码后验信息,并根据所述M个译码结果分别计算获得M个校验子矢量;利用所述校验子矢量对所述第一次极化码BP译码运算进行判决反馈,获取极化码BP译码运算的先验信息;根据所述极化码BP译码运算的先验信息进行第二次极化码BP译码运算;若判断第二次极化码BP译码运算获得的译码结果满足极化码BP译码运算的停止规则或达到内外码间的最大迭代次数,则根据所述第二次极化码BP译码运算获得的译码结果计算原始信息序列的估值序列,输出所述原始信息序列的估值序列并退出迭代检测过程;或者,若判断第二次极化码BP译码运算获得的译码结果不能满足极化码BP译码运算的停止规则且未达到内外码间的最大迭代次数,则根据第二次极化码BP译码运算获得的外码后验信息,并基于先验信息、后验信息及外信息间的关系计算获得外码外信息,将所述外码外信息经交织操作转换为内码先验信息,以开始下一次的迭代检测过程;其中,M为大于1的自然数。
第二方面,本发明实施例提供一种基于判决反馈的极化码非相干迭代检测装置,包括:相干BCJR检测模块,用于接收信道输出的信息序列,将信道相位旋转角进行M级均匀离散化,并根据上一次迭代时的内码先验信息及所述信道输出的信息序列,对各离散相位旋转角进行相干BCJR运算,得到M个内码后验信息,并根据先验信息、后验信息及外信息间的关系,计算获得M个内码外信息;第一极化码译码模块,用于对所述M个内码外信息分别进行解交织操作,获得M个外码先验信息,对所述M个外码先验信息进行第一次极化码BP译码运算,得到M个译码结果和M个外码后验信息,并根据所述M个译码结果分别计算获得M个校验子矢量;判决反馈模块,用于利用所述校验子矢量对所述第一次极化码BP译码运算进行判决反馈,获取极化码BP译码运算的先验信息;第二极化码译码模块,用于根据所述极化码BP译码运算的先验信息进行第二次极化码BP译码运算;判断模块,用于若判断第二次极化码BP译码运算获得的译码结果满足极化码BP译码运算的停止规则或达到内外码间的最大迭代次数,则根据所述第二次极化码BP译码运算获得的译码结果计算原始信息序列的估值序列,输出所述原始信息序列的估值序列并退出迭代检测过程;或者,若判断第二次极化码BP译码运算获得的译码结果不能满足极化码BP译码运算的停止规则且未达到内外码间的最大迭代次数,则根据第二次极化码BP译码运算获得的外码后验信息,并基于先验信息、后验信息及外信息间的关系计算获得外码外信息,将所述外码外信息经交织操作转换为内码先验信息,以开始下一次的迭代检测过程;其中,M为大于1的自然数。
第三方面,本发明实施例提供一种电子设备,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,所述处理器执行所述程序时实现如第一方面所提供的基于判决反馈的极化码非相干迭代检测方法的步骤。
第四方面,本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所提供的基于判决反馈的极化码非相干迭代检测方法的步骤。
本发明实施例提供的基于判决反馈的极化码非相干迭代检测方法及装置,通过对校验子矢量的判决并将判决结果反馈给相干BCJR检测模块的方式,实现了相干BCJR检测与极化码BP译码间“优质”外信息的传输交换,使其优于传统的非相干迭代检测性能,并更加接近相干检测下的性能,可以显著提高通信系统的非相干检测性能。
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一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图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为现有的极化码的迭代非相干检测系统的结构示意图;图2为本发明实施例提供的基于判决反馈的极化码的非相干迭代检测方法的流程示意图;图3为本发明实施例提供的基于判决反馈的极化码非相干迭代检测装置的结构示意图;图4为本发明实施例提供的基于H矩阵的极化码在BDPSK-AWGN信道上,采用不同检测方案时的误比特率性能比较示意图;图5为本发明实施例提供的基于H矩阵的极化码在BDPSK-AWGN信道上,采用不同检测方案时的误比特率性能比较示意图;图6为本发明实施例提供的电子设备的实体结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,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作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。
