一种基于素数码交织及极码编码的传输系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于素数码交织及极码编码的传输系统及方法，属于信道编码及交织技术领域。包括如下步骤：1)系统参数初始化；2)CRC校验；3)进行Polar编码；4)进行素数码交织；5)将交织后的符号进行调制；6)将调制后符号进入信道模块；7)将经信道模块的符号进行解调；8)利用素数参数将解调后符号进行解交织，输出解交织后符号；9)将解交织后符号进行Polar码译码；10)将Polar码译码后符号进行CRC解校验；11)将CRC解校验后符号与1)中输入的待传输的信息比特进行比较和判决，输出错误统计结果。本申请改善了现有无线通信系统中交织技术延时较高及存储量大的情况，简化设备且提升了系统误码率性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于素数码交织及极码编码的传输系统及方法
本专利技术涉及一种基于素数码交织及极码编码的传输系统及方法，属于无线通信、信道编码及交织

技术介绍
Polar码即极码，由ErdalArikan于2007年首次提出，是目前已知的唯一一种被严格证明达到香农极限的信道编码。极码通过信道极化，将信道划分为无噪声信道和全噪声信道，信息在无噪声信道传输可达到最大信息速率，从而实现香农极限。Polar码的纠错性能超过目前广泛使用的Turbo和LDPC编码，即在相同误码率的前提下，Polar码对于信噪比的要求更低。Polar码优异的传输性能已取得业界的普遍认可和共识。2016年在美国召开的第87次第三代伙伴计划(3GPP，3rdGenerationPartnershipProject)会议上，Polar码已被确定在eMBB场景的控制信道中作5G短码块的信道编码方法。这标志着polar码历史性地走进蜂窝移动通信系统。我国华为公司对Polar码的研发投入了大量力量并取得了多项专利。伴随着上述地位的确立，基于无线衰落信道设计的Polar码也逐渐展开。现有文章中所提到的相关交织机制，都是有效地提升了传统Polar码的误比特率性能。并且并不是真正从交织角度，或者说交织方法来进一步提升含Polar码的无线通信系统的性能，或者说现有技术中的“交织”含义，仅仅是内码采用什么，外码采用什么，比如内码采用LDPC、外码采用Polar码，这种机制更通俗的可以理解为信道编码的级联，主要是为提升误码率性能而进行的信道编码方面的改善。本专利致力于从交织本身结合信道编码角度出发，提出一种性能优异的无线信道下基于交织及Polar码的无线传输方法。现有交织技术虽然已经能明显降低复杂度，但由于设计过于简单，因此在抗干扰上的效果并不理想。本专利技术的目的是在小幅增加系统复杂度情况下，通过素数码交织技术进一步提升现有Polar码的误码率性能及抗干扰性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于从信源及信道编码两方面结合实现现有无线通信系统信息传输的容量，并进一步提升可靠性与安全性，提出了一种基于素数码交织及Polar码的无线传输方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的。