CN111030704A - 一种基于极化码的免同步通信方法、装置及系统 - Google Patents

一种基于极化码的免同步通信方法、装置及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于极化码的免同步通信方法、装置及系统，接收端采用多组预设好的信号起始时间、调制中心频率和信道相位的组合，对接收到的信号进行定时抽样、频偏校正及相位校正处理，解调后得到P′个码字接收序列，然后基于分而治之的思想，对P′个码字接收序列中的每P个码字接收序列同时进行译码，得到P′/P个译码结果，基于最大似然原则从所得译码结果中选出最有可能是正确码字的译码结果，并判断其有效性，若有效，提取译码结果中的信息，完成通信；该方法在抽样起始位置、载波频偏、载波相位的取值组合数量较大的情况下，并不受限于多码字接收序列SCL译码器能够处理的码字接收序列的数量，通信质量较高。

Description

一种基于极化码的免同步通信方法、装置及系统
技术领域
本发明属于纠错编译码技术领域，更具体地，涉及一种基于极化码的免同步通信方法、装置及系统。
背景技术
同步是通信系统中的一个关键技术环节，只有收发双方在信号起始时间、调制中心频率和信道相位三方面取得同步的条件下，通信才可以正常进行。为实现同步通信，现有的方法在待发送的通信信号中嵌入同步序列，该同步序列为接收方提供了发送方的信号起始时间、调制中心频率和信道相位。在通信过程中，同步序列消耗了宝贵的信道资源，降低了频谱利用效率。另一方面，利用同步序列进行同步，需要相应的同步算法，比较复杂度，并且，随着社会的发展，人们对通信质量的要求越来越高，故研究一种免同步信号的通信方法具有重要的意义。
极化编码作为一种新型的接近香农限的结构化编码方案，性能优异，而且编译码算法的复杂度较低，有利于工程实现，受到了学术界和工业界的广泛关注，并被选择为5G移动通信增强移动宽带场景中短码长编码标准技术。将极化码应用于通信系统中，可以大大减小通信的复杂度。现有的基于极化码的免同步通信方法，通过在发送端对待发送信息比特进行极化码编码、调制后发送到接收端，接收端在给定的抽样起始位置、载波频偏、载波相位的各取值组合上对接收到的信号进行预处理后，输入至多码字接收序列SCL译码器进行译码，从而得到发送端发送的信息。虽然该方法能够在免同步的前提下实现同步通信，但是当抽样起始位置、载波频偏、载波相位的取值组合数量大于多码字接收序列SCL译码器的最大输入码字接收序列个数时，无法对大量码字接收序列进行译码的方法，通信质量较低；另外，该方法直接将从译码结果中提取的信息作为发送端发送的信息，完成收发双方的通信，并没有检测译码结果的有效性，如果译码结果无效但被当作有效，会产生严重的数据正确性问题，通信的可靠性较低。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于极化码的免同步通信方法、装置及系统，其目的在于解决现有方法由于在抽样起始位置、载波频偏、载波相位的取值组合数量大于多码字接收序列SCL译码器的最大输入码字接收序列个数时，无法对大量码字接收序列进行译码的方法而导致的通信质量较差的问题。
为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种基于极化码的免同步通信方法，包括以下步骤：
S1、发送端对信息比特序列进行极化码编码，调制形成发送信号后发送到接收端；
S2、接收端采用多组预设好的信号起始时间、调制中心频率和信道相位的组合，对接收到的信号进行定时抽样、频偏校正及相位校正处理，解调后得到P′个码字接收序列；其中，P′为信号起始时间、调制中心频率和信道相位的组合数，且每个码字接收序列对应一组包括信号起始时间、调制中心频率及信道相位的参数；
S3、接收端采用多码字接收序列SCL译码器对P′个码字接收序列中的每P个码字接收序列同时进行译码，得到P′/P个译码结果；其中，P为小于P′的正整数，P′/P为整数；
S4、接收端从所得的P′/P个译码结果中选出最优译码码字；
S5、接收端判断所得最优译码码字是否有效，若最优译码码字有效，提取最优译码码字中的信息比特序列，完成通信。另外，在一个可选实施方式中，若最优译码码字无效，则转至步骤S1，发送端重新发送该信号。
进一步优选地，步骤S3中采用多码字接收序列SCL译码器对P′个码字接收序列中的每P个码字接收序列同时进行译码的方法，包括以下步骤：
S31、对于待译码的P个码字接收序列
Figure BDA0002350888020000031
若当前译码比特的索引序号i等于其初始值1，则转至S32；若当前译码比特的索引序号i大于1小于等于N，则转至步骤S33；若当前译码比特的索引序号i大于N，则转至步骤S36；其中，P≤L，L为预设SCL译码算法的最大路径数量，码字接收序列由极化码组成，N为极化码码长，i为正整数；
S32、在译码器列表中初始化P条路径，将第l(l＝1,2,...,P)条路径记为
Figure BDA0002350888020000032
令i＝i+1，返回步骤S31；其中，Sl表示译码器列表中第l条路径所对应的码字接收序列为
Figure BDA0002350888020000033
Sl的初始取值为l，
Figure BDA0002350888020000034
表示译码器列表中第l条路径对应的码字接收序列的第一个比特u1的判决值，u1是固定比特，
Figure BDA0002350888020000035
的取值均为已知的固定比特u1的取值；
S33、判断码字接收序列中的第i个比特ui是否为固定比特，若是，则转至步骤S34；若否，则转至步骤S35；
S34、记译码器列表中当前路径的数量为L′，第l(l＝1,2,...,L′)条路径为
Figure BDA0002350888020000036
将每条路径
Figure BDA0002350888020000037
扩展为
Figure BDA0002350888020000038
令i＝i+1，返回步骤S31；其中，
Figure BDA0002350888020000039
表示译码器列表中第l条路径对应的码字接收序列
Figure BDA00023508880200000310
的判决值，序列
Figure BDA00023508880200000311
中的元素
Figure BDA00023508880200000312
表示译码器列表中第l条路径在ui处的判决值，并且
Figure BDA00023508880200000313
的取值为已知的固定比特ui的取值；
S35、将每条路径中的序列
Figure BDA00023508880200000314
在ui处分别取值0和1，获得2L′条备选路径
Figure BDA00023508880200000315
和
Figure BDA00023508880200000316
其中，l＝1,2,...,L′，路径
Figure BDA00023508880200000317
和
Figure BDA00023508880200000318
均对应接收序列
Figure BDA00023508880200000319
且路径
Figure BDA00023508880200000320
和
Figure BDA00023508880200000321
的路径度量值分别为
Figure BDA00023508880200000322
和
Figure BDA00023508880200000323
Figure BDA00023508880200000324
和
Figure BDA00023508880200000325
分别表示长度为N的极化码第i个比特信道输出为
Figure BDA0002350888020000041
时输入分别为0、1的转移概率；
