基于打孔的码率兼容极化码编码方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于打孔的码率兼容极化码编码方法及系统，本发明专利技术首先将打孔码字范围限制在与信息比特无关的码字集中，提出一种改进的随机打孔算法。基于该打孔算法，构造一种并行级联打孔极化码（PCPP），并提出一种基于打孔的码率兼容传输方案，根据一个数据包的最终传输速率对信道进行估计并确定后续数据包的初传码率。本发明专利技术方案降低了打孔极化码的BER和FER，并改善了随机打孔算法带来的错误平底，同时本方案的PCPP码码率兼容传输方案,实现了在时变信道下多个极化码数据包的码率兼容传输,其中每个数据包的平均重传次数仅为1.8次。

Bit rate compatible polarization code coding method and system based on drilling

The present invention discloses a bit rate compatible polarization code coding method and system based on drilling, which first limits the range of drill code to the codeword independent of the information bits, and proposes an improved random punch algorithm. Based on the drilling algorithm, a parallel concatenated punctured polarization code (PCPP) is constructed, and a bit rate compatible transmission scheme based on drilling is proposed. The channel is estimated according to the final transmission rate of a data packet and the initial transmission rate of the subsequent data packets is determined. The scheme of the invention reduces the punch polarization code of BER and FER, and improved the algorithm bring random errors while drilling flat, the scheme of PCPP code rate compatible transmission scheme is realized in variable rate multiple polarization code packet channel under the compatible transmission, of which the average number of retransmissions per packet only 1.8 times.

