[發明專利]一種低復雜度的極化碼多級編碼調制方法

有效

• 申請號: 201810058260.2
• 申請日: 2018-01-22
• 公開（公告）號: CN110071779B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發明（設計）人: 潘志文;于永潤;談曉思;劉楠;尤肖虎
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04L1/00
• 分類號: H04L1/00
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 葉涓涓

本發明公開了一種低復雜度的極化碼多級編碼調制方法，包括：計算調制星座點集合中各個比特層的信道容量；計算虛擬BEC信道的巴特查理亞系數；利用巴特查理亞系數構造極化碼；得到等效比特信道的巴特查理亞系數；極化碼構造完成后，進行調制、解調和譯碼。本發明是針對極化碼和多級編碼調制的聯合設計，將MLCM中的調制比特信道視為虛擬BEC信道，通過BEC信道的巴特查理亞系數在極化碼中遞歸關系，進行MLCM調制方式下極化碼構造，本發明中方法的時間復雜度低于已有的基于蒙特卡羅方法。

技術領域

本發明屬于無線通信中信道編碼技術領域，涉及極化碼多級編碼調制方法。

背景技術

現代無線通信系統(例如第四代和第五代移動通信系統)要求高頻譜效率，因此需要對信道編碼和高階調制進行聯合設計，來滿足日益增長的對于無線通信網絡數據速率的需求。

極化碼是一種新型信道編碼技術，它是第一類可以被嚴格證明達到二進制對稱輸入離散無記憶信道的對稱容量的信道編碼技術，是近年來信道編碼領域的研究熱點。極化碼通過信道合并和信道分裂操作，將實際的物理傳輸信道視為等效比特信道，把信息比特放在信道容量高的等效比特信道之上，以此提高數據傳輸的可靠性。

多級編碼調制(Multi Level Coded Modulation,MLCM)是一種重要的高階調制方式，這種編碼調制方式能夠達到編碼調制的信道容量。MLCM的解調和譯碼是分層完成的，后層的解調和譯碼依賴于前面所有層的譯碼結果。這種反饋機制對應著信息論中互信息的鏈式法則，以此可以證明MLCM可以達到編碼調制的信道容量。

MLCM方式對于信道編碼的碼率靈活性要求高，傳統的渦輪碼和低密度奇偶校驗碼往往不能滿足MLCM的要求，但是極化碼碼率靈活，能夠滿足MLCM的要求，極化碼可以達到二進制對稱無記憶信道的信道容量，MLCM可以達到編碼調制的信道容量，因此如果有效的結合極化碼和MLCM調制方式，將顯著提高無線通信系統的可靠性。

已有一些針對MLCM方式構造極化碼的方法，但是這些方法依賴蒙特卡羅仿真，復雜度高，

發明內容

為解決上述問題，本發明公開了一種低復雜度的極化碼多級編碼調制方法，使用巴特查理亞系數在MLCM方式下構造極化碼，將調制比特信道信道視為虛擬二進制擦除信道(Binary Erasure Channel,BEC)，通過巴特查理亞系數(Bhattacharyya parameter)在極化碼中的遞歸式，完成MLCM方式下極化碼的構造。

為了達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種低復雜度的極化碼多級編碼調制方法，包括如下步驟：

步驟一，計算調制星座點集合中各個比特層的信道容量

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

其中，Y傳輸信道W(Y|C)的輸出，是星座圖中的一個元素，m是調制階數；每一個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是串行信道的標識符，用以區分傳輸信道W(Y|C)和各個串行信道；第i個串行信道能夠觀測到Y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個串行信道的信道容量記為I(B_i；Y|B₁,...,B_i-1)，稱為調制比特信道容量，其具體計算式如下：