判断2L′是否小于等于L，若是，保留2L′条路径；若否，则保留其中L条度量值最大的路径；并令i＝i+1，返回步骤S31；
S36、从L条路径中输出路径度量值最大的一条路径上对应的判决序列
Figure BDA0002350888020000042
获得译码码字，通过译码码字对应路径上记录的Sl获得译码码字对应的码字接收序列。
进一步优选地，上述步骤S4包括：对于所得的P′/P个译码结果，接收端按照最大似然原则选出似然概率最大的译码结果作为最优译码码字。
进一步优选地，步骤S5包括以下步骤：
S51、将最优译码码字映射为双极性序列，得到映射序列；
S52、计算所得映射序列与最优译码码字对应的码字接收序列之间的距离；
S53、根据通信系统的不可检测错误率要求、最优译码码字对应的码字接收序列、所得映射序列以及二者之间的距离d，判断最优译码码字是否有效。
进一步优选地，步骤S53包括以下步骤：
S531、获得所有长度为N的双极性序列中与最优译码码字对应的码字接收序列之间的距离小于上述距离d的双极性序列个数Q；其中，N为最优译码码字长度；
S532、根据所得双极性序列个数Q，计算最优译码码字的预期不可检测错误率UERe；
S533、若所述预期不可检测错误率UERe满足通信系统的不可检测错误率要求，则最优译码码字为有效译码码字；否则，最优译码码字为无效译码码字；
其中，预期不可检测错误率
Figure BDA0002350888020000051
R为最优译码码字中冗余比特的个数。
进一步优选地，步骤S53包括以下步骤：
S531、获得所有长度为N的双极性序列中与最优译码码字对应的码字接收序列之间的距离小于等于上述距离d的双极性序列个数Q；其中，N为最优译码码字长度；
S532、根据所得双极性序列个数Q，计算最优译码码字的预期不可检测错误率UERe；
S533、若所述预期不可检测错误率UERe满足通信系统的不可检测错误率要求，则最优译码码字为有效译码码字；否则，最优译码码字为无效译码码字；
其中，预期不可检测错误率
Figure BDA0002350888020000052
R为最优译码码字中冗余比特的个数。
进一步优选地，步骤S1中发送端在极化码编码之前级联CRC编码，对信息比特序列进行CRC级联极化码编码；此时，步骤S3中接收端对多码字接收序列SCL译码器进行修正，并采用修正后的多码字接收序列SCL译码器对P′个码字接收序列中的每P个码字接收序列同时进行译码，具体包括以下步骤：
S31、对于待译码的P个码字接收序列
Figure BDA0002350888020000053
若当前译码比特的索引序号i等于其初始值1，则转至S32；若当前译码比特的索引序号i大于1小于等于N，则转至步骤S33；若当前译码比特的索引序号i大于N，则转至步骤S36；其中，P≤L，L为预设SCL译码算法的最大路径数量，码字接收序列由极化码组成，N为极化码码长，i为正整数；
S32、在译码器列表中初始化P条路径，将第l(l＝1,2,...,P)条路径记为
Figure BDA0002350888020000061
令i＝i+1，返回步骤S31；其中，Sl表示译码器列表中第l条路径所对应的码字接收序列为
Figure BDA0002350888020000062
Sl的初始取值为l，
Figure BDA0002350888020000063
表示译码器列表中第l条路径对应的码字接收序列的第一个比特u1的判决值，u1是固定比特，
Figure BDA0002350888020000064
的取值均为已知的固定比特u1的取值；
S33、判断码字接收序列中的第i个比特ui是否为固定比特，若是，则转至步骤S34；若否，则转至步骤S35；
S34、记译码器列表中当前路径的数量为L′，第l(l＝1,2,...,L′)条路径为
Figure BDA0002350888020000065
将每条路径
Figure BDA0002350888020000066
扩展为
Figure BDA0002350888020000067
令i＝i+1，返回步骤S31；其中，
Figure BDA0002350888020000068
表示译码器列表中第l条路径对应的码字接收序列
Figure BDA0002350888020000069
的判决值，序列
Figure BDA00023508880200000610
中的元素
Figure BDA00023508880200000611
表示译码器列表中第l条路径在ui处的判决值，并且
Figure BDA00023508880200000612
的取值为已知的固定比特ui的取值；
S35、将每条路径中的序列
Figure BDA00023508880200000613
在ui处分别取值0和1，获得2L′条备选路径
Figure BDA00023508880200000614
和
Figure BDA00023508880200000615
其中，l＝1,2,...,L′，路径
Figure BDA00023508880200000616
和
Figure BDA00023508880200000617
均对应接收序列
Figure BDA00023508880200000618
且路径
Figure BDA00023508880200000619
和
Figure BDA00023508880200000620
的路径度量值分别为
Figure BDA00023508880200000621
和
Figure BDA00023508880200000622
Figure BDA00023508880200000623
和
Figure BDA00023508880200000624
分别表示长度为N的极化码第i个比特信道输出为
Figure BDA00023508880200000625
时输入分别为0、1的转移概率；
判断2L′是否小于等于L，若是，保留2L′条路径；若否，则保留其中L条度量值最大的路径；并令i＝i+1，返回步骤S31；
S36、从L条路径中输出满足CRC校验且路径度量值最大的一条路径上对应的判决序列
Figure BDA00023508880200000626
获得译码码字，通过译码码字对应路径上记录的Sl获得译码码字对应的码字接收序列。
进一步优选地，步骤S5中接收端判断最优译码码字是否存在且满足CRC校验，若存在且满足CRC校验，则最优译码码字有效，提取最优译码码字中的信息比特序列，完成通信。
进一步优选地，步骤S1中发送端将校验编码与极化码进行级联，对信息比特序列进行校验级联极化码编码；此时，步骤S3中接收端对多码字接收序列SCL译码器进行修正，并采用修正后的多码字接收序列SCL译码器对P′个码字接收序列中的每P个码字接收序列同时进行译码，具体的包括以下步骤：
S31、对于待译码的P个码字接收序列
Figure BDA0002350888020000071
若当前译码比特的索引序号i等于其初始值1，则转至S32；若当前译码比特的索引序号i大于1小于等于N，则转至步骤S33；若当前译码比特的索引序号i大于N，则转至步骤S36；其中，P≤L，L为预设SCL译码算法的最大路径数量，码字接收序列由极化码组成，N为校验级联极化码码长，i为正整数；
S32、在译码器列表中初始化P条路径，将第l(l＝1,2,...,P)条路径记为
Figure BDA0002350888020000072
令i＝i+1，返回步骤S31；其中，Sl表示译码器列表中第l条路径所对应的码字接收序列为
Figure BDA0002350888020000073
Sl的初始取值为l，
Figure BDA0002350888020000074
表示译码器列表中第l条路径对应的码字接收序列的第一个比特u1的判决值，u1是固定比特，
Figure BDA0002350888020000075
