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polar code HARQ模式

2021-11-10 11:25 作者:余网优化  | 我要投稿

NR的数据信道编码技术支持增量冗余(IR:Incremental Redundancy)和追逐合并(CC:Chase Combining)HARQ。对于polar code,增量冻结IF-HARQ方案已提出,IF-HARQ的性能和复杂度足以证明可以选择Polar作为短小block方案。

PC-polar code的编码过程包括预编码处理、Arikan编码和缩短/穿孔。极性HARQ方案的大部分机制都发生在预编码过程中。这里将Arikan编码之前的bit位置称为子信道,将Arikan编码之后的bit位置称为码字或编码位。

Incremental Freezing HARQ

增量冻结(IF: Incremental Freezing)HARQ是一种IR-HARQ方案,它基于polarization 理论,即部分信息比特在比先前传输更可靠的位置上被重新传输。

在第一次传输期间,IF-HARQ Polar 编码器确定给定信息比特长度K1和码块长度M的母码长度N的信息子信道集I1、冻结子信道集F1和奇偶校验(PC)-冻结子信道集PF1,其中PC-Polar构造和速率匹配。如果传输失败,编码器将重新传输第一次传输中最不可靠的K2子信道上的K2信息位。在第二传输期间,根据相同的PC-Polar构造和速率匹配,针对信息比特长度K2和码块长度M的母码长度N来确定集合 I2, F2, PF2 。由于降低了码速率,这些K2信息比特在比先前传输中更可靠的子信道上传输,因此它们更有可能被成功解码。解码的K2位用作已知的冻结位,以帮助使用第一次传输的输入LLR解码剩余的(K1-K2)信息位。

图2提供了一个示例来说明代码块长度为M=16、信息块长度为K=12的IF-HARQ方案。

在第一次传输期间,编码器在12个确定的信息子信道上传输12个信息比特,即u1、u2、…、u12,导致3/4的码速率。

如果第一次传输失败,编码器在6个新确定的信息子信道上重新传输信息位u7、u8、…、u12的后半部分,导致3/8的码速率。

如果第二次传输失败,则编码器在4个新确定的信息子信道上重新传输来自第一次传输的u5、u6和来自第二次传输的u11、u12,从而导致1/4的码率。

如果第3次传输仍然失败,则编码器在3个新确定的子信道上重新传输u4、u10、u12,导致3/16的码速率。

图3示出了使用2个传输进行解码的示例。HARQ Polar 解码器从第二次传输的信道LLR开始:y(2)。如果成功,则该解码器输出关于解码的信息比特的硬判决,该硬判决又被解码器用作已知的冻结比特,以在第一次传输中重新开始解码剩余的信息比特。

Incremental Redundancy HARQ

增量冗余(IR:Incremental Redundancy)HARQ方案如图4所示。该IR-HARQ方案基于polarization 理论,即当码长增加时polarization 增强。因为2m位的母码字是2m+x母码字的子集,即2m+x码字的最后2m码字位本身是较小的极性母码字,所以极性解码器能够在输入LLR级将几个短码字(2m位)递归地组合成较长的码字(2m+x位)。图4说明了4个传输的情况。在每次重传中,编码器通过对部分信息位进行进一步的偏振步进编码来产生具有增量冗余码字的较长码字,并且仅传送增量冗余部分。在解码器侧,所有传输的接收LLR被组合并解码为长码字。

使用以下符号:

K:信息位长度

Mt:传输码块长度t

Nt:传输的母码块长度t,幂为2,具体为N1=2log(m1)

It:用于传输t的信息子信道集

Ft:传输t的冻结子信道集

PFt:PC冻结子信道集

PFC:在一次传输中复制子信道集

St:Nt-sized的子信道块

Iredundancy:在一次传输中设置新的信息子信道

PFredundancy:在一次传输中设置新的PC冻结子信道

如图5所示,在第一次传输期间,IR-HARQ polar编码器确定给定信息比特长度K和码块长度M1的N1的母码长度的集合I1、F1和PF1,其中PC-polar结构和速率匹配。如果该传输失败,则将母码长度从N1扩展到N2:给定具有相同PC-polar结构和速率匹配的信息比特长度K和码块长度M2,它确定母码长度N2的集合I2、F2和PF2。因为两个传输的构造以嵌套方式依赖于相同的顺序序列,所以N2大小的子信道块的后半部分上的集合I2和PF2中的大多数条目与N1大小的子信道块(S1)的集合I1和PF1中的条目重叠。然而,由于在信息集合I2中仍有K'子信道(表示为iredundacy)落在N2大小的子信道块(S2)的前半部分内,编码器将在S1的I1中但与S2的后半部分中的I2不重叠的K'信息比特复制到集合iredundacy指定的位置。因此,S2的前半部分被表示为扩展冗余部分。然后通过Arikan方法将S2编码为N2位码字,但仅传输N2位码字前半部分中的M2-M1编码位,如图4(a)所示。

在IR-HARQ编码器中,PFC中的信息比特被顺序地复制到由Iredundancy指示的子信道。在解码器处,由PFC指示的子信道将在Iredundacy中包含与信息位相关联的一对一奇偶校验位(意味着PFC中的每个奇偶校验位是对信息位的一对一检查),如图5所示。

此外,信息子信道It+1的大小保持不变,奇偶校验子信道的大小增加,并且从第t次传输到第(t+1)次传输的母码长度增加一倍(除了第4次传输,其中母码长度保持不变)。所有这些都有助于加强两极分化。解码器将所有传输的信道LLR组合为更长码字的信道LLR来解码它们。

图6示出了用于第二次传输的PC-SCL解码器配置,其具有如上所述的更新信息子信道集和奇偶校验功能。

扩展冗余部分具有比第一次传输块低得多的码速率,并且总是放在先前传输的扩展冗余部分之前。通过这种方式,解码器可以跳过来自报头的大量冻结比特,并且从组合码字的中间开始解码,从而降低复杂性和延迟。此外,随着更多的重传,码速率变得越来越低,这意味着在解码随后的重传时要跳过的冻结比特的数目在增加。


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