一種基于polar碼的信道估計方法
【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 到信道容量的編碼，并且編譯碼復雜度較低，均為O(NlogN)。W上兩點原因使得polar碼在 近年來成為研究的熱點，如關(guān)于polar碼的編碼構(gòu)造方法，在各種信道下的應用等。不僅在 研究方面，在應用方面，polar碼也有著巨大的前景和深厚的潛力。對于polar碼的譯碼應用 研究非常多，現(xiàn)在在FPGA平臺上實現(xiàn)的吞吐率已經(jīng)可W達到400Gbps，比LDPC碼化OW Density Parit^Check，低密度奇偶校驗碼）的BP(Belief Propagation,置信傳播)譯碼的 復雜度要低。在國內(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，譯碼時似然比信息的初始化也需要知道信道信息。因此，為了進行最 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polar碼進行信道估 計是非常有意義的。
[0003] 本領(lǐng)域內(nèi)公知，傳統(tǒng)的信道估計方法可W分為兩類:數(shù)據(jù)輔助信道估計方法和非 數(shù)據(jù)輔助信道估計方法。數(shù)據(jù)輔助信道估計方法運算簡單，估計性能好。但是需要提前發(fā)送 導頻，降低了頻帶利用率。非數(shù)據(jù)輔助信道估計方法，與數(shù)據(jù)輔助信道估計方法相比，由于 不需要提前知道信息序列，運算復雜度高，估計性能差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種基于polar碼的低復雜度的信道估計方法，W獲得較為 準確的信道參數(shù)。本發(fā)明方法適用于單變量信道估計，即只有一個信道參數(shù)需要估計，其他 參數(shù)都已知的待估計信道。
[0005] 本發(fā)明的基于polar碼的低復雜度的信道估計方法，在進行信道估計前，獲得錯誤 凍結(jié)比特個數(shù)均值與待估計的信道參數(shù)之間的映射表，然后進行信道估計，步驟為:首先， 給定信道模型，選定估計所需最大帖數(shù)L其次，對L帖polar編碼通過信道進行傳輸，并在接 收端進行SC(連續(xù)消除）譯碼;然后，計算L帖polar編碼中SC譯碼的結(jié)果中錯誤凍結(jié)比特個 數(shù)均值
，Si為第i帖polar編碼中SC譯碼結(jié)果中的錯誤凍結(jié)比特個數(shù);最后， 根據(jù)錯誤凍結(jié)比特個數(shù)均值玄，對照所述的映射表，得出信道參數(shù)。
[0006] 錯誤凍結(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，為錯誤凍結(jié)比特。
[0007] 定義焉二A,.(y 則對于^ 方的比特，叫錯誤凍結(jié)比特；
[000引其中，炒表示接收序列{yi，y2,…，yN}，N為碼長;山表示第i個未編碼比特，壞表示
[0009] 為判決函數(shù)： 第i個估計比特；瑪4表示第I個到第i-1個估計比特序列，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，譯出來的第1個到第i-1個比特為璋-1 的情況下，第i個比特為0的概率；的ItMO表示在接受序列為興V，譯出來的第1個到 第i-1個比特為礦1的情況下，第i個比特為1的概率。
[0011] 本發(fā)明的優(yōu)點與積極效果在于:本發(fā)明的信道估計方法，在進行信道估計時對信 道模型沒有特殊的約束，能夠?qū)M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)進行信道估計。本發(fā)明方法中定義了錯誤凍結(jié)比特，統(tǒng)計了錯誤凍結(jié)比特均值 和信道參數(shù)值的對應關(guān)系，從而可在實際應用中根據(jù)錯誤凍結(jié)比特均值來獲得信道參數(shù) 值。本發(fā)明的信道估計方法與傳統(tǒng)方法的復雜度相比，復雜度大大降低。
【附圖說明】
[0012] 圖1為本發(fā)明提出且使用的錯誤凍結(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)到錯誤凍結(jié)比特個數(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)到錯誤凍結(jié)比特個數(shù)均值的 映射關(guān)系的理論計算流程圖；
[0015] 圖4為本發(fā)明所提出的polar碼的信道估計方法步驟的流程圖。
【具體實施方式】
