[發(fā)明專利]一種低復(fù)雜度的極化碼多級編碼調(diào)制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810058260.2
• 申請日: 2018-01-22
• 公開（公告）號: CN110071779B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 潘志文;于永潤;談曉思;劉楠;尤肖虎
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: H04L1/00
• 分類號: H04L1/00
• 代理公司: 南京眾聯(lián)專利代理有限公司 32206
• 代理人: 葉涓涓

1.一種低復(fù)雜度的極化碼多級編碼調(diào)制方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一，計(jì)算調(diào)制星座點(diǎn)集合中各個(gè)比特層的信道容量

MLCM方式的解調(diào)和譯碼過程是逐層進(jìn)行的，后一層的解調(diào)依賴于前面所有層的譯碼結(jié)果，因此傳輸信道W(Y|C)能夠視為串行信道：

其中，Y是傳輸信道W(Y|C)的輸出，是星座圖中的一個(gè)元素，m是調(diào)制階數(shù)；每一個(gè)串行信道的輸入集合均是X＝{0，1}，但觀測到的信道輸出不同，β是串行信道的標(biāo)識符，用以區(qū)分傳輸信道W(Y|C)和各個(gè)串行信道；第i個(gè)串行信道能夠觀測到Y(jié)和串行信道j＜i的輸出如下：

其中，×表示笛卡爾積，{0，1}^i-1表示對于二元集合{0，1}的i-1次笛卡爾積；

第i個(gè)串行信道的信道容量記為I(B_i；Y|B₁，...，B_i-1)，稱為調(diào)制比特信道容量，其具體計(jì)算式如下：

I(B_i；Y|B₁，...，B_i-1)＝I(B_i，...，B_m；Y|B₁，...，B_i-1)-I(B_i+1，...，B_m；Y|B₁，...，B_i) (5)

其中，E是取均值運(yùn)算符，i依次取{1，2，...，m}，(b₁，...，b_m)為比特標(biāo)簽；由此計(jì)算得到m個(gè)調(diào)制比特信道容量：式(5)和式(6)中的條件互信息利用下式(2)計(jì)算：

其中，p(x，y，z)是三維隨機(jī)變量(X，Y，Z)的聯(lián)合概率質(zhì)量函數(shù)，p(a|b)表示條件概率；

步驟二，計(jì)算m個(gè)虛擬BEC信道的巴特查理亞系數(shù)

得到m個(gè)調(diào)制比特信道容量后，將m個(gè)串行信道視為m個(gè)虛擬BEC信道其中記號表示集合{a₁，...，a_N}，BEC信道的巴特查理亞系數(shù)與信道容量的關(guān)系如下：

Z_BEC＝1-C_BEC (7)

其中，Z_BEC是BEC信道的巴特查理亞系數(shù)，C_BEC是BEC信道的信道容量；由此，m個(gè)虛擬BEC信道各自的巴特查理亞系數(shù)分別為：

其中，1≤i≤m，Z_i指第i個(gè)虛擬BEC信道的巴特查理亞系數(shù)；由此，得到m個(gè)虛擬BEC信道的巴特查理亞系數(shù)

步驟三，利用巴特查理亞系數(shù)構(gòu)造極化碼

得到m個(gè)虛擬BEC信道對應(yīng)的巴特查理亞系數(shù)后，根據(jù)巴特查理亞系數(shù)在極化碼中的遞歸式，構(gòu)造極化碼；

當(dāng)星座點(diǎn)數(shù)時(shí)，MLCM調(diào)制方式包含m層極化碼，稱每次一層碼字為“極化子碼”，依次構(gòu)造i＝1，2，...，m層極化子碼；

m層極化子碼的遞歸構(gòu)造過程完全相同，其中第i層極化子碼的構(gòu)造過程如下：

設(shè)第i個(gè)虛擬BEC信道的巴特查理系數(shù)為Z_i，使用Z_i作為遞歸計(jì)算的初始值；

根據(jù)極化碼核矩陣的不同，巴特查理亞系數(shù)的遞歸式不同：

當(dāng)核矩陣為

時(shí)，巴特查理亞系數(shù)的遞歸式如下：

其中，W(y|x)是傳輸編碼比特的信道，和是極化操作后得到的等效比特信道；Z(W)、和分別是相應(yīng)信道的巴特查理亞系數(shù)，其中Z(W)被初始化為Z_i；

當(dāng)核矩陣為

時(shí)，對應(yīng)的基本極化模塊中巴特查理亞系數(shù)的遞歸式如下：

其中，W(y|x)是傳輸編碼比特的信道，和是極化操作后得到的等效比特信道，Z(W)、和分別是相應(yīng)信道的巴特查理亞系數(shù)；

在極化碼的遞歸結(jié)構(gòu)中，當(dāng)核矩陣是F₂時(shí)，使用式(10)式計(jì)算；當(dāng)核矩陣是F₃時(shí)，使用式(12)式計(jì)算；

第i層極化子碼等效比特信道的巴特查理亞系數(shù)計(jì)算完畢后，得到其中表示第i層極化子碼的第j個(gè)等效信道的巴特查理亞系數(shù)，N是極化碼的長度；

所有m層極化子碼效比特信道的巴特查理亞系數(shù)計(jì)算完畢后，得到m組等效比特信道的巴特查理亞系數(shù)：總計(jì)有mN個(gè)數(shù)；

步驟四，得到m組等效比特信道的巴特查理亞系數(shù)

得到后，對進(jìn)行排序，選擇最小的K個(gè)對應(yīng)的位置存放信息比特，其余mN-K個(gè)位置存放凍結(jié)比特，完成MLCM下極化碼的構(gòu)造；

步驟五，極化碼構(gòu)造完成后，進(jìn)行調(diào)制、解調(diào)和譯碼

調(diào)制星座圖，所有m層極化子碼的第i個(gè)比特對應(yīng)第i個(gè)調(diào)制符號，接收到信道輸出后，使用多階段譯碼方法進(jìn)行解調(diào)和譯碼。