基于二核三核混合极化码的凿孔方法、系统、装置及介质制造方法及图纸

本发明专利技术的基于二核三核混合极化码的凿孔方法，包括如下步骤：构造二核和三核混合极化码结构；获取不同凿孔位置在发送端和接收端的凿孔位置的对应关系；获取错误概率上限最小的凿孔方案；获取发送序列和重排后的接收序列的信道对应关系；通过不同凿孔位置在发送端和接收端的凿孔位置的对应关系和错误概率上限最小的凿孔方案获取唯一凿孔方案并根据唯一凿孔方案进行凿孔；获取信息比特集合A和固定比特集合A

【技术实现步骤摘要】
基于二核三核混合极化码的凿孔方法、系统、装置及介质
本专利技术涉及一种基于二核三核混合极化码的凿孔编码方法，用于解决实际应用中任意码长和码率的实现问题，属于数字通信的信道编解码

技术介绍
极化码是Arikan提出的已知的唯一可以通过极小的编码和译码的复杂度实现容量可达的构造方式，并提出SC(successivecancellation,连续消去)译码算法。通过信道的合并和信道的分裂实现的信道的极化现象。经过极化以后的信道的容量重新分配，一部分的信道无限接近纯净信道，剩下的信道无限接近纯噪声信道。2016年11月18日，国际移动通信标准化组织3GPP最终确定了5GeMBB(增强移动宽带)场景的信道编码技术方案，极化码被选为控制信道的编码方案。在实际的数字通信系统中，对码长的要求非常灵活，而Arikan提出的极化码构造方法，码长必须满足2的幂次。为了自适应码长地调节码长和码率，牛凯等人，2013年提出一种QUP(quasi-uniformpuncturing)方法应用于极化码的码率匹配中，性能超越Turbo码。凿孔算法的研究大部分都是基于内核为2的极化码，但是，当码长较长，子码长度与母码长度相差较大时，需要凿孔的位数过多，复杂度过大，性能下降明显。S.B.Korada等人通过构造内核大于的2的极化码，证明内核大于2的构造可以实现极化现象，甚至效果会更优于原始的构造。F.Gabry等人，提出通过构造不同的内核级联，实现更灵活的码长，译码基于SCL(successivecancellationlist,列表SC)译码算法，明显优于原始极化码凿孔得到的性能。但是若要实现任意码长，还需要进行少量的凿孔操作。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种解决上述技术问题的基于二核三核混合极化码的凿孔方法、系统、装置及介质。为解决上述技术问题，本专利技术的基于二核三核混合极化码的凿孔方法，包括如下步骤：步骤1，构造二核和三核混合极化码结构；步骤2，获取不同凿孔位置在发送端和接收端的凿孔位置的对应关系；步骤3，获取错误概率上限最小的凿孔方案；步骤4，获取发送序列和重排后的接收序列的信道对应关系；步骤5，通过不同凿孔位置在发送端和接收端的凿孔位置的对应关系和错误概率上限最小的凿孔方案获取唯一凿孔方案并根据唯一凿孔方案进行凿孔；步骤6，获取信息比特集合A和固定比特集合Ac；步骤7，进行二核三核混合矩阵的编码操作。优选地，步骤2包括：步骤2.1，通过凿孔比特经过信道极化后，信道容量转移和SC译码对凿孔比特对数似然比进行传递；步骤2.2，获取不同凿孔位置在发送端和接收端的凿孔位置的对应关系；其中信道容量满足：W(y|x)为信道转移概率函数，x∈X，y∈Y，信道W输入符号X∈{0,1}，输出符号为Y∈{0,1}；三维内核中，信道容量的计算可以通过如下公式：I(W33)＝I(W1)+I(W2)-I(W1)I(W2)其中，I(Wi)表示未经过信道极化的第i个信道容量，在发送端初始化与码率相适应的容量，I(W3i)表示3个信道经过信道极化的第i个信道的信道容量。优选地，步骤2.1中，SC译码对凿孔比特对数似然比llr的传递公式为：三维内核的生成矩阵由生成矩阵，其中ui∈{0,1}表示码长为N极化码中第i个信道传输比特，0≤i≤N；uiN＝(ui,···,uN)表示发送比特序列，yiN＝(yi,···,yN)表示接收比特序列，则三维内核中根据编码阶段的硬判决的更新结果为：对上述公式进行翻转处理，得到译码阶段的消息的更新公式：，其中为异或运算，sign(x)为符号函数，min(|a|,|b|)表示取a的绝对值和b的绝对值中较小的值，其中llry代表y处输出的对数似然比，p(y|x)为输入为x得到y的转移概率函数。优选地，步骤3中，错误概率满足：为第i个极化信道的事件，为第i个信道的概率密度函数，N为母码码长，N满足：N＝2(n-2)*3,n≥2,表示对x向上取整，M为子码码长，均值m满足：其中函数近似成：优选地，步骤4中，通过经典排序操作得到发送序列和重排后的接收序列的信道对应关系。优选地，步骤4中，通过汉明距离谱算法得到信息比特集合A和固定比特集合Ac。一种基于二核三核混合极化码的凿孔方法系统，包括：母码构造模块，构造二核和三核混合极化码结构；凿孔位置模块，获取不同凿孔位置在发送端和接收端的凿孔位置的对应关系；概率模块，获取错误概率上限最小的凿孔方案；信道对应模块，获取发送序列和重排后的接收序列的信道对应关系；凿孔方案模块，通过不同凿孔位置在发送端和接收端的凿孔位置的对应关系和错误概率上限最小的凿孔方案获取唯一凿孔方案并根据唯一凿孔方案进行凿孔；信息模块，获取信息比特集合A和固定比特集合Ac；编码操作模块，进行二核三核混合矩阵的编码操作。一种凿孔装置，包括：存储有基于二核三核混合极化码的凿孔程序的存储器及用于运行基于二核三核混合极化码的凿孔程序的处理器，基于二核三核混合极化码的凿孔程序配置为实现基于二核三核混合极化码的凿孔方法的步骤。一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有基于二核三核混合极化码的凿孔程序，基于二核三核混合极化码的凿孔程序被处理器执行时实现基于二核三核混合极化码的凿孔方法的步骤。本专利技术基于二核三核混合极化码的凿孔方法性能相近甚至有所增益。利用二核三核混合极化码进行凿孔和生成矩阵的最大的最小汉明距离贪婪算法进行构造子码，在一定条件下可以有效的减少凿孔比特的个数，并且可以获得最大码字间汉明距离，显著的提高了码字的性能。附图说明图1是码长为6的Tanner图；图2是参数为(191,96)的极化码，本专利技术方法与原始凿孔算法的译码性能比较图；图3是子码长度在(128,192)区间，本专利技术与原始凿孔算法凿孔比特个数比较图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术基于二核三核混合极化码的凿孔方法作进一步详细说明。本专利技术通过高斯近似计算三维内核构造的极化码的每个位置的可靠性，再通过三维内核的SC的计算公式和信道容量，找到每个位置凿孔后，接收端和发送端的对应关系，确定凿孔策略，在二核三核混合极化码构造基础上，进行少量位置凿孔，通过生成矩阵的最大的最小汉明距离贪婪算法选取位置信息，并使用SCL进行译码，具体步骤如下：(1)每个信道的可靠性计算：(1a)给定母码码长为N＝2(n-2)*3,极化码，表示对x向上取整，其中子码码长M＞4；我们用e个虚拟信道将信道数补齐到N个信道，构成长度为N的二核三核混合极化码。选取K≤N个信息位比特，其余为N-K个固定位比特，序列代表发送码字，代表接收码字；(1b)对噪声方差σ2的BAWGN信道，假设接受的信道y＝(2x-1)+z其中x∈{0，1}，(1c)根据已知的高斯近似的计算，概率密度函数服从高斯分布，假设可以用表达。凿掉的信道没有用于实际的传输，可以将这些信道的llr看做服从的分布；(1d)(1e)在得到均值在待传序列全零时，llr小于0的SC译码会将其判决成1，所以求(0，-∞)的概率就是SC译码的错误概率：(2)在接收端凿孔模式下，通过SC译码公式，确定对应关系。(2a)三维内核的计算公式:其中L(x)表示x处的llr值。(2b)在凿孔一位比特的情况下，若使用接收端凿孔模式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于二核三核混合极化码的凿孔方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，构造二核和三核混合极化码结构；步骤2，获取不同凿孔位置在发送端和接收端的凿孔位置的对应关系；步骤3，获取错误概率上限最小的凿孔方案；步骤4，获取发送序列和重排后的接收序列的信道对应关系；步骤5，通过不同凿孔位置在发送端和接收端的凿孔位置的对应关系和错误概率上限最小的凿孔方案获取唯一凿孔方案并根据唯一凿孔方案进行凿孔；步骤6，获取信息比特集合A和固定比特集合A

