本发明专利技术提供一种极化码级联空时码系统及其级联极化码编码方法，所述极化码级联空时码系统包括以下步骤：步骤S1，发送端的信道分布信息估计值被发送至极化码编码器，生成的极化码经过调制后进行空时码编码并发送至MIMO信道；步骤S2，信号通过MIMO信道后由接收端的接收天线接收，然后空时码信号重组器根据接收端的信道边信息估计器对接收信号进行重组；步骤S3，根据重组信号和接收端的信道边信息进行解调和译码，得到原始信源比特。本发明专利技术提出了一种合理的极化码级联空时码系统，根据在瑞利衰落MIMO天线中的分析，每个极化码码字将所述极化码级联空时码系统等效为单一传输信道，并给出了该等效信道的信道增益和加性噪声的分布。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种级联极化码构造方法，尤其涉及一种极化码级联空时码系统，并涉及该极化码级联空时码系统中面向MIMO空时码系统的级联极化码编码方法。
技术介绍
MIMO技术已在4G实用，而在5G移动通信系统中，MIMO技术为大规模多输入多输出技术，即Multiple-input Multiple-output技术，简称MIMO技术；大规模多输入多输出技术亦将作为天线结构的核心技术，天线的数量将大幅提升。空时码(space-time blockcoding,STBC)是MIMO系统中的一种简单的发射分集技术，它可以在最大似然译码下提供满分集增益，最基础的空时码模型由Alamouti提出，根据正交设计理论可以将空时码扩展到大规模天线系统中；空时码将作为潜在技术应用于无终端反馈的大规模MIMO系统中，在很多针对空时码技术的研究中，引入了信道编码技术以获得编码增益，从而达到实际应用的需求。例如LDPC码(Low-density parity-check)和Turbo码都已经与MIMO空时码系统相结合，得到了较好的误码性能，但同时也承受了较高的编译码复杂度，码长为N的LDPC码BP译码复杂度达到了其中Imax为译码迭代次数，M为校验节点个数，和分别为变量节点和校验节点的平均度分布；码长为N的Turbo码BCJR译码复杂度达到了O(4ImaxN2m)，其中Imax为译码迭代次数，m为分量码内存长度。极化码是2009年Ar1kan根据信道极化提出的一种新型信道编码，能在二元对称信道下逼近香农限同时具有较低的编译码复杂度。Ar1kan针对极化码提出了一种连续删除(Successive Cancellation,SC)译码，对于码长为N的极化码SC译码复杂度为O(NlogN)。极化码在循环冗余校验(cyclic redundancy check,CRC)辅助译码下，相比较LDPC码和Turbo码在具有相似的译码复杂度下有更好的误码性能。综上，将极化码与空时码技术这两种未来无线通信中的潜在技术相结合具有很大的实际意义；但是，极化码的编码构造不同于LDPC码和Turbo码，它与信道的参数估计有关，在编码构造的过程中，信息位选择是影响极化码性能的重要因素，信息位的选择与信道模型的参数估计有关，于是将极化码与空时码技术结合时需要考虑空时码等效的信道模型参数，因此，即使提出一种极化码与空时码级联的模型，但是信道参数的分析以及对应的极化码编码方法若是被忽略，其不精确的编码构造造成误码性能的降低。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是需要提供一种合理的极化码级联空时码系统，并提供该极化码级联空时码系统中面向MIMO空时码系统的级联极化码编码方法。对此，本专利技术提供一种极化码级联空时码系统，包括以下步骤：步骤S1，发送端的信道分布信息估计值被发送至极化码编码器，生成的极化码经过调制后进行空时码编码并发送至MIMO信道；步骤S2，信号通过MIMO信道后由接收端的接收天线接收，然后空时码信号重组器根据接收端的信道边信息估计器对接收信号进行重组；步骤S3，根据重组信号和接收端的信道边信息进行解调和译码，得到原始信源比特。本专利技术的进一步改进在于，所述极化码级联空时码系统等效为单一传输信道，其信道增益变量为其中变量|hq|2是两个服从高斯分布的变量的平方和，所述信道增益变量服从如下卡方分布：其中，Γ是伽马函数，h为所述信道增益变量，为高斯分布的方差，n为发射天线数量与接收天线数量的乘积。本专利技术的进一步改进在于，所述单一传输信道中，其加性噪声是高斯变量与瑞利变量乘积的和，其概率密度函数为系数其中hq为瑞利变量，其瑞利参数为σh；nq为高斯变量，其标准差为σn；σ为σn与σh的乘积，n为发射天线数量与接收天线数量的乘积，为组合数运算。本专利技术还提供一种级联极化码编码方法，其特征在于，所述级联极化码编码方法为上述极化码级联空时码系统中面向MIMO空时码系统的级联极化码编码方法，并包括以下步骤：步骤A，初始化，读取极化码的参数数据；步骤B，选择极化码的信息位；步骤C，进行极化码编码。本专利技术的进一步改进在于，所述步骤A中，读取的参数数据包括MIMO天线数量、MIMO信道瑞利衰落增益系数和噪声标准差、极化码码长以及极化码编码率。本专利技术的进一步改进在于，所述步骤B包括以下子步骤：步骤B1，计算对于极化码对应极化码级联空时码系统的单一传输信道的转移概率；步骤B2，计算单一传输信道的巴氏参数；步骤B3，求得各分离信道的巴氏参数；步骤B4，对各分离信道的巴氏参数进行排序，选择较小的预设位的分离信道指数作为信息位。