一种极化编码连续相位调制的信息传输方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种极化编码连续相位调制的信息传输方法和系统，所述方法包括：将信息流进行循环冗余校验编码、极化编码；将编码得到的码字进行交织、映射；将映射的符号进行连续相位调制得到的CPM信号送入信道进行传输。本发明专利技术通过CPM调制技术与Polar码编译码技术相结合，在保证系统较高误码性能的同时保证较低的接收端复杂度，可用于通信环境较为恶劣的水下环境。水下环境。水下环境。

【技术实现步骤摘要】
一种极化编码连续相位调制的信息传输方法和系统


[0001]本专利技术涉及通信
，特别是指一种极化编码连续相位调制的信息传输方法和系统。

技术介绍

[0002]极化码基于一种被称为信道极化的数字信号处理技术，通过信道分割合并引入相关性，当参与信道极化的信道数足够多时，所得到的信道的可靠度会出现极化现象，且信道数越多信道极化越明显，据此可以优化编码结构。极化码已经被证明在码长充分大时能够达到信道容量，在实际传输过程中，信道码长有限，所以最大可达速率会有所损失。
[0003]极化码最基本的译码方案为SC算法，理论上在码长充分长时，可以达到信道容量，但实际情况中极化码的误码性能并不能达到理想效果。由于极化码的译码算法可以视为一种在极化码码树上进行路径搜索的过程，通过引入广度优先遍历改进路径搜索算法，可以有效提升系统性能，即串行抵消列表(SCL)算法。在这其后，衍生出一种优化后的算法，循环冗余校验与极化码级联后(CRC
‑
Polar)的译码方案，即CA
‑
SCL，通过对CRC
‑
Polar码进行构造优化能够进一步改善通信性能，同时能保证复杂度不变。
[0004]基于信道极化现象，需要根据各个极化信道的可靠性来分配信道设置冻结比特，一般计算信道可靠性的方法有传统的密度进化(DE)，以及高斯近似方案(GA)，相较于前者，高斯近似方案复杂度更小，且性能差距较小。
[0005]本系统涉及的CPM调制属于恒包络调制，发送端的功放能够稳定地工作在非线性放大区，避免了非线性失真的同时取得了较高的功率效率。传统的CPM调制接收端复杂度较高，采用Laurent分解对接收信号的主分量进行匹配解调的方案能够在保证系统性能近乎不变的同时大大降低系统的复杂度。假设一个M进制的CPM信号，其调试指数为h，记忆长度为L，脉冲积分波形q(t)选取余弦脉冲或者高斯脉冲的积分，那么，其对应的Laurent分解公式如下：
[0006]其中，Q＝2
L
‑1，P＝log2M，g
K
(t)为Laurent分解得到的分量波形，也即PAM信号，K为分量波形的序号，a
K,n
为n时刻第K个分量波形对应的系数，是信息序列{α
n
}的函数，文献上一般称为伪符号(pseudosymbol)，特别注意的是，分量波形是实数波形，而相应的伪符号是复数。
[0007]由于Laurent分解将原始CPM信号分解成N种分量脉冲，并且这些分量脉冲在持续时间与幅度上各有不同，这也导致了这些脉冲在能量上分配极不均匀。据统计，在调制阶数M或者记忆长度L较小时，能量前M
‑
1个脉冲的能量占比约为总能量的90％以上，这也表示可以近似的使用能量较大的PAM信号来近似方案中的CPM信号，从而进一步简化接收机对信号的处理。
[0008]在先验信息等概的情况下，根据极大似然准则，在接收端接收信号与判决信号相关度量最大的情况下，判决信号对应的信息序列即为所求。通过Laurent分解，将CPM信号的
不同种Laurent脉冲与接收信号进行接收匹配，x
K,n
＝∫r(t)g
K
(t
‑
nT)dt，x
K,n
是匹配后的输出响应，将其与伪符号组合后得到分支度量，形成CPM信号的格图结构(trellis结构)，利用BCJR算法进行解调。如此，解调算法的复杂度与trellis结构的状态个数相关。当CPM调制指数为h＝q/p(p，q为互质的整数)时，如果对CPM信号的所有Laurent脉冲进行匹配的话，状态个数为pM
L
‑1，此时为最优解调，状态数的增多导致了复杂度指数级增长。当只对前M
‑
1个脉冲进行匹配时，状态个数为仅为p，复杂度很低，但是解调精度会下降，导致后续误码性能下降。
[0009]线性调制相关的编码调制相关方案很多，但是很少有以非线性调制为切入点的编码调制方案。传统的非线性编码调制方案多采用RS码，卷积码串行级联来提升误码性能，目前也出现了一些也有利用LDPC码、turbo码等编码方式与非线性调制结合的案例。
[0010]综上，目前技术的缺点是：传统的RS码，卷积码等与非线性编码结合的编码方案误码性能较差，而LDPC码、turbo码等方式译码端较为复杂；此外，传统的CPM接收端检测器复杂度较高，虽然已经有了利用CPM信号的分解来进行解调的思路，但是这些方案要么只针对于二进制CPM，要么只采用前M
‑
1阶主分量进行匹配，当调制指数、记忆长度增大时，只采用M
‑
1阶主分量可能会由于能量占比不足而导致误码性能下降，缺少更灵活的脉冲匹配机制。

