基于遗传算法优化的极化码重传方法技术

本发明专利技术是一种基于遗传算法优化的极化码重传方法，该方法包括第一步：重传前编码部分，包括参数定义、构造拷贝映射、重传部分编码；第二步：遗传算法优化重传打孔向量，包括参数定义与初始化、种群初始化、遗传与变异、计算个体的适应度参数、种群筛选等；使用的码字是循环冗余校验(Cylic Redundancy Check,CRC)码和极化码形成的级联码。本发明专利技术中的方法在译码失败的情况下应用极化矩阵扩展重传，对重传中速率匹配的打孔序列应用遗传算法，在迭代过程不断筛选出误码率性能更好的打孔序列，并以前一次重传的打孔序列为基础，优化下一次重传序列，最终能够收敛至局部最优解，获取性能增益。获取性能增益。获取性能增益。

【技术实现步骤摘要】
基于遗传算法优化的极化码重传方法


[0001]本专利技术属于无线通信中的信道编码
，具体涉及基于遗传算法优化的极化码极化矩阵扩展重传方法。

技术介绍

[0002]极化码(Polar Code)是一种可被证明在串行消除(Successive Cancellation,SC)译码方法下的传输速率可以达到二进制输入无记忆对称信道的信道容量。极化码采用信道聚合与分裂操作，将N个等容量独立的物理信道转化为新的N个容量呈现差异分布的比特信道。通过分析这N个比特信道的容量或者高斯近似法(Gaussian Approximation,GA)，决定信息比特和冻结比特的位置分布。
[0003]极化矩阵扩展重传(Polarizing Matrix Extension Hybrid Automatic Retransmission Request,PME
‑
HARQ)是一种极化码特有的重传方案，在发送端收到否定应答(Negative Acknowledgement,NACK)后对部分信息位拷贝映射后再编码重传，并在接收端将接收信号合并后译码。本专利技术中基于遗传算法优化的重传方法能够改善重传系统中速率匹配打孔(Puncturing)的误码块性能(Block Error Rate,BLER)。