本专利技术的进一步改进在于，所述步骤B1中，通过公式求得单一传输信道的转移概率，其中，函数fz(z)为单一传输信道的加性噪声的概率密度函数，其中z为加性噪声变量；函数fh(h)为单一传输信道的信道增益的概率密度函数，其服从卡方分布，其中h为信道增益变量；We(y|x)为单一传输信道We的转移概率，σn为瑞利信道中噪声的标准差，σh为瑞利信道增益参数，σ为σn与σh的乘积，y为信道输出，x为信道输入，a为发射天线数量，b为接收天线数量，n为a和b的乘积；所述步骤B2中，根据公式Ze≈1-Ce计算单一传输信道的巴氏参数Ze，其中，Ce为单一传输信道的信道容量；步骤B3，将巴氏参数Ze作为初值，通过递推公式中，求得各分离信道的巴氏参数其中，N为码长；所述步骤B4中，对各分离信道的巴氏参数进行排序，选择较小的前K＝NR位的分离信道指数作为信息位其中，N为码长，R为编码率。本专利技术的进一步改进在于，所述步骤B包括以下子步骤：步骤B1’，得到单一传输信道的概率密度函数；步骤B2’，求得各分离信道的密度函数；步骤B3’，计算各分离信道传输错误信息概率；步骤B4’，对各分离信道传输错误信息概率进行排序，选择较小的前预设位的分离信道指数作为信息位。本专利技术的进一步改进在于，所述步骤B1’中，将噪声看作a×b个高斯变量的和，其中a为发射天线数量，b为接收天线数量。此时单一传输信道对应的对数似然比服从高斯分布将等效单一信道增益变量h的概率密度函数代入以上高斯分布的概率密度函数，进而得到单一传输信道对数似然比的概率密度函数aW，其中，等效单一传输信道增益变量其中变量|hq|2是两个服从高斯分布的变量的平方和，其方差为Γ是伽马函数，n为发射天线数量与接收天线数量的乘积；步骤B2’中，将单一传输信道对应的对数似然比的概率密度函数aW作为初值，代入递推公式中，求得各分离信道对应的对数似然比的密度函数其中，和⊙是针对变量节点和校验节点的卷积计算，N为码长；步骤B3’中，通过公式计算各分离信道的传输错误信息概率；步骤B4’中，对各分离信道的传输错误信息概率进行排序，选择较小的前K＝NR位的分离信道指数作为信息位其中，N为码长，R为编码率。本专利技术的进一步改进在于，所述步骤C中，通过进行极化码编码，其中，为N个极化码字，由和两部分组成，为在信息位上编入的信息比特，为在其他位上编入的固定值比特；GN为N阶极化码编码矩阵。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术等效的是单一传输信道不再是瑞利衰落信道，在2×2MIMO天线下采用不同极化码构造策略和方法测试所述极化码级联空时码系统的误码率性能，本发本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种极化码级联空时码系统，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，发送端的信道分布信息估计值被发送至极化码编码器，生成的极化码经过调制后进行空时码编码并发送至MIMO信道；步骤S2，信号通过MIMO信道后由接收端的接收天线接收，然后空时码信号重组器根据接收端的信道边信息估计器对接收信号进行重组；步骤S3，根据重组信号和接收端的信道边信息进行解调和译码，得到原始信源比特。
【技术特征摘要】
1.一种极化码级联空时码系统，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，发送端的信道分布信息估计值被发送至极化码编码器，生成的极化码经过调制后进行空时码编码并发送至MIMO信道；步骤S2，信号通过MIMO信道后由接收端的接收天线接收，然后空时码信号重组器根据接收端的信道边信息估计器对接收信号进行重组；步骤S3，根据重组信号和接收端的信道边信息进行解调和译码，得到原始信源比特。2.根据权利要求1所述的极化码级联空时码系统，其特征在于，所述极化码级联空时码系统等效为单一传输信道，其信道增益变量为其中变量|hq|2是两个服从高斯分布的变量的平方和，所述信道增益变量服从如下卡方分布：其中，Γ是伽马函数，h为所述信道增益变量，为高斯分布的方差，n为发射天线数量与接收天线数量的乘积。3.根据权利要求2所述的极化码级联空时码系统，其特征在于，所述单一传输信道中，其加性噪声是高斯变量与瑞利变量乘积的和，其概率密度函数为系数Am,n,m＝2,…,n为其中hq为瑞利变量，其瑞利参数为σh；nq为高斯变量，其标准差为σn；σ为σn与σh的乘积，为组合数运算。4.一种级联极化码编码方法，其特征在于，所述级联极化码编码方法为权利要求1至3任意一项所述极化码级联空时码系统中面向MIMO空时码系统的级联极化码编码方法，并包括以下步骤：步骤A，初始化，读取极化码的参数数据；步骤B，选择极化码的信息位；步骤C，进行极化码编码。5.根据权利要求4所述的级联极化码编码方法，其特征在于，所述步骤A中，读取的参数数据包括MIMO天线数量、MIMO信道瑞利衰落增益系数和噪声标准差、极化码码长以及极化码编码率。6.根据权利要求4所述的级联极化码编码方法，其特征在于，所述步骤B包括以下子步骤：步骤B1，计算对于极化码对应极化码级联空时码系统的单一传输信道的转移概率；步骤B2，计算单一传输信道的巴氏参数；步骤B3，求得各分离信道的巴氏参数；步骤B4，对各分离信道的巴氏参数进行排序，选择较小的预设位的分离信道指数作为信息位。7.根据权利要求6所述的级联极化码编码方法，其特征在于，所述步骤B1中，通过公式求得单一传输信道的转移概率，其中，函数fz(z)为单一传输信道的加性噪声的概率密度函数，其中z为加性噪声变量；函数fh(h)为单一传输信道的信...
【专利技术属性】
技术研发人员：焦健，冯博文，王莎，吴绍华，张钦宇，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东;44
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