为了解决传统的非相干检测方法误码性能不理想的问题,本发明实施例提供一种基于判决反馈的极化码非相干迭代检测方法。
首先,为了清楚地说明本发明实施例所提供的方法,先对本发明实施例所提供的方法应用的极化码的迭代非相干检测系统进行描述。
如图1所示,该系统包括:接收机、AWGN信道和发送机。
其中,本发明实施例所提供方法应用的接收机结构为相干BCJR检测模块与极化码的BP译码模块间进行迭代的检测结构。
该接收机结构具体包括:相干BCJR检测模块101、解交织模块102、极化码的BP译码模块103以及第一交织模块104。
其中,相干BCJR检测模块101用于接收信道输出的信息序列,并利用所述交织模块104输出的信息作为先验信息对所述信息序列进行BCJR译码,获得内码后验信息,并将所述内码后验信息转化为内码外信息后发送至所述解交织模块102;解交织模块102用于对于所述内码外信息进行解交织操作,并将解交织后的信息发送至所述极化码译码模块;极化码的BP译码模块103用于将所述软信息作为BP译码的先验信息进行极化码译码,获得外码后验信息和原始信息序列的判决信息,并将所述外码后验信息转化为外码外信息后发送至所述第一交织模块104;所述第一交织模块104用于对所述外码外信息进行交织操作,将交织后获得的信息发送至所述相干BCJR检测模块101,以作为下一次迭代检测过程中相干BCJR检测模块101的先验信息;值得说明的是,本发明实施例所提到的先验信息、后验信息及外信息均为对数似然比(LLR)形式。
其中,外信息等于后验信息减先验信息。
如图1所示,接收机的结构具体包括:极化码编码模块105、第二交织模块106和BDPSK调制模块107,其中,所述极化码编码模块105用于遵循线性分组码的编码方法将长度为K的原始信息序列编码为长度为N的码字序列,其中,K≤N;所述第二交织模块106用于对所述码字序列进行交织操作;所述BDPSK调制模块107用于对交织后的所述码字序列进行BDPSK(Binary differential phase shift keying)调制,获得长度为N+1的复序列,所述复序列通过信道传输至接收装置。
由于发送端的BDPSK调制可以看作码率为1的卷积码编码,二者唯一的不同点是BDPSK的输为{±1}中的元素,而卷积码编码的结果为{0,1}中的元素,因此接收机中可用BCJR方法对此卷积码进行检测译码。
由于本发明实施例考虑的为非相干检测,故在AWGN信道模型中加入了旋转角θ的影响,其中θ在[-π,π)服从均匀分布。
即对于接收机而言θ为随机变量。
在进行BCJR检测时,传统的做法是将θ在[0,π)范围内进行人为均匀离散化,如θ∈{θ1,...,θM},相干BCJR检测模块101将这些离散的旋转角θi,1≤i≤M看作已知,从而可以在这些旋转角已知的情况下分别对信道发出的信息序列,结合上次迭代过程中第一交织模块104输出的内码先验信息做相干BCJR方法运算,并将所求M个后验信息求平均作为非相干检测的内码后验信息。
紧接着,根据先验信息,后验信息及外信息间的关系,得到内码外信息。
得到内码外信息后,解交织模块102对其进行解交织操作,获得外码先验信息。
然后,极化码的BP译码模块103根据该外码先验信息进行BP译码得到译码结果和外码后验信息,同理,该外码后验信息减去外码先验信息可得外码外信息,同时,极化码的BP译码模块103根据预设的停止规则检验译码结果是否是有效的码字比特序列或是否达到了内外码间的最大迭代次数,如果是,则将该有效的码字比特序列转化为信息序列的估值序列并输出译码结果,停止迭代,如果不是,则极化码的BP译码模块103将外码外信息输出至第一交织模块104转换为内码先验信息,开始下次内外码的信息迭代。
由以上描述可知,对于传统的做法,在每次迭代中相干BCJR检测模块101传递给极化码的BP译码模块103的外信息均为各离散旋转角对应的相干BCJR外信息的平均值。
之所以做平均是因为接收机不知道从信道发出的这一帧数据对应的相位旋转角θ是多少,因而选择平均的思想用相干BCJR检测来求解非相干检测的外信息。
假设接收机知道对应的相位旋转角θ的真实值,则根据该值(此时无需再假设θ∈{θ1,...,θM}这些离散值)进行一次相干BCJR检测即可得到一个更优的误码结果。
因此,如果每次迭代过程中,存在一种统计量,能够指示集合{θ1,...,θM}中哪个值(比如θi,i∈{1,2,...,M})更接近真实的相位旋转值θ,则以该θi作为接收机进行相干BCJR检测的已知量,进行信息的传递,必然会得到比直接做平均的传统做法更好的误码性能。
