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方向性神经进化的信道编译码方法、存储介质和装置

2022-04-09 05:40:02 来源:中国专利 TAG:
1.本发明涉及信道编码
技术领域
:,特别是一种方向性神经进化的信道编译码方法、存储介质和装置。
背景技术
::2.信道编码,也叫差错控制编码,是所有现代通信系统的基石。在信号传输过程中常会由于环境不可避免的干扰以及传输介质必然具有的物理缺陷导致传输的数据发生误码,采用信道编码,通过对所要发送的信息产生额外冗余,换取接受信息的可靠度,能够提高系统的纠错能力和抗干扰能力。近年来,逼近香农限的ldpc码(low-densityparity-checkcodes)以及容量限可达的极化码(polarcodes)由于其更强的纠错性能成为广泛关注的重点,并被5g等应用场景采用。3.通常系统中的噪声被认为是一种消极的现象,需要采取相应的措施来消除,一般采用信道编码的方式来抵消噪声的干扰。虽然信道编码能够帮助提高传输系统的抗干扰能力,但信道噪声严重时,可能会导致有效信息在译码时不能恢复,超出纠错码本身纠错能力,严重降低系统的可靠性。但另一方面,从随机共振现象来进行解释,特定的噪声有可能会有助于信道译码,使信道接收信号在噪声的辅助下得到纠正,从而获取正确的消息。技术实现要素:4.针对上述信道噪声严重超出纠错码本身纠错能力的情况,本发明提出了一种方向性神经进化的信道编译码方法、存储介质和装置。5.第一方面,方向性神经进化的信道编译码方法包括以下步骤:6.发送端将待发送的信息位进行信道编码,经过调制后进入信道传输,得到第一信道输出序列;接收端对第一信道输出序列进行信道译码,如果译码结果正确则结束译码,否则随机添加扰动噪声;对添加扰动噪声后的第二信道输出序列进行译码,如果译码结果正确则输出译码结果;否则继续添加扰动噪声,直至添加次数达到第一门限值;调用table函数,载入方向性噪声表中对应信噪比下的方向性噪声;将所述方向性噪声添加到第一信道输出序列上,进行译码;如果译码结果正确,则结束译码,否则重复添加方向性噪声,直到添加次数达到第二门限值。7.进一步的,所述方向性噪声表的形成过程为,8.s41、发送端将随机形成的信息位进行信道编码,经调制后进入信道传输,得到第三信道输出序列;9.s42、接收端对第三信道输出序列进行信道译码,如果译码结果正确则丢弃,重复s41直到得到错误的译码;10.s43、利用错误的译码进行方向性噪声表的建立和训练,具体包括:11.s431、初始化种群;生成若干个加性高斯白噪声向量,作为初代种群;初代种群中的成员交换噪声序列子部分,形成新的后代;接着对种群成员的随机位进行变异,在突变点处生成新的随机噪声;12.s432、计算除初代种群之外的种群中每个成员的适应度,适应度值越大的成员被选中的概率越大;种群中被选中的成员交换噪声序列子部分,形成新的后代;种群中被选中的成员的随机位进行变异,在突变点处生成新的随机噪声;13.s433、将新一代种群一次加到第三信道输出序列上,再次进行信道译码;14.s434、若译码结果通过校验,则表示译码成功,译码结束,并将当前噪声作为方向性噪声,记录到方向性噪声表中;否则生成下一代种群;15.s435、重复步骤s432~s434,直到方向性噪声数量达到阈值。16.进一步的,s431步骤具体为,利用噪声发生器生成若干均值为0,方差为长度为n的加性高斯白噪声向量。17.进一步的,所述适应度fc由以下公式得到18.fc=1/sum([u-vp(i)]2)[0019]其中,u为随机形成的信息位,vp(i)为加入种群中第i个扰动噪声后的信道译码结果。[0020]进一步的,采用轮盘赌选择法选择种群成员,适应度值大的成员被选中的概率高。[0021]进一步的,种群成员交换子部分具体为,交叉概率pc=0.8,取随机数a∈[0,1),与所述交叉概率进行比较,当满足a《pc时,则确定交叉点cross_point=round(a*codelength),其中codelength为序列长度,round()为四舍五入取整函数。