一种基于素数码交织及极码编码的传输系统及方法包括一种基于素数码交织及极码编码的传输系统以及一种基于素数码交织及极码编码的传输方法；其中，一种基于素数码交织及极码编码的传输系统包括系统参数初始化模块、发送信号处理模块、交织参数控制单元、信道模块和接收信号处理模块；其中，发送信号处理模块包括CRC校验单元、Polar编码单元、素数码交织单元以及调制单元；接收信号处理模块包括解调单元、素数码解交织单元、Polar解码单元以及CRC解校验单元；本系统中各模块及单元的连接关系如下：信道模块与发送信号处理模块和接收信号处理模块相连，具体地，信道模块分别与调制单元和解调单元相连；系统参数初始化模块与发送信号处理模块以及接收信号处理模块相连，具体的，系统参数初始化模块分别与其中的CRC校验单元、Polar编码单元、调制单元、解调单元、Polar解码单元以及CRC解校验单元相连；交织参数控制单元分别与素数码交织单元以及素数码解交织单元相连；本系统中各模块及单元的功能如下：系统参数初始化模块的功能包括：1)为CRC校验单元和CRC解校验单元提供所需的CRC长度和CRC校验多项式；2)为Polar编码单元和Polar解码单元提供Polar编码的帧长度、信息比特长度以及列表长度，并生成Polar编码需要的信息比特位置矩阵、生成矩阵及排序矩阵；3)为调制单元提供调制参数，为解调单元提供解调参数；4)初始化帧数、最大错误帧数、误码率和误帧率；发送信号处理模块的功能是将待传输的信息比特依次经过CRC校验单元进行CRC校验、Polar编码单元进行Polar编码、素数码交织单元进行素数码交织以及调制单元调制得到发送到信道模块的符号；信道模块的功能是对发送信号处理模块输出的符号加入加性噪声及乘性噪声；接收信号处理模块的功能是接收信道模块传输来的符号依次经过解调单元进行解调、素数码解交织单元进行素数码解交织、Polar解码单元进行Polar解码以及CRC解校验单元进行CRC解校验输出恢复的信息比特；CRC校验单元的功能是对输入的待传输的信息比特进行CRC校验；Polar编码单元的功能是对经过CRC校验单元输出的信息进行Polar编码，输出Polar编码后的符号；素数码交织单元的功能是接收交织参数控制单元传来的素数参数对经过Polar编码单元输出的Polar编码后的符号进行素数码交织，输出素数码交织后的符号；调制单元的功能是对素数码交织后的符号进行调制，输出调制后符号；调制单元输出的符号再经信道模块引入加性噪声及乘性噪声后，输出给接收信号处理模块；解调单元的功能是对经信道模块传来的符号进行解调，输出解调后符号；素数码解交织单元的功能是接收交织参数控制单元传来的素数参数对解调单元输出的解调后符号进行素数码解交织，输出素数码解交织后符号；Polar解码单元的功能是对素数码解交织单元输出的素数码解交织后符号进行Polar解码，输出经过Polar解码后的符号；CRC解校验单元的功能是对经Polar解码单元输出的Polar解码后的符号进行CRC解校验，输出CRC解校验后的符号；交织参数控制单元的功能是根据传输信息误码率要求以及收发端信噪比需求，输出素数参数；素数参数为素数码以及素数平方码的素数值，分别送给素数码交织单元以及素数码解交织单元，记为p；一种基于素数码交织及极码编码的传输方法，包括如下步骤：步骤一、系统参数初始化模块初始化系统参数、Polar编译码参数、CRC校验参数、调制参数及解调参数；其中，系统参数包括帧数、误码率、误帧率以及最大错误帧数，其中，误码率和误帧率量参数均被初始化为0；Polar编译码参数包括Polar编码的帧长度、信息比特长度以及列表长度、信息比特位置矩阵、生成矩阵及排序矩阵；CRC校验参数包括CRC长度和CRC校验多项式；初始化帧序号变量i为0；步骤二、将当前帧内待传输的信息比特经CRC校验单元进行CRC校验，输出CRC校验后的符号；其中，当前帧对应第i帧；具体地，CRC校验基于CRC长度和CRC校验多项式参数来实现；步骤三、将步骤二输出的CRC校验后的符号进行Polar编码，输出Polar编码后的符号；其中，Polar编码具体包括如下子步骤：步骤3.1将经过CRC校验后的符号中的信息比特与冻结比特混合，得到混合序列；其中，信息比特与冻结比特混合，分别按照信息比特位置矩阵中1的位置和0的位置对应提取并写入信息比特和冻结比