一种基于极化码的异步多级比特交织编码调制方法与流程

技术特征：
1.一种基于极化码的异步多级比特交织编码调制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、生成最佳的编码模式和调制模式：令n表示帧长，r为码率，调制阶数为2
m
，m为幂次；s＝{1,2,
…
,m}为调制过程中的比特索引集合；将s划分成多个子集的方式具有编码模式和调制模式两种；通过遍历搜索得到最佳的编码模式和调制模式：最佳的编码模式用表示，其中表示，其中为最佳的编码模式的子集数目，第i个子集大小为大小为取值为2的幂次方且满足其中为的第j个元素，最佳的调制模式用表示，其中表示，其中为最佳的调制模式的子集数目，第v个子集大小为大小为为正整数且满足数且满足是时的结果；步骤2、使用高斯近似方法得到信息比特的传输位置；步骤3、极化码编码：在第t个时刻，按下式计算得到第i个源数据流经极化码编码后的码字a
(i)
(t)：(t)：其中，u
(i)
(t)为第i个长度为的源数据流，为极化码的生成矩阵，f2为二维的二进制核矩阵，为非负幂次，为克罗内克积；步骤4、对编码后的数据进行交织：将码字a
(i)
(t)分成个长度为n的片段：上式中，表示a
(i)
(t)的第j个片段，且中的元素为a
(i)
(t)中第((j
‑
1)n 1)到第jn个元素；然后对每个片段进行交织，经过交织器的输出记为步骤5、发送端数据存储：交织器的输出经串并转换后的序列为：
其中，(
·
)
t
表示转置运算，为中第i个大小为m
i
n的序列，为中第j个片段；将总大小为比特的序列保存于发送端的缓存中；步骤6、调制：在比特映射过程中对应的比特索引为t(t
‑
v 1)为n行列的矩阵，存储用于生成第t个时刻的调制符号序列的的片段，其中t(t
‑
v 1)的第列为中对应比特索引为的片段，的片段，为的第个元素；对采用集合分解映射生成第t个时刻长为n的调制符号序列x(t)：步骤7、接收端接收信号：接收端在第t个时刻接收到的长为n的符号序列y(t)表示为：y(t)＝x(t) z(t)其中，序列z(t)长为n，表示第t个时刻均值为0方差为σ2的高斯白噪声；步骤8、计算并存储符号似然比：对任意符号x∈x，其中x为输入符号集合，按下式计算符号似然比：上式中，exp(
·
)表示指数函数，[y(t)]
r
表示y(t)的第r个元素，其中r＝1,2,
…
,n；σ2为高斯白噪声的方差；对任意x、r，存储符号似然比序列：共个；步骤9、译码及码重构，包括以下步骤：步骤9.1、计算比特似然比；步骤9.2、对比特似然比进行解交织；步骤9.3、经串行抵消列表译码算法得到第t个时刻源信息比特的估计值；步骤9.4、对译码后的结果进行极化码编码和交织，输出结果为个大小为n的片段序列步骤10、存储比特序列：为大小为mn的比特序列，用下式表示：
其中，为中第i个大小为的序列，的第j个片段为将总大小为的比特序列保存于接收端的缓存中。2.根据权利要求1所述的一种基于极化码的异步多级比特交织编码调制方法，其特征在于，步骤1所述通过遍历搜索得到最佳的编码模式和调制模式，包括以下步骤：步骤1.1、使用穷举法生成所有的编码模式{s1,s2,...,s
i
′
,...,s
k
}，其中s
i
′
为第i
′
个子集，i
′
＝1,2,...,k，k为子集的数目，k∈s；编码模式要求的大小为m
i
′
，m
i
′
取值为2的幂次方且满足s
i
′
,j
′
为s
i
′
的第j
′
个元素且其中j
′
＝1,2,...,m
i
′
；步骤1.2、对步骤1.1中的每一个{s1,s2,...,s
i
′
,...,s
k
}，生成对应的调制模式{c1,c2,...,c
v
′
,...,c
v
}，其中c
v
′
为第v
′
个子集，v
′
＝1,2,...,v，v为子集的数目，v∈s；调制模式要求c
v
′
＝{m
‑
μ
v
′
n
v
′
,m
‑
μ
v
′
n
v
′
‑
1,...,m
‑
μ
v
′
1}大小为n
v
′
，n
v
′
为正整数且满足μ
v
是v
′
＝v时μ
v
′
的结果；步骤1.3、对每一个{s1,s2,
…
,s
i
′
,...,s
k
}，执行信道分解与极化：步骤1.4、计算异步多级比特交织极化码编码调制(asynchronous multilevel bit
‑
interleaved polar coded modulation，a
‑
mlbipcm)比特极化信道的平均互信息和异步比特交织极化码编码调制(asynchronous bit
‑
interleaved polar
‑
coded modulation a
‑
bipcm)比特极化信道的平均互信息的相对方差，得到最佳的编码模式和调制模式。3.根据权利要求2所述的一种基于极化码的异步多级比特交织编码调制方法，其特征在于，所述步骤1.2、对步骤1.1中的每一个{s1,s2,...,s
i
′
,...,s
k
}，生成对应的调制模式{c1,c2,...,c
v
′
,...,c
v
}，包括以下步骤：初始化i
′
＝k，j
′
＝m
i
′
，v
′