技术实现思路

[0011]有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种极化编码连续相位调制的信息传输方法和系统，通过CPM调制技术与Polar码编译码技术相结合，在保证系统较高误码性能的同时保证较低的接收端复杂度，可用于通信环境较为恶劣的水下环境。
[0012]基于上述目的，本专利技术提供一种极化编码连续相位调制的信息传输方法，包括：
[0013]将信息流进行循环冗余校验编码、极化编码；
[0014]将编码得到的码字进行比特交织，以及二进制到多进制的映射；
[0015]将映射的符号进行连续相位调制得到的CPM信号送入信道进行传输。
[0016]进一步，所述方法还包括：
[0017]接收到通过信道传输的CPM信号后，采用log
‑
MAP算法对CPM信号进行解调；
[0018]将解调得到的软信息解交织后，采用循环冗余校验辅助的串行抵消列表进行译码。
[0019]本专利技术还提供一种极化编码连续相位调制的信息传输系统，包括：
[0020]CRC级联极化码编码器，用于将信息流进行循环冗余校验编码、极化编码；
[0021]比特交织器，用于将编码得到的码字进行比特交织，以及二进制到多进制的映射；
[0022]连续相位调制器，用于将映射的符号进行连续相位调制得到的CPM信号送入信道进行传输。
[0023]进一步，所述系统还包括：
[0024]连续相位解调器，用于将通过信道传输的CPM信号，采用log
‑
MAP算法对CPM信号进行解调；
[0025]解交织器，用于将解调得到的软信息解交织；
[0026]译码器，用于将解交织后的软信息采用循环冗余校验辅助的串行抵消列表进行译码。
[0027]本专利技术还提供一种信号的发送端，包括：
[0028]CRC级联极化码编码器，用于将信息流进行循环冗余校验编码、极化编码；
[0029]比特交织器，用于将编码得到的码字进行比特交织，以及二进制到多进制的映射；
[0030]连续相位调制器，用于将映射的符号进行连续相位调制得到的CPM信号送入信道进行传输。
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种极化编码连续相位调制的信息传输方法，其特征在于，包括：将信息流进行循环冗余校验编码、极化编码；将编码得到的码字进行比特交织，以及二进制到多进制的映射；将映射的符号进行连续相位调制得到的CPM信号送入信道进行传输。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：接收到通过信道传输的连续相位调制CPM信号后，采用log
‑
MAP算法对CPM信号进行解调；将解调得到的软信息解交织后，采用循环冗余校验辅助的串行抵消列表进行译码。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述极化编码过程中的极化信道可靠性估计具体是采用高斯近似算法，具体包括：每个子信道的对数似然比的期望根据如下公式1计算：个子信道的对数似然比的期望根据如下公式1计算：其中，表示在信道极化过程中，长度为n的极化码中第i个极化信道的对数似然比，表示信道假设的对数似然比，可以视为长度为1的极化信道的对数似然比；采用如下近似表达式AGA
‑
2近似表示上述公式的2近似表示上述公式的根据计算的子信道的对数似然比估计子信道的可靠性。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述接收到通过信道传输的CPM信号后，采用log
‑
MAP算法对CPM信号进行解调，具体包括：基于Lauren匹配滤波器组，将接收的CPM信号分解为数种PAM脉冲的叠加；根据PAM脉冲的伪符号，确定trellis结构的输入符号，进而基于trellis结构的状态变量的状态转移方式，计算伪符号的后验概率；根据迭代的状态变量的前向度量、后向度量，以及伪符号的后验概率，计算所述输入符号的对数似然值；将所述输入符号的对数似然值转化为二进制比特似然比，得到解调的软信息。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述伪符号根据如下公式6、7计算得到：
其中，a
K,n
表示第n个符号周期内Laurent匹配滤波器组第K个脉冲的伪符号，P＝log2M，M、D分别为CPM信号的调制阶数、精度参数；为第l个的二进制CPM信号的Laurent分解对应的第n个时刻的第k个伪符号；{d
j,l
}表示第j组多进制脉冲对应的第l个二进制Luarent脉冲的序号；表示第j组的第m个脉冲对应的第l个二进制Laurent脉冲的时延；均可通过多进...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛凯，贺志强，查品德，王涛，刘辛润，付彦，李佳桐，
申请(专利权)人：北京长城电子装备有限责任公司，
类型：发明
国别省市：