[发明专利]一种基于极化码的多级比特交织编码调制方法

说明书

本发明公开了一种基于极化码的多级比特交织编码调制方法，主要针对复高斯信道下的通信系统，包含两部分内容：极化码编码以及比特到符号的映射规则的设计。在极化码编码中，首先通过设计各个层级的子调制阶数，使得传统的二进制核可以用于各个层级的极化码编码，避免了打孔和构造多核极化码，保证了极化码的极化性能。然后，通过外部信息转移计算比特极化信道的可靠性，选择高可靠性的比特极化信道进行信息比特的传输，完成极化码编码。比特到符号的映射规则的设计主要针对对称星座图的映射，是一种联合集合分解和格雷映射的混合映射。本发明通过设计比特到符号的映射规则，可以最大化地提升极化性能，从而提高系统的误组率性能。

技术领域

本发明属于无线通信中的编码调制技术领域，具体涉及一种基于极化码的多级比特交织编码调制方法。

背景技术

基于极化码的编码调制技术是指将极化码和高阶调制相结合，从而提升通信系统的频谱效率。一种基于极化码的编码调制技术为多级极化码编码调制(multilevel polarcoded modulation，MLPCM)。对于2^m(m＝1,2,3,4,...)进制的数字调制，MLPCM将输入的数据流分成m个优先级，并且在接收端采取顺序的方式进行译码。发送端和接收端分别有m个编码器和m个译码器。这种编码调制技术可以达到信道容量。然而，随着调制阶数的增加，大量的编码器和译码器增加了硬件复杂度，同时接收端的多阶段译码也会增加处理延迟。因此，MLPCM并不适用于实际应用。

另外一种基于极化码的编码调制技术为比特交织极化码编码调制(bit-interleaved polar coded modulation，BIPCM)。在BIPCM中，各个数据流没有优先级之分，因此发送端和接收端只有一个编码器和译码器，降低了复杂度。然而，BIPCM存在较大的互信息丢失，误组率性能次于MLPCM。此外，对于2^m进制的BIPCM，传统的极化码限制m为2的幂次方，因此调制阶数的选取受限，而通过打孔极化码或者组合极化码实现灵活的调制阶数时会降低极化性能。

一种广义的编码调制方法，即多级比特交织编码调制(multilevel bit-interleaved coded modulation，MLBICM)，通过以多级方式嵌入比特交织编码调制来实现比特交织编码调制和多级编码调制的融合，并且在性能上结合了两者的优点。与比特交织编码调制相比，它可以减少信息丢失。与多级编码调制相比，它对编解码器和译码器数目的需求较少，从而降低了处理延迟和硬件复杂度。鉴于此优点，MLBICM被广泛应用于非正交多址信道、广播信道和多输入多输出系统等各种通信和信号处理中。然而目前暂无基于极化码的MLBICM。

本发明针对上述问题，提出了一种基于基于极化码的MLBICM(multilevel bit-interleaved polar coded modulation，MLBIPCM)方法。该方法结合了MLPCM和BIPCM的优势，在误组率性能无损的情况下降低了复杂度，同时不需要通过额外的打孔或者构造组合极化码就可以实现2^m(m＝1,2,3,4,...)进制数字调制，适用于实际的通信应用。

发明内容

发明目的：针对复高斯信道下的通信系统编码能力的不足，本发明第一目的是提供一种多级比特交织编码调制中比特到符号的映射方法。本发明第二目的提供一种基于极化码的多级比特交织编码调制方法。

技术方案：一种多级比特交织编码调制中比特到符号的映射方法，包括如下步骤：

(s1)引入m阶二进制矩阵为集合分解映射，满足如下表达式：

式中，(b₁,b₂,...,b_m)为二进制的比特向量，所述比特向量表示的十进制数如下所示：