一种基于打孔的极化码编码协作制造技术

本发明专利技术涉及信道编码技术领域，尤其涉及一种基于打孔的极化码编码协作。本发明专利技术提出一种基于打孔的极化码编码协作，对非系统极化码和系统极化码的打孔编码协作展开了研究，首先对非系统极化码采用信息位重休眠优化的低复杂度准均匀打孔算法构造分码字，提出了一种在慢衰落信道下具有明显收益且协作程度可灵活变化的非系统极化码编码协作，然后论证了非系统极化码的打孔算法适用于系统极化码，并据此进一步提出了系统极化码打孔编码协作。本发明专利技术的有益效果是：本发明专利技术的方法及系统由于采用了打孔方法构造分码字，并引入信息位重休眠和系统Polar码，在慢衰落信道下，本发明专利技术相对现有技术对Polar码的性能有更显著的提升且协作程度更为灵活。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及信道编码
，尤其涉及一种基于打孔的极化码编码协作。
技术介绍
分集是无线通信中对抗信道衰落的一种有效措施，多输入多输出(multiple input multiple output，MIMO)技术就是空时分集的一种典型实现方式。在实际应用中，受到尺寸的约束，移动终端很难实现多根天线的安装。可以借助用户间的协作传输实现虚拟MIMO功能，合作通信的方式主要有放大转发、译码转发及编码协作。放大转发和译码转发的是实质是通过中继向基站传输重复信息，这两种协作通信方式占用中继的资源比较大；编码协作通过协作双方合作发送对方同一码字的不同部分实现码字传输的分集，保持了与非协作情形相同的码率、发射功率和带宽,源用户几乎不占用合作用户的资源。因为中继发送的是源用户的重复信息，放大转发和译码转发在低信噪比下的分集不是十分高效,而编码协作在所有的信噪比条件下都有不错的分集性能，通过编码协作得到的纠错性能比不协作要好或者相当。编码协作以上特点使其能很好地应用于5G及未来无线通信中常见的密集分布式通信场景。具体到物理层传输方面，应尽可能采用达到香农极限的纠错码技术，以满足现代通信超高速信息传输的需求。极化码是Arikan E在2009年提出的第一种在理论上能够渐近取得香农极限的纠错码技术[3]。极化码适用于任意二进制离散无记忆信道，而且在连续的加性高斯白噪声(additive white Gaussian noise,AWGN)信道上也有不错的渐近性能。相比其他码(LDPC,Turbo)极化码有以下几个特点：第一，极化码能在理论上取得香农极限，而Turbo码和LDPC码只是逼近香农极限；第二，它有递归的编译码结构，这就降低了硬件在资源共享和控制调度方面的复杂度；第三，极化码不需像其他取得接近信道容量的码那样通过随机编码来获得好的纠错性能，这就降低了在硬件执行中的存储冲突和图路由问题；第四，极化码具有更好的码率兼容性，几乎能连续的改变码率。极化码的这些特点使其成为编码协作物理层纠错技术的优选。近些年来，众多学者对编码协作的基本机制和极化码的编译码原理分别展开了研究，但对基于极化码的编码协作研究则较少，已发现的有EJAZ S提出的AWGN信道下基于Plotkin构造的非系统极化码编码协作方案，而该方案在慢衰落信道未获得明显的系统收益，且协作程度不能灵活变化。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷或不足，本专利技术所要解决的技术问题是：提出一种衰落信道下高增益且协作程度可灵活变化的极化码编码协作方案。为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为提供一种基于打孔的极化码编码协作，包括以下步骤：A、建立系统模型；B、用信息位重休眠方法优化准均匀打孔算法，基于此优化的打孔算法从非系统极化码码字中构造出2个分码字，提出非系统极化码打孔编码协作；C、用非系统极化码的打孔算法对系统极化码打孔，将基于非系统极化码的编码协作拓展至基于系统极化码的编码协作。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤A中建立系统模型包括以下步骤：A1、在编码协作系统中协作时，每个用户对已经被循环冗余校验编码(cyclic redundancy code,CRC)的K比特信息进行信道编码，生成N比特的码字信息v(码率为K/N)，通过一定的码字构造方式将N比特的码字分为N1比特的分码字v1和N2比特的分码字v2，然后在自己的多址信道内将其中的v1(码率为K/N1)广播给基站和协作用户；协作用户基于v1的信道观测信息，对用户信息译码，如果译码结果通过CRC校验，那么协作用户会重新编码生成用户的v2部分码字，然后发送给基站；如果译码结果不通过CRC校验，协作用户则发送自己的v2部分码字，整个系统的协作程度为N2/N，每个用户的多址信道可以是时分多址信道、频分多址信道和码分多址信道。本专利技术中的用户多址信道采用时分多址信道，但不局限于时分多址信道。A2、编码协作系统由两个用户节点和一个基站节点组成，用户间的交互信道和两用户到基站的上行信道均建模为瑞利慢衰落加高斯白噪声的复合信道，瑞利衰落下的信道系数h为0均值、圆周共轭对称的复高斯随机变量，其模值λ＝|h|的概率密度函数为f(λ)＝λexp(-λ2/2σ2)/σ2，λ≥0 (1)式中σ2＝1/2，这样衰落信道下信号的平均能量便归一化，即E[λ2]＝1，噪声n为服从N(0,N0/2)分布的加性高斯白噪声，发射信号的比特信噪比定义为Eb/N0，Eb为发射信号上每比特上的能量；A3、用编号0、1、2分别表示基站、用户1和用户2，系统采用二进制相移键控调制，设用户i,i＝1,2编码调制的输出信号为si，那么接收端j＝0,1,2接收到的信号可表达为yij＝hijsi+nij (2)式中hij表示上行信道和交互信道的衰落系数，nij表示上行信道和交互信道的噪声。