一種任意碼長(zhǎng)的極化編碼方法技術(shù)

一種任意碼長(zhǎng)的極化編碼方法，是在構(gòu)造極化碼時(shí)，若碼長(zhǎng)不為2的冪次，則用一組容量為零的虛擬信道將信道數(shù)補(bǔ)齊到2的冪次，然后按照容量等分原則對(duì)各個(gè)信道進(jìn)行交織映射，再對(duì)所得到的信道進(jìn)行極化變換，并在變換后的信道中，根據(jù)設(shè)計(jì)的碼率選擇信道容量較大的信道用于傳輸信息比特序列，剩余的信道則用于傳輸一個(gè)收發(fā)端都已知的固定比特序列。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)使得極化編碼允許碼長(zhǎng)為任意正整數(shù)，并可以適用于多載波及高階調(diào)制系統(tǒng)，通過(guò)增加鑿孔操作，使編碼器輸出的編碼比特序列為任意長(zhǎng)度；再通過(guò)信道交織映射，使極化編碼能適應(yīng)并行信道的不同子信道，獲得較好抗噪性能；使本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)大大提高極化碼用于實(shí)際數(shù)字通信系統(tǒng)時(shí)的靈活性，有很好的應(yīng)用前景。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專(zhuān)利技術(shù)涉及，用于解決數(shù)字通信系統(tǒng)中因信道對(duì)通信過(guò)程的干擾，造成傳輸數(shù)據(jù)出現(xiàn)差錯(cuò)的問(wèn)題；確切地說(shuō)，涉及一種利用極化碼作為糾錯(cuò)編碼的數(shù)字通信系統(tǒng)中，在信號(hào)發(fā)送端采用信道極化技術(shù)實(shí)現(xiàn)的任意碼長(zhǎng)的極化 編碼方法。屬于數(shù)字通信的信道編碼

技術(shù)介紹
極化碼(Polar Codes)是2009年由E. Arikan提出的一種被嚴(yán)格證明能夠達(dá)到信道容量的構(gòu)造性的信道編碼方法。在進(jìn)行極化編碼之前，先要對(duì)N = 2n個(gè)獨(dú)立的二進(jìn)制輸入信道(或?qū)ν粋€(gè)信道的先后使用N次，即一個(gè)信道的N個(gè)可用時(shí)隙)，應(yīng)用附圖說(shuō)明圖1所示的信道極化的基本單元對(duì)二進(jìn)制輸入離散信道反復(fù)進(jìn)行極化，其中n為自然數(shù)。最基本的信道極化(參見(jiàn)圖1)是對(duì)兩個(gè)相同的未經(jīng)極化的信道W :x — y進(jìn)行單步極化操作，其中，X是信道輸入符號(hào)的集合(對(duì)于二進(jìn)制輸入信道，X取值為{0，1})，y是信道輸出符號(hào)的集合。如圖1所示，再標(biāo)記該極化信道的兩個(gè)輸入比特分別為U1和U2，通過(guò)一個(gè)模二加法器得到X1,另一方面，將U2直接賦值給X2,即巧=H1^U2，X2=U2,④為模二加運(yùn)算。把X1和X2分別送入未經(jīng)極化信道W，得到的輸出為yi和y2。從該信道極化基本單元的輸入(U1和U2)和兩個(gè)信道的輸出G1和y2)來(lái)看，原本獨(dú)立的兩個(gè)未經(jīng)極化的信道W被合并成一個(gè)兩輸入兩輸出的向量信道W2:x2 —y2，其中x2=xXx，運(yùn)算X為笛卡爾積。該向量信道包含兩個(gè)子信道W2⑴:X — yXx (輸入為U1輸出為Y1Y2)^ W2(2) :x — y (輸入為U2輸出為y^Ui)，這兩個(gè)子信道即為兩個(gè)極化信道。經(jīng)過(guò)該單步極化過(guò)程，從信道容量上看I(W2(1))+I(W2(2)) =2XI(ff),UW2(D)彡I(w)彡T(w2 )，其中，K )表示求信道容量的函數(shù)。