＝1，v＝0，u为一个空集合，即u＝{}；u[v
′
]表示u中的第v
′
个元素；根据以下迭代过程确定v及u：步骤1.2.1、如果v
′
≤v，执行步骤1.2.2；否则，v＝v 1，u[v
′
]＝s
i
′
,j
′
，执行步骤步骤1.2.3；步骤1.2.2、如果s
i
′
,j
′
＝u[v
′
]
‑
1且则u[v
′
]＝s
i
′
,j
′
，执行步骤1.2.3；否则v
′
＝v
′
1，返回步骤1.2.1；步骤1.2.3、j
′
＝j
′‑
1，如果j
′
≥1，则令v
′
＝1，返回步骤1.2.1；否则执行步骤1.2.4；步骤1.2.4、i
′
＝i
′‑
1，如果i
′
≥k，则令j
′
＝m
i
′
，v
′
＝1，返回步骤1.2.1；否则，结束迭代，输出v和u；然后确定c1,c2,...,c
v
′
,...,c
v
，即c1＝{m,m
‑
1,...,u[1] 1,u[1]}，当v
′
＝2,3,
…
v时，c
v
′
＝{u[v
′‑
1]
‑
1,u[v
′‑
1]
‑
2,
…
,u[v
′
] 1,u[v
′
]}。4.根据权利要求2所述的一种基于极化码的异步多级比特交织编码调制方法，其特征
在于，所述步骤1.3、对每一个{s1,s2,...,s
i
′
,...,s
k
}，执行信道分解与极化，包括以下过程：w为符号输入信道，x为输入符号集合，大小为2
m
，y为输出符号集合，表示将由m个比特构成的比特序列b
m
...b
k
...b1通过集合分解映射规则映射为某一符号x∈x，其中b
k
表示第k位比特，k＝1，
…
，m，b
m
表示第m位即最高位比特，b1表示第1位即最低位比特；依据平均互信息的链式法则，符号输入信道w分解为m个二进制输入信道，如下式所示：其中b
i
′
,j
′
表示已知比特的值，输入为输出为y的信道；依据并行信道下极化码的信道极化原理，经由信道变换矩阵变换为m
i
′
个比特同步信道，表示为其中，其中，f2为二维的二进制核矩阵，p
i
′
为非负整数幂次；将经由信道变换矩阵g
n
变换为n个比特极化信道，表示为其中，为第q个比特极化信道；其中，n为非负整数幂次；极化后的比特极化信道总数为mn。5.根据权利要求2所述的一种基于极化码的异步多级比特交织编码调制方法，其特征在于，所述步骤1.4包括以下步骤：步骤1.4.1、对每一个{s1,s2,...,s
i
′
,...,s
k
}，计算a
‑
mlbipcm比特极化信道的平均互信息的方差v
a
‑
mlbipcm
(w,n)：其中，表示第q个比特极化信道的平均互信息，i(w)表示符号输入信道w的平均互信息，和i(w)通过高斯近似方法得到；步骤1.4.2、对每一个{s1,s2,...,s
i
′
,...,s
k
}，计算a
‑
mlbipcm比特极化信道的平均互信息和a
‑
bipcm比特极化信道的平均互信息的相对方差：d(w,n)＝v
a
‑
bipcm
‑
v
a
‑
mlbipcm
(w,n)其中，v
a
‑
bipcm
表示a
‑
bipcm比特极化信道的平均互信息的方差；步骤1.4.3、选择使得d(w,n)≤5
×
10
‑4的{s1,s2,...,s
i
′
,...,s
k
}，用表示，不唯一；步骤1.4.4、选择使得v最小的用表示；v的最
小值记为小值记为对应的调制模式记为对应的调制模式记为不唯一；步骤1.4.5、选择使得d(w,n)最小的及对应的分别作为最佳的编码模式和调制模式，相应记为和其中，第i个子集大小为大小为为的第j个元素，表示最佳的编码模式的子集数目，第v个子集大小为大小为大小为表示最佳的调制模式的子集数目，是时的结果。6.根据权利要求1所述的一种基于极化码的异步多级比特交织编码调制方法，其特征在于，所述步骤9.1、计算比特似然比，包括以下过程：表示x(t)的第r个元素，其中b
r,m
b
r,m
‑1...b
r,k
...b
r,1
是由m个比特构成的比特序列，k＝1,2,...,m，其中b
r,k
表示第k位比特，b
r,m
表示第m位即最高位比特，b
r,1
表示第一位即最低位比特，为集合分解映射规则；计算b
r,k
的比特似然比，如下式所示：上式中集合符号x0∈x0且满足其中为由m个比特构成的比特序列，为第k位比特，且为第k位比特，且为b
r,k
‑1b
r,k
‑2...b
r,1
的估计值；集合符号x1∈x1且满足其中为由m个比特构成的比特序列，为第k位比特，且为第k位比特，且

技术总结
本发明公开了一种基于极化码的异步多级比特交织编码调制方法，包括以下步骤：首先通过遍历搜索得到最佳的编码模式和调制模式用于系统编码和调制，然后使用高斯近似方法得到信息比特的传输位置；进行极化码编码；对编码后的数据进行交织；发送端数据存储；调制；接收端接收信号；计算并存储符号似然比；译码及码重构；存储比特序列。本发明在误组率性能无损的情况下降低了存储和译码复杂度，适用于实际的通信应用。的通信应用。的通信应用。


技术研发人员：潘志文 胡耀月 刘楠 尤肖虎
受保护的技术使用者：网络通信与安全紫金山实验室
技术研发日：2021.07.23
技术公布日：2021/10/26