[发明专利]信息传输的方法、发送端设备和接收端设备

说明书

技术领域

本发明涉及通信领域，特别涉及一种信息传输的方法、发送端设备和接收端设备。

背景技术

无线通信的快速演进预示着未来第五代(Fifth Generation，5G)通信系统将呈现出一些新的特点，最典型的三个通信场景包括增强移动宽带(Enhance Mobile Broadband，eMBB)、海量机器连接通信(Massive Machine Type Communication，mMTC)和高可靠低延迟通信(Ultra Reliable and Low Latency Communications，URLLC)。这些通信场景的需求将对现有长期演进(Long Term Evolution，LTE)技术提出新的挑战。通信系统通常采用信道编码提高数据传输的可靠性，保证通信的质量。信道编码作为最基本的无线接入技术，是满足5G通信需求的重要研究对象之一。

在香农理论提出后，各国学者一直致力于寻找能够达到香农极限同时具有相对较低复杂度的编译码方法。虽然成为主流研究方向的Turbo码和重新被提出的低密度奇偶校验(Low density Parity check，LDPC)码已经在LTE和全球微波互联接入(Worldwide Interoperability for Microwave Access，WiMAX)中得到了很好的应用，但这两种码不能够很好的解决5G通信中的一些重要问题。例如，eMBB和mMTC需要未来信道编码能够以较低的复杂度支持更大范围的码率。另外，eMBB和mMTC区别于LTE的一个重要特点是中短包传输，因此要求信道编码可以更好的支持该类码长的通信。URLLC进一步对数据传输的可靠度提出了更加严格的要求。对于码率，目前LTE中Turbo码不能够支持过低和过高的码率；对于中短包传输，Turbo码和LDPC码由于自身编译码的特点，在有限码长下很难达到理想的性能；对于长包，虽然Turbo和LDPC码随着码长的变长能够逼近香农极限，但理论性能始终未能到达。另外，在实现方面，Turbo码和LDPC码在编译码实现过程中具有较高的复杂度。因此，5G通信系统中，急需一种新的编码技术来解决现有技术在短包，码率、可靠度以及复杂度上存在的问题。

最近，Arikan基于信道极化提出了一种编码方式，起名为极化码(Polar Codes)。极化码是第一种、也是已知的唯一一种能够被严格证明“达到”信道容量的信道编码方法。在不同码长下，尤其对于有限码，Polar码的性能远优于Turbo码和LDPC码。另外，Polar码在编译码方面具有较低的计算复杂度。这些优点让Polar码在5G中具有很大的发展和应用前景。

极化(Polar)码是可以取得香农容量且具有低编译码复杂度的编码方式。Polar码是一种线性块码。其生成矩阵为G_N.，其编码过程为其中，是一个二进制的行矢量，码长N＝2ⁿ，n≥0。

B_N是一个N×N转置矩阵，例如比特反转(bit reversal)矩阵。是F₂的克罗内克幂(Kronecker power)，定义为

具体而言，Polar码是一种依赖于信道(Channel dependent)的编码，它对N个相同的信道W进行Polar Codes码极化处理，得到N个极化信道，当然，这N个极化信道的巴氏参数(Bhattacharyya parameter)要么趋于0，要么趋于1。Polar Codes码在实际应用时，一个重要的工作是针对不同信道W，计算所有N＝2ⁿ个极化信道的可靠度，然后选取其中的K个可靠度较高的极化信道，把这些极化信道对应的位置索引号集合称为信息集合(Information Set)另外的一部分比特置为收发端预先约定的固定值，称之为固定比特，其序号的集合用的补集表示。Polar码编码时，把K个信息符号放置到信息集合对应的位置上，其余(N-K)个位置(称为冻结集合(Frozen Set))放置固定已知符号，一般可以取该(N-K)个固定已知符号为全0符号，其中，K≤N。实际上，只需要收发端预先约定，固定比特序列可以被任意设置。从而，Polar码的编码比特序列可通过如下方法得到：这里为中的信息比特集合，为长度K的行矢量，即|·|表示集合中元素的数目，即K表示集合中元素的数目，也表示待编码信息比特的数量，也是矩阵G_N中由集合中的索引对应的那些行得到的子矩阵，是一个K×N的矩阵。集合的选取决定了Polar码的性能。