一种任意码长的极化编码方法技术

技术编号:8536448 阅读:343 留言:0更新日期:2013-04-04 21:10
一种任意码长的极化编码方法,是在构造极化码时,若码长不为2的幂次,则用一组容量为零的虚拟信道将信道数补齐到2的幂次,然后按照容量等分原则对各个信道进行交织映射,再对所得到的信道进行极化变换,并在变换后的信道中,根据设计的码率选择信道容量较大的信道用于传输信息比特序列,剩余的信道则用于传输一个收发端都已知的固定比特序列。本发明专利技术使得极化编码允许码长为任意正整数,并可以适用于多载波及高阶调制系统,通过增加凿孔操作,使编码器输出的编码比特序列为任意长度;再通过信道交织映射,使极化编码能适应并行信道的不同子信道,获得较好抗噪性能;使本发明专利技术大大提高极化码用于实际数字通信系统时的灵活性,有很好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及,用于解决数字通信系统中因信道对通信过程的干扰,造成传输数据出现差错的问题;确切地说,涉及一种利用极化码作为纠错编码的数字通信系统中,在信号发送端采用信道极化技术实现的任意码长的极化 编码方法。属于数字通信的信道编码

技术介绍
极化码(Polar Codes)是2009年由E. Arikan提出的一种被严格证明能够达到信道容量的构造性的信道编码方法。在进行极化编码之前,先要对N = 2n个独立的二进制输入信道(或对同一个信道的先后使用N次,即一个信道的N个可用时隙),应用附图说明图1所示的信道极化的基本单元对二进制输入离散信道反复进行极化,其中n为自然数。最基本的信道极化(参见图1)是对两个相同的未经极化的信道W :x — y进行单步极化操作,其中,X是信道输入符号的集合(对于二进制输入信道,X取值为{0,1}),y是信道输出符号的集合。如图1所示,再标记该极化信道的两个输入比特分别为U1和U2,通过一个模二加法器得到X1,另一方面,将U2直接赋值给X2,即巧=H1^U2,X2=U2,④为模二加运算。把X1和X2分别送入未经极化信道W,得到的输出为yi和y2。从该信道极化基本单元的输入(U1和U2)和两个信道的输出G1和y2)来看,原本独立的两个未经极化的信道W被合并成一个两输入两输出的向量信道W2:x2 —y2,其中x2=xXx,运算X为笛卡尔积。该向量信道包含两个子信道W2⑴:X — yXx (输入为U1输出为Y1Y2)^ W2(2) :x — y (输入为U2输出为y^Ui),这两个子信道即为两个极化信道。经过该单步极化过程,从信道容量上看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数。也就是说单步极化后,在保持和容量不变的情况下,与原先未经极化的信道相比较,极化后的两个子信道容量发生了偏离一个增加,一个减少。如果对两组已经过一次极化操作的信道,再在两组互相独立的转移概率相同的极化信道之间,分别进行单步极化操作,该偏离会更加明显,称这一组单步极化操作为第二层极化操作,而前一组单步极化操作称为第一层极化操作。每多做一层极化操作,需要的信道数就会比原先多一倍。因此,对N = 2个信道进行完全的极化,共需要n层极化操作,且每一层极化操作包括了 N次单步极化操作。如不加特殊说明,“对N个信道进行极化操作”是指完全极化。理论上已证明,对接近无穷多个信道进行极化操作后,会出现一部分信道的容量为I (即通过其传输的比特一定会被正确接收),其余信道容量为0 (即完全无法在其上可靠地传输比特)的现象,而容量为I的信道占全部信道的比例正好为原二进制输入离散信道的容量。参见图3,介绍一个实用的信道极化装置的递归结构,长度为N(对N个信道进行极化)的信道极化装置可以用长度力*的信道极化装置作递归操作来表示,递归过程中的最小单元(即当N = 2时)就是图1所示的基本单元。图2中的信道极化装置中有一个长度为N的比特反转交织器,其功能是先将输入端的十进制序号i按照二进制表示为Ov1Iv^K),其中,n=l0g2N ;再将该二进制序列反序,得到(I3ciIvlv1);最后重新按照十进制表示成0 (i),作为输入序号i对应的输出序号。比特反转交织器的用处是将输入端序号为i的比特映射到序号0 (i)处。根据编码速率(R)对N个信道进行极化,并选取其中容量最大的K个信道(或者等价地,选取可靠性最高的K个信道,可靠性度量是采用密度进化(DensityEvolution)工具或者计算巴塔恰里亚(Bhattacharyya)参数得到的),以承载用于传输消息的比特,称该部分比特为信息比特,并称该部分信道为信息信道(其中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种任意码长的极化编码方法,其特征在于:若在构造极化码时,码长不为2的幂次,则用一组容量为零的虚拟信道将信道数补齐到2的幂次,然后按照容量等分原则对各个信道进行交织映射,再对所得到的信道进行极化变换,并在变换后的信道中,根据设计的码率选择信道容量较大的信道用于传输信息比特序列,剩余的信道则用于传输一个收发端都已知的固定比特序列;所述方法包括以下步骤:(1)根据需求确定编码参数,以便将一个包含K个比特的信息序列编码为一个长度为M的二进制编码序列,其中,自然数K和M满足K≤M的条件;再设N=2n,运算表示对其参数向上取整;所述用于传输编码序列的信道包含有J个并行子信道,并依次标记为:W1、W2、…、WJ;其中的并行子信道数J与编码序列长度M应满足下述条件:M能够被J整除;(2)执行传统的极化编码操作:将输入的比特序列与收发两端都已知的固定序列所组成的长度为N的比特序列u进行下述变换:x=u·GN,式中,矩阵N×N维的矩阵BN为比特反序置换矩阵,F2=1011的上标表示求n个F2的克罗内克积,下标和分别为信息信道的序号集合与固定信道的序号集合;(3)执行交织操作:使用信道交织函数fπ(·)对比特序列x进行交织排序后,得到比特序列v:其中,自然数下标i的最大值为N;(4)执行凿孔操作:删去比特序列v中的最后(N?M)个比特,使得比特序列v变换成一个长度为M的比特序列z:z=(v1,v2,…,vM);(5)执行串/并变换操作:将比特序列z分割成J个长度都为的比特序列r(p):r(p)=(z(p?1)×M/J+1,z(p?1)×M/J+2,…,zp×M/J),其中,自然数序号p的最大值为J,并分别按照顺序送入对应的并行子信道Wp进行传输。FDA00002727177000011.jpg,FDA00002727177000012.jpg,FDA00002727177000013.jpg,FDA00002727177000014.jpg,FDA00002727177000015.jpg,FDA00002727177000017.jpg,FDA00002727177000018.jpg,FDA00002727177000019.jpg,FDA000027271770000110.jpg,FDA000027271770000111.jpg...