也就是說(shuō)單步極化后，在保持和容量不變的情況下，與原先未經(jīng)極化的信道相比較，極化后的兩個(gè)子信道容量發(fā)生了偏離一個(gè)增加，一個(gè)減少。如果對(duì)兩組已經(jīng)過(guò)一次極化操作的信道，再在兩組互相獨(dú)立的轉(zhuǎn)移概率相同的極化信道之間，分別進(jìn)行單步極化操作，該偏離會(huì)更加明顯，稱(chēng)這一組單步極化操作為第二層極化操作，而前一組單步極化操作稱(chēng)為第一層極化操作。每多做一層極化操作，需要的信道數(shù)就會(huì)比原先多一倍。因此，對(duì)N = 2個(gè)信道進(jìn)行完全的極化，共需要n層極化操作，且每一層極化操作包括了 N次單步極化操作。如不加特殊說(shuō)明，“對(duì)N個(gè)信道進(jìn)行極化操作”是指完全極化。理論上已證明，對(duì)接近無(wú)窮多個(gè)信道進(jìn)行極化操作后，會(huì)出現(xiàn)一部分信道的容量為I (即通過(guò)其傳輸?shù)谋忍匾欢〞?huì)被正確接收)，其余信道容量為0 (即完全無(wú)法在其上可靠地傳輸比特)的現(xiàn)象，而容量為I的信道占全部信道的比例正好為原二進(jìn)制輸入離散信道的容量。參見(jiàn)圖3，介紹一個(gè)實(shí)用的信道極化裝置的遞歸結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度為N(對(duì)N個(gè)信道進(jìn)行極化)的信道極化裝置可以用長(zhǎng)度力*的信道極化裝置作遞歸操作來(lái)表示，遞歸過(guò)程中的最小單元(即當(dāng)N = 2時(shí))就是圖1所示的基本單元。圖2中的信道極化裝置中有一個(gè)長(zhǎng)度為N的比特反轉(zhuǎn)交織器，其功能是先將輸入端的十進(jìn)制序號(hào)i按照二進(jìn)制表示為Ov1Iv^K)，其中，n=l0g2N ;再將該二進(jìn)制序列反序，得到(I3ciIvlv1);最后重新按照十進(jìn)制表示成0 (i)，作為輸入序號(hào)i對(duì)應(yīng)的輸出序號(hào)。比特反轉(zhuǎn)交織器的用處是將輸入端序號(hào)為i的比特映射到序號(hào)0 (i)處。根據(jù)編碼速率(R)對(duì)N個(gè)信道進(jìn)行極化，并選取其中容量最大的K個(gè)信道(或者等價(jià)地，選取可靠性最高的K個(gè)信道，可靠性度量是采用密度進(jìn)化(DensityEvolution)工具或者計(jì)算巴塔恰里亞(Bhattacharyya)參數(shù)得到的)，以承載用于傳輸消息的比特，稱(chēng)該部分比特為信息比特，并稱(chēng)該部分信道為信息信道(其中本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種任意碼長(zhǎng)的極化編碼方法，其特征在于：若在構(gòu)造極化碼時(shí)，碼長(zhǎng)不為2的冪次，則用一組容量為零的虛擬信道將信道數(shù)補(bǔ)齊到2的冪次，然后按照容量等分原則對(duì)各個(gè)信道進(jìn)行交織映射，再對(duì)所得到的信道進(jìn)行極化變換，并在變換后的信道中，根據(jù)設(shè)計(jì)的碼率選擇信道容量較大的信道用于傳輸信息比特序列，剩余的信道則用于傳輸一個(gè)收發(fā)端都已知的固定比特序列；所述方法包括以下步驟：（1）根據(jù)需求確定編碼參數(shù)，以便將一個(gè)包含K個(gè)比特的信息序列編碼為一個(gè)長(zhǎng)度為M的二進(jìn)制編碼序列，其中，自然數(shù)K和M滿(mǎn)足K≤M的條件；再設(shè)N=2n，運(yùn)算表示對(duì)其參數(shù)向上取整；所述用于傳輸編碼序列的信道包含有J個(gè)并行子信道，并依次標(biāo)記為：W1、W2、…、WJ；其中的并行子信道數(shù)J與編碼序列長(zhǎng)度M應(yīng)滿(mǎn)足下述條件：M能夠被J整除；（2）執(zhí)行傳統(tǒng)的極化編碼操作：將輸入