一種極化編碼連續相位調制的信息傳輸方法和系統技術方案

本發明專利技術公開了一種極化編碼連續相位調制的信息傳輸方法和系統，所述方法包括：將信息流進行循環冗余校驗編碼、極化編碼；將編碼得到的碼字進行交織、映射；將映射的符號進行連續相位調制得到的CPM信號送入信道進行傳輸。本發明專利技術通過CPM調制技術與Polar碼編譯碼技術相結合，在保證系統較高誤碼性能的同時保證較低的接收端復雜度，可用于通信環境較為惡劣的水下環境。水下環境。水下環境。

【技術實現步驟摘要】
一種極化編碼連續相位調制的信息傳輸方法和系統


[0001]本專利技術涉及通信
，特別是指一種極化編碼連續相位調制的信息傳輸方法和系統。

技術介紹

[0002]極化碼基于一種被稱為信道極化的數字信號處理技術，通過信道分割合并引入相關性，當參與信道極化的信道數足夠多時，所得到的信道的可靠度會出現極化現象，且信道數越多信道極化越明顯，據此可以優化編碼結構。極化碼已經被證明在碼長充分大時能夠達到信道容量，在實際傳輸過程中，信道碼長有限，所以最大可達速率會有所損失。
[0003]極化碼最基本的譯碼方案為SC算法，理論上在碼長充分長時，可以達到信道容量，但實際情況中極化碼的誤碼性能并不能達到理想效果。由于極化碼的譯碼算法可以視為一種在極化碼碼樹上進行路徑搜索的過程，通過引入廣度優先遍歷改進路徑搜索算法，可以有效提升系統性能，即串行抵消列表(SCL)算法。在這其后，衍生出一種優化后的算法，循環冗余校驗與極化碼級聯后(CRC
?
Polar)的譯碼方案，即CA
?
SCL，通過對CRC
?
Polar碼進行構造優化能夠進一步改善通信性能，同時能保證復雜度不變。
[0004]基于信道極化現象，需要根據各個極化信道的可靠性來分配信道設置凍結比特，一般計算信道可靠性的方法有傳統的密度進化(DE)，以及高斯近似方案(GA)，相較于前者，高斯近似方案復雜度更小，且性能差距較小。
[0005]本系統涉及的CPM調制屬于恒包絡調制，發送端的功放能夠穩定地工作在非線性放大區，避免了非線性失真的同時取得了較高的功率效率。傳統的CPM調制接收端復雜度較高，采用Laurent分解對接收信號的主分量進行匹配解調的方案能夠在保證系統性能近乎不變的同時大大降低系統的復雜度。假設一個M進制的CPM信號，其調試指數為h，記憶長度為L，脈沖積分波形q(t)選取余弦脈沖或者高斯脈沖的積分，那么，其對應的Laurent分解公式如下：
[0006]其中，Q＝2
L
?1，P＝log2M，g
K
(t)為Laurent分解得到的分量波形，也即PAM信號，K為分量波形的序號，a
K,n
為n時刻第K個分量波形對應的系數，是信息序列{α
n
}的函數，文獻上一般稱為偽符號(pseudosymbol)，特別注意的是，分量波形是實數波形，而相應的偽符號是復數。
[0007]由于Laurent分解將原始CPM信號分解成N種分量脈沖，并且這些分量脈沖在持續時間與幅度上各有不同，這也導致了這些脈沖在能量上分配極不均勻。據統計，在調制階數M或者記憶長度L較小時，能量前M
?
1個脈沖的能量占比約為總能量的90％以上，這也表示可以近似的使用能量較大的PAM信號來近似方案中的CPM信號，從而進一步簡化接收機對信號的處理。
[0008]在先驗信息等概的情況下，根據極大似然準則，在接收端接收信號與判決信號相關度量最大的情況下，判決信號對應的信息序列即為所求。通過Laurent分解，將CPM信號的
不同種Laurent脈沖與接收信號進行接收匹配，x
K,n
＝∫r(t)g
K
(t
?
nT)dt，x
K,n
是匹配后的輸出響應，將其與偽符號組合后得到分支度量，形成CPM信號的格圖結構(trellis結構)，利用BCJR算法進行解調。如此，解調算法的復雜度與trellis結構的狀態個數相關。當CPM調制指數為h＝q/p(p，q為互質的整數)時，如果對CPM信號的所有Laurent脈沖進行匹配的話，狀態個數為pM
L
?1，此時為最優解調，狀態數的增多導致了復雜度指數級增長。當只對前M
?
1個脈沖進行匹配時，狀態個數為僅為p，復雜度很低，但是解調精度會下降，導致后續誤碼性能下降。
[0009]線性調制相關的編碼調制相關方案很多，但是很少有以非線性調制為切入點的編碼調制方案。傳統的非線性編碼調制方案多采用RS碼，卷積碼串行級聯來提升誤碼性能，目前也出現了一些也有利用LDPC碼、turbo碼等編碼方式與非線性調制結合的案例。
[0010]綜上，目前技術的缺點是：傳統的RS碼，卷積碼等與非線性編碼結合的編碼方案誤碼性能較差，而LDPC碼、turbo碼等方式譯碼端較為復雜；此外，傳統的CPM接收端檢測器復雜度較高，雖然已經有了利用CPM信號的分解來進行解調的思路，但是這些方案要么只針對于二進制CPM，要么只采用前M
?
1階主分量進行匹配，當調制指數、記憶長度增大時，只采用M
?
1階主分量可能會由于能量占比不足而導致誤碼性能下降，缺少更靈活的脈沖匹配機制。

