一种基于极化码的免同步通信方法技术

本发明专利技术公开了一种基于极化码的免同步通信方法，其基本思想是给定一组接收信号的抽样起始位置、载波频偏、载波相位的取值组合；然后根据每一个抽样起始位置、载波频偏、载波相位的取值组合对接收信号进行预处理，从而得到一组经过抽样起始位置、载波频偏、载波相位校正的预处理码字接收序列。将这组码字接收序列输入至多码字接收序列的SCL译码器进行译码，并得到最终的译码结果。该方法在不降低通信速率和通信误帧率的前提下，免除通信系统中的同步模块，免除发送同步序列带来的信道资源开销，提高频谱利用效率。此外，基于该方法的接收机不需要额外的同步电路，降低了接收机实现复杂度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于极化码的免同步通信方法
本专利技术涉及纠错编译码
，更具体地，涉及一种基于极化码的免同步通信方法。
技术介绍
同步是通信系统中的一个关键技术环节，只有收发双方在抽样定时、载波频率和载波相位三方面取得同步的条件下，通信才可以正常进行。为实现同步，通信信号中需要嵌入同步序列，这是一个为实现抽样定时、载波频率和载波相位同步的一个收发双方已知的一个序列。同步序列消耗了宝贵的信道资源，降低了频谱利用效率。另一方面，利用同步序列进行同步，需要相应的同步算法，带来了实现上的复杂度。因此，一个不需要同步的通信方式在频谱效率和实现复杂度方面都具有很强的吸引力。极化编码作为一种新型的接近香农限的结构化编码方案，性能优异，而且编译码算法的复杂度较低，有利于工程实现，受到了学术界和工业界的广泛关注，并被选择为5G移动通信增强移动宽带场景中短码长编码标准技术。此外，将校验编码与极化码进行级联，可以显著改善极化码的纠错性能，该级联码称为校验级联极化码，其中，校验级联极化码的基本原理见论文TaoWang,DaimingQu,andTaoJiang,“Parity-Check-ConcatenatedPolarCodes,”IEEECommunicationsLetters,vol.20,no.12,pp.2342-2345,Dec.2016；校验级联极化码外码的校验方程中，信息比特和校验比特的选取方法见专利“一种极化码和多比特奇偶校验码级联的纠错编码方法”(专利号：CN201510995761.X)。综上所述，由于极化编码已被工业界接纳，而同步又是通信系统中的一个挤占通信资源、而且实现复杂度高的技术环节，因此，设计一种基于极化码的免同步通信方法对于提升通信质量和控制通信成本具有重要意义。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于通过提出一种基于极化码的免同步通信方法，免除通信系统中的同步模块，从而实现在保障通信误帧率的前提下，免除发送同步序列带来的信道资源开销，提高频谱利用效率。此外，基于本方案的接收机可以免除同步模块和同步算法，降低了接收机实现复杂度。为实现上述目的，第一方面，本专利技术提供一种基于极化码的免同步通信方法，包括以下步骤：(1)发送端对信息比特序列进行极化码编码，调制形成发送信号后发送；(2)接收端接收所述发送信号，对接收到的信号进行定时抽样、频偏校正及相位校正处理，得到P个码字接收序列，每个码字接收序列对应一组不同的同步参数，所述同步参数包括抽样起始位置、载波频偏及载波相位，P为大于0的整数；(3)接收端采用多码字接收序列连续消除列表(SuccessiveCancellationList，SCL)译码器对所述P个码字接收序列进行译码。可选地，步骤(2)包括以下步骤：为抽样起始位置设定M1种取值，为载波频偏设定M2种取值，为载波相位设定M3种取值，共有P＝M1M2M3种取值组合，对每一种取值组合，按照其中的抽样起始位置定时抽样接收信号，并按照其中的载波频偏进行频偏校正，并按照其中的载波相位进行相位校正，得到一个校正信号序列，再通过解调得到一个码字接收序列，记为其中l＝1,2,...,P，N是指极化码码长。可选地，步骤(3)包括以下步骤：(3.1)设定SCL译码算法的最大路径数量为L，其中，L≥P，输入所述步骤(2)中得到的P个接收序列进入步骤(3.2)；(3.2)判断i是否等于1；若是，进入步骤(3.3)，若否，则进入步骤(3.4)；其中，i是指当前译码比特的索引序号，其初始值为1，取值从1到N的正整数；(3.3)在译码器列表中初始化P条路径，第l(l＝1,2,...,P)条路径记为第一个元素Sl指示列表中第l条路径对应的接收序列为Sl的初始取值为l；表示列表中第l条路径对应的比特u1的判决值，因为极化码的u1是固定比特，的取值均为已知的固定比特u1的取值；令i＝i+1，返回步骤(3.2)；(3.4)判断i是否小于等于N；若是，进入步骤(3.5)，若否，则进入步骤(3.8)；(3.5)判断ui是否为固定比特，若是，进入步骤(3.6