【技术实现步骤摘要】
基于打孔的码率兼容极化码编码方法及系统
本专利技术涉及信道编码传输
，尤其涉及一种基于打孔的码率兼容极化码编码方法及系统。
技术介绍
极化码是由Arikan提出的一种新兴的信道编码技术，具有以下优点：理论上证明在二元对称信道下取得香农极限；编码和译码结构简单，在接续消除译码(SuccessiveCancellation,SC)算法下复杂度仅为Ο(NlogN)，其中N为码块长度；极化码没有误码平台。其强大的理论基础使其被选为5G的关键技术。传统的信道编码是通过信道状态信息(ChannelStateInformation，CSI)估计信道参数，并设置适合信道容量的一种固定速率编码(Fixed-RateCoding)方式。然而在许多通信场景中，如连续广域覆盖场景，当发送端可能无法获得或者难以获得准确CSI，固定速率编码方式将不再适用。特别的，极化码需要根据极化后的信道参数进行编码，在信道未知时无法实现编码过程，因此需要探索极化码在未知信道下的编码。码率兼容编码方式适合在未知CSI下的使用。但是，现有技术并没有实现任意速率的极化码传输。目前，有一种容量可达的速率兼容极化码(RateCompatiblePloarCodes,PCPcodes)，通过使用一系列并行编译码器构造不同速率的极化码。当重传次数较多时，所需的编译码器个数也就越多，系统结构较为复杂。另外，当发送端需要连续传输多个极化码数据包时，若所有数据包均以相同的初始传输码率进行传输，在信道状态不发生突变的条件下，若第一个数据包所需的重传次数较多，后续数据包也同样需要较多的重传次数，系统结构将会更加复杂。此外，通过打孔可构造任意长度和码率的极化码，但由于打孔造成了一部分码字的损失，相同码率下，打孔码字性能不如未打孔码字。为了减少码字性能的损失，可以采用相应的打孔算法，寻找使打孔码字性能最佳的打孔位置。但现有的打孔算法均在整个码字中选择打孔位置，过程中一部分信息位码字将会被删除，使得码字性能损失较大。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种可以降低由于打孔带来的极化码码字性能损失的基于打孔的码率兼容极化码编码方法及系统。为了达到上述目的，本专利技术提出一种基于打孔的码率兼容极化码编码方法，包括以下步骤：调用预先设计的打孔算法，所述预先设计的打孔算法将打孔范围限制在与信息比特无关的集合中；基于预先设计的打孔算法构造任意码长和任意码率的并行级联打孔极化码(PCPP)。其中，所述基于打孔的码率兼容极化码编码方法还包括：通过获得的极化码在预设信道上进行码率兼容PCPP编码传输。其中，所述通过获得的极化码在预设信道上进行码率兼容PCPP编码传输的步骤包括：3.1、在前一次的数据包传输结束后，获取该数据包传输成功时对应的码率，由此估计当前信道容量所在的速率区间，得到对信道的估计值；3.2、根据估计值确定下一个数据包的最佳初传码率，若以该码率传输的极化码译码失败，则发送端以更低的码率作为下次重传的码率,构造2级PCPP码完成数据包的传输，相比利用相同初传码率传输的方式，减少了重传次数，简化了系统结构。每个数据包传输完成后都可得到信道容量的估计值，并按照上述方式为后续数据包选择初传码率，可实现在时变信道下连续的码率兼容极化码编码传输。其中，所述初传码率为接近当前信道容量的最佳初始码率。所述接近当前信道容量的最佳初始码率的确定方法如下：当所估计信道容量范围不超过信道的实际变化范围时，将获得的信道容量范围上限值作为初传码率；当所估计的信道容量超过信道的实际变化范围时，以信道容量范围上限值作为母码速率，通过打孔提高码率至信道变化极限值，由于打孔不会增加编译码器个数，因此不会增加系统复杂度。其中，所述基于预先设计的打孔算法构造任意码长和任意码率的极化码的步骤之前还包括：生成所述打孔算法，假设母码长度和速率分别为NM,RM。打孔后码字长度为L，N表示极化码的码长，令打孔模板为p，且|p|＝NM，所述生成所述打孔算法具体包括：初始化：将p初始化为全1向量；随机选取：在p中，在集合P(Αc)中随机选取N-L个位置，并将该位置的值重新赋值为0，p中0所对应的位置即为打孔码字位置。其中，所述基于打孔的码率兼容极化码编码方法还包括：对所述打孔算法性能进行仿真分析，以及时变信道下多个数据包在提出的PCPP传输方案下所需平均重传次数的仿真分析。本专利技术还提出一种基于打孔的码率兼容极化码编码系统，包括：基于打孔的码率兼容极化码编码程序，所述基于打孔的码率兼容极化码编码程序配置为由处理器调用时，执行如上所述的方法的步骤。本专利技术设计了一种并行级联打孔极化码(ParallelConcatenatedPuncturedPolarCodes，PCPPcodes)的编码方案，首先提出一种改进的随机打孔算法，将打孔范围限制在与信息比特无关的集合中，获得比随机打孔更好的误码性能。随后，基于提出的打孔算法，PCPP能够获得任意码长和任意码率的极化码；然后，完善了时变信道下，PCPP的传输方案：在一次传输结束后，根据前一个数据包的最终编码速率，对信道进行预估计，以确定下一个数据包的初传码率，实现了一种时变信道下连续的码率兼容极化码编码传输。其中后续数据包的只需构造2级PCPP码，最少只需进行2次重传，减少每个数据包的重传次数，降低由于打孔带来的极化码码字性能损失，达到降低编译码系统结构复杂度的目的；相比现有技术，本专利技术方案降低了打孔极化码的BER和FER，并改善了随机打孔算法带来的错误平底，同时本方案的PCPP码码率兼容传输方案,实现了在时变信道下多个极化码数据包的码率兼容传输,其中每个数据包的平均重传次数仅为1.8次。附图说明图1是本专利技术基于打孔的码率兼容极化码编码方法实施例流程示意图；图2a是3级PCPP码编码结构图；图2b是3级PCPP码译码结构图；图3是N＝8的极化码打孔过程中生成矩阵行列删除关系图；图4是母码速率RM与首次打孔速率关系图；图5是ΔR＝0.1时各速率关系图；图6是不同打孔算法下打孔速率的误比特率(BER)性能示意图；图7是不同打孔算法下打孔速率的误帧率(FER)性能示意图；图8a、图8b、图8c分别是不同初始信道容量，多个数据包在PCP传输方案与改进传输方案下所需的平均重传次数示意图。为了使本专利技术的技术方案更加清楚、明了，下面将结合附图作进一步详述。具体实施方式应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。为了降低由于打孔带来的极化码码字性能损失，本专利技术从极化码字结构着手，设计一种并行级联打孔极化码(ParallelConcatenatedPuncturedPolarCodes，PCPPcodes)的编码方案。首先提出一种改进的随机打孔算法，将打孔范围限制在与信息比特无关的集合中，获得比随机打孔更好的误码性能。随后，基于提出的打孔算法，PCPP能够获得任意码长和任意码率的极化码；然后，完善慢衰落场景下，PCPP的传输方案：在一次传输结束后，根据前一个数据包的最终编码速率，对信道进行预估计，以确定下一个数据包的初传码率，实现了一种时变信道下连续的码率兼容极化码编码传输。其中后续数据包只需构造2级PCPP码，最少只需进行2次重传，降低了系统的复杂度。具体地，参照本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于打孔的码率兼容极化码编码方法，其特征在于，包括以下步骤：调用预先设计的打孔算法，所述预先设计的打孔算法将打孔范围限制在与信息比特无关的集合中；基于预先设计的打孔算法构造任意码长和任意码率的并行级联打孔极化码(PCPP)。

【技术特征摘要】
1.一种基于打孔的码率兼容极化码编码方法，其特征在于，包括以下步骤：调用预先设计的打孔算法，所述预先设计的打孔算法将打孔范围限制在与信息比特无关的集合中；基于预先设计的打孔算法构造任意码长和任意码率的并行级联打孔极化码(PCPP)。2.根据权利要求1所述的基于打孔极化码设计的码率兼容编码方法，其特征在于，所述基于打孔的无速率极化码编码方法还包括：通过获得的极化码在预设信道上进行码率兼容PCPP编码传输。3.根据权利要求2所述的基于打孔的码率兼容编码方法，其特征在于，所述通过获得的极化码在预设信道上进行码率兼容PCPP编码传输的步骤包括：3.1、在前一次的数据包传输结束后，获取该数据包传输成功时对应的码率，由此估计当前信道容量所在的速率区间，得到对信道的估计值；3.2、根据估计值确定下一个数据包的最佳初传码率，若以该码率传输的极化码译码失败，则发送端以更低的码率作为下次重传的码率,构造2级PCPP码完成数据包的传输。4.根据权利要求3所述的基于打孔的码率兼容编码方法，其特征在于，所述最佳初传码率为接近当前信道容量的最佳初始码率，所述接近当前信道容量的最佳初始码率的确定方法如下：当所估计信道容量范围不超过信...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦健，王莎，冯博文，周刘，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