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤A1中用户信道编码的各部分v、v1、v2采用了可达香农限传输的极化码。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤B包括以下步骤：B1：编码，将要发送的信息放到接近无噪声化的编码位上，其余编码位为收发双方都知道的休眠信息，然后进行非系统极化码编码，非系统极化码的生成矩阵定义为 G = B N F ⊗ n - - - ( 3 ) ]]>式中：N＝2n为码长，BN是一个比特翻转矩阵，实现倒位功能，表示n阶克罗内克积，令表示源信息序列，表示生成的码字序列，则极化码的编码可表示为 x 0 N - 1 = u 0 N - 1 G - - - ( 4 ) ]]>极化码的编码用(N,K,A)来定义，N代表码长，K代表源信息比特，A代表信息位集合；B2：译码，采用采用接续消除译码(successive cancellation，SC)，其译码的方法为：式中1≤i≤N，又有如下递归关系： L N ( 2 i - 1 ) ( y 1 N , 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于打孔的极化码编码协作，其特征在于，包括以下步骤：A、建立系统模型；B、用信息位重休眠方法优化准均匀打孔算法，基于此优化的打孔算法从非系统极化码码字中构造出2个分码字，提出非系统极化码打孔编码协作；C、用非系统极化码的打孔算法对系统极化码打孔，将基于非系统极化码的编码协作拓展至基于系统极化码的编码协作。

【技术特征摘要】
1.一种基于打孔的极化码编码协作，其特征在于，包括以下步骤：A、建立系统模型；B、用信息位重休眠方法优化准均匀打孔算法，基于此优化的打孔算法从非系统极化码码字中构造出2个分码字，提出非系统极化码打孔编码协作；C、用非系统极化码的打孔算法对系统极化码打孔，将基于非系统极化码的编码协作拓展至基于系统极化码的编码协作。2.根据权利要求1所述的基于打孔的极化码编码协作，其特征在于：所述步骤A中建立系统模型包括以下步骤：A1、在编码协作系统中协作时，每个用户对已经被循环冗余校验编码(cyclic redundancy code,CRC)的K比特信息进行信道编码，生成N比特的码字信息v(码率为K/N)，通过一定的码字构造方式将N比特的码字分为N1比特的分码字v1和N2比特的分码字v2，然后在自己的多址信道内将其中的v1(码率为K/N1)广播给基站和协作用户；协作用户基于v1的信道观测信息，对用户信息译码，如果译码结果通过CRC校验，那么协作用户会重新编码生成用户的v2部分码字，然后发送给基站；如果译码结果不通过CRC校验，协作用户则发送自己的v2部分码字，整个系统的协作程度为N2/N，每个用户的多址信道可以是时分多址信道、频分多址信道和码分多址信道；本发明中的用户多址信道采用时分多址信道，但不局限于时分多址信道；A2、编码协作系统由两个用户节点和一个基站节点组成，用户间的交互信道和两用户到基站的上行信道均建模为瑞利慢衰落加高斯白噪声的复合信道，瑞利衰落下的信道系数h为0均值、圆周共轭对称的复高斯随机变量，其模值λ＝|h|的概率密度函数为f(λ)＝λexp(-λ2/2σ2)/σ2，λ≥0 (1)式中σ2＝1/2，这样衰落信道下信号的平均能量便归一化，即E[λ2]＝1，噪声n为服从N(0,N0/2)分布的加性高斯白噪声，发射信号的比特信噪比定义为Eb/N0，Eb为发射信号上每比特上的能量；A3、用编号0、1、2分别表示基站、用户1和用户2，系统采用二进制相移键控调制，设用户i,i＝1,2编码调制的输出信号为si，那么接收端j＝0,1,2接收到的信号可表达为yij＝hijsi+nij (2)式中hij表示上行信道和交互信道的衰落系数，nij表示上行信道和交互信道的噪声。3.根据权利要求2所述的基于打孔的极化码编码协作，其特征在于：所述步骤A1中用户信道编码的各部分v、v1、v2采用了可达香农限传输的极化码。4.根据权利要求1所述的基于打孔的极化码编码协作，其特征在于，所述步骤B包括以下步骤：B1：编码，将要发送的信息放到接近无噪声化的编码位上，其余编码位为收发双方都知道的休眠信息，然后进行非系统极化码编码，非系统极化码的生成矩阵定义为 G = B N F ⊗ n - - - ( 3 ) ]]>式中：N＝2n为码长，BN是一个比特翻转矩阵，实现倒位功能，表示n阶克罗内克积，令表示源信息序列，表示生成的码字序列，则极化码的编码可表示为 x 0 N - 1 = u 0 N - 1 G - - - ( 4 ) ]]>极化码的编码用(N,K,A)来定义，N代表码长，K代表源信息比特，A代表信息位集合；B2：译码，采用接续消除译码(successive cancellation，SC)，其译码的方法为：式中1≤i≤N，又有如下递归关系： L N ( 2 i - 1 ) ( y 1 N , u ^ 1 2 i - 2 ) = L N / 2 ( i ) ( y 1 N / 2 , u ^ 1 , o 2 i - 2 ⊕ u ^ 1 , e 2 i - 2 ) L N / 2 ( i ) ( y N / 2 + 1 N , u ^ 1 , e 2 i - 2 ) + 1 L N / 2 ( i ) ( y 1 N / 2 , u ^ 1 , o 2 i - 2 ⊕ u ^ 1 , e 2 i - 2 ) + L N / 2 ( i ) ( y N / 2 + 1 N , u ^ 1 , e 2 i - 2 ) L N ( 2 i ) ...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴绍华，李坤，董丹，王野，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