一種基于polar碼的信道估計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于通信領(lǐng)域，具體設(shè)及一種基于polar碼的信道估計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] polar碼，2009年由Ankan提出的新型信道編碼，是目前唯一能夠在理論上證明達(dá) 到信道容量的編碼，并且編譯碼復(fù)雜度較低，均為O(NlogN)。W上兩點(diǎn)原因使得polar碼在 近年來(lái)成為研究的熱點(diǎn)，如關(guān)于polar碼的編碼構(gòu)造方法，在各種信道下的應(yīng)用等。不僅在 研究方面，在應(yīng)用方面，polar碼也有著巨大的前景和深厚的潛力。對(duì)于polar碼的譯碼應(yīng)用 研究非常多，現(xiàn)在在FPGA平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)的吞吐率已經(jīng)可W達(dá)到400Gbps，比LDPC碼化OW Density Parit^Check，低密度奇偶校驗(yàn)碼）的BP(Belief Propagation,置信傳播)譯碼的 復(fù)雜度要低。在國(guó)內(nèi)，polar碼已經(jīng)被提出作為5G信道編碼的候選技術(shù)。但是，和其他現(xiàn)有的 信道編碼不同的是，polar碼對(duì)信道比較敏感，polar碼的構(gòu)造方法是隨著信道的變化而不 同的。并且，在譯碼端，譯碼時(shí)似然比信息的初始化也需要知道信道信息。因此，為了進(jìn)行最 優(yōu)的polar碼構(gòu)造，提前知道polar碼的信道參數(shù)是很有必要的，即，對(duì)polar碼進(jìn)行信道估 計(jì)是非常有意義的。
[0003] 本領(lǐng)域內(nèi)公知，傳統(tǒng)的信道估計(jì)方法可W分為兩類(lèi):數(shù)據(jù)輔助信道估計(jì)方法和非 數(shù)據(jù)輔助信道估計(jì)方法。數(shù)據(jù)輔助信道估計(jì)方法運(yùn)算簡(jiǎn)單，估計(jì)性能好。但是需要提前發(fā)送 導(dǎo)頻，降低了頻帶利用率。非數(shù)據(jù)輔助信道估計(jì)方法，與數(shù)據(jù)輔助信道估計(jì)方法相比，由于 不需要提前知道信息序列，運(yùn)算復(fù)雜度高，估計(jì)性能差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種基于polar碼的低復(fù)雜度的信道估計(jì)方法，W獲得較為 準(zhǔn)確的信道參數(shù)。本發(fā)明方法適用于單變量信道估計(jì)，即只有一個(gè)信道參數(shù)需要估計(jì)，其他 參數(shù)都已知的待估計(jì)信道。
[0005] 本發(fā)明的基于polar碼的低復(fù)雜度的信道估計(jì)方法，在進(jìn)行信道估計(jì)前，獲得錯(cuò)誤 凍結(jié)比特個(gè)數(shù)均值與待估計(jì)的信道參數(shù)之間的映射表，然后進(jìn)行信道估計(jì)，步驟為:首先， 給定信道模型，選定估計(jì)所需最大帖數(shù)L其次，對(duì)L帖polar編碼通過(guò)信道進(jìn)行傳輸，并在接 收端進(jìn)行SC(連續(xù)消除）譯碼;然后，計(jì)算L帖polar編碼中SC譯碼的結(jié)果中錯(cuò)誤凍結(jié)比特個(gè) 數(shù)均值
，Si為第i帖polar編碼中SC譯碼結(jié)果中的錯(cuò)誤凍結(jié)比特個(gè)數(shù);最后， 根據(jù)錯(cuò)誤凍結(jié)比特個(gè)數(shù)均值玄，對(duì)照所述的映射表，得出信道參數(shù)。
[0006] 錯(cuò)誤凍結(jié)比特的定義為:根據(jù)判決函數(shù)得出的比特值與已知比特值不相等的凍結(jié) 比特，為錯(cuò)誤凍結(jié)比特。
[0007] 定義焉二A,.(y 則對(duì)于^ 方的比特，叫錯(cuò)誤凍結(jié)比特；
[000引其中，炒表示接收序列{yi，y2,…，yN}，N為碼長(zhǎng);山表示第i個(gè)未編碼比特，壞表示
[0009] 為判決函數(shù)： 第i個(gè)估計(jì)比特；瑪4表示第I個(gè)到第i-1個(gè)估計(jì)比特序列，表示為訴，?}:，…，》i!; Ae表示凍結(jié)比特集合。