特；具体操作为：按照顺序判断信息比特位置矩阵中的当前位置为0还是为1，如果是0，则顺序写入1位冻结比特；否则，如果当前位置为1，则顺序写入1位信息比特；步骤3.2将混合序列与生成矩阵相乘，再进行模2操作，输出二进制乘法序列；步骤3.3将经过步骤3.2得到的二进制乘法序列进行比特反转排序，输出Polar编码后的符号；其中，比特反转排序的具体操作为：将步骤3.2得到的二进制乘法序列按照排序矩阵进行比特反序重排；步骤四、接收交织参数控制单元传来的素数参数p，并利用此素数参数将步骤三输出的Polar编码后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于素数码交织及极码编码的传输系统，其特征在于：包括系统参数初始化模块、发送信号处理模块、交织参数控制单元、信道模块和接收信号处理模块；其中，发送信号处理模块包括CRC校验单元、Polar编码单元、素数码交织单元以及调制单元；接收信号处理模块包括解调单元、素数码解交织单元、Polar解码单元以及CRC解校验单元；本系统中各模块及单元的连接关系如下：信道模块与发送信号处理模块和接收信号处理模块相连，具体地，信道模块分别与调制单元和解调单元相连；系统参数初始化模块与发送信号处理模块以及接收信号处理模块相连，具体的，系统参数初始化模块分别与其中的CRC校验单元、Polar编码单元、调制单元、解调单元、Polar解码单元以及CRC解校验单元相连；交织参数控制单元分别与素数码交织单元以及素数码解交织单元相连；本系统中各模块及单元的功能如下：系统参数初始化模块的功能包括：1)为CRC校验单元和CRC解校验单元提供所需的CRC长度和CRC校验多项式；2)为Polar编码单元和Polar解码单元提供Polar编码的帧长度、信息比特长度以及列表长度，并生成Polar编码需要的信息比特位置矩阵、生成矩阵及排序矩阵；3)为调制单元提供调制参数，为解调单元提供解调参数；4)初始化帧数、最大错误帧数、误码率和误帧率；发送信号处理模块的功能是将待传输的信息比特依次经过CRC校验单元进行CRC校验、Polar编码单元进行Polar编码、素数码交织单元进行素数码交织以及调制单元调制得到发送到信道模块的符号；信道模块的功能是对发送信号处理模块输出的符号加入加性噪声及乘性噪声；接收信号处理模块的功能是接收信道模块传输来的符号依次经过解调单元进行解调、素数码解交织单元进行素数码解交织、Polar解码单元进行Polar解码以及CRC解校验单元进行CRC解校验输出恢复的信息比特；CRC校验单元的功能是对输入的待传输的信息比特进行CRC校验；Polar编码单元的功能是对经过CRC校验单元输出的信息进行Polar编码，输出Polar编码后的符号；素数码交织单元的功能是接收交织参数控制单元传来的素数参数对经过Polar编码单元输出的Polar编码后的符号进行素数码交织，输出素数码交织后的符号；调制单元的功能是对素数码交织后的符号进行调制，输出调制后符号；调制单元输出的符号再经信道模块引入加性噪声及乘性噪声后，输出给接收信号处理模块；解调单元的功能是对经信道模块传来的符号进行解调，输出解调后符号；素数码解交织单元的功能是接收交织参数控制单元传来的素数参数对解调单元输出的解调后符号进行素数码解交织，输出素数码解交织后符号；Polar解码单元的功能是对素数码解交织单元输出的素数码解交织后符号进行Polar解码，输出经过Polar解码后的符号；CRC解校验单元的功能是对经Polar解码单元输出的Polar解码后的符号进行CRC解校验，输出CRC解校验后的符号；交织参数控制单元的功能是根据传输信息误码率要求以及收发端信噪比需求，输出素数参数；素数参数为素数码以及素数平方码的素数值，分别送给素数码交织单元以及素数码解交织单元，记为p。...