技術實現思路

[0011]有鑒于此，本專利技術的目的在于提出一種極化編碼連續相位調制的信息傳輸方法和系統，通過CPM調制技術與Polar碼編譯碼技術相結合，在保證系統較高誤碼性能的同時保證較低的接收端復雜度，可用于通信環境較為惡劣的水下環境。
[0012]基于上述目的，本專利技術提供一種極化編碼連續相位調制的信息傳輸方法，包括：
[0013]將信息流進行循環冗余校驗編碼、極化編碼；
[0014]將編碼得到的碼字進行比特交織，以及二進制到多進制的映射；
[0015]將映射的符號進行連續相位調制得到的CPM信號送入信道進行傳輸。
[0016]進一步，所述方法還包括：
[0017]接收到通過信道傳輸的CPM信號后，采用log
?
MAP算法對CPM信號進行解調；
[0018]將解調得到的軟信息解交織后，采用循環冗余校驗輔助的串行抵消列表進行譯碼。
[0019]本專利技術還提供一種極化編碼連續相位調制的信息傳輸系統，包括：
[0020]CRC級聯極化碼編碼器，用于將信息流進行循環冗余校驗編碼、極化編碼；
[0021]比特交織器，用于將編碼得到的碼字進行比特交織，以及二進制到多進制的映射；
[0022]連續相位調制器，用于將映射的符號進行連續相位調制得到的CPM信號送入信道進行傳輸。
[0023]進一步，所述系統還包括：
[0024]連續相位解調器，用于將通過信道傳輸的CPM信號，采用log
?
MAP算法對CPM信號進行解調；
[0025]解交織器，用于將解調得到的軟信息解交織；
[0026]譯碼器，用于將解交織后的軟信息采用循環冗余校驗輔助的串行抵消列表進行譯碼。
[0027]本專利技術還提供一種信號的發送端，包括：
[0028]CRC級聯極化碼編碼器，用于將信息流進行循環冗余校驗編碼、極化編碼；
[0029]比特交織器，用于將編碼得到的碼字進行比特交織，以及二進制到多進制的映射；
[0030]連續相位調制器，用于將映射的符號進行連續相位調制得到的CPM信號送入信道進行傳輸。
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【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種極化編碼連續相位調制的信息傳輸方法，其特征在于，包括：將信息流進行循環冗余校驗編碼、極化編碼；將編碼得到的碼字進行比特交織，以及二進制到多進制的映射；將映射的符號進行連續相位調制得到的CPM信號送入信道進行傳輸。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括：接收到通過信道傳輸的連續相位調制CPM信號后，采用log
?
MAP算法對CPM信號進行解調；將解調得到的軟信息解交織后，采用循環冗余校驗輔助的串行抵消列表進行譯碼。3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述極化編碼過程中的極化信道可靠性估計具體是采用高斯近似算法，具體包括：每個子信道的對數似然比的期望根據如下公式1計算：個子信道的對數似然比的期望根據如下公式1計算：其中，表示在信道極化過程中，長度為n的極化碼中第i個極化信道的對數似然比，表示信道假設的對數似然比，可以視為長度為1的極化信道的對數似然比；采用如下近似表達式AGA
?
2近似表示上述公式的2近似表示上述公式的根據計算的子信道的對數似然比估計子信道的可靠性。4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述接收到通過信道傳輸的CPM信號后，采用log
?
MAP算法對CPM信號進行解調，具體包括：基于Lauren匹配濾波器組，將接收的CPM信號分解為數種PAM脈沖的疊加；根據PAM脈沖的偽符號，確定trellis結構的輸入符號，進而基于trellis結構的狀態變量的狀態轉移方式，計算偽符號的后驗概率；根據迭代的狀態變量的前向度量、后向度量，以及偽符號的后驗概率，計算所述輸入符號的對數似然值；將所述輸入符號的對數似然值轉化為二進制比特似然比，得到解調的軟信息。5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述偽符號根據如下公式6、7計算得到：
其中，a
K,n
表示第n個符號周期內Laurent匹配濾波器組第K個脈沖的偽符號，P＝log2M，M、D分別為CPM信號的調制階數、精度參數；為第l個的二進制CPM信號的Laurent分解對應的第n個時刻的第k個偽符號；{d
j,l
}表示第j組多進制脈沖對應的第l個二進制Luarent脈沖的序號；表示第j組的第m個脈沖對應的第l個二進制Laurent脈沖的時延；均可通過多進...

【專利技術屬性】
技術研發人員：牛凱，賀志強，查品德，王濤，劉辛潤，付彥，李佳桐，
申請(專利權)人：北京長城電子裝備有限責任公司，
類型：發明
國別省市：