【技术特征摘要】
1.一种基于二核三核混合极化码的凿孔方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，构造二核和三核混合极化码结构；步骤2，获取不同凿孔位置在发送端和接收端的凿孔位置的对应关系；步骤3，获取错误概率上限最小的凿孔方案；步骤4，获取发送序列和重排后的接收序列的信道对应关系；步骤5，通过不同凿孔位置在发送端和接收端的凿孔位置的对应关系和错误概率上限最小的凿孔方案获取唯一凿孔方案并根据唯一凿孔方案进行凿孔；步骤6，获取信息比特集合A和固定比特集合Ac；步骤7，进行二核三核混合矩阵的编码操作。2.根据权利要求1所述的基于二核三核混合极化码的凿孔方法，其特征在于，步骤2包括：步骤2.1，通过凿孔比特经过信道极化后，信道容量转移和SC译码对凿孔比特对数似然比进行传递；步骤2.2，获取不同凿孔位置在发送端和接收端的凿孔位置的对应关系；其中信道容量满足：W(y|x)为信道转移概率函数，x∈X，y∈Y，信道W输入符号X∈{0,1}，输出符号为Y∈{0,1}；三维内核中，信道容量的计算可以通过如下公式：其中，I(Wi)表示未经过信道极化的第i个信道容量，在发送端初始化与码率相适应的容量，表示3个信道经过信道极化的第i个信道的信道容量。3.根据权利要求2所述的基于二核三核混合极化码的凿孔方法，其特征在于，步骤2.1中，SC译码对凿孔比特对数似然比llr的传递公式为：三维内核的生成矩阵由生成矩阵，其中ui∈{0,1}表示码长为N极化码中第i个信道传输比特，0≤i≤N；uiN＝(ui,···,uN)表示发送比特序列，yiN＝(yi,···,yN)表示接收比特序列，则三维内核中根据编码阶段的硬判决的更新结果为：对上述公式进行翻转处理，得到译码阶段的消息的更新公式：，其中为异或运算，sign(x)为符号函数，min(|a|,|b|)表示取a的绝对值和b的绝对值中较小的值，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：张小军，陈晨，曾庆田，崔建明，张德学，郭华，宋戈，烟晓凤，王道岩，陈赓，李恒忠，李娜，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37