的取值均为已知的固定比特u1的取值；
S33、判断码字接收序列中的第i个比特ui是否为固定比特，若是，则转至步骤S34；若否，则转至步骤S35；
S34、记译码器列表中当前路径的数量为L′，第l(l＝1,2,...,L′)条路径为
Figure BDA0002350888020000076
将每条路径
Figure BDA0002350888020000077
扩展为
Figure BDA0002350888020000078
令i＝i+1，返回步骤S31；其中，
Figure BDA0002350888020000079
表示译码器列表中第l条路径对应的码字接收序列
Figure BDA00023508880200000710
的判决值，序列
Figure BDA00023508880200000711
中的元素
Figure BDA00023508880200000712
表示译码器列表中第l条路径在ui处的判决值，并且
Figure BDA00023508880200000713
的取值为已知的固定比特ui的取值；
S35、若ui为信息比特，将每条路径中的序列
Figure BDA00023508880200000714
在ui处分别取值0和1，获得2L′条备选路径
Figure BDA00023508880200000715
和
Figure BDA00023508880200000716
其中，l＝1,2,...,L′，路径
Figure BDA0002350888020000081
和
Figure BDA0002350888020000082
均对应接收序列
Figure BDA0002350888020000083
且路径
Figure BDA0002350888020000084
和
Figure BDA0002350888020000085
的路径度量值分别为
Figure BDA0002350888020000086
和
Figure BDA0002350888020000087
和
Figure BDA0002350888020000088
分别表示长度为N的极化码第i个比特信道输出为
Figure BDA0002350888020000089
时输入分别为0、1的转移概率；判断2L′是否小于等于L，若是，保留2L′条路径；若否，则保留其中L条度量值最大的路径；并令i＝i+1，返回步骤S31；
若ui为校验比特，则将每条路径
Figure BDA00023508880200000810
扩展为
Figure BDA00023508880200000811
令i＝i+1，返回步骤S31；其中，序列
Figure BDA00023508880200000812
中的元素
Figure BDA00023508880200000813
表示译码器列表中第l条路径在ui处的判决值，并且其中
Figure BDA00023508880200000814
的取值根据ui所在校验方程和该方程中信息比特在第l条路径上已判决的结果校验得到；
S36、从L条路径中输出路径度量值最大的一条路径上对应的判决序列
Figure BDA00023508880200000815
获得译码码字，通过译码码字对应路径上记录的Sl获得译码码字对应的码字接收序列。
进一步优选地，步骤S1中对信息比特序列进行极化码编码时，使输入极化码编码器的序列
Figure BDA00023508880200000816
中的最后一个比特uN为固定比特；此时，步骤S3中采用多码字接收序列SCL译码器对P′个码字接收序列中的每P个码字接收序列同时进行译码的方法，包括以下步骤：
S31、对于待译码的P个码字接收序列
Figure BDA00023508880200000817
若当前译码比特的索引序号i等于其初始值1，则转至S32；若当前译码比特的索引序号i大于1小于等于N-1，则转至步骤S33；若当前译码比特的索引序号i大于N-1，则转至步骤S36；其中，P≤L，L为预设SCL译码算法的最大路径数量，码字接收序列由极化码组成，N为极化码码长，i为正整数；
S32、在译码器列表中初始化P条路径，将第l(l＝1,2,...,P)条路径记为
Figure BDA00023508880200000818
令i＝i+1，返回步骤S31；其中，Sl表示译码器列表中第l条路径所对应的码字接收序列为
Figure BDA0002350888020000091
Sl的初始取值为l，
Figure BDA0002350888020000092
表示译码器列表中第l条路径对应的码字接收序列的第一个比特u1的判决值，u1是固定比特，
Figure BDA0002350888020000093
的取值均为已知的固定比特u1的取值；
S33、判断码字接收序列中的第i个比特ui是否为固定比特，若是，则转至步骤S34；若否，则转至步骤S35；
S34、记译码器列表中当前路径的数量为L′，第l(l＝1,2,...,L′)条路径为
Figure BDA0002350888020000094
将每条路径
Figure BDA0002350888020000095
扩展为
Figure BDA0002350888020000096
令i＝i+1，返回步骤S31；其中，
Figure BDA0002350888020000097
表示译码器列表中第l条路径对应的码字接收序列
Figure BDA0002350888020000098
的判决值，序列
Figure BDA0002350888020000099
中的元素
Figure BDA00023508880200000910
表示译码器列表中第l条路径在ui处的判决值，并且
Figure BDA00023508880200000911
的取值为已知的固定比特ui的取值；
S35、将每条路径中的序列
Figure BDA00023508880200000912
在ui处分别取值0和1，获得2L′条备选路径
Figure BDA00023508880200000913
和
Figure BDA00023508880200000914
其中，l＝1,2,...,L′，路径
Figure BDA00023508880200000915
和
Figure BDA00023508880200000916
均对应接收序列
Figure BDA00023508880200000917
且路径
Figure BDA00023508880200000918
和
Figure BDA00023508880200000919
的路径度量值分别为
Figure BDA00023508880200000920
和
Figure BDA00023508880200000921
Figure BDA00023508880200000922
和
Figure BDA00023508880200000923
分别表示长度为N的极化码第i个比特信道输出为
Figure BDA00023508880200000924
时输入分别为0、1的转移概率；
判断2L′是否小于等于L，若是，保留2L′条路径；若否，则保留其中L条度量值最大的路径；并令i＝i+1，返回步骤S31；
S36、从L条路径中输出路径度量值最大的一条路径上对应的判决序列
Figure BDA00023508880200000925
获得译码码字，通过译码码字对应路径上记录的Sl获得译码码字对应的码字接收序列。
第二方面，本发明提供了一种接收模块，包括信号解调单元、译码单元、码字判断单元和信息提取单元；
信号解调单元用于采用多组预设好的信号起始时间、调制中心频率和信道相位的组合，对接收到的信号进行定时抽样、频偏校正及相位校正处理，解调后得到P′个码字接收序列，并发送到译码单元；其中，P′为信号起始时间、调制中心频率和信道相位的组合数，且每个码字接收序列对应一组包括信号起始时间、调制中心频率及信道相位的参数；