【技术特征摘要】
1.一种基于素数码交织及极码编码的传输系统，其特征在于：包括系统参数初始化模块、发送信号处理模块、交织参数控制单元、信道模块和接收信号处理模块；其中，发送信号处理模块包括CRC校验单元、Polar编码单元、素数码交织单元以及调制单元；接收信号处理模块包括解调单元、素数码解交织单元、Polar解码单元以及CRC解校验单元；本系统中各模块及单元的连接关系如下：信道模块与发送信号处理模块和接收信号处理模块相连，具体地，信道模块分别与调制单元和解调单元相连；系统参数初始化模块与发送信号处理模块以及接收信号处理模块相连，具体的，系统参数初始化模块分别与其中的CRC校验单元、Polar编码单元、调制单元、解调单元、Polar解码单元以及CRC解校验单元相连；交织参数控制单元分别与素数码交织单元以及素数码解交织单元相连；本系统中各模块及单元的功能如下：系统参数初始化模块的功能包括：1)为CRC校验单元和CRC解校验单元提供所需的CRC长度和CRC校验多项式；2)为Polar编码单元和Polar解码单元提供Polar编码的帧长度、信息比特长度以及列表长度，并生成Polar编码需要的信息比特位置矩阵、生成矩阵及排序矩阵；3)为调制单元提供调制参数，为解调单元提供解调参数；4)初始化帧数、最大错误帧数、误码率和误帧率；发送信号处理模块的功能是将待传输的信息比特依次经过CRC校验单元进行CRC校验、Polar编码单元进行Polar编码、素数码交织单元进行素数码交织以及调制单元调制得到发送到信道模块的符号；信道模块的功能是对发送信号处理模块输出的符号加入加性噪声及乘性噪声；接收信号处理模块的功能是接收信道模块传输来的符号依次经过解调单元进行解调、素数码解交织单元进行素数码解交织、Polar解码单元进行Polar解码以及CRC解校验单元进行CRC解校验输出恢复的信息比特；CRC校验单元的功能是对输入的待传输的信息比特进行CRC校验；Polar编码单元的功能是对经过CRC校验单元输出的信息进行Polar编码，输出Polar编码后的符号；素数码交织单元的功能是接收交织参数控制单元传来的素数参数对经过Polar编码单元输出的Polar编码后的符号进行素数码交织，输出素数码交织后的符号；调制单元的功能是对素数码交织后的符号进行调制，输出调制后符号；调制单元输出的符号再经信道模块引入加性噪声及乘性噪声后，输出给接收信号处理模块；解调单元的功能是对经信道模块传来的符号进行解调，输出解调后符号；素数码解交织单元的功能是接收交织参数控制单元传来的素数参数对解调单元输出的解调后符号进行素数码解交织，输出素数码解交织后符号；Polar解码单元的功能是对素数码解交织单元输出的素数码解交织后符号进行Polar解码，输出经过Polar解码后的符号；CRC解校验单元的功能是对经Polar解码单元输出的Polar解码后的符号进行CRC解校验，输出CRC解校验后的符号；交织参数控制单元的功能是根据传输信息误码率要求以及收发端信噪比需求，输出素数参数；素数参数为素数码以及素数平方码的素数值，分别送给素数码交织单元以及素数码解交织单元，记为p。2.一种基于素数码交织及极码编码的传输方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、系统参数初始化模块初始化系统参数、Polar编译码参数、CRC校验参数、调制参数及解调参数；其中，系统参数包括帧数、误码率、误帧率以及最大错误帧数，其中，误码率和误帧率量参数均被初始化为0；Polar编译码参数包括Polar编码的帧长度、信息比特长度以及列表长度、信息比特位置矩阵、生成矩阵及排序矩阵；CRC校验参数包括CRC长度和CRC校验多项式；初始化帧序号变量i为0；步骤二、将当前帧内待传输的信息比特经CRC校验单元进行CRC校验，输出CRC校验后的符号；其中，当前帧对应第i帧；具体地，CRC校验基于CRC长度和CRC校验多项式参数来实现；步骤三、将步骤二输出的CRC校验后的符号进行Polar编码，输出Polar编码后的符号；其中，Polar编码具体包括如下子步骤：步骤3.1将经过CRC校验后的符号中的信息比特与冻结比特混合，得到混合序列；其中，信息比特与冻结比特混合，分别按照信息比特位置矩阵中1的位置和0的位置对应提取并写入信息比特和冻结比特；具体操作为：按照顺序判断信息比特位置矩阵中的当前位置为0还是为1，如果是0，则顺序写入1位冻结比特；否则，如果当前位置为1，则顺序写入1位信息比特；步骤3.2将混合序列与生成矩阵相乘，再进行模2操作，输出二进制乘法序列；步骤3.3将经过步骤3.2得到的二进制乘法序列进行比特反转排序，输出Polar编...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢继华，刘铁锌，杨志良，冯立辉，刘诚然，刘慧兰，
申请(专利权)人：北京理工大学，中北大学，
类型：发明
国别省市：北京,11