一种基于极化码的通信方法技术

本发明专利技术公开一种基于极化码的通信方法，包括以下步骤：先根据信息比特个数K、CRC比特个数J和编码长度N构造一个初始极化码，所述初始极化码包括N个编码比特，所述N个编码比特中信息比特位置和CRC比特位置确定，K+J≤N；根据各个编码比特的贡献度确定各个编码比特的重要性；根据各个编码比特的重要性程度，打孔所述初始极化码中重要性相对较低的部分编码比特，得到新的打孔极化码，所述新的打孔极化码所包括的编码比特的长度介于K+J和N之间，发送所述新的打孔极化码；或根据各个编码比特的重要性程度，按照重要性从高到低的顺序发送各个编码比特。本发明专利技术得到的编码比特重要性结合混合重传可减少收发双方通信时间，提高重传效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于极化码的通信方法
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通信方法。
技术介绍
极化编码作为一种新型的接近香农限的编码方案，性能优异，而且编译码算法的复杂度较低，有利于工程实现。经典的极化码其码长是2的整数次幂。对于任意指定的码长，就需要在2的整数次幂码长的极化码基础上打孔部分编码比特，获得相应码长的极化码。当前的打孔技术，通常是先确定打孔图案，打孔之后，再确定信息比特和CRC比特的位置，并形成打孔极化码。常用的打孔方案都是按照某种既定的打孔图案选择编码比特进行打孔，不能达到最优的打孔效果。再者，在很多应用场景中，需要打孔的编码比特个数是可变的，但是不管打孔的编码比特个数如何变化，都需要保证信息比特和CRC比特的位置是固定的，才能保证在不同编码长度下正确译码。如果按照既定的打孔图案选择编码比特进行打孔，那么，在不同编码比特个数情况下，最优的信息比特和CRC比特位置不是相同的，固定这些位置必然带来纠错性能上的损失。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。见论文TaoWang,DaimingQu,andTaoJiang,“Parity-Check-ConcatenatedPolarCodes,”IEEECommunicationsLetters,vol.20,no.12,pp.2342-2345,Dec.2016。在打孔的时候，需要结合校验级联极化码以确定最佳的打孔位置。综上，现有极化编码中极化码码长为2的整数次幂与实际系统中编码长度不为2的整数次幂之间的矛盾问题，另外现有极化码中有些编码比特的重要性不高，可能接收端不需要接收全部的编码比特即能完成译码，但是这时发送端依然将全部编码比特发送，通信效率较低。
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解决现有极化编码中极化码码长为2的整数次幂与实际系统中编码长度不为2的整数次幂之间的矛盾问题；另外，极化码的不同编码比特对系统纠错性能影响不同，也即这些编码比特具有不同的重要性程度，现有混合重传技术不考虑编码比特重要性进行发送，当接收端接收到重要性程度低的编码比特，并不能显著提升系统性能，本专利技术可解决这种通信效率低的问题。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通信方法，包括以下步骤：(1)先根据信息比特个数K、CRC比特个数J和编码长度N构造一个初始极化码，所述初始极化码包括N个编码比特，构造所述初始极化码的过程中确定了信息比特位置和CRC比特位置，K+J≤N；(2)根据各个编码比特的贡献度确定各个编码比特的重要性；(3)根据各个编码比特的重要性程度，打孔所述初始极化码中重要性相对较低的部分编码比特，得到新的打孔极化码，所述新的打孔极化码所包括的编码比特的长度介于K+J和N之间，发送所述新的打孔极化码；或根据各个编码比特的重要性程度，按照重要性从高到低的顺序发送各个编码比特。