[0010]其中，喊義vf，礦1 |0)表示在接受序列為如，譯出來(lái)的第1個(gè)到第i-1個(gè)比特為璋-1 的情況下，第i個(gè)比特為0的概率；的ItMO表示在接受序列為興V，譯出來(lái)的第1個(gè)到 第i-1個(gè)比特為礦1的情況下，第i個(gè)比特為1的概率。
[0011] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與積極效果在于:本發(fā)明的信道估計(jì)方法，在進(jìn)行信道估計(jì)時(shí)對(duì)信 道模型沒(méi)有特殊的約束，能夠?qū)M(jìn)行PO Iar編譯碼的各種信道(BEC，BSC，AWGN等）下的單變 量信道參數(shù)進(jìn)行信道估計(jì)。本發(fā)明方法中定義了錯(cuò)誤凍結(jié)比特，統(tǒng)計(jì)了錯(cuò)誤凍結(jié)比特均值 和信道參數(shù)值的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而可在實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)錯(cuò)誤凍結(jié)比特均值來(lái)獲得信道參數(shù) 值。本發(fā)明的信道估計(jì)方法與傳統(tǒng)方法的復(fù)雜度相比，復(fù)雜度大大降低。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1為本發(fā)明提出且使用的錯(cuò)誤凍結(jié)比特概念的示意圖；
[0013] 圖2為本發(fā)明所提出的基于polar碼的，構(gòu)造信道參數(shù)到錯(cuò)誤凍結(jié)比特個(gè)數(shù)均值的 映射關(guān)系的蒙特卡洛流程圖；
[0014] 圖3為本發(fā)明所提出的基于polar碼的，構(gòu)造信道參數(shù)到錯(cuò)誤凍結(jié)比特個(gè)數(shù)均值的 映射關(guān)系的理論計(jì)算流程圖；
[0015] 圖4為本發(fā)明所提出的polar碼的信道估計(jì)方法步驟的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0017] 本發(fā)明的基于polar碼的信道估計(jì)方法中，在確定的信道模型下，統(tǒng)計(jì)譯碼中每一 帖錯(cuò)誤的凍結(jié)比特的個(gè)數(shù)均值，通過(guò)錯(cuò)誤凍結(jié)比特個(gè)數(shù)均值和信道參數(shù)之間的一一映射關(guān) 系，來(lái)進(jìn)行信道估計(jì)。
[0018] 本發(fā)明在進(jìn)行信道估計(jì)之前，首先要得到錯(cuò)誤凍結(jié)比特個(gè)數(shù)均值與待估計(jì)的信道 參數(shù)之間的映射表。本發(fā)明還提供了得到該映射關(guān)系的兩種方法。在譯碼過(guò)程中，通過(guò)統(tǒng)計(jì) 該譯碼錯(cuò)誤凍結(jié)比特的個(gè)數(shù)均值，根據(jù)所述的映射表，得出信道參數(shù)。
[0019] 設(shè)碼長(zhǎng)為N，碼率為R，凍結(jié)比特個(gè)數(shù)為M = N(I-R)D用S表示一帖中錯(cuò)誤凍結(jié)比特個(gè) 數(shù)，友表示一帖中錯(cuò)誤凍結(jié)比特個(gè)數(shù)均值。用A表示信息比特集合，AK表示凍結(jié)比特集合。由 于凍結(jié)比特的取值不影響polar碼性能，一般本領(lǐng)域內(nèi)都取全零比特。本發(fā)明實(shí)施例中設(shè)定 凍結(jié)比特取全0的情況來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。
[0020]本發(fā)明提供的第一種獲得錯(cuò)誤凍結(jié)比特個(gè)數(shù)均值與待估計(jì)的信道參數(shù)之間的映 射表的方法，是通過(guò)在有限碼長(zhǎng)、固定信道模型下，構(gòu)造信道參數(shù)到錯(cuò)誤凍結(jié)比特個(gè)數(shù)均值 的映射關(guān)系的蒙特卡洛方法，包括步驟1.1~步驟1.7。
