[发明专利]一种基于极化码的异步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异步多级比特交织编码调制方法，包括以下步骤：首先通过遍历搜索得到最佳的编码模式和调制模式用于系统编码和调制，然后使用高斯近似方法得到信息比特的传输位置；进行极化码编码；对编码后的数据进行交织；发送端数据存储；调制；接收端接收信号；计算并存储符号似然比；译码及码重构；存储比特序列。本发明在误组率性能无损的情况下降低了存储和译码复杂度，适用于实际的通信应用。

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异步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。

多级极化码编码调制(multilevel polar-coded modulation,MLPCM)是目前研究较多的一种基于极化码的编码调制技术。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，并且在接收端按照数据流的优先级多阶段译码，通过集合分解(set partition,SP)映射达到信道容量。MLPCM发射端需m个编码器，接收端需m个译码器。

比特交织极化码编码调制(bit-interleaved polar-coded modulation，BIPCM)是目前研究较多的另一种基于极化码的编码调制技术。在BIPCM中，各个数据流没有优先级之分，因此发送端只有一个编码器，接收端只有一个译码器，和MLPCM相比具有较低的处理延迟。然而，为了降低各数据流间的干扰，BIPCM使用格雷映射，带来了较大的互信息丢失，误组率性能次于MLPCM。

为了优化BIPCM的性能，研究人员提出了一种广义的极化码编码调制方法，即多级比特交织极化码编码调制(multilevel bit-interleaved polar-coded modulation,MLBIPCM)，通过以多级方式嵌入比特交织编码调制的方式，在获得与MLPCM相似的误组率性能的同时，相较于BIPCM也可以降低译码复杂度。另一方面通过将各数据流叠加为空间耦合结构，BIPCM在并行调制分区下仍可以使用SP映射而不会损失容量，这种极化码编码调制技术为异步比特交织极化码编码调制(asynchronous BIPCM,A-BIPCM)。研究表明，A-BIPCM可以获得比MLPCM更优的极化效果和误组率性能。然而，A-BIPCM的性能优势以发送端和接收端的高存储复杂度为代价。

发明内容

发明目的：为了解决上述问题，本发明提出了一种基于极化码的异步多级比特交织极化码编码调制(asynchronous multilevel bit-interleaved polar codedmodulation，A-MLBIPCM)方法。该方法结合了MLBIPCM和A-BIPCM的优势，在误组率性能无损的情况下降低了存储和译码复杂度，适用于实际的通信应用。

技术方案：为了达到上述目的，本发明的一种基于极化码的异步多级比特交织编码调制方法，包括以下步骤：

步骤1、生成最佳的编码模式和调制模式：令N表示帧长，R为码率，调制阶数为2^m，m为幂次；S＝{1,2,...,m}为调制过程中的比特索引集合；将S划分成多个子集的方式具有编码模式和调制模式两种；

通过遍历搜索得到最佳的编码模式和调制模式：最佳的编码模式用表示，其中为最佳的编码模式的子集数目，第i个子集大小为取值为2的幂次方且满足其中为的第j个元素，

最佳的调制模式用表示，其中为最佳的调制模式的子集数目，第v个子集大小为为正整数且满足是时的结果；

步骤2、使用高斯近似方法得到信息比特的传输位置；

步骤3、极化码编码：

在第t个时刻，按下式计算得到第i个源数据流经极化码编码后的码字a⁽ⁱ⁾(t)：