技术实现思路

[0004]技术问题：本专利技术的目的是提供一种基于遗传算法优化的极化码重传方法，使用的码字是循环冗余校验(Cylic Redundancy Check,CRC)码和极化码形成的级联码。本专利技术中的方法在译码失败的情况下应用极化矩阵扩展重传，对重传中速率匹配的打孔序列应用遗传算法，在迭代过程不断筛选出误码率性能更好的打孔序列，并以前一次重传的打孔序列为基础，优化下一次重传序列，最终能够收敛至局部最优解，获取性能增益。
[0005]技术方案：本专利技术的基于遗传算法优化的极化码重传方法包括如下步骤：
[0006]第一步：重传前编码部分，本步骤包括如下流程：
[0007](1)参数定义
[0008]设初传极化码的码长为N，信息位个数为K；应用高斯近似法计算得到的信道度量集合，记为其中g
i
,1≤i≤N表示第i个极化信道的高斯近似值；待编码序列为其中u
i
,1≤i≤N是待编码序列的第i个元素；经过编码与传输后的接收序列为其中y
i
,1≤i≤N是接收序列的第i个元素；
[0009]设最大重传次数为Q，每次重传的比特个数为E，重传后的母码长度为N
HARQ
，与初传极化码的码长N满足如下关系：
[0010][0011]其中为上取整函数；
[0012]应用高斯近似法计算重传后的信道度量参数，记为
其中h
j
,1≤j≤N
HARQ
表示第j个极化信道的高斯近似值；取出序列中前N
HARQ
‑
N个元素并构成一组新序列记为其中β
l
,1≤l≤N
HARQ
‑
N表示重传部分第l个极化信道的高斯近似值，β
l
＝h
l
；设拷贝映射的个数为ω，
[0013](2)构造拷贝映射
[0014]取序列中信道度量最大的K个元素的索引构成信息位索引集合，记为其中A
k
,1≤k≤K表示序列中第k个最大元素的索引，取序列中最大的K个元素的索引构成集合，记为其中B
k
,1≤k≤K表示序列中第k个最大元素的索引，
[0015]对初传待编码序列的信息位索引集合取后ω个元素，对重传待编码序列的可靠位索引集合取前ω个元素，形成拷贝映射关系矩阵：
[0016][0017]矩阵中每列的元素满足一一对应关系：其中表示映射关系；
[0018](3)重传部分编码
[0019]记重传部分的待编码序列为并初始化为全0向量，其中ν
l
,1≤l≤N
HARQ
‑
N是重传部分待编码序列的第l个元素，依据拷贝映射关系矩阵(2)，将待编码序列中ω个信息位的值拷贝至重传待编码序列中：
[0020][0021]将两组待编码序列级联为送入母码长为N
HARQ
的编码器得到码字其中x
j
,1≤j≤N
HARQ
是码字中第j个编码比特；根据极化码生成矩阵的下三角特性，码字的子序列即为初传待编码序列编码后的码字，不参与重传；
[0022]第二步：遗传算法优化重传打孔向量，本步骤包括如下流程：
[0023](1)参数定义与初始化
[0024]设当前重传次数为q,1≤q≤Q，初始化令q＝1；设当前遗传算法的迭代次数为t,1≤t≤T，其中T是迭代次数上限，初始化令t＝1；设遗传算法的种群中个体数上限为V，根据经验V的取值一般为5；
[0025]记第q次重传的打孔向量为其中表示第q次重传码字中第l个比特的打孔情况，值为0则表示该比特是打孔位不参与传输，反之该比特参与传输，打孔向量满足如下关系：
[0026][0027]其中E为每次重传的比特数，
[0028](2)种群初始化
[0029]若q＝1，将种群初始化为V个全0的二进制打孔向量，记为P
q
＝(p
q,1
,...,p
q,n
,...,p
q,V
)，其中p
q,n
,1≤n≤V表示第n个打孔向量，然后随机将上述打孔向量中E个0置为1，使其满足式(4)；
[0030]否则q≠1，首先将种群初始化为前一次重传的二进制打孔向量，记为P
q
＝(p
q,1
,...,p
q,n
,...,p
q,V
)，使其满足p
q,n
＝p
q
‑
1,1
,1≤n≤V，然后随机将上述打孔向量中E个0置为1，使其满足式(4)；
[0031](3)遗传与变异
[0032]通过两阶段的操作构造参与第t次迭代的种群；
[0033]遗传操作：取种群中任意两打孔向量，对其按位与操作，生成新的个体
[0034][0035]其中1≤n1,n2≤V,n1≠n2，&表示二进制的按位与运算；
[0036]变异操作：新生成的个体ξ中0和1的数目发生变化，需要将qE
‑
∑ξ个0置1，位置随机确定，利用了遗传算法的变异特性，以满足式(4)；
[0037]种群中每两组向量生成一个新的个体，新生成的子代个体与原始种群共同构成ξ
q
＝(ξ
q,1
,...,ξ
q,ε
,ξ
q,ε+1
,...,ξ
q,ε+V
)，其中
[0038][0039](4)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于遗传算法优化的极化码重传方法，其特征在于该方法包括如下步骤：第一步：重传前编码部分，本步骤包括如下流程：(1)参数定义设初传极化码的码长为N，信息位个数为K；应用高斯近似法计算得到的信道度量集合，记为其中g
i
,1≤i≤N表示第i个极化信道的高斯近似值；待编码序列为其中u
i
,1≤i≤N是待编码序列的第i个元素；经过编码与传输后的接收序列为其中y
i
,1≤i≤N是接收序列的第i个元素；设最大重传次数为Q，每次重传的比特个数为E，重传后的母码长度为N
HARQ
，与初传极化码的码长N满足如下关系：其中为上取整函数；应用高斯近似法计算重传后的信道度量参数，记为其中h
j
,1≤j≤N
HARQ
表示第j个极化信道的高斯近似值；取出序列中前N
HARQ
‑
N个元素并构成一组新序列记为其中β
l
,1≤l≤N
HARQ
‑
N表示重传部分第l个极化信道的高斯近似值，β
l
＝h
l
；设拷贝映射的个数为ω，(2)构造拷贝映射取序列中信道度量最大的K个元素的索引构成信息位索引集合，记为其中A
k
,1≤k≤K表示序列中第k个最大元素的索引，取序列中最大的K个元素的索引构成集合，记为其中B
k
,1≤k≤K表示序列中第k个最大元素的索引，对初传待编码序列的信息位索引集合取后ω个元素，对重传待编码序列的可靠位索引集合取前ω个元素，形成拷贝映射关系矩阵：矩阵中每列的元素满足一一对应关系：其中表示映射关系；(3)重传部分编码记重传部分的待编码序列为并初始化为全0向量，其中ν
l
,1≤l≤N
HARQ
‑
N是重传部分待编码序列的第l个元素，依据拷贝映射关系矩阵(2)，将待编码序列中ω个信息位的值拷贝至重传待编码序列中：将两组待编码序列级联为送入母码长为N
HARQ
的编码器得到码字
其中x
j
,1≤j≤N
HARQ
是码字中第j个编码比特；根据极化码生成矩阵的下三角特性，码字的子序列即为初传待编码序列编码后的码字，不参与重传；第二步：遗传算法优化重传打孔向量，本步骤包括如下流程：(1)参数定义与初始化设当前重传次数为q,1≤q≤Q，初始化令q＝1；设当前遗传算法的迭代次数为t,1≤t≤T，其中T是迭代次数上限，初始化令t＝1；设遗传算法的种群中个体数上限为V，根据经验V的取值一般为5；记第q次重传的打孔向量为其中表示第q次重传码字中第l个比特的打孔情况，值为0则表示该比特是打孔位不参与传输，反之该比特参与传输，打孔向量满足如下关系：其中E为每次重传的比特数，(2)种群初始化若q＝1，将种群初始化为V个全0的二进制打孔向量，记为P
q
＝(p
q,1
,...,p
q,n
,...,p
q,V
)，其中p
q,n
,1≤n≤V表示第n个打孔向量，然后随机将上述打孔向量中E个0置为1，使其满足式(4)；否则q≠1，首先将种群初始化为前一次重传的二进制打孔向量，记为P
q
＝(p
q,1
,...,...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘志文，柳泽晨，刘楠，尤肖虎，
申请(专利权)人：网络通信与安全紫金山实验室，
类型：发明
国别省市：