极化码编码的MIMO的图合并检测译码方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于置信传播(belief proportion，BP)的多输入多输出(MIMO)检测和极化码(polar code)译码的图合并检测译码方法及装置，来进一步提高通信系统的稳定性，降低误码率。该方法通过将MIMO BP检测的因子图和极化码译码的因子图结合起来，使得他们之间的概率信息可以流通，进而使得对数似然比(Log likelihood ratio)可以具有更高精度而且可以更快的收敛速度。

【技术实现步骤摘要】
极化码编码的MIMO的图合并检测译码算法及装置
本专利技术属于空时编码和信道编码
，涉及一种极化码编码的MIMO的图合并检测译码算法及装置。
技术介绍
面对5G通信对于传输各方面要求的提高，大规模多输入多输出(multipleinputmultipleoutput,MIMO)技术，成为提高其频谱利用率和传输速率以及降低误码率的关键技术。极化码自2008年提出以来，一直受人们关注。极化码是第一个理论上可以达到香浓极限的码。如今极化码被列为5G标准码，使用于增强移动宽带场景。polarMIMO系统中发送端发送的比特信息先经过极化码编码，然后再通过调制与多天线发送，接收端译码后得到对发送端比特信息的估计。传统的分离检测译码(separateddetectionanddecoding，SDD)，对接收信号首先做MIMO检测，然后将检测得到的软信息送给译码器进行译码得到译码结果。本专利技术提出的图合并检测译码算法(Graph-mergeddetectionanddecoding)可以使得polarMIMO系统的可靠性进一步提升，从而降低误码率。
技术实现思路
专利技术目的：为了满足一些对误码率有更高要求的场合，本专利技术提出了基于极化码编码的MIMO的图合并分层检测译码算法及装置，通过将MIMO检测和极化码译码的因子图合并，从而使得两张图内的概率信息可以相互传递，这样可以使得误码率降低，并且提高收敛速度。技术方案：为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种极化码编码的MIMO的图合并检测译码算法，将MIMO检测和极化码译码的因子图合并起来，使得检测和译码之间的概率信息可以相互传递，在联合检测译码的迭代中，包括如下步骤：(1)MIMO检测因子图中的观察节点(OBN)收到来自信道的信息后，更新传递给变量节点(VN)的符号概率信息，并传递给VN；(2)VN收到来自OBN的信息更新后，将符号概率信息传递给MAP节点，MAP节点将基于符号的概率信息转换成基于比特的概率信息后，传递给译码因子图；(3)译码因子图更新一次后再将基于比特的概率信息传递给MAP节点，MAP节点再将基于比特的概率信息转换成基于符号的概率信息后，传回给MIMO检测因子图的VN，VN再传给OBN，进行下一轮迭代。在具体的实施方式中，步骤(1)中观察节点传递给变量节点的符号概率信息计算公式为：其中，ai,j(cm)表示第i个OBN传给第j个VN的该符号是cm的对数似然比，hij是信道矩阵H的第i行第j个元素，uij和分别是内部加性噪声zij的均值和方差，c0是符号集中的第一个。在具体的实施方式中，步骤(2)中变量节点根据观察节点传来的符号概率信息按照公式为译码准备固有信息，其中，al,i(cm)表示第l个OBN传给第i个VN的该符号是cm的对数似然比，βj(cm)表示第j个VN所代表的符号是cm的对数似然比，NR为接收天线数目。在具体的实施方式中，步骤(2)中按照公式Ln+1,r(j-1)+d＝MAP-1(βj(cm))将固有信息映射给译码模块的左信息，其中n为译码因子图的级数，d＝1,2,…r/2，W＝2r，W是调制阶数。在具体的实施方式中，步骤(3)中根据公式βj(cm)＝MAP(Ln+1,(j-1)+d+αRn+1,r(j-1)+d)对变量节点的固有信息进行赋值，其中α在0-1之间，n为译码因子图的级数，d＝1,2,…r/2，W＝2r，W是调制阶数。在具体的实施方式中，步骤(3)中根据公式βj,i(cm)＝βj(cm)-ai,j(cm)对传递给OBN的信息进行更新，其中βj,i(cm)表示第j个VN传给第i个OBN认为其所代表符号是cm的对数似然比。实现上述极化码编码的MIMO的图合并检测译码算法的装置，包括：MIMO检测因子图模块，包括若干观测节点单元和若干变量节点单元；极化码译码因子图模块，包括若干用于迭代式运算的基本计算单元；以及概率信息映射模块，包括若干映射单元，每个映射单元分别连接一个变量节点和最右级的一个基本计算单元,用于实现基于符号的概率信息和基于比特的概率信息的转换。有益效果：本专利技术首次将MIMO检测(置信传播(BP)检测)与极化码译码(BP译码)结合起来。在本专利技术中，MIMO检测和极化码译码的因子图被合并起来，使得检测和译码之间的信息可以相互传递。传统方案中，从信道接收到的信息首先进行MIMO检测。BP检测时，发送符号的概率信息在因子图中的观察节点和变量节点之间传递，不断迭代与更新，给出最终的概率信息传给后面的极化码译码器。不同于以前的分离检测译码，本专利技术允许极化码译码得到软信息通过网络传回MIMO检测器，软信息更新后再传回。即信息可以在网络中前后两方向流动，而SDD只允许信息从检测器流向译码器。本专利技术可以适用于现行5G的使用极化码的增强移动宽带场景，可以进一步提高polarMIMO系统的可靠性。附图说明图1为联合检测译码的系统框图。图2为MIMO检测的因子图。图3为polar译码因子图。图4为合并后的整体的因子图。图5为各种方式下误码率的比较结果图。图6为整体的硬件架构示意图。图7为局部硬件架构示意图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐明本专利技术，应理解这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。为了便于理解本专利技术实施例的
技术实现思路
，首先对极化码编码的MIMO系统的信道模型以及现有的分离的MIMOBP检测算法和极化码译码算法做简单说明。信道模型在极化码编码的MIMO系统中(如图1)，准备传输的一串比特首先被极化码编码。不妨设该码码长为N＝2n，信息位长度为K，信息比特的序号集是A。这个编码过程可以表示为x＝uG其中x是N×1的编码后的序列，u是N×1的将信息比特按照A放置的未编码序列，G是N×N的生成矩阵。x经过MIMO发射端调制映射后编程符号序列s通过MIMO天线阵列传输，MIMO规格为NT发NR收，W-QAM调制。上式中接收向量是NR×1的复向量，是NR×NT的信道矩阵，是NT×1的发送向量，是NR×1的信道噪声服从N～(0，σ2)分布。经过实数分解后，该模型变为y＝Hs+w式中接收向量y是2NR×1的复向量，H是2NR×2NT的信道矩阵，是2NT×1的发送向量，w是2NR×1的信道噪声服从N～(0，σ2)分布。整个过程就是发送端发出u，接收端就接收到y，并通过y解u的过程。MIMOBP检测MIMO的BP检测是变量节点(VariableNode，VN)和观测节点(ObservationNode，OBN)之间关于符号概率信息互相迭代并收敛的过程(如图2)。接收向量y的第i个元素可以被写为：yi＝hijsj+zij其中zij被称为内部加性噪声，可以表示为zij可以近似为高斯白噪声，其均值和方差可以写为其中c是符号集，v是实数域的VN-to-OBN的信息，hil是信道矩阵H的第i行第l个元素。MIMO的BP检测迭代算法大致流程为：(1)初始化VN-to-OBN信息：βj,i＝0(2)迭代检测，在每次循环迭代过程中，包括如下步骤(2.1)根据公式(1)将VN传给OBN的符号对数似然比变为实数概率，并根据公式(2)、(3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种极化码编码的MIMO的图合并检测译码算法，其特征在于，将MIMO检测和极化码译码的因子图合并起来，使得检测和译码之间的概率信息可以相互传递，在联合检测译码的迭代中，包括如下步骤：(1)MIMO检测因子图中的观察节点(OBN)收到来自信道的信息后，更新传递给变量节点(VN)的符号概率信息，并传递给VN；(2)VN收到来自OBN的信息更新后，将符号概率信息传递给MAP节点，MAP节点将基于符号的概率信息转换成基于比特的概率信息后，传递给译码因子图；(3)译码因子图更新一次后再将基于比特的概率信息传递给MAP节点，MAP节点再将基于比特的概率信息转换成基于符号的概率信息后，传回给MIMO检测因子图的VN，VN再传给OBN，进行下一轮迭代。