译码单元用于接收信号解调单元发送的P′个码字接收序列，采用多码字接收序列SCL译码器对P′个码字接收序列中的每P个码字接收序列同时进行译码，得到P′/P个译码结果，并发送到码字判断单元；其中，P为小于P′的正整数，P′/P为整数；
码字判断单元用于接收译码单元发送的P′/P个译码结果，从所得的P′/P个译码结果中选出最优译码码字，并判断所得最优译码码字是否有效，将判断结果发送到信息提取单元；
信息提取单元用于接收码字判断单元发送的最优译码码字的判断结果，若最优译码码字有效，提取最优译码码字中的信息比特序列，完成通信。
第三方面，本发明提供了一种基于极化码的免同步通信系统，包括发送模块和本发明第二方面所提供的接收模块；
发送模块用于对信息比特序列进行极化码编码，调制形成发送信号后发送到接收模块。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1、本发明提供了一种基于极化码的免同步通信方法，基于分而治之的思想，本发明首先对P′个码字接收序列中的每P个码字接收序列同时进行译码，得到P′/P个译码结果，然后再基于最大似然原则从这P′/P个译码结果中选出最有可能是正确码字的译码结果作为最优译码结果，该方法在抽样起始位置、载波频偏、载波相位的取值组合数量较大的情况下，并不受限于多码字接收序列SCL译码器能够处理的码字接收序列的数量，解决了现有方法由于在抽样起始位置、载波频偏、载波相位的取值组合数量大于多码字接收序列SCL译码器的最大输入码字接收序列个数时，无法对大量码字接收序列进行译码的方法而导致的通信质量较差的问题。
2、本发明所提供出基于极化码的免同步通信方法，在得到最优译码码字以后，进一步对最优译码结果的有效性进行判断，从而保证了接收端所得的信息的正确性，保障了通信的可靠性。
3、在本发明所提供的基于极化码的免同步通信方法中，校验最优译码结果有效性的方法并不依赖于检错编码，能够大大减少传输检错比特的资源开销，从而有效的提高编码效率和纠错性能，另外，该方法能够根据实际的通信系统的不可检测错误率要求，实现对译码不可检测错误率的控制，更加灵活。
4、在本发明所提供的基于极化码的免同步通信方法中，发送端对信息比特序列进行极化码编码时，使输入极化码编码器的序列
Figure BDA0002350888020000111
的最后一个比特uN为固定比特，并在译码过程中跳过最后一个比特uN，载波相位的取值只需要在0到π之间，能够减少一半的译码，大大提高了译码效率。
5、在本发明所提供的基于极化码的免同步通信方法，无需在待发送的通信信号中嵌入同步序列，接收端无需另外实现信号同步算法，直接采用多组预设好的信号起始时间、调制中心频率和信道相位的组合接收发送端发送的数据信号，解决了同步序列消耗了宝贵的信道资源，降低了频谱利用效率的问题，且实现复杂度较低，接收端的成本也较低。
附图说明
图1是本发明所提供的一种基于极化码的免同步通信方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种基于极化码的免同步通信方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1、发送端对信息比特序列进行极化码编码，调制形成发送信号后发送到接收端；
具体的，对信息比特序列进行极化码编码时，极化码编码器的输入序列为
Figure BDA0002350888020000121
比特u1到uN依次在第1个到第N个比特信道上发送，极化码非固定比特信道序号集合为
Figure BDA0002350888020000122
M为正整数，固定比特信道序号集合记为Ac。集合A中的元素满足当1≤i＜j≤M时，ai＜aj，M为正整数。非固定比特序列记为
Figure BDA0002350888020000123
极化码固定比特在收发两端已知，固定比特序列
Figure BDA0002350888020000124
设置为全0。极化码编码为
Figure BDA0002350888020000125
GN为极化码生成矩阵。
S2、接收端采用多组预设好的信号起始时间、调制中心频率和信道相位的组合，对接收到的信号进行定时抽样、频偏校正及相位校正处理，解调后得到P′个码字接收序列；其中，P′为信号起始时间、调制中心频率和信道相位的组合数，且每个码字接收序列对应一组包括信号起始时间、调制中心频率及信道相位的参数；
具体的，为信号起始时间设定M1种取值，为调制中心频率设定M2种取值，为信道相位设定M3种取值，共有P′＝M1M2M3种取值组合，对每一种取值组合，按照其中的信号起始时间定时抽样接收信号，并按照其中的调制中心频率进行频偏校正，并按照其中的信道相位进行相位校正，得到一个校正信号序列，再通过解调得到一个码字接收序列，记为
Figure BDA0002350888020000126
其中l＝1,2,...,P′，M1、M2、M3均为正整数。需要说明的是信号起始时间、调制中心频率和信道相位的组合数量足够大，能够覆盖可能的起始时间、调制中心频率和信道相位。
在一个可选的实施例1中，首先为信号起始时间设定M1＝4种取值，按照预设的信号起始时间定时抽样接收信号，每路抽样信号的长度为Np＝110，则可得4路抽样输出信号
Figure BDA0002350888020000131
且这4路输出信号的起始抽样点依次记为r1，r2，r3，r4，由于采样率是符号速率的8倍，接收端需进行8倍下采样，故
Figure BDA0002350888020000132
其中，l∈[1,4]，wi＝r(i-1)×8+l。其次，为调制中心频率设定M2＝4种取值，分别记为f1，f2，f3，f4，对上述所得4路抽样输出信号
Figure BDA0002350888020000133
分别进行频偏矫正，其中，每一个输出信号
Figure BDA0002350888020000134
l∈[1,4]分别进行f1，f2，f3，f4四种频偏矫正，一共输出16路信号。再次，为信道相位设定M3＝4种取值，分别记为θ1，θ2，θ3，θ4，对上述输出的16路信号，分别进行4种相位偏移矫正，一共输出M1M2M3＝64路信号。最后，对上述输出的64路信号
Figure BDA0002350888020000135
的每一路信号均进行补零操作，使补零之后信号长度为发送端母码的长度128，输出64路补零之后的信号，记为
Figure BDA0002350888020000136
将信号
Figure BDA0002350888020000137
采用BPSK算法进行解调，得到64个码字接收序列。
S3、接收端采用多码字接收序列SCL译码器对P′个码字接收序列中的每P个码字接收序列同时进行译码，得到P′/P个译码结果；本实施例中，P′取值为64，P取值为8。
在一个可选的实施例2中，步骤S3中采用多码字接收序列SCL译码器对P′个码字接收序列中的每P个码字接收序列同时进行译码的方法，所述的方法，包括以下步骤：
S31、对于待译码的P个码字接收序列
Figure BDA0002350888020000138
若当前译码比特的索引序号i等于其初始值1，则转至S32；若当前译码比特的索引序号i大于1小于等于N，则转至步骤S33；若当前译码比特的索引序号i大于N，则转至步骤S36；其中，P≤L，L为预设SCL译码算法的最大路径数量，码字接收序列由极化码组成，N为极化码码长，i为正整数；本实施例中，P取值为8，L取值为8。
S32、在译码器列表中初始化P条路径，将第l(l＝1,2,...,P)条路径记为
Figure BDA0002350888020000141
令i＝i+1，返回步骤S31；其中，Sl表示译码器列表中第l条路径所对应的码字接收序列为
Figure BDA0002350888020000142
