[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于極化碼的多級(jí)比特交織編碼調(diào)制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010134327.3
• 申請(qǐng)日: 2020-03-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111342934B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-11-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 潘志文;胡耀月;劉楠;尤肖虎
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 東南大學(xué);網(wǎng)絡(luò)通信與安全紫金山實(shí)驗(yàn)室
• 主分類(lèi)號(hào): H04L1/00
• 分類(lèi)號(hào): H04L1/00
• 代理公司: 南京蘇高專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于極化碼的多級(jí)比特交織編碼調(diào)制方法，主要針對(duì)復(fù)高斯信道下的通信系統(tǒng)，包含兩部分內(nèi)容：極化碼編碼以及比特到符號(hào)的映射規(guī)則的設(shè)計(jì)。在極化碼編碼中，首先通過(guò)設(shè)計(jì)各個(gè)層級(jí)的子調(diào)制階數(shù)，使得傳統(tǒng)的二進(jìn)制核可以用于各個(gè)層級(jí)的極化碼編碼，避免了打孔和構(gòu)造多核極化碼，保證了極化碼的極化性能。然后，通過(guò)外部信息轉(zhuǎn)移計(jì)算比特極化信道的可靠性，選擇高可靠性的比特極化信道進(jìn)行信息比特的傳輸，完成極化碼編碼。比特到符號(hào)的映射規(guī)則的設(shè)計(jì)主要針對(duì)對(duì)稱(chēng)星座圖的映射，是一種聯(lián)合集合分解和格雷映射的混合映射。本發(fā)明通過(guò)設(shè)計(jì)比特到符號(hào)的映射規(guī)則，可以最大化地提升極化性能，從而提高系統(tǒng)的誤組率性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無(wú)線通信中的編碼調(diào)制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于極化碼的多級(jí)比特交織編碼調(diào)制方法。

背景技術(shù)

基于極化碼的編碼調(diào)制技術(shù)是指將極化碼和高階調(diào)制相結(jié)合，從而提升通信系統(tǒng)的頻譜效率。一種基于極化碼的編碼調(diào)制技術(shù)為多級(jí)極化碼編碼調(diào)制(multilevel polarcoded modulation，MLPCM)。對(duì)于2^m(m＝1,2,3,4,...)進(jìn)制的數(shù)字調(diào)制，MLPCM將輸入的數(shù)據(jù)流分成m個(gè)優(yōu)先級(jí)，并且在接收端采取順序的方式進(jìn)行譯碼。發(fā)送端和接收端分別有m個(gè)編碼器和m個(gè)譯碼器。這種編碼調(diào)制技術(shù)可以達(dá)到信道容量。然而，隨著調(diào)制階數(shù)的增加，大量的編碼器和譯碼器增加了硬件復(fù)雜度，同時(shí)接收端的多階段譯碼也會(huì)增加處理延遲。因此，MLPCM并不適用于實(shí)際應(yīng)用。

另外一種基于極化碼的編碼調(diào)制技術(shù)為比特交織極化碼編碼調(diào)制(bit-interleaved polar coded modulation，BIPCM)。在BIPCM中，各個(gè)數(shù)據(jù)流沒(méi)有優(yōu)先級(jí)之分，因此發(fā)送端和接收端只有一個(gè)編碼器和譯碼器，降低了復(fù)雜度。然而，BIPCM存在較大的互信息丟失，誤組率性能次于MLPCM。此外，對(duì)于2^m進(jìn)制的BIPCM，傳統(tǒng)的極化碼限制m為2的冪次方，因此調(diào)制階數(shù)的選取受限，而通過(guò)打孔極化碼或者組合極化碼實(shí)現(xiàn)靈活的調(diào)制階數(shù)時(shí)會(huì)降低極化性能。

一種廣義的編碼調(diào)制方法，即多級(jí)比特交織編碼調(diào)制(multilevel bit-interleaved coded modulation，MLBICM)，通過(guò)以多級(jí)方式嵌入比特交織編碼調(diào)制來(lái)實(shí)現(xiàn)比特交織編碼調(diào)制和多級(jí)編碼調(diào)制的融合，并且在性能上結(jié)合了兩者的優(yōu)點(diǎn)。與比特交織編碼調(diào)制相比，它可以減少信息丟失。與多級(jí)編碼調(diào)制相比，它對(duì)編解碼器和譯碼器數(shù)目的需求較少，從而降低了處理延遲和硬件復(fù)雜度。鑒于此優(yōu)點(diǎn)，MLBICM被廣泛應(yīng)用于非正交多址信道、廣播信道和多輸入多輸出系統(tǒng)等各種通信和信號(hào)處理中。然而目前暫無(wú)基于極化碼的MLBICM。

本發(fā)明針對(duì)上述問(wèn)題，提出了一種基于基于極化碼的MLBICM(multilevel bit-interleaved polar coded modulation，MLBIPCM)方法。該方法結(jié)合了MLPCM和BIPCM的優(yōu)勢(shì)，在誤組率性能無(wú)損的情況下降低了復(fù)雜度，同時(shí)不需要通過(guò)額外的打孔或者構(gòu)造組合極化碼就可以實(shí)現(xiàn)2^m(m＝1,2,3,4,...)進(jìn)制數(shù)字調(diào)制，適用于實(shí)際的通信應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對(duì)復(fù)高斯信道下的通信系統(tǒng)編碼能力的不足，本發(fā)明第一目的是提供一種多級(jí)比特交織編碼調(diào)制中比特到符號(hào)的映射方法。本發(fā)明第二目的提供一種基于極化碼的多級(jí)比特交織編碼調(diào)制方法。

技術(shù)方案：一種多級(jí)比特交織編碼調(diào)制中比特到符號(hào)的映射方法，包括如下步驟：

(s1)引入m階二進(jìn)制矩陣為集合分解映射，滿(mǎn)足如下表達(dá)式：

式中，(b₁,b₂,...,b_m)為二進(jìn)制的比特向量，所述比特向量表示的十進(jìn)制數(shù)如下所示：