并且BP方法的检验子矢量存在以下特性:当译码结果正确时,S=0,即S矢量中所有元素均为0;当译码结果错误且错误程度较小时(比如只有一两个比特出错时),S≠0,但S中为1的元素个数比较少;当译码结果错误且错误程序较严重时,S≠0,且S中为1的元素个数非常多。
基于上述特性,校验子矢量S具有上述统计量的功能,可以指示集合{θ1,...,θM}中哪个角度所对应的相干BCJR外信息经过BP译码后所得到译码结果更好,从而在每次迭代过程中选用最优的BCJR外信息进行BP译码,这种通过校验子矢量S进行判决反馈告知相干BCJR检测模块如何选择离散值的方法即为本发明实施例所提供的基于判决反馈的极化码的非相干迭代检测方法。
如图2所示,为本发明实施例提供的基于判决反馈的极化码的非相干迭代检测方法的流程示意图,包括:步骤201、接收信道输出的信息序列,将信道相位旋转角进行M级均匀离散化,并根据上一次迭代时的内码先验信息及所述信道输出的信息序列,对各离散相位旋转角进行相干BCJR运算,得到M个内码后验信息,并根据先验信息、后验信息及外信息间的关系,计算获得M个内码外信息。
具体地,接收到BDPSK-AWGN信道输出的信息序列,将信道相位旋转角进行M级均匀离散化,M为大于1的自然数。
M通常可取为8,如θ∈{0,π/8...,7π/8}。
在首次迭代时,将内码先验信息初始化为0,即根据上一次迭代时的内码先验信息及信道输出的信息序列,对各离散的相位旋转角θi,1≤i≤M进行相干BCJR运算,得到M个内码后验信息,记为:1≤i≤M。
根据先验信息,后验信息及外信息的关系,计算M个内码外信息即有:1≤i≤M。
步骤202、对所述M个内码外信息分别进行解交织操作,获得M个外码先验信息,对所述M个外码先验信息进行第一次极化码BP译码运算,得到M个译码结果和M个外码后验信息,并根据所述M个译码结果分别计算获得M个校验子矢量。
具体地,使用解交织模块对M个内码外信息分别进行解交织操作,得到M个外码先验信息。
对所述M个外码先验信息分别进行BP译码运算,得到M个译码结果1≤i≤M和M个外码后验信息1≤i≤M,并根据所述M个译码结果分别计算M个校验子矢量1≤i≤M。
步骤203、利用所述校验子矢量对所述第一次极化码BP译码运算进行判决反馈,获取极化码BP译码运算的先验信息。
具体地,利用所述校验子矢量对所述第一次极化码BP译码运算进行判决反馈是指根据所述校验子矢量的特性对第一次极化码BP译码运算后获得的译码结果进行一定的判断,并将判断结果进行反馈。
判决反馈的步骤如下:对每个所述校验子矢量中元素为1的个数进行统计,得到M个统计量ni,1≤i≤M;判断所述M个统计量ni中是否存在零值,若存在,则将统计量为零时(即ni=0)所对应的译码结果作为有效的码字估值序列,并根据码字估值序列与原始信息序列的关系,计算原始信息序列u的估值序列,然后输出所述原始信息序列的估值序列,并结束迭代检测过程,即退出迭代检测过程;或者,若不存在,则获取所述M个统计量ni中的最小值所对应的索引值index。
值得说明的是,此时index的维度可能为一维或多维。
若所述索引值index的维度为一维,即M个统计量ni中只有一个最小值nindex,则将所述索引值index对应的内码外信息解交织后作为所述极化码BP译码运算的先验信息;或者,若index的维度为多维,则计算所述索引值index对应的所有内码外信息的平均值并将所述平均值解交织后作为所述极化码BP译码运算的先验信息。
步骤204、根据所述极化码BP译码运算的先验信息进行第二次极化码BP译码运算。
将上一步骤获得的极化码BP译码运算的先验信息输入极化码的BP译码模块,进行第二次极化码BP译码运算。
此时,极化码BP译码运算的先验信息为根据判决反馈选出的最优的相干BCJR检测模块的内码外信息。
进行第二次极化码BP译码运算后,获得译码结果和外码后验信息。
步骤205、若判断第二次极化码BP译码运算获得的译码结果满足极化码BP译码运算的停止规则或达到内外码间的最大迭代次数,则根据所述第二次极化码BP译码运算获得的译码结果计算原始信息序列的估值序列,输出所述原始信息序列的估值序列并退出迭代检测过程;或者,若判断第二次极化码BP译码运算获得的译码结果不能满足极化码BP译码运算的停止规则且未达到内外码间的最大迭代次数,则根据第二次极化码BP译码运算获得的外码后验信息,并基于先验信息、后验信息及外信息间的关系计算获得外码外信息,将所述外码外信息经交织操作转换为内码先验信息,以开始下一次的迭代检测过程。
