一种系统极化调整卷积码的编码方法

1.本发明属于通信技术领域，具体的说是涉及一种系统极化调整卷积码的编码方法，串行抵消列表译码等技术。


背景技术：

2.卷积码是一种线性分组码，通过线性组合和时域卷积实现。它具有较好的纠错性能，在无线通信和存储系统中广泛应用。然而，传统的卷积码在高信噪比下的性能有限，无法满足大容量和高可靠性的通信要求。极化编码是一种信息论中的技术，通过对输入序列进行特定的线性变换，将其转换为一个更高纠错性能的输出序列。极化编码利用极化矩阵，将输入变成两个子序列，其中一个具有较高的可靠性，另一个具有较低的可靠性。极化编码在5g通信标准中被采纳，用于embb模式下的控制信道进行编码。
3.极化调整的卷积码是基于卷积码、极化编码的一种编码方式，通过将卷积编码与极化编码进行级联，提高了传统卷积码的纠错性能和编码效率，在无线通信和存储系统等领域具有广泛的应用前景。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提出一种系统极化调整卷积码的编码方法，一种系统极化调整卷积码的编码方法，包括：由输入信息序列确定码长n和信息位长度k后，利用rm权重法得到信源端信息位索引a，将信源端的冻结位索引ac的比特置为0，码字端的信息位索引b由a位反转变换得到，将信息序列分配在码字端的信息索引b上；将卷积操作和极化操作合并，得到极化调整卷积编码的生成矩阵g；通过生成矩阵g子矩阵的求逆运算，得到信源端的中间信息向量va，整合得到信源消息v；编码得出完整的码字消息x；在接收端对系统极化调整卷积码采用列表译码。
附图说明
5.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明实施例的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
6.图1是一种系统极化调整卷积码的编码方法的系统流程图；
7.图2是一种码长n＝128，k＝32的情况下，所提系统极化调整卷积码与非系统极化调整卷积码在l＝32条件下串行抵消列表译码的误码率性能比较示意图；
8.图3是一种码长n＝128，k＝64的情况下，所提系统极化调整卷积码与非系统极化调整卷积码在l＝32条件下串行抵消列表译码的误码率性能比较示意图。
具体实施方式
9.为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
10.需要说明的是，除非另外定义，本说明书一个或多个实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书一个或多个实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
11.本发明的目的在于提出一种系统极化调整卷积码的编码方法，将信息序列置于码字端的信息位索引处，而信源端冻结位索引处比特置0，在合并卷积操作和极化操作后得到系统生成矩阵，通过编码公式得到系统码字。对比非系统极化调整卷积码，能以不增加复杂度的情况下，降低非系统极化码的错误传播，从而改善译码性能。
12.下面结合附图详细说明本发明实施例的技术方案。
13.在本实施例中，提出了一种奇偶校验极化调整的卷积码的消息传递方法，如图1所示，该方法具体包括如下步骤：
14.s101，在发送端对信源进行比特映射。
15.具体地，由输入信息序列确定码长n和信息位长度k后，利用rm权重法得到信源端信息位索引a：
16.s(i)＝w(i-1)
17.其中，w(i-1)为十进制数i-1(0≤i-1≤n)的二进制表示中1的个数。选取rm分数较高的k个索引值为信源端信息位索引a，分数较低的n-k个索引值为信源端冻结位索引ac。码字端的信息位索引b由a位反转变换得到。
18.比特映射模块将信息序列d分配在码字端的信息索引b上，并将将信源端的冻结位索引ac的比特置为0；比特映射模块的公式如下所示：
[0019][0020]
其中，v、x分别为极化调整的卷积码的信息端与码字端向量。
[0021]
s102，将卷积操作和极化操作合并，得到极化调整卷积编码的生成矩阵g，即g＝gcg
p
。gc为pac码的卷积操作的生成矩阵，可以通过平移卷积向量c获得的上三角矩阵，在本实施例中，c＝[1,0,0,1,1,0,1]。n＝log2n，bn为n
×
n的位反转矩阵。
[0022]
s103，通过编码过程中间逆运算，得到信源端的中间信息向量va，整合得到信源消息v。
[0023]
具体地，总体编码过程可表示为：
[0024][0025]
其中，ga、为g行索引为a、ac组成的子矩阵。由于该编码公式可以被简化
为：
[0026]
x＝vag
a (3)
[0027]
将码字x分成两部分b可以看作为码字端的信息位索引，由a位反转变换得到。则编码公式(3)可被重写为两部分：
[0028]
xb＝vag
ab (4)
[0029][0030]
其中，g
ab
表示由g中行、列索引中属于a、b的元素构成的子矩阵；表示由g中行、列索引中属于a、bc的元素构成的子矩阵。对编码公式(4)等式两边乘g
ab
的逆矩阵可得：
[0031]
va＝xbg
ab-1 (6)
[0032]
其中，g
ab-1
为g
ab
的逆矩阵。由于码字端信息位索引比特xa由信息序列d确定,即xa＝d，通过编码过程逆运算(6)可得到信源端的中间信息向量va，整合得到信源消息
[0033][0034]
s104，编码得出完整的码字消息x。通过总体编码公式(2)，可编码得出完整的系统极化调整卷积码码字消息x。
[0035]
本实例采用二进制相移键控调制方式，采用加性高斯白噪声信道进行传输码字，对应信道接收值可表示为：
[0036][0037]
其中，是长度为n的高斯噪声序列，其均值为0，方差为σ2。
[0038]
s105，在接收端对系统极化调整卷积码采用列表抵消译码。
[0039]
根据图2的比较结果，针对n＝128，k＝32的情况，可以明显看出系统极化调整卷积码的误码率性能上优于传统的非系统极化调整卷积码构造方案。非系统极化调整卷积码的码字在解码过程中可能会出现误差传播的问题，即一个错误的解码会导致后续位或块的错误。而系统极化调整卷积码的码字由于直接可观测信息位，能够更好地抵抗误差传播，减小解码错误的影响范围，从而使得误码率性能提升。即使在高码率的情况下，通过图3对比n＝128，k＝64的误码率性能可以发现，系统极化调整卷积码仍然明显优于非系统极化调整卷积码构造方案。这进一步展示了本发明所提出码字构造方案的重要意义和价值。

技术特征：
1.一种系统极化调整卷积码的编码方法，其特征在于，包括：由输入信息序列确定码长n和信息位长度k后，利用rm(reed-muller)权重法得到信源端信息位索引a，将信源端的冻结位索引a
c
的比特置为0，码字端的信息位索引b由a位反转变换得到，将信息序列分配在码字端的信息索引b上；将卷积操作和极化操作合并，得到极化调整卷积编码的生成矩阵g；通过编码过程中间逆运算，得到信源端的中间信息向量v
a
，整合得到信源消息v；编码得出完整的码字消息x；在接收端对系统极化调整卷积码采用列表译码。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将卷积操作和极化操作合并，具体包括：通过将卷积编码矩阵g
c
和极化编码矩阵g
p
相乘，得到极化调整卷积编码的生成矩阵g。

技术总结
本发明公开了一种系统极化调整卷积码的编码方法，所述方法包括：由输入信息序列确定码长和信息位长度后，利用RM权重法得到信源端信息位索引A，码字端的信息位索引B由A位反转变换得到；将信息序列分配在码字端的信息索引B上，将信源端的冻结位索引A


技术研发人员：于清苹 张游 孙远
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：2023.07.02
技术公布日：2023/9/14