【技术特征摘要】
1.一种任意码长的极化编码方法,其特征在于若在构造极化码时,码长不为2的幂次,则用一组容量为零的虚拟信道将信道数补齐到2的幂次,然后按照容量等分原则对各个信道进行交织映射,再对所得到的信道进行极化变换,并在变换后的信道中,根据设计的码率选择信道容量较大的信道用于传输信息比特序列,剩余的信道则用于传输一个收发端都已知的固定比特序列;所述方法包括以下步骤(O根据需求确定编码参数,以便将一个包含K个比特的信息序列编码为一个长度为 M的二进制编码序列,其中,自然数K和M满足K彡M的条件;再设Ν=2η,η =「Iog2 Μ],运算Fl表示对其参数向上取整;所述用于传输编码序列的信道包含有J个并行子信道,并依次标记为2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于所述步骤(2)中的信息信道序号集与固定信道序号集合 是按照如下操作步骤得到的(21)确定极化变换前的信道每个并行子信道 都已被独立地使用了3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于所述步骤(21)中的信道交织函数(·) 是依据容量等分原则构造的,包括下列操作内容(211)对每个i初始化构造一个N维的容量序列c 、对于i e {1,2,…,Μ}, . = / Wr J };式中,I ( ·...

【专利技术属性】
技术研发人员:牛凯陈凯
申请(专利权)人:北京邮电大学
类型:发明
国别省市:

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