具体地,对第二次进行极化码BP译码运算获得的译码结果进行判断,若判断该译码结果满足极化码BP译码运算的停止规则或达到内外码间的最大迭代次数,从而可以停止迭代检测过程,并根据该码字估值序列,通过硬判决方法获得原始信息序列的估值序列。
或者,若判断获知该译码结果不能满足极化码BP译码运算的停止规则且未达到内外码间的最大迭代次数,则需要进行下一次迭代检测过程,则将第二次进行极化码BP译码运算获得的外码后验信息转换为外码外信息后经过交织操作输入至相干BCJR检测模块,该外码外信息经过交织操作后作为相干BCJR检测模块的内码先验信息,开始下一次的迭代检测过程。
值得说明的是所述极化码BP译码运算的停止规则为:进行极化码BP译码运算获得的译码结果为有效的码字估值序列,有效是指根据该码字估值序列计算获得的校验子矢量中元素为1的个数为零。
本发明实施例提供的基于判决反馈的极化码非相干迭代检测方法,通过对校验子矢量的判决并将判决结果反馈给相干BCJR检测模块的方式,实现了相干BCJR检测与极化码BP译码间“优质”外信息的传输交换,使其优于传统的非相干迭代检测性能,并更加接近相干检测下的性能,可以显著提高通信系统的非相干检测性能。
如图3所示,为本发明实施例提供的基于判决反馈的极化码非相干迭代检测装置的结构示意图,包括:相干BCJR检测模块301、第一极化码译码模块302、判决反馈模块303、第二极化码译码模块304和判断模块305,其中,相干BCJR检测模块301,用于接收信道输出的信息序列,将信道相位旋转角进行M级均匀离散化,并根据上一次迭代时的内码先验信息及所述信道输出的信息序列,对各离散相位旋转角进行相干BCJR运算,得到M个内码后验信息,并根据先验信息、后验信息及外信息间的关系,计算获得M个内码外信息;第一极化码译码模块302,用于对所述M个内码外信息分别进行解交织操作,获得M个外码先验信息,对所述M个外码先验信息进行第一次极化码BP译码运算,得到M个译码结果和M个外码后验信息,并根据所述M个译码结果分别计算获得M个校验子矢量;判决反馈模块303,用于利用所述校验子矢量对所述第一次极化码BP译码运算进行判决反馈,获取极化码BP译码运算的先验信息;第二极化码译码模块304,用于根据所述极化码BP译码运算的先验信息进行第二次极化码BP译码运算;判断模块305,用于若判断第二次进行极化码BP译码运算获得的译码结果满足极化码BP译码运算的停止规则或达到内外码间的最大迭代次数,则根据所述第二次进行极化码BP译码运算获得的译码结果计算原始信息序列的估值序列,输出所述原始信息序列的估值序列并退出迭代检测过程;或者,若判断第二次进行极化码BP译码运算获得的译码结果不能满足极化码BP译码运算的停止规则且未达到内外码间的最大迭代次数,则根据第二次极化码BP译码运算获得的外码后验信息,并基于先验信息、后验信息及外信息间的关系计算获得外码外信息,将所述外码外信息经交织操作转换为内码先验信息,以开始下一次的迭代检测过程;其中,M为大于1的自然数。
该装置用于在前述各实施例中实现基于判决反馈的极化码非相干迭代检测方法。
因此,在前述各实施例中所述的基于判决反馈的极化码非相干迭代检测方法中的描述和定义,可以用于本发明实施例中各个执行模块的理解。
基于上述实施例的内容,所述第一极化码译码模块具体用于:根据所述M个译码结果应用如下公式计算获得M个校验子矢量Si其中,H为校验矩阵。
基于上述各实施例的内容,所述判决反馈模块具体用于:对每个所述校验子矢量中元素为1的个数进行统计,得到M个统计量;判断所述M个统计量中是否存在零值,若存在,则将统计量为零时所对应的译码结果作为有效的码字估值序列,根据所述码字估值序列计算原始信息序列的估值序列,输出所述原始信息序列的估值序列并退出迭代检测过程;或者,若不存在,则获取所述M个统计量中的最小值所对应的索引值index;若所述索引值index的维度为一维,则将所述索引值index对应的内码外信息解交织后作为所述极化码BP译码运算的先验信息;或者,若index的维度为多维,则计算所述索引值index对应的所有内码外信息的平均值,并将所述平均值解交织后作为所述极化码BP译码运算的先验信息。
基于上述各实施例的内容,所述极化码BP译码运算的停止规则为:进行极化码BP译码运算获得的译码结果为有效的码字估值序列。
下面结合仿真实验验证本发明实施例提供的基于判决反馈的极化码非相干迭代检测方法。