Sl的初始取值为l，
Figure BDA0002350888020000143
表示译码器列表中第l条路径对应的码字接收序列的第一个比特u1的判决值，u1是固定比特，
Figure BDA0002350888020000144
的取值均为已知的固定比特u1的取值；
S33、判断码字接收序列中的第i个比特ui是否为固定比特，若是，则转至步骤S34；若否，则转至步骤S35；
S34、记译码器列表中当前路径的数量为L′，第l(l＝1,2,...,L′)条路径为
Figure BDA0002350888020000145
将每条路径
Figure BDA0002350888020000146
扩展为
Figure BDA0002350888020000147
令i＝i+1，返回步骤S31；其中，
Figure BDA00023508880200001425
表示译码器列表中第l条路径对应的码字接收序列
Figure BDA0002350888020000148
的判决值，序列
Figure BDA0002350888020000149
中的元素
Figure BDA00023508880200001410
表示译码器列表中第l条路径在ui处的判决值，并且
Figure BDA00023508880200001411
的取值为已知的固定比特ui的取值；
S35、将每条路径中的序列
Figure BDA00023508880200001412
在ui处分别取值0和1，获得2L′条备选路径
Figure BDA00023508880200001413
和
Figure BDA00023508880200001414
其中，l＝1,2,...,L′，路径
Figure BDA00023508880200001415
和
Figure BDA00023508880200001416
均对应接收序列
Figure BDA00023508880200001417
且路径
Figure BDA00023508880200001418
和
Figure BDA00023508880200001419
的路径度量值分别为
Figure BDA00023508880200001420
和
Figure BDA00023508880200001421
Figure BDA00023508880200001422
和
Figure BDA00023508880200001423
分别表示长度为N的极化码第i个比特信道输出为
Figure BDA00023508880200001424
时输入分别为0、1的转移概率；
判断2L′是否小于等于L，若是，保留2L′条路径；若否，则保留其中L条度量值最大的路径；并令i＝i+1，返回步骤S31；
S36、从L条路径中输出路径度量值最大的一条路径上对应的判决序列
Figure BDA0002350888020000151
获得译码码字，通过译码码字对应路径上记录的Sl获得译码码字对应的码字接收序列。
S4、接收端从所得的P′/P个译码结果中选出最优译码码字；
具体的，对于所得的P′/P个译码结果，接收端按照最大似然原则选出似然概率最大的译码结果作为最优译码码字，其中，P为小于P′的正整数，P′/P为整数；具体为：比较P′/P个译码结果对应的似然概率，最大似然概率对应的译码结果为最优译码码字。
S5、接收端判断所得最优译码码字是否有效，若最优译码码字有效，提取最优译码码字中的信息比特序列，完成通信。
在一个可选的实施例3中，步骤S5包括以下步骤：
S51、将最优译码码字映射为双极性序列，得到映射序列；
具体的，将最优译码码字映射为双极性序列，得到映射序列
Figure BDA0002350888020000152
其中，最优译码码字中的比特0被映射为+1，最优译码码字中的比特1被映射为-1；本实施例中，双极性序列中的元素取值均为+1或-1。
S52、计算所得映射序列与最优译码码字对应的码字接收序列之间的距离
Figure BDA0002350888020000153
S53、根据通信系统的不可检测错误率要求、最优译码码字对应的码字接收序列、所得映射序列以及二者之间的距离d，判断最优译码码字是否有效。
具体的，在一些可选实施例4中，步骤S53包括以下步骤：
S531、获得所有长度为N的双极性序列中与最优译码码字对应的码字接收序列之间的距离小于上述距离d的双极性序列个数Q；其中，N为最优译码码字的长度；
具体的，对所有长度为N的双极性序列
Figure BDA0002350888020000161
计算各双极性序列与最优译码码字对应的码字接收序列x之间的距离d’，得到d’＜d，即
Figure BDA0002350888020000162
时的双极性序列个数Q。
记
Figure BDA0002350888020000163
为所有长度为N的双极性序列中与最接近最优译码码字对应的码字接收序列x的双极性序列，上述问题可以有效转换为，在所有双极性序列
Figure BDA0002350888020000164
中计算满足
Figure BDA0002350888020000165
的双极性序列的个数，由于
Figure BDA0002350888020000166
故上述问题可以进一步转化成，在所有双极性序列
Figure BDA0002350888020000167
中，计算满足
Figure BDA0002350888020000168
的双极性序列的个数；并且可以进一步转换为，在所有双极性序列
Figure BDA0002350888020000169
中，计算满足
Figure BDA00023508880200001610
的双极性序列的个数Q，其中，
Figure BDA00023508880200001611
表示序列
Figure BDA00023508880200001612
和
Figure BDA00023508880200001613
不相同的元素的序号的集合，
Figure BDA00023508880200001614
表示双极性序列
Figure BDA00023508880200001615
和双极性序列
Figure BDA00023508880200001616
不相同的元素的序号的集合。由于
Figure BDA00023508880200001617
是常数，记
Figure BDA00023508880200001618
求解个数Q的问题进一步可转换为，在所有双极性序列
Figure BDA00023508880200001619
中，计算满足
Figure BDA00023508880200001620
的双极性序列的个数；综上，最终求解个数Q的问题可转换为在序列x中所有元素的序号集合A＝{1,2,…,N}的子集S中，计算满足
Figure BDA00023508880200001621
的子集的个数，其中，子集S包括空集和全集。
根据以上分析，步骤S532包括以下步骤：
S5311、获得所有长度为N的双极性序列中与最接近最优译码码字对应的码字接收序列x＝[x1,x2,…,xN]的双极性序列
Figure BDA0002350888020000171
具体的，若xg≥0，则
Figure BDA0002350888020000172
否则，
Figure BDA0002350888020000173
其中，g∈{1,2,…,N}。
S5312、将双极性序列
Figure BDA0002350888020000174
与映射序列
Figure BDA0002350888020000175
进行比较，以得到两个序列中不相同的元素的序号集合
Figure BDA0002350888020000176
S5313、根据序号集合
Figure BDA0002350888020000177
从序列x中筛选出相应的元素，并计算筛选所得元素的绝对值之和，得到常数