可选地，所述步骤(2)包括以下步骤：(2-1)找出所述N个编码比特中贡献度最小的编码比特；(2-2)若将N个编码比特中贡献度最小的编码比特打孔，则可得到包括N-1个编码比特的新极化码，找出该新极化码中贡献度最小的编码比特；(2-3)参照步骤(2-1)、(2-2)依次找出包括N-j个编码比特的新极化码中贡献度最小的编码比特，1<j<N-(K+J)且j为整数；上述步骤(2-1)、(2-2)及(2-3)中先后找出N-(K+J)个不同长度的编码比特集合中贡献度最小的编码比特，先找出的编码比特重要性低于后找出的编码比特的重要性，最后剩余的K+J个编码比特重要性彼此相同，且均为最高。可选地，若步骤(3)为根据各个编码比特的重要性程度，打孔所述初始极化码中重要性相对较低的部分编码比特，得到新的打孔极化码；则步骤(3)包括如下步骤：(3-1)找出N个编码比特中贡献度最小的编码比特并打孔，形成第一打孔极化码，其编码长度比初始极化码短了一个比特，为N-1；对该第一打孔极化码，比较所有编码比特的贡献度，找出贡献度最小的编码比特并打孔，形成第二打孔极化码，其编码长度比之前的第一打孔极化码短了一个比特，为N-2；依次类推直到编码长度等于指定长度N′，K+J≤N′≤N；(3-2)经过步骤(3-1)打孔得到的编码长度等于指定长度N′的极化码即为所述新的打孔极化码，其中，初始极化码中被打孔掉的重要性相对较低的部分编码比特的长度为N-N′。可选地，若步骤(3)为根据各个编码比特的重要性程度，按照重要性从高到低的顺序依次发送各个编码比特，则步骤(3)包括如下步骤：发送方将编码比特按照重要性从高到低的顺序依次发送，先发送的编码比特重要性更高，以使接收方按照重要性从高到低的顺序依次接收各个编码比特，接收到K+J个编码比特之后，接收方开始尝试译码，CRC校验成功的情况下退出接收；不成功的情况下，再接收一个或者多个编码比特并尝试译码，以此类推，直到CRC校验成功或者接收完发送方发送的全部编码比特。可选地，若步骤(3)为根据各个编码比特的重要性程度，按照重要性从高到低的顺序依次发送各个编码比特，则步骤(3)包括如下步骤：对于码长为N的极化码，发送方第一次传输的时候，传N个编码比特中N1个重要性相对较高的编码比特，以供接收方利用这N1比特进行解码，如果接收方接收错误，接收方向发送方发送要求混合重传请求，N1≥K+J；发送方接收到接收方的混合重传请求，发送方再传剩下的N-N1个编码比特中的N2个重要性相对较高的编码比特，接收方利用两次接收到的共N1+N2个编码比特进行解码；以此类推，直到接收方正确接收或者N个编码比特都传输完毕，N1+N2≤N。可选地，通过以下方法确定T个编码比特中贡献度最小的编码比特，K+J<T≤N：依次选择T个编码比特中各个编码比特进行打孔，可得到T种打孔极化码，每一种包含T-1个编码比特，依次评估打孔前包含T个编码比特的极化码与打孔后包含T-1个编码比特的极化码的性能差，各个编码比特被打孔后对应的性能差与其贡献度成正比，性能差值最小的编码比特即为T个编码比特中贡献度最小的编码比特，所述极化码打孔前后的性能差根据极化码打孔前后的性能确定，所述T个编码比特可以为初始极化码或者对初始极化码进行一次或多次打孔后得到的打孔极化码。可选地，当前极化码或者打孔极化码的性能通过以下步骤确定：(i)将全0码字的调制信号送入到当前极化码或打孔极化码的SCL译码器中进行译码，SCL译码器的列表大小设定为L，SCL译码器输入的信道噪声方差按照极化码工作信道的噪声方差进行设定，噪声方差记为σ2；(ii)对第i(i＝1,2,...,N)个比特信道，计算Li-1个非全0路径的度量值，记为Mi,l(l＝1,2,...,Li-1)，Li为在第i个比特信道处SCL译码器中路径总数，Li≤L；记SCL译码器中第l条非全0路径判决序列为表征的码字集合记为为当前极化码或者打孔极化码的长度，表示长度为的极化码码字，为当前极化码或者打孔极化码的生成矩阵，记码字集合中所有码字与全0码字汉明距离的最小值为di,l，统计Li-1个非全0路径对应的距离值di,l(l＝1,2,...,Li-1)；(iii)计算得到性能其中是关于参数的单调递减函数，关本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于极化码的通信方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)先根据信息比特个数K、CRC比特个数J和编码长度N构造一个初始极化码，所述初始极化码包括N个编码比特，构造所述初始极化码的过程中确定了信息比特位置和CRC比特位置，K+J≤N；(2)根据各个编码比特的贡献度确定各个编码比特的重要性；(3)根据各个编码比特的重要性程度，打孔所述初始极化码中重要性相对较低的部分编码比特，得到新的打孔极化码，所述新的打孔极化码所包括的编码比特的长度介于K+J和N之间，发送所述新的打孔极化码；或根据各个编码比特的重要性程度，按照重要性从高到低的顺序发送各个编码比特。