实验一、基于H矩阵的极化码在BDPSK-AWGN信道上,采用不同检测方案时的误比特率性能比较参照图1,本实例使用极化码编码模块将信息位长度为256的二元信息序列u编码为长度为512的二元码字序列c,即使用极化码(512,256)作为信道编码方案。
极化码的BP译码方法采用基于检验矩阵H的BP方法,内外码间的最大迭代次数设置为20。
极化码具体的编码实施过程为:首先,将信息序列u放置于极化信道中极化程序较好的256个“位信道”中;其次,剩余的256个位信道的值设置为0,这样通过把二者组合起来得到了长度512的待编码序列x。
最后,用x与生成矩阵G相乘,即可得到经过极化码编码后的码字,即:c=x·G。
得到码字c后,对c进行交织操作得到交织后的序列d;对d进行BDPSK映射,得到调制序列s,即s1=1,sk=exp{j(∠sk-1+c′k-1·π)},k=2,3,...,513。
其中∠x表示取复变量x的相角。
紧接着,s将通过AWGN信道,考虑着接收机用的是非相干检测方法,因此,在调制序列通过AWGN信道这一步,引入了在[-π,π)均匀分布的相位旋转角θ。
即信道的输出为rk=sk·exp{jθ}+nk,k=1,2,...,513,其中nk服从均值为0,方差为σ2的高斯分布。
在接收端,使用本发明实施例提供的方法对序列r进行非相干检测。
根据上述非相干检测过程,对进行了蒙特卡罗仿真。
作为对比,同样对在传统非相干迭代检测及相干检测方法下进行了蒙特卡罗仿真,仿真结果如图4所示。
由图4可知,本发明实施例所提供的基于判决反馈的非相干迭代检测方法,与传统的非相干迭代检测方法相比,BER性能有明显提高,尤其在低信噪比区域更为明显。
如在BER性能为10-4时,与传统非相干迭代检测方法相比,可获得约0.3dB的性能增益,并更加接近相干检测的性能(相差约0.4dB)。
在高信噪比区,本发明实施例所提供方法仍优于传统的非相干迭代检测方法。
实验二、基于H矩阵的极化码在BDPSK-AWGN信道上,采用不同检测方案时的误比特率性能比较参照图1,本实例使用极化码编码模块将信息位长度为512的二元信息序列u编码为长度为1024的二元码字序列c,即使用极化码作为信道编码方案。
极化码的BP译码方法采用基于检验矩阵H的BP方法,内外码间的最大迭代次数设置为20。
极化码具体的编码实施过程为:首先,将信息序列u放置于极化信道中极化程序较好的512个“位信道”中;其次,剩余的512个位信道的值设置为0,这样通过把二者组合起来就得到了长度1024的待编码序列x。
最后,用x与生成矩阵G相乘,即可得到经过极化码编码后的码字,即:c=x·G。
得到码字c后,对c进行交织操作得到交织后的序列d;对d进行BDPSK映射,得到调制序列s,即s1=1,sk=exp{j(∠sk-1+c′k-1·π)},k=2,3,...,1025。
其中∠x表示取复变量x的相角。
紧接着,s将通过AWGN信道,考虑着接收机用的是非相干检测方法,因此,在调制序列通过AWGN信道这一步,引入了在[-π,π)均匀分布的相位旋转角θ。
即信道的输出为rk=sk·exp{jθ}+nk,k=1,2,...,1025,其中nk服从均值为0,方差为σ2的高斯分布。
在接收端,使用本发明实施例提供的方法对序列r进行非相干检测。
根据上述非相干检测过程,对进行了蒙特卡罗仿真。
作为对比,同样对在传统非相干迭代检测及相干检测方法下进行了蒙特卡罗仿真,仿真结果如图5所示。
由图5可知,本发明实施例所提基于判决反馈的非相干迭代检测方法,与传统的非相干迭代检测方法相比,BER性能有明显提高,尤其在低信噪比区域更为明显。
如在BER性能为10-2时,与传统非相干迭代检测方法相比,可获得约0.6dB的性能增益,并更加接近相干检测的性能(相差约0.4dB)。
在高信噪比区,本发明实施例所提方法仍优于传统的非相干迭代检测方法。
图6为本发明实施例提供的电子设备的实体结构示意图,如图6所示,该电子设备可以包括:处理器(processor)610、通信接口(Communications Interface)620、存储器(memory)630和通信总线640,其中,处理器610,通信接口620,存储器630通过通信总线640完成相互间的通信。