[0016] 下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0017] 本發(fā)明的基于polar碼的信道估計方法中，在確定的信道模型下，統(tǒng)計譯碼中每一 帖錯誤的凍結(jié)比特的個數(shù)均值，通過錯誤凍結(jié)比特個數(shù)均值和信道參數(shù)之間的一一映射關(guān) 系，來進行信道估計。
[0018] 本發(fā)明在進行信道估計之前，首先要得到錯誤凍結(jié)比特個數(shù)均值與待估計的信道 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。在譯碼過程中，通過統(tǒng)計 該譯碼錯誤凍結(jié)比特的個數(shù)均值，根據(jù)所述的映射表，得出信道參數(shù)。
[0019] 設(shè)碼長為N，碼率為R，凍結(jié)比特個數(shù)為M = N(I-R)D用S表示一帖中錯誤凍結(jié)比特個 數(shù)，友表示一帖中錯誤凍結(jié)比特個數(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)明實施例中設(shè)定 凍結(jié)比特取全0的情況來進行說明。
[0020]本發(fā)明提供的第一種獲得錯誤凍結(jié)比特個數(shù)均值與待估計的信道參數(shù)之間的映 射表的方法，是通過在有限碼長、固定信道模型下，構(gòu)造信道參數(shù)到錯誤凍結(jié)比特個數(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;對信道類型沒有特殊的要求，信道模型可W為BEC(二進 制刪除信道），BSC(二元對稱信道）,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)實際應用場景的信道參數(shù)大致變化范圍和所要求的精度進 行選取。最大仿真次數(shù)T按照能接受的復雜度進行選取。仿真次數(shù)T越大，錯誤凍結(jié)比特個數(shù) 均值玄越準確。
[0023] 步驟1.3:固定信道參數(shù)O，〇e Q ;
[0024] 待估計信道參數(shù)0,在二進制擦除信道中指擦除概率pe，在二進制對稱信道中指錯 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場景的信道模型和步驟1.3中的信道參數(shù)下，進行polar編碼 傳輸，并在接收端進行SC(連續(xù)消除)譯碼；
[0026] 在進行polar編碼的SC譯碼時，設(shè)知是對第i個比特的估計，則估計公式為：
[0027] A= 1 戶:; , if '1 是 A '
[002引其中，y康示第i個接收信息，yf表示接收序列，表示為{yi，y2，'。，yw} ;u康示第i 個未編碼比特，礦表示未編碼的第I個到第i-1個比特序列，表示為{111，112，...，111-1};辟-，表 示估計的第1個到第i-1個比特序列，表示為掏為，…4--i}。
[0029] 判決函數(shù)
，對任意的片erV/;'-i e方y(tǒng)。
[0030] 其中，疇)(片~'，礦11〇)表示在接受序列為，譯出來的第1個到第i-1個比特為。r 的情況下，第i個比特為0的概率。賊)(>f，Cli)表示在接受序列為yf，譯出來的第1個到 第i-i個比特為。r，的情況下，第i個比特為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個取值范圍在輸出集合Y中的隨機變量的集合。X表示輸入集 合，表示i-1個取值范圍在輸入集合X中的隨機變量的集合。
[0031] 步驟1.5:統(tǒng)計步驟1.4中該帖SC譯碼中錯誤凍結(jié)比特個數(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，叫做錯誤凍結(jié)比 特。錯誤凍結(jié)比特的定義可W描述如下：
[00削定義瑪=&,(義"，《-|)，/巨乂，則對于兩指^'€主的比特，叫錯誤凍結(jié)比特。
[0034] 5 = 12,jg, 1巧*知為計算一帖中錯誤凍結(jié)比特錯誤個數(shù)S的公式。
[0035] 本發(fā)明實施例中，根據(jù)判決函數(shù)被判斷為1的凍結(jié)比特，叫做錯誤凍結(jié)比特。
[0036] 圖1為本發(fā)明中提出且用到的錯誤凍結(jié)比特概念示意圖。W碼長N = S的譯碼示意 圖為出發(fā)點，在對第0個比特進行譯碼時，發(fā)現(xiàn)其化R(對數(shù)似然比）值小于0,如果按照判決 函數(shù)，會判為I，與預先知道的，凍結(jié)比特都預設(shè)為O相違背，即％#?〇,所W第O個比特為錯 誤凍結(jié)比特。
[0037] 步驟1.6:重復步驟1.4-步驟1.5,直至達到T帖，計算在信道參數(shù)O下，T帖的錯誤凍 結(jié)比特個數(shù)之和的均值，
&,h，Sm為在信道參數(shù)O時第k帖的錯誤凍結(jié)比特個數(shù)， 玄。也就是信道