)；若否，则进入步骤(3.7)；其中，ui是指极化码编码器输入序列的第i个比特；(3.6)记译码器列表中当前路径数量为L′，第l(l＝1,2,...,L′)条路径记为表示列表中第l条路径对应的序列的判决值；将每条路径扩展为序列中的元素表示列表中第l条路径在ui处的判决值，并且的取值为已知的固定比特ui的取值，并令i＝i+1，返回步骤(3.4)；(3.7)将每条路径中的序列在ui处取值0或1获得一共2L′条备选路径和其中，(l＝1,2,...,L′)，路径和均对应接收序列且路径和的路径度量值分别为和其中，和分别表示长度为N的极化码第i个比特信道输出为输入分别为0、1的转移概率；判断2L′≤L是否满足，若是，保留2L′条路径；若否，则保留其中L条度量值最大的路径；并令i＝i+1，返回步骤(3.4)；(3.8)从L条路径中输出路径度量值最大的一条路径上对应的判决序列获得译码结果。第二方面，本专利技术提供一种基于极化码的免同步通信方法，包括以下步骤：(1)发送端对信息比特序列进行CRC辅助极化码编码，调制形成发送信号后发送；(2)接收端接收所述发送信号，对接收到的信号进行定时抽样、频偏校正及相位校正处理，得到P个码字接收序列，每个码字接收序列对应一组不同的同步参数，所述同步参数包括抽样起始位置、载波频偏及载波相位，P为大于0的整数；(3)接收端采用多码字接收序列SCL译码器对所述P个码字接收序列进行译码。其中，CRC辅助极化码原理见文献I.TalandA.Vardy,“Listdecodingofpolarcodes,”IEEETrans.Inf.Theory,vol.61,no.5,pp.2213-2226,May2015。可选地，步骤(2)包括以下步骤：为抽样起始位置设定M1种取值，为载波频偏设定M2种取值，为载波相位设定M3种取值，共有P＝M1M2M3种取值组合，对每一种取值组合，按照其中的抽样起始位置定时抽样接收信号，并按照其中的载波频偏进行频偏校正，并按照其中的载波相位进行相位校正，得到一个校正信号序列，再通过解调得到一个码字接收序列，记为其中l＝1,2,...,P。可选地，步骤(3)包括以下步骤：(3.1)设定SCL译码算法的最大路径数量为L，其中，L≥P，输入所述步骤(2)中得到的P个接收序列进入步骤(3.2)，N是指CRC辅助极化码码长；(3.2)判断i是否等于1；若是，进入步骤(3.3)，若否，则进入步骤(3.4)；其中，i是指当前译码比特的索引序号，其初始值为1，取值从1到N的正整数；(3.3)在译码器列表中初始化P条路径，第l(l＝1,2,...,P)条路径记为第一个元素Sl指示列表中第l条路径对应的接收序列为Sl的初始取值为l；表示列表中第l条路径对应的比特u1的判决值，因为极化码的u1是固定比特，的取值均为已知的固定比特u1的取值；令i＝i+1，返回步骤(3.2)；(3.4)判断i是否小于等于N；若是，进入步骤(3.5)，若否，则进入步骤(3.8)；(3.5)判断ui是否为固定比特，若是，进入步骤(3.6)；若否，则进入步骤(3.7)；其中，ui是指本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于极化码的免同步通信方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)发送端对信息比特序列进行极化码编码，调制形成发送信号后发送；(2)接收端接收所述发送信号，对接收到的信号进行定时抽样、频偏校正及相位校正处理，得到P个码字接收序列，每个码字接收序列对应一组不同的同步参数，所述同步参数包括抽样起始位置、载波频偏及载波相位，P为大于0的整数；(3)接收端采用多码字接收序列SCL译码器对所述P个码字接收序列进行译码。

【技术特征摘要】
1.一种基于极化码的免同步通信方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)发送端对信息比特序列进行极化码编码，调制形成发送信号后发送；(2)接收端接收所述发送信号，对接收到的信号进行定时抽样、频偏校正及相位校正处理，得到P个码字接收序列，每个码字接收序列对应一组不同的同步参数，所述同步参数包括抽样起始位置、载波频偏及载波相位，P为大于0的整数；(3)接收端采用多码字接收序列SCL译码器对所述P个码字接收序列进行译码。2.根据权利要求1所述的基于极化码的免同步通信方法，其特征在于，所述步骤(2)包括以下步骤：为抽样起始位置设定M1种取值，为载波频偏设定M2种取值，为载波相位设定M3种取值，共有P＝M1M2M3种取值组合，对每一种取值组合，按照其中的抽样起始位置对接收信号进行定时抽样，并按照其中的载波频偏进行频偏校正，并按照其中的载波相位进行相位校正，得到一个校正信号序列，再通过解调得到一个码字接收序列，记为其中l＝1,2,...,P，N是指极化码码长。