[发明专利]基于高斯近似理论的抗大气湍流衰弱的极化码构建方法

说明书

本发明提供了一种基于高斯近似理论的抗大气湍流衰弱的极化码构建方法，将极化码编码用于自由空间光通信系统中时，挑选出在大气湍流增益错误概率较低的极化子信道用于传输信息比特序列，错误概率较高的极化子信道用于传输收发端都已知的固定比特序列。本发明提出的方法的具体步骤包括：根据大气湍流引起的信号瞬时增益，初始化接收信号对数似然比的概率密度分布；进行极化信道对数似然比概率密度分布的迭代运算；计算各个极化子信道的错误概率；挑选出错误概率较低的极化子信道用于传输信息比特序列。本发明主要解决极化码在大气湍流衰弱信道下的构建问题，能有效抑制由于大气湍流衰弱导致的系统性能下降，提高自由空间光通信系统的稳定性。

技术领域

本发明涉及信息编码及自由空间光通信领域，具体地，涉及抗大气湍流衰弱的极化码构建方法。

背景技术

随着通信容量的不断增加，传统射频通信的频谱资源逐渐趋于饱和，而自由空间光通信系统(Free Space Optical,FSO)通信系统被广泛关注。相比于传统的射频通信系统，自由空间光通信系统拥有传输速率高、传输带宽大、不受电磁干扰、无需频率执照等优点。因此自由空间光通信系统正被广泛用于最后一公里接入、校园及企业内互联、视频监控流传输、无线回传、灾难恢复应急链路、电视广播通信等等。然而由于大气湍流效应产生的大气温度、压强等因素的不断变化，使得在大气中传输的光波，其光场的幅度和相位将会产生畸变。这种现象将会严重影响自由空间光通信系统的稳定性，限制其系统性能的提升。

针对大气湍流效应对系统性能的恶化，各种新颖的技术被提出用来对抗湍流效应，提升系统的稳定性。空间分集技术采用多个发射机或者多个接收机的系统结构提高接收信号的稳定性，降低湍流衰弱；中继传输技术通过在点对点链路中增加中继节点，以此提升系统的稳定性；混合传输技术通过引入备用的射频通信链路，当光链路恶化时切换到射频链路进行传输，提升系统性能。以上技术都需要对系统的结构进行较大程度的改进，大幅提升系统的成本及复杂度。而信道编码技术能在不改变系统收发结构的基础上，以较低成本和复杂度的方式用于自由空间光通信系统，对抗因大气湍流效应引起的通信性能恶化。目前低密度奇偶校验码(Low Density Parity Check,LDPC)和Turbo码作为先进的软判决译码方法，均已被应用于自由空间光通信系统，并且使得系统性能在大气湍流情况下获得了大幅度的提升。

极化码作为一种新型的信道编译码技术，是目前唯一一种通过严格的数学证明达到信道容量的构造性编码方案，拥有较低的计算复杂度和较高的性能表现。极化码已经被证明在短码长情况下采用串行抵消列表(Successive Cancellation List,SCL)结合循环冗余检验(Cyclic Redundancy Check,CRC)的译码方法，其性能优于相同译码复杂度情况下的奇偶校验码。同时在5G短码方案讨论中，极化码成为5G控制信道eMBB场景编码方案。

经过对现有文献的检索，来自Bilkent University的Erdal Ar₁kan于2009年在IEEE TRANSACTIONS ON INFORMATION THEORY的第55卷第7期上发表论文“ChannelPolarization:A Method for Constructing Capacity-Achieving Codes for SymmetricBinary-Input Memoryless Channels”，理论提出了极化码这种码型的构造以及译码方法，但是此篇文章只是理论上提出了极化码，并没有在应用领域做过多的深入研究。同时该文章提出的通过计算巴氏参数的方法来构建极化码，主要针对二进制擦除信道(BinaryEliminated Channel)或者加性高斯白噪声(Additive White Gaussian Noise,AWGN)信道设计，对于二进制擦除信道复杂度较低，对加性高斯白噪声信道复杂度较高。