[發明專利]基于整數環上的雙不規則重復累積調制碼

有效

• 申請號: 202111385383.5
• 申請日: 2021-11-22
• 公開（公告）號: CN114172781B
• 公開（公告）日: 2023-10-13
• 發明（設計）人: 楊濤;余方濤;陳秋卓
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H04L27/36
• 分類號: H04L27/36;H04L27/38;H04W4/70
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

本發明提出一種基于整數環上的雙不規則重復累積調制碼，目的是提供一種具有優異誤碼性能且用途廣泛的高譜效編碼調制方案，包括如下步驟：步驟一：D?IRA調制編碼；步驟二：譯碼；步驟三：D?IRA設計與優化；步驟四：仿真與評估；步驟五：復雜度分析；步驟六：D?IRA典型應用場景。它解決了非質數q下無法構成有限域時的高性能編碼問題，在點對點通信獲得了逼近信道容量極限的誤碼性能。實際仿真結果表明，在4?PAM和8?PAM調制下，經過優化設計的D?IRA調制碼的誤碼性能表現優異，其與信道容量極限的差距分別僅有0.42dB和0.56dB。在物理層網絡編碼下，與網絡信道容量極限差距僅為0.29dB，比傳統完全譯碼方案的性能提升至少2.34dB。

【技術領域】

針對無線通信中點對點和多信源多跳網絡，本發明提供了一種基于整數環上的雙不規則多元重復累積調制編碼。在點對點的單用戶高斯信道下提出對乘法因子分布和節點度分布的雙重不規則設計與優化方法，對任意的調制階數均獲得了逼近香農容量極限的性能。對多信源多跳網絡，此編碼方法具備格型碼的代數結構特性，可直接應用于2^r-QAM調制的計算與傳遞、物理層網絡編碼、污紙編碼等，顯著提升網絡信息傳輸效率及實用性。本發明屬于通信與信道編碼領域。

【背景技術】

香農第二定理揭示了有噪信道下可靠通信的編碼速率與信道容量之間的關系。對二元碼，現有的Turbo碼和LDPC碼均可逼近香農限，但前者的譯碼復雜度高而后者的編碼設計與實現較為繁瑣。重復累積碼(Repeat-Accumulate,RA)由Divsalar，Jin等人于1998年提出，它綜合了兩者的優點：具有Turbo碼的線性時間編碼復雜度和LDPC碼的并行譯碼特性。二元不規則重復累積碼(Irregular Repeat-Accumulate,IRA)采用不同的變量節點度數和校驗節點度數，通過密度進化(density evolution,DE)或外部信息傳導(extrinsicinformation transfer,EXIT)圖的優化，獲得可漸近逼近信道容量極限的誤碼性能。

5G/6G通信需要采用4QAM-1024QAM的編碼調制實現高頻譜效率。多數現有方案通常采用二元信道編碼器接一個“多對一”映射的符號調制器，如比特交織編碼調制(bit-interleaved coded modulation,BICM)、比特交織編碼調制-迭代譯碼(bit-interleavedcoded modulation with iterative decoding,BICM-ID)、網格編碼調制(trellis-codedmodulation,TCM)、疊加編碼調制(superposition-coded modulation,SCM)等。此類編碼調制需要一個大循環的接收機迭代方可逼近2^r-QAM輸入的香農限。

Chiu首次提出了多元IRA調制碼方法^[1]。與上述的基于二元的編碼調制方案不同，Chiu的方法是針對給定q-PAM調制，采用在q元伽羅華域(Galois field,GF)上進行多元編碼，然后通過“一對一”的映射產生調制符號序列。此方法可逼近香農限且無需大循環的接收機迭代。不幸的是，在非整數的GF(2^m)域上，Chiu的方法并不具備格型碼的代數疊加特性，其在多信源多跳網絡里無法獲得充分的編碼增益。

本發明提出了一個新的基于q＝2^m進制整數環{0，1，…，2^m-1}的D-IRA調制碼。它通過對乘法因子分布和節點度分布的雙重不規則設計和優化，實現了逼近任意2^m-PAM輸入的信道容量極限。同時，D-IRA調制碼具備格型碼的代數疊加性質：即多個用戶D-IRA碼字的整數相加，其模q運算后仍然是D-IRA的一個可用碼字。這使得其在多信源多跳網絡中可充分實現計算與傳遞、物理層網絡編碼、污紙編碼等的編碼增益。D-IRA調制碼的發明為這些網絡信息論中輔助信息、網絡編碼等理念在實際無線系統中的實施提供了關鍵的橋梁作用。此外，D-IRA調制碼還可以用在任意整數q階調制系統里，q并非必須為質數的整數次冪。

【發明內容】

(一)本發明的目的