Figure BDA0002350888020000178
S5314、获得序列x中所有元素的序号集合A＝{1,2,…,N}，计算序号集合A的所有子集中满足
Figure BDA0002350888020000179
的子集个数Q*，即为所求个数Q；其中，S为序号集合A的子集。
具体的，步骤S5324包括以下步骤：
S53141、对区间[0,C]进行M等分，从而得到实数范围内的M+2个子区间；
S53142、对于元素个数为n且包含于序号集合A的每一个子集S′，根据子集S′从序列x中筛选元素，并计算筛选所得元素的绝对值之和
Figure BDA00023508880200001710
记为子集S′的筛选和；统计子集的筛选和在各子区间的分布情况，得到分布序列Bn＝[Bn,0,Bn,1,…,Bn,M+1]；
具体的，将序列x中各元素取绝对值，得到序列x*＝[|x1|,|x2|,…,|xN|]；
统计序列x*中各元素在各子区间的分布情况，从而得到分布序列A*＝[a0,a1,...,aM+1]；具体地，a0＝0；对1≤m≤M，am表示序列x*的元素中取值大于等于(m-1)C/M且小于mC/M的元素的个数；aM+1表示序列x*的元素中取值大于等于C的元素的个数；
记分布序列An＝[An,0,An,1,…,An,M+1]，根据分布序列A*计算分布序列An，具体计算方法如下：若n＝1，则A1＝A*；若1＜n≤N，0≤m≤M，且m＝nm′，m′是整数，则An,m＝A1,m′；若1＜n≤N，0≤m≤M，且m≠nm′，则An,m＝0；若1＜n≤N，且m＝M+1，则
Figure BDA0002350888020000181
根据分布序列An计算分布序列Bn为：
Figure BDA0002350888020000182
其中，◆表示对两个序列进行卷积并将结果序列的最大元素序号限定为M+1；具体的以[r0,r1,...,rM+1]＝[p0,p1,...,pM+1]◆[q0,q1,...,qM+1]为例，对◆的计算过程进行说明：将序列[p0,p1,...,pM+1]和[q0,q1,...,qM+1]进行卷积运算，得到结果序列为[v0,v1,...,v2M+2]＝[p0,p1,...,pM+1]*[q0,q1,...,qM+1]，其中*表示卷积运算；将结果序列的最大元素序号限定为M+1，使得
Figure BDA0002350888020000183
S53143、根据所得分布序列Bn，计算序号集合A的所有子集中满足
Figure BDA0002350888020000184
的子集个数Q*，即为所求个数Q。
具体的，所求子集个数Q*为：
Figure BDA0002350888020000185
其中，n∈{1,2,…,N}。
S532、根据所得双极性序列个数Q，计算最优译码码字的预期不可检测错误率UERe；
其中，预期不可检测错误率
Figure BDA0002350888020000191
其中，R为最优译码码字中冗余比特的个数。
S533、若所述预期不可检测错误率UERe满足通信系统的不可检测错误率要求，则最优译码码字为有效译码码字；否则，最优译码码字为无效译码码字；
具体的，通过统计所有长度为N的双极性序列中与序列x之间的距离小于距离d的双极性序列个数Q，能够得到译码码字与解调序列x的接近程度，从而得到最优译码码字为有效译码码字的概率，进而判断该译码码字是否有效。
在另外一些可选实施例5中，步骤S53包括以下步骤：
S531、获得所有长度为N的双极性序列中与最优译码码字对应的码字接收序列之间的距离小于等于上述距离d的双极性序列个数Q；其中，N为最优译码码字长度；
S532、根据所得双极性序列个数Q，计算最优译码码字的预期不可检测错误率UERe；
S533、若所述预期不可检测错误率UERe满足通信系统的不可检测错误率要求，则最优译码码字为有效译码码字；否则，最优译码码字为无效译码码字；
其中，预期不可检测错误率
Figure BDA0002350888020000192
R为最优译码码字中冗余比特的个数。
另外，在某些可选实施例6中，前述的基于极化码的免同步通信方法中的发送端还可以在极化码编码之前级联CRC编码，对信息比特序列进行CRC级联极化码编码；此时，步骤S3中接收端对多码字接收序列SCL译码器进行修正，并采用修正后的多码字接收序列SCL译码器对P′个码字接收序列中的每P个码字接收序列同时进行译码，得到P′/P个译码结果；具体的，此时步骤S3所述的方法与可选实施例2中所述的方法相比，将可选实施例2中所述的步骤S36修改为：从L条路径中输出满足CRC校验且路径度量值最大的一条路径上对应的判决序列
Figure BDA0002350888020000201
获得译码码字，通过译码码字对应路径上记录的Sl获得译码码字对应的码字接收序列。此时，本发明提供了一种基于极化码的免同步通信方法中，步骤S5的具体方法为：接收端判断最优译码码字是否存在且满足CRC校验，若存在且满足CRC校验，则最优译码码字有效，提取最优译码码字中的信息比特序列，完成通信。
在某些可选的实施例7中，前述的基于极化码的免同步通信方法中的发送端还可以将校验编码与极化码进行级联，对信息比特序列进行校验级联极化码编码；具体的，将校验编码与极化码进行级联，可以显著改善极化码的纠错性能，该级联码称为校验级联极化码，其中，校验级联极化码的基本原理见论文Tao Wang,Daiming Qu,and Tao Jiang,“Parity-Check-Concatenated Polar Codes,”IEEE Communications Letters,vol.20,no.12,pp.2342-2345,Dec.2016；校验级联极化码外码的校验方程中，信息比特和校验比特的选取方法见专利“一种极化码和多比特奇偶校验码级联的纠错编码方法”(专利号：CN201510995761.X)。此时，步骤S3中接收端对多码字接收序列SCL译码器进行修正，并采用修正后的多码字接收序列SCL译码器对P′个码字接收序列中的每P个码字接收序列同时进行译码，得到P′/P个译码结果。具体的，步骤S3所述的方法与可选实施例2中所述的方法相比，将可选实施例2中所述的步骤S31和S35分别修改如下：
步骤S31修改为：对于待译码的P个码字接收序列
Figure BDA0002350888020000202
若当前译码比特的索引序号i等于其初始值1，则转至S32；若当前译码比特的索引序号i大于1小于等于N，则转至步骤S33；若当前译码比特的索引序号i大于N，则转至步骤S36；其中，P≤L，L为预设SCL译码算法的最大路径数量，码字接收序列由极化码组成，N为校验级联极化码码长，i为1到N之间的正整数；
步骤S35修改为：若ui为信息比特，将每条路径中的序列
Figure BDA0002350888020000211
在ui处分别取值0和1，获得2L′条备选路径
Figure BDA0002350888020000212
和
Figure BDA0002350888020000213
其中，l＝1,2,...,L′，路径
Figure BDA0002350888020000214
和
Figure BDA0002350888020000215
均对应接收序列
Figure BDA0002350888020000216
且路径
Figure BDA0002350888020000217
和
Figure BDA0002350888020000218
的路径度量值分别为
Figure BDA0002350888020000219
和
Figure BDA00023508880200002110
和
Figure BDA00023508880200002111
分别表示长度为N的极化码第i个比特信道输出为
Figure BDA00023508880200002112