[0021] 步驟1.1:給定信道模型;對(duì)信道類(lèi)型沒(méi)有特殊的要求，信道模型可W為BEC(二進(jìn) 制刪除信道），BSC(二元對(duì)稱(chēng)信道）,AWGN(加性高斯白噪聲)信道等。
[0022] 步驟1.2:選定信道參數(shù)的仿真范圍Q和仿真間隔e W及最大仿真次數(shù)T;信道參數(shù) 的仿真范圍Q和仿真間隔e根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景的信道參數(shù)大致變化范圍和所要求的精度進(jìn) 行選取。最大仿真次數(shù)T按照能接受的復(fù)雜度進(jìn)行選取。仿真次數(shù)T越大，錯(cuò)誤凍結(jié)比特個(gè)數(shù) 均值玄越準(zhǔn)確。
[0023] 步驟1.3:固定信道參數(shù)O，〇e Q ;
[0024] 待估計(jì)信道參數(shù)0,在二進(jìn)制擦除信道中指擦除概率pe，在二進(jìn)制對(duì)稱(chēng)信道中指錯(cuò) 誤概率Pc,在加性高斯白噪聲信道中指信噪比SNR。一般地，Pe￡[0,0.5] ,PcE [0,0.5] ,SNR (dB)E(-〇〇,+〇〇)〇
[0025] 步驟1.4:在步驟1.2場(chǎng)景的信道模型和步驟1.3中的信道參數(shù)下，進(jìn)行polar編碼 傳輸，并在接收端進(jìn)行SC(連續(xù)消除)譯碼；
[0026] 在進(jìn)行polar編碼的SC譯碼時(shí)，設(shè)知是對(duì)第i個(gè)比特的估計(jì)，則估計(jì)公式為：
[0027] A= 1 戶(hù):; , if '1 是 A '
[002引其中，y康示第i個(gè)接收信息，yf表示接收序列，表示為{yi，y2，'。，yw} ;u康示第i 個(gè)未編碼比特，礦表示未編碼的第I個(gè)到第i-1個(gè)比特序列，表示為{111，112，...，111-1};辟-，表 示估計(jì)的第1個(gè)到第i-1個(gè)比特序列，表示為掏為，…4--i}。
[0029] 判決函數(shù)
，對(duì)任意的片erV/;'-i e方y(tǒng)。
[0030] 其中，疇)(片~'，礦11〇)表示在接受序列為，譯出來(lái)的第1個(gè)到第i-1個(gè)比特為。r 的情況下，第i個(gè)比特為0的概率。賊)(>f，Cli)表示在接受序列為yf，譯出來(lái)的第1個(gè)到 第i-i個(gè)比特為。r，的情況下，第i個(gè)比特為1的概率。的'，杉;、'，礦1〇)/賊)杉1"，《-1|叫為似然 比。Y表示輸出集合，表示N個(gè)取值范圍在輸出集合Y中的隨機(jī)變量的集合。X表示輸入集 合，表示i-1個(gè)取值范圍在輸入集合X中的隨機(jī)變量的集合。
[0031] 步驟1.5:統(tǒng)計(jì)步驟1.4中該帖SC譯碼中錯(cuò)誤凍結(jié)比特個(gè)數(shù)S。
[0032] 根據(jù)判決函數(shù)得出的比特值與已知比特值不相等的凍結(jié)比特，叫做錯(cuò)誤凍結(jié)比 特。錯(cuò)誤凍結(jié)比特的定義可W描述如下：
[00削定義瑪=&,(義"，《-|)，/巨乂，則對(duì)于兩指^'€主的比特，叫錯(cuò)誤凍結(jié)比特。
[0034] 5 = 12,jg, 1巧*知為計(jì)算一帖中錯(cuò)誤凍結(jié)比特錯(cuò)誤個(gè)數(shù)S的公式。
[0035] 本發(fā)明實(shí)施例中，根據(jù)判決函數(shù)被判斷為1的凍結(jié)比特，叫做錯(cuò)誤凍結(jié)比特。
[0036] 圖1為本發(fā)明中提出且用到的錯(cuò)誤凍結(jié)比特概念示意圖。W碼長(zhǎng)N = S的譯碼示意 圖為出發(fā)點(diǎn)，在對(duì)第0個(gè)比特進(jìn)行譯碼時(shí)，發(fā)現(xiàn)其化R(對(duì)數(shù)似然比）值小于0,如果按照判決 函數(shù)，會(huì)判為I，與預(yù)先知道的，凍結(jié)比特都預(yù)設(shè)為O相違背，即％#?〇,所W第O個(gè)比特為錯(cuò) 誤凍結(jié)比特。
[0037] 步驟1.6:重復(fù)步驟1.4-步驟1.5,直至達(dá)到T帖，計(jì)算在信道參數(shù)O下，T帖的錯(cuò)誤凍 結(jié)比特個(gè)數(shù)之和的均值，
&,h，Sm為在信道參數(shù)O時(shí)第k帖的錯(cuò)誤凍結(jié)比特個(gè)數(shù)， 玄。也就是信道