[发明专利]对具有编码符号的目标概率分布的消息编码的设备和方法

说明书

本申请涉及一种用于对将在通信信道上传输的消息编码的通信设备。所述通信设备包括：预编码器，用于基于所述消息和极性变换生成预编码消息；以及信道编码器，用于基于所述极性变换将所述预编码消息编码为码字，其中，所述码字包括具有概率分布的多个比特；其中，所述预编码器用于生成所述预编码消息，使得所述信道编码器利用与目标概率分布匹配的所述概率分布生成所述码字的多个比特。

技术领域

本申请总体上涉及通信系统中的编码和解码。更具体地，本申请涉及一种基于极性变换对消息编码和解码的设备和方法。

背景技术

为了实现通信系统中传输信道的能力，信道输入符号应该具有一定的概率分布。例如，在加性高斯白噪声(additive white Gaussian noise，AWGN)信道的情况下，需要高斯分布以实现信道的能力。然而，在许多实际的通信系统中，使用均匀分布的信道输入符号，从而导致能力的差距。如果使用均匀分布的正交幅度调制(quadrature amplitudemodulation，QAM)符号，则该损耗也称为整形损耗，在AWGN信道上可能高达1.53dB。

整形损耗尤其在高阶调制的情况下会变得很明显。用于高阶调制进行传输的一种常见方法是所谓的比特交织编码调制(bit-interleaved coded modulation，BICM)，其中消息首先由信道编码器编码为交织的码字，然后通过符号映射器映射到信道输入符号。在许多通信系统中，使用二进制信道码，使得码字是二进制向量。一般来说，码字中1和0的分布是均匀的，这也导致信道输入符号也具有均匀的分布。

在所谓的非均匀星座(non-uniform constellations，NUC)方法中，提出了使用具有非均匀星座的符号映射器的可能性。在该方法中，信道编码器的输出被映射到符号，该符号不具有像QAM符号那样的规则结构，但是具有有助于减少整形损耗的优化结构。该方法对使用的信道编码没有任何限制，这种方法也称为几何整形。然而，在该方法中，由于不规则的星座结构，标准的QAM符号映射器和QAM解映射器必须被更复杂的映射器/解映射器替代。

所谓的概率幅度整形(probabilistic amplitude shaping，PAS)方法提出在使用信道编码器之前使用整形编码器，其将均匀分布的输入消息转换为非均匀分布的序列。然后，该序列由系统信道编码器进行编码(即，信道编码器的输出包括作为子向量的编码器的输入)，然后被馈送到QAM符号映射器。在接收机处，可以使用QAM解映射器。在对信道码进行解码后，整形解码器处理信道码的输出，以便恢复消息。

尽管这种方法可以消除几乎所有的整形损耗，但它仍然需要整形编码器和整形解码器，因此增加了发射机和接收机的复杂度和时延。该信息在被两个串行解码器处理后被恢复，这与联合解码器相比可能是次优的。此外，由于信道编码器必须是系统编码器，因此该方法对所使用的信道编码造成了限制，这可能是不利的。

极化码(参见E.Arikan，“信道极化：一种对称二进制输入无记忆信道能力实现码的构建方法(Channel polarization:A method for constructing capacity-achievingcodes for symmetric binary-input memoryless channels)”，IEEE Trans.Inf.theory，第55卷，第7期，第3051-3073页，2009年7月)是最近开发的前向纠错方案，该方案可以实现二进制输入离散无记忆信道的能力，并且可以用于信道编码方案。然而，与其他现代编码方案相比，它们在高阶调制(例如BICM)下的性能通常较差。此外，一般而言，极化码字具有P_c(1)＝0.5，即，码字中有1和0的概率相等。