时输入分别为0、1的转移概率；判断2L′是否小于等于L，若是，保留2L′条路径；若否，则保留其中L条度量值最大的路径；并令i＝i+1，返回步骤S31；
若ui为校验比特，则将每条路径
Figure BDA00023508880200002113
扩展为
Figure BDA00023508880200002114
令i＝i+1，返回步骤S31；其中，序列
Figure BDA00023508880200002115
中的元素
Figure BDA00023508880200002116
表示译码器列表中第l条路径在ui处的判决值，并且其中
Figure BDA00023508880200002117
的取值根据ui所在校验方程和该方程中信息比特在第l条路径上已判决的结果校验得到。
在某些可选的实施例8中，前述的基于极化码的免同步通信方法中的发送端还可以在对信息比特序列进行极化码编码时，使输入极化码编码器的序列
Figure BDA00023508880200002118
中的最后一个比特uN为固定比特；此时，步骤S3所述的方法与可选实施例2中所述的方法相比，将可选实施例2中所述的步骤S31修改为：对于待译码的P个码字接收序列
Figure BDA00023508880200002119
若当前译码比特的索引序号i等于其初始值1，则转至S32；若当前译码比特的索引序号i大于1小于等于N-1，则转至步骤S33；若当前译码比特的索引序号i大于N-1，则转至步骤S36；其中，P≤L，L为预设SCL译码算法的最大路径数量，码字接收序列由极化码组成，N为极化码码长，i为正整数。通过使输入极化码编码器的序列
Figure BDA0002350888020000221
的最后一个比特uN为固定比特，并在译码过程中跳过最后一个比特uN，载波相位的取值只需要在0到π之间，能够减少一半的译码，大大提高了译码效率。
第二方面，本发明提供了一种接收模块，包括信号解调单元、译码单元、码字判断单元和信息提取单元；
信号解调单元用于采用多组预设好的信号起始时间、调制中心频率和信道相位的组合，对接收到的信号进行定时抽样、频偏校正及相位校正处理，解调后得到P′个码字接收序列，并发送到译码单元；其中，P′为信号起始时间、调制中心频率和信道相位的组合数，且每个码字接收序列对应一组包括信号起始时间、调制中心频率及信道相位的参数；
译码单元用于接收信号解调单元发送的P′个码字接收序列，采用多码字接收序列SCL译码器对P′个码字接收序列中的每P个码字接收序列同时进行译码，得到P′/P个译码结果，并发送到码字判断单元；其中，P为小于P′的正整数，P′/P为整数；
码字判断单元用于接收译码单元发送的P′/P个译码结果，从所得的P′/P个译码结果中选出最优译码码字，并判断所得最优译码码字是否有效，将判断结果发送到信息提取单元；
信息提取单元用于接收码字判断单元发送的最优译码码字的判断结果，若最优译码码字有效，提取最优译码码字中的信息比特序列，完成通信。
第三方面，本发明提供了一种基于极化码的免同步通信系统，包括发送模块和本发明第二方面所提供的接收模块；
发送模块用于对信息比特序列进行极化码编码，调制形成发送信号后发送到接收模块。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种基于极化码的免同步通信方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、发送端对信息比特序列进行极化码编码，调制形成发送信号后发送到接收端；
S2、接收端采用P′组预设好的信号起始时间、调制中心频率和信道相位的组合，对接收到的信号进行定时抽样、频偏校正及相位校正处理，解调后得到P′个码字接收序列；其中，P′为信号起始时间、调制中心频率和信道相位的组合数，且每个码字接收序列对应一组包括信号起始时间、调制中心频率及信道相位的参数；
S3、接收端采用多码字接收序列SCL译码器对P′个码字接收序列中的每P个码字接收序列同时进行译码，得到P′/P个译码结果；其中，P为小于P′的正整数，P′/P为整数；
S4、接收端从所得的P′/P个译码结果中选出最优译码码字；
S5、接收端判断所得最优译码码字是否有效，若最优译码码字有效，提取最优译码码字中的信息比特序列，完成通信。
2.根据权利要求1所述的基于极化码的免同步通信方法，其特征在于，步骤S3中采用多码字接收序列SCL译码器对P′个码字接收序列中的每P个码字接收序列同时进行译码的方法，包括以下步骤：
S31、对于待译码的P个码字接收序列
Figure FDA0002350888010000011
若当前译码比特的索引序号i等于其初始值1，则转至S32；若当前译码比特的索引序号i大于1小于等于N，则转至步骤S33；若当前译码比特的索引序号i大于N，则转至步骤S36；其中，P≤L，L为预设SCL译码算法的最大路径数量，码字接收序列由极化码组成，N为极化码码长，i为正整数；
S32、在译码器列表中初始化P条路径，将第l(l＝1,2,...,P)条路径记为
Figure FDA0002350888010000012
令i＝i+1，返回步骤S31；其中，Sl表示译码器列表中第l条路径所对应的码字接收序列为
Figure FDA0002350888010000021
Sl的初始取值为l，
Figure FDA0002350888010000022
表示译码器列表中第l条路径对应的码字接收序列的第一个比特u1的判决值，u1是固定比特，
Figure FDA0002350888010000023
的取值均为已知的固定比特u1的取值；
S33、判断码字接收序列中的第i个比特ui是否为固定比特，若是，则转至步骤S34；若否，则转至步骤S35；
S34、记译码器列表中当前路径的数量为L′，第l(l＝1,2,...,L′)条路径为
Figure FDA0002350888010000024
将每条路径
Figure FDA0002350888010000025
扩展为
Figure FDA0002350888010000026
令i＝i+1，返回步骤S31；其中，
Figure FDA0002350888010000027
表示译码器列表中第l条路径对应的码字接收序列
Figure FDA0002350888010000028
的判决值，序列
Figure FDA0002350888010000029
中的元素
Figure FDA00023508880100000210
表示译码器列表中第l条路径在ui处的判决值，并且
Figure FDA00023508880100000211
的取值为已知的固定比特ui的取值；
S35、将每条路径中的序列
Figure FDA00023508880100000212
在ui处分别取值0和1，获得2L′条备选路径
Figure FDA00023508880100000213
和
Figure FDA00023508880100000214
其中，l＝1,2,...,L′，路径
Figure FDA00023508880100000215
和
Figure FDA00023508880100000216
均对应接收序列
Figure FDA00023508880100000217
且路径
Figure FDA00023508880100000218
和
Figure FDA00023508880100000219
的路径度量值分别为
Figure FDA00023508880100000220
和
Figure FDA00023508880100000221
Figure FDA00023508880100000222
和
Figure FDA00023508880100000224
分别表示长度为N的极化码第i个比特信道输出为