处理器610可以调用存储在存储器630上并可在处理器610上运行的计算机程序,以执行上述各实施例提供的基于判决反馈的极化码非相干迭代检测方法,例如包括:接收信道输出的信息序列,将信道相位旋转角进行M级均匀离散化,并根据上一次迭代时的内码先验信息及所述信道输出的信息序列,对各离散相位旋转角进行相干BCJR运算,得到M个内码后验信息,并根据先验信息、后验信息及外信息间的关系,计算获得M个内码外信息;对所述M个内码外信息分别进行解交织操作,获得M个外码先验信息,对所述M个外码先验信息进行第一次极化码BP译码运算,得到M个译码结果和M个外码后验信息,并根据所述M个译码结果分别计算获得M个校验子矢量;利用所述校验子矢量对所述第一次极化码BP译码运算进行判决反馈,获取极化码BP译码运算的先验信息;根据所述极化码BP译码运算的先验信息进行第二次极化码BP译码运算;若判断第二次极化码BP译码运算获得的译码结果满足极化码BP译码运算的停止规则或达到内外码间的最大迭代次数,则根据所述第二次极化码BP译码运算获得的译码结果计算原始信息序列的估值序列,输出所述原始信息序列的估值序列并退出迭代检测过程;或者,若判断第二次极化码BP译码运算获得的译码结果不能满足极化码BP译码运算的停止规则且未达到内外码间的最大迭代次数,则根据第二次极化码BP译码运算获得的外码后验信息,并基于先验信息、后验信息及外信息间的关系计算获得外码外信息,将所述外码外信息经交织操作转换为内码先验信息,以开始下一次的迭代检测过程;其中,M为大于1的自然数。
此外,上述的存储器630中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
基于这样的理解,本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,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所述方法的全部或部分步骤。
而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、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程序代码的介质。
本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现上述各实施例提供的基于判决反馈的极化码非相干迭代检测方法,例如包括:接收信道输出的信息序列,将信道相位旋转角进行M级均匀离散化,并根据上一次迭代时的内码先验信息及所述信道输出的信息序列,对各离散相位旋转角进行相干BCJR运算,得到M个内码后验信息,并根据先验信息、后验信息及外信息间的关系,计算获得M个内码外信息;对所述M个内码外信息分别进行解交织操作,获得M个外码先验信息,对所述M个外码先验信息进行第一次极化码BP译码运算,得到M个译码结果和M个外码后验信息,并根据所述M个译码结果分别计算获得M个校验子矢量;利用所述校验子矢量对所述第一次极化码BP译码运算进行判决反馈,获取极化码BP译码运算的先验信息;根据所述极化码BP译码运算的先验信息进行第二次极化码BP译码运算;若判断第二次极化码BP译码运算获得的译码结果满足极化码BP译码运算的停止规则或达到内外码间的最大迭代次数,则根据所述第二次极化码BP译码运算获得的译码结果计算原始信息序列的估值序列,输出所述原始信息序列的估值序列并退出迭代检测过程;或者,若判断第二次极化码BP译码运算获得的译码结果不能满足极化码BP译码运算的停止规则且未达到内外码间的最大迭代次数,则根据第二次极化码BP译码运算获得的外码后验信息,并基于先验信息、后验信息及外信息间的关系计算获得外码外信息,将所述外码外信息经交织操作转换为内码先验信息,以开始下一次的迭代检测过程;其中,M为大于1的自然数。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。
可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下,即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述,本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现,当然也可以通过硬件。
基于这样的理解,上述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计算机可读存储介质中,如ROM/RAM、磁碟、光盘等,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)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
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