【技术特征摘要】
1.一种极化码编码的MIMO的图合并检测译码算法，其特征在于，将MIMO检测和极化码译码的因子图合并起来，使得检测和译码之间的概率信息可以相互传递，在联合检测译码的迭代中，包括如下步骤：(1)MIMO检测因子图中的观察节点(OBN)收到来自信道的信息后，更新传递给变量节点(VN)的符号概率信息，并传递给VN；(2)VN收到来自OBN的信息更新后，将符号概率信息传递给MAP节点，MAP节点将基于符号的概率信息转换成基于比特的概率信息后，传递给译码因子图；(3)译码因子图更新一次后再将基于比特的概率信息传递给MAP节点，MAP节点再将基于比特的概率信息转换成基于符号的概率信息后，传回给MIMO检测因子图的VN，VN再传给OBN，进行下一轮迭代。2.根据权利要求1所述的一种极化码编码的MIMO的图合并检测译码算法，其特征在于，步骤(1)中观察节点传递给变量节点的符号概率信息计算公式为：其中，ai,j(cm)表示第i个OBN传给第j个VN的该符号是cm的对数似然比，hij是信道矩阵H的第i行第j个元素，uij和分别是内部加性噪声zij的均值和方差，c0是符号集中的第一个。3.根据权利要求1所述的一种极化码编码的MIMO的图合并检测译码算法，其特征在于，步骤(2)中变量节点根据观察节点传来的符号概率信息按照公式为译码准备固有信息，其中，al,i(cm)表示第l个OBN传给第i个VN的该符号是cm的对数似然比，βj(cm)表...

【专利技术属性】
技术研发人员：张川，景树森，尤肖虎，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32