[0022]进一步的,对种群成员的随机位进行变异具体为,变异概率pm=0.1,取随机数a∈[0,1),如果a《pm,则满足变异条件,在突变点mutation_point=round(a*codelength)处重新生成一个方差为σp2的噪声值。[0023]本发明第二方面,提供一种计算机可读的存储介质,所述计算机可读的存储介质中存储有计算机程序,其中,所述计算机程序被设置为运行时执行上述技术方案任一项中所述的方法。[0024]本发明第三方面,提供一种电子装置,包括存储器和处理器,所述存储器中存储有计算机程序,所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行上述技术方案任一项中所述的方法。[0025]本发明具有以下有益效果:将神经进化学习应用到信道编译码算法中,保证噪声的方向性,且方向性噪声的产生采用线下操作,不会造成译码复杂度提高;添加随机噪声和添加table方向性噪声只会在上一级译码失败后引入,降低了系统的延迟性。附图说明[0026]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。[0027]图1为本发明实施例方向性神经进化的信道编译码方法用到的纠错空间原理示意图;[0028]图2为神经进化算法训练方向性噪声的向量示意图;[0029]图3本发明实施例方向性神经进化的信道编译码方法流程图;[0030]图4为图3实施例中方向性噪声表的构建和训练过程流程图。具体实施方式[0031]为了使本
技术领域
:的人员更好地理解本技术方案,下面将结合本技术实施例中的附图,对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本技术一部分的实施例,而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本技术保护的范围。[0032]需要说明的是,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。[0033]神经进化算法作为一种无梯度的优化算法,借助交叉和变异的操作,在给定足够的迭代次数的情况下,保证能找到损失曲面的全局最小值。基于该优化算法,在信道译码失败后,通过添加训练好的育有特定方向的噪声辅助错误码字向可纠错区域靠近,从而实现译码成功。本发明所提出的方法可适用于多种信道编码方式,如ldpc码,polar码等。[0034]图1所示为本发明所提供的纠错空间原理示意图。其中m个码字的可纠错区域分别记为a1,a2,a3,…,am。假设发送一个码字为c2,由于再传输过程中受到噪声干扰,其落在译码空间内的位置是随机的。若错误在可纠错范围内,根据译码规则可正确译码,得到正确信息。若错误超出可纠错范围,则表明信道干扰对信号产生的影响较大,无法译出正确码字。在接收信号中添加次级独立的随机噪声n,使信号在译码空间内进行移动,从而进入纠错区域内。[0035]图2所示为神经进化算法训练方向性噪声的向量示意图。添加随机噪声使得接收信号的落点在译码空间中具有随机性,无法保证信道接收信号的正确译出。借助神经进化算法,将噪声类比神经网络中的权值,利用进化算法,使随机噪声朝着辅助译码的方向进行更新。通过训练,获取一个存储方向噪声的table,并设计相应函数,用于长码信息传输过程中读取相应信噪比下的方向性噪声,避免table过大而造成译码的延时性增加。在信息传输过程中,若在添加随机噪声后未能正确译码,调用table中方向性噪声,进一步进行辅助译码。[0036]基于以上原理,本实施例提供一种方向性神经进化的信道编译码方法,如图3所示,包括以下步骤:[0037]s1、发送端将待发送的信息位进行信道编码,经过调制后进入信道传输,得到第一信道输出序列;[0038]该步骤中信息位为随机生成的信息位u,经过bpsk调制后送入信道传输,第一信道输出序列设为y。[0039]s2、接收端对第一信道输出序列y进行信道译码,得到译码结果v,如果译码结果正确则结束译码,否则随机添加扰动噪声n;[0040]s3、对添加扰动噪声后的第二信道输出序列y'=y n进行译码,如果译码结果正确则输出译码结果;否则继续添加扰动噪声,直至添加次数达到第一门限值t1;[0041]s4、调用table函数,载入方向性噪声表中对应信噪比下的方向性噪声;方向性噪声为向量np={n1,n2,…,nt};[0042]s5、将载入的方向性噪声添加到第一信道输出序列上,进行译码;[0043]具体为,将方向性噪声依次独立添加到第一信道输出序列上,形成yi=y ni,i=1,2,…,t。