的比特序列與收發(fā)兩端都已知的固定序列所組成的長(zhǎng)度為N的比特序列u進(jìn)行下述變換：x=u·GN，式中，矩陣N×N維的矩陣BN為比特反序置換矩陣，F(xiàn)2=1011的上標(biāo)表示求n個(gè)F2的克羅內(nèi)克積，下標(biāo)和分別為信息信道的序號(hào)集合與固定信道的序號(hào)集合；（3）執(zhí)行交織操作：使用信道交織函數(shù)fπ(·)對(duì)比特序列x進(jìn)行交織排序后，得到比特序列v：其中，自然數(shù)下標(biāo)i的最大值為N；（4）執(zhí)行鑿孔操作：刪去比特序列v中的最后（N?M）個(gè)比特，使得比特序列v變換成一個(gè)長(zhǎng)度為M的比特序列z：z=(v1,v2,…,vM)；（5）執(zhí)行串/并變換操作：將比特序列z分割成J個(gè)長(zhǎng)度都為的比特序列r(p)：r(p)=(z(p?1)×M/J+1,z(p?1)×M/J+2,…,zp×M/J)，其中，自然數(shù)序號(hào)p的最大值為J，并分別按照順序送入對(duì)應(yīng)的并行子信道Wp進(jìn)行傳輸。FDA00002727177000011.jpg,FDA00002727177000012.jpg,FDA00002727177000013.jpg,FDA00002727177000014.jpg,FDA00002727177000015.jpg,FDA00002727177000017.jpg,FDA00002727177000018.jpg,FDA00002727177000019.jpg,FDA000027271770000110.jpg,FDA000027271770000111.jpg...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種任意碼長(zhǎng)的極化編碼方法，其特征在于若在構(gòu)造極化碼時(shí)，碼長(zhǎng)不為2的冪次，則用一組容量為零的虛擬信道將信道數(shù)補(bǔ)齊到2的冪次，然后按照容量等分原則對(duì)各個(gè)信道進(jìn)行交織映射，再對(duì)所得到的信道進(jìn)行極化變換，并在變換后的信道中，根據(jù)設(shè)計(jì)的碼率選擇信道容量較大的信道用于傳輸信息比特序列，剩余的信道則用于傳輸一個(gè)收發(fā)端都已知的固定比特序列；所述方法包括以下步驟(O根據(jù)需求確定編碼參數(shù)，以便將一個(gè)包含K個(gè)比特的信息序列編碼為一個(gè)長(zhǎng)度為 M的二進(jìn)制編碼序列，其中，自然數(shù)K和M滿(mǎn)足K彡M的條件；再設(shè)Ν=2η，η =「Iog2 Μ]，運(yùn)算Fl表示對(duì)其參數(shù)向上取整；所述用于傳輸編碼序列的信道包含有J個(gè)并行子信道，并依次標(biāo)記為2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(2)中的信息信道序號(hào)集與固定信道序號(hào)集合 是按照如下操作步驟得到的(21)確定極化變換前的信道每個(gè)并行子信道 都已被獨(dú)立地使用了3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述步驟(21)中的信道交織函數(shù)(·) 是依據(jù)容量等分原則構(gòu)造的，包括下列操作內(nèi)容(211)對(duì)每個(gè)i初始化構(gòu)造一個(gè)N維的容量序列c 、對(duì)于i e {1，2，…，Μ}, . = / Wr J };式中，I ( ·...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：牛凱，陳凱，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：北京郵電大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：