3.根据权利要求1所述的基于极化码的免同步通信方法，其特征在于，所述步骤(3)包括以下步骤：(3.1)设定SCL译码算法的最大路径数量为L，其中，L≥P，输入所述步骤(2)中得到的P个接收序列进入步骤(3.2)；(3.2)判断i是否等于1；若是，进入步骤(3.3)，若否，则进入步骤(3.4)；其中，i是指当前译码比特的索引序号，其初始值为1，取值从1到N的正整数；(3.3)在译码器列表中初始化P条路径，第l(l＝1,2,...,P)条路径记为第一个元素Sl指示列表中第l条路径对应的接收序列为Sl的初始取值为l；表示列表中第l条路径对应的比特u1的判决值，因为极化码的u1是固定比特，的取值均为已知的固定比特u1的取值；令i＝i+1，返回步骤(3.2)；(3.4)判断i是否小于等于N；若是，进入步骤(3.5)，若否，则进入步骤(3.8)；(3.5)判断ui是否为固定比特，若是，进入步骤(3.6)；若否，则进入步骤(3.7)；其中，ui是指极化码编码器输入序列的第i个比特；(3.6)记译码器列表中当前路径数量为L′，第l(l＝1,2,...,L′)条路径记为表示列表中第l条路径对应的序列的判决值；将每条路径扩展为序列中的元素表示列表中第l条路径在ui处的判决值，并且的取值为已知的固定比特ui的取值，并令i＝i+1，返回步骤(3.4)；(3.7)将每条路径中的序列在ui处取值0或1获得一共2L′条备选路径和其中，(l＝1,2,...,L′)，路径和均对应接收序列且路径和的路径度量值分别为和其中，和分别表示长度为N的极化码第i个比特信道输出为输入分别为0、1的转移概率；判断2L′≤L是否满足，若是，保留2L′条路径；若否，则保留其中L条度量值最大的路径；并令i＝i+1，返回步骤(3.4)；(3.8)从L条路径中输出路径度量值最大的一条路径上对应的判决序列获得译码结果。4.一种基于极化码的免同步通信方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)发送端对信息比特序列进行CRC辅助极化码编码，调制形成发送信号后发送；(2)接收端接收所述发送信号，对接收到的信号进行定时抽样、频偏校正及相位校正处理，得到P个码字接收序列，每个码字接收序列对应一组不同的同步参数，所述同步参数包括抽样起始位置、载波频偏及载波相位，P为大于0的整数；(3)接收端采用多码字接收序列SCL译码器对所述P个码字接收序列进行译码。5.根据权利要求4所述的基于极化码的免同步通信方法，其特征在于，所述步骤(3)包括以下步骤：(3.1)设定SCL译码算法的最大路径数量为L，其中，L≥P，输入所述步骤(2)中得到的P个接收序列进入步骤(3.2)，N是指CRC辅助极化码码长；(3.2)判断i是否等于1；若是，进入步骤(3.3)，若否，则进入步骤(3.4)；其中，i是指当前译码比特的索引序号，其初始值为1，取值从1到N的正整数；(3.3)在译码器列表中初始化P条路径，第l(l＝1,2,...,P)条路径记为第一个元素Sl指示列表中第l条路径对应的接收序列为Sl的初始取值为l；表示列表中第l条路径对应的比特u1的判决值，因为极化码的u1是固定比特，的取值均为已知的固定比特u1的取值；令i＝i+1，返回步骤(3.2)；(3.4)判断i是否小于等于N；若是，进入步骤(3.5)，若否，则进入步骤(3.8)；(3.5)判断ui是否为固定比特，若是，进入步骤(3.6)；若否，则进入步骤(3.7)；其中，ui是指极化码编码器输入序列的第i个比特；(3.6)记译码器列表中当前路径数量为L′，第l(l＝1,2,...,L′)条路径记为表示列表中第l条路径对应的序列的判决值；将每条路径扩展为序列中的元素表示列表中第l条路径在ui处的判决值，并且的取值为已知的固定比特ui的取值，并令i＝i+1，返回步骤(3.4)；(3.7)将每条路径中的序列在ui处取值0或1获得一共2L′条备选路径和其中，(l＝1,2,...,L′)，路径和均对应接收序列且路径和的路径度量值分别为和其中，和分别表示长度为N的极化码第i个比特信道输出为输入分别为0、1的转移概率；判断2L′≤L是否满足，若是，保留2L′条路径；若否，则保留其中L条度量值最大的路径；并令i＝i+1，返回步骤(3.4)；(3.8)译码得到L条路径之后，若L条路径中存在满足CRC校验的路径，则译码器输出满足CRC校验且路径度量值最大的一条路径上对应的判决序列获得译码结果；若L条路径中不存在满足CRC校验的路径，则译码器输出路径度量值最大的一条路径上对应的判决序列获得译码结果。6.一种基于极化码的免同步通信方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：屈代明，王涛，江涛，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42