【技术特征摘要】
1.一种基于极化码的通信方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)先根据信息比特个数K、CRC比特个数J和编码长度N构造一个初始极化码，所述初始极化码包括N个编码比特，构造所述初始极化码的过程中确定了信息比特位置和CRC比特位置，K+J≤N；(2)根据各个编码比特的贡献度确定各个编码比特的重要性；(3)根据各个编码比特的重要性程度，打孔所述初始极化码中重要性相对较低的部分编码比特，得到新的打孔极化码，所述新的打孔极化码所包括的编码比特的长度介于K+J和N之间，发送所述新的打孔极化码；或根据各个编码比特的重要性程度，按照重要性从高到低的顺序发送各个编码比特。2.根据权利要求1所述的基于极化码的通信方法，其特征在于，所述步骤(2)包括以下步骤：(2-1)找出所述N个编码比特中贡献度最小的编码比特；(2-2)若将N个编码比特中贡献度最小的编码比特打孔，则可得到包括N-1个编码比特的新极化码，找出该新极化码中贡献度最小的编码比特；(2-3)参照步骤(2-1)、(2-2)依次找出包括N-j个编码比特的新极化码中贡献度最小的编码比特，1<j<N-(K+J)且j为整数；上述步骤(2-1)、(2-2)及(2-3)中先后找出N-(K+J)个不同长度的编码比特集合中贡献度最小的编码比特，先找出的编码比特重要性低于后找出的编码比特的重要性，最后剩余的K+J个编码比特重要性彼此相同，且均为最高。3.根据权利要求1或2所述的基于极化码的通信方法，其特征在于，若步骤(3)为根据各个编码比特的重要性程度，打孔所述初始极化码中重要性相对较低的部分编码比特，得到新的打孔极化码；则步骤(3)包括如下步骤：(3-1)找出N个编码比特中贡献度最小的编码比特并打孔，形成第一打孔极化码，其编码长度比初始极化码短了一个比特，为N-1；对该第一打孔极化码，比较所有编码比特的贡献度，找出贡献度最小的编码比特并打孔，形成第二打孔极化码，其编码长度比之前的第一打孔极化码短了一个比特，为N-2；依次类推直到编码长度等于指定长度N′，K+J≤N′≤N；(3-2)经过步骤(3-1)打孔得到的编码长度等于指定长度N′的极化码即为所述新的打孔极化码，其中，初始极化码中被打孔掉的重要性相对较低的部分编码比特的长度为N-N′。4.根据权利要求1或2所述的基于极化码的通信方法，其特征在于，若步骤(3)为根据各个编码比特的重要性程度，按照重要性从高到低的顺序发送各个编码比特，则步骤(3)包括如下步骤：发送方将编码比特按照重要性从高到低的顺序依次发送，先发送的编码比特重要性更高，以使接收方按照重要性从高到低的顺序依次接收各个编码比特，接收到K+J个编码比特之后，接收方开始尝试译码，CRC校验成功的情况下退出接收；不成功的情况下，再接收一个或者多个编码比特并尝试译码，以此类推，直到CRC校验成功或者接收完发送方发送的全部编码比特。5.根据权利要求1或2所述的基于极化码的通信方法，其特征在于，若步骤(3)为根据各个编码比特的重要性程度，按照重要性从高到低的顺序发送各个编码比特，则步骤(3)包括如下步骤：对于码长为N的极化码，发送方第一次传输的时候，传N个编码比特中N1个重要性相对较高的编码比特，以供接收方利用这N1比特进行解码，如果接收方接收错误，接收方向发送方发送要求混合重传请求，N1≥K+J；发送方接收到接收方的混合重传请求，发送方再传剩下的N-N1个编码比特中的N2个重要性相对较高的编码比特，接收方利用两次接收到的共N1+N2个编码比特进行解码；以此类推，直到接收方正确接...

【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