译码结果记为vi。[0044]s6、如果译码正确,则结束译码,否则重复添加方向性噪声,直到添加次数达到第二门限值t2。[0045]其中,所述方向性噪声表的构建和训练过程如图4所示,具体包括,[0046]s41、发送端将随机形成的信息位进行信道编码,经bpsk调制后进入信道传输,得到第三信道输出序列y3;[0047]s42、接收端对第三信道输出序列y3进行信道译码,如果译码结果正确则丢弃,重复s41直到得到错误的译码;[0048]s43、利用错误的译码进行方向性噪声表的建立和训练,具体包括:[0049]s431、初始化种群;生成若干个加性高斯白噪声向量,作为初代种群;[0050]在本实施例中,假设使用噪声发生器产生10个均值为0、方差为σp2、长度为n的加性高斯白噪声向量n1,n2,...,n10,将其作为初代种群np1=[n1,n2,...,n10],此时噪声noise_count=0。[0051]初代种群中的成员交换噪声序列子部分,形成新的后代;具体为,令交叉概率pc=0.8,取随机数a∈[0,1),与所述交叉概率进行比较,当满足a《pc时,则确定交叉点cross_point=round(a*codelength),其中codelength为序列长度,round()为四舍五入取整函数。[0052]接着对种群成员的随机位进行变异,在突变点处生成新的随机噪声,具体为,变异概率pm=0.1,取随机数a∈[0,1),如果a《pm,则满足变异条件,在突变点mutation_point=round(a*codelength)处重新生成一个方差为σp2的噪声值。[0053]s432、计算除初代种群之外的种群中每个成员的适应度,对适应度进行评估,适应度值越大的成员被选中的概率越大;种群中被选中的成员交换噪声序列子部分,形成新的后代;种群中被选中的成员的随机位进行变异,在突变点处生成新的随机噪声。[0054]具体的,所述适应度fc由以下公式得到[0055]fc=1/sum([u-vp(i)]2)[0056]其中,u为随机形成的信息位,vp(i)为加入种群中第i个扰动噪声后的信道译码结果。[0057]种群中被选中的成员交换噪声序列子部分以及对随机位进行变异的过程可参见初代种群中成员的相应操作,此处不再重复描述。[0058]通常,选择种群成员的方法采用轮盘赌选择法,适应度值大的成员被选中的概率高。[0059]s433、将新一代种群np(i)一次加到第三信道输出序列上,形成yp(i)=y np(i),i=1,2,…,n,再次进行信道译码;[0060]s434、若译码结果通过校验,则表示译码成功,译码结束,并将当前噪声作为方向性噪声,记录到方向性噪声表中;否则生成下一代种群;[0061]s435、重复步骤s432~s434,直到方向性噪声数量达到阈值。[0062]至此,方向性噪声表构建并训练完成,设计相应的table函数,供主程序调取。[0063]本实施例还提供一种计算机可读的存储介质,所述计算机可读的存储介质中存储有计算机程序,其中,所述计算机程序被设置为运行时执行上述技术方案任一项中所述的方法。[0064]该计算机可读存储介质可以包括随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或
技术领域
:内所公知的任意其它形式的存储介质。[0065]本实施例还提供一种电子装置,包括存储器和处理器,所述存储器中存储有计算机程序,所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行上述技术方案任一项中所述的方法。[0066]以上所述仅为本技术的优选实施例而已,并不用于限制本技术,对于本领域的技术人员来说,本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本技术的保护范围之内。当前第1页12当前第1页12
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