Figure FDA00023508880100000225
时输入分别为0、1的转移概率；
判断2L′是否小于等于L，若是，保留2L′条路径；若否，则保留其中L条度量值最大的路径；并令i＝i+1，返回步骤S31；
S36、从L条路径中输出路径度量值最大的一条路径上对应的判决序列
Figure FDA00023508880100000226
获得译码码字，通过译码码字对应路径上记录的Sl获得译码码字对应的码字接收序列。
3.根据权利要求1所述的基于极化码的免同步通信方法，其特征在于，所述S4包括：对于所得的P′/P个译码结果，接收端按照最大似然原则选出似然概率最大的译码结果作为最优译码码字。
4.根据权利要求1所述的基于极化码的免同步通信方法，其特征在于，步骤S5包括以下步骤：
S51、将最优译码码字映射为双极性序列，得到映射序列；
S52、计算所得映射序列与最优译码码字对应的码字接收序列之间的距离；
S53、根据通信系统的不可检测错误率要求、最优译码码字对应的码字接收序列、所得映射序列以及二者之间的距离d，判断最优译码码字是否有效。
5.根据权利要求4所述的基于极化码的免同步通信方法，其特征在于，步骤S53包括以下步骤：
S531、获得所有长度为N的双极性序列中与最优译码码字对应的码字接收序列之间的距离小于所述距离d的双极性序列个数Q；其中，N为最优译码码字长度；
S532、根据所得双极性序列个数Q，计算最优译码码字的预期不可检测错误率UERe；
S533、若所述预期不可检测错误率UERe满足通信系统的不可检测错误率要求，则最优译码码字为有效译码码字；否则，最优译码码字为无效译码码字；
其中，预期不可检测错误率
Figure FDA0002350888010000031
R为最优译码码字中冗余比特的个数。
6.根据权利要求4所述的基于极化码的免同步通信方法，其特征在于，步骤S53包括以下步骤：
S531、获得所有长度为N的双极性序列中与最优译码码字对应的码字接收序列之间的距离小于等于所述距离d的双极性序列个数Q；其中，N为最优译码码字长度；
S532、根据所得双极性序列个数Q，计算最优译码码字的预期不可检测错误率UERe；
S533、若所述预期不可检测错误率UERe满足通信系统的不可检测错误率要求，则最优译码码字为有效译码码字；否则，最优译码码字为无效译码码字；
其中，预期不可检测错误率
Figure FDA0002350888010000041
R为最优译码码字中冗余比特的个数。
7.根据权利要求1所述的基于极化码的免同步通信方法，其特征在于，步骤S1中发送端在极化码编码之前级联CRC编码，对信息比特序列进行CRC级联极化码编码；此时，步骤S3中接收端对多码字接收序列SCL译码器进行修正，并采用修正后的多码字接收序列SCL译码器对P′个码字接收序列中的每P个码字接收序列同时进行译码，具体包括以下步骤：
S31、对于待译码的P个码字接收序列
Figure FDA0002350888010000046
若当前译码比特的索引序号i等于其初始值1，则转至S32；若当前译码比特的索引序号i大于1小于等于N，则转至步骤S33；若当前译码比特的索引序号i大于N，则转至步骤S36；其中，P≤L，L为预设SCL译码算法的最大路径数量，码字接收序列由极化码组成，N为极化码码长，i为正整数；
S32、在译码器列表中初始化P条路径，将第l(l＝1,2,...,P)条路径记为
Figure FDA0002350888010000042
令i＝i+1，返回步骤S31；其中，Sl表示译码器列表中第l条路径所对应的码字接收序列为
Figure FDA0002350888010000043
Sl的初始取值为l，
Figure FDA0002350888010000044
表示译码器列表中第l条路径对应的码字接收序列的第一个比特u1的判决值，u1是固定比特，
Figure FDA0002350888010000045
的取值均为已知的固定比特u1的取值；
S33、判断码字接收序列中的第i个比特ui是否为固定比特，若是，则转至步骤S34；若否，则转至步骤S35；
S34、记译码器列表中当前路径的数量为L′，第l(l＝1,2,...,L′)条路径为
Figure FDA0002350888010000051
将每条路径
Figure FDA0002350888010000052
扩展为
Figure FDA0002350888010000053
令i＝i+1，返回步骤S31；其中，
Figure FDA0002350888010000054
表示译码器列表中第l条路径对应的码字接收序列
Figure FDA0002350888010000055
的判决值，序列
Figure FDA0002350888010000056
中的元素
Figure FDA0002350888010000057
表示译码器列表中第l条路径在ui处的判决值，并且
Figure FDA0002350888010000058
的取值为已知的固定比特ui的取值；
S35、将每条路径中的序列在ui处分别取值0和1，获得2L′条备选路径
Figure FDA00023508880100000510
和
Figure FDA00023508880100000511
其中，l＝1,2,...,L′，路径
Figure FDA00023508880100000512
和
Figure FDA00023508880100000513
均对应接收序列
Figure FDA00023508880100000514
且路径
Figure FDA00023508880100000515
和
Figure FDA00023508880100000516
的路径度量值分别为
Figure FDA00023508880100000517
和
Figure FDA00023508880100000518
Figure FDA00023508880100000519
和
Figure FDA00023508880100000520
分别表示长度为N的极化码第i个比特信道输出为
Figure FDA00023508880100000521
时输入分别为0、1的转移概率；
判断2L′是否小于等于L，若是，保留2L′条路径；若否，则保留其中L条度量值最大的路径；并令i＝i+1，返回步骤S31；
S36、从L条路径中输出满足CRC校验且路径度量值最大的一条路径上对应的判决序列
Figure FDA00023508880100000522
获得译码码字，通过译码码字对应路径上记录的Sl获得译码码字对应的码字接收序列。
8.根据权利要求7所述的基于极化码的免同步通信方法，其特征在于，步骤S5中接收端判断最优译码码字是否存在且满足CRC校验，若存在且满足CRC校验，则最优译码码字有效，提取最优译码码字中的信息比特序列，完成通信。
9.根据权利要求1所述的基于极化码的免同步通信方法，其特征在于，步骤S1中发送端将校验编码与极化码进行级联，对信息比特序列进行校验级联极化码编码；此时，步骤S3中接收端对多码字接收序列SCL译码器进行修正，并采用修正后的多码字接收序列SCL译码器对P′个码字接收序列中的每P个码字接收序列同时进行译码，具体包括以下步骤：
S31、对于待译码的P个码字接收序列
Figure FDA0002350888010000061
若当前译码比特的索引序号i等于其初始值1，则转至S32；若当前译码比特的索引序号i大于1小于等于N，则转至步骤S33；若当前译码比特的索引序号i大于N，则转至步骤S36；其中，P≤L，L为预设SCL译码算法的最大路径数量，码字接收序列由极化码组成，N为校验级联极化码码长，i为正整数；
S32、在译码器列表中初始化P条路径，将第l(l＝1,2,...,P)条路径记为
Figure FDA0002350888010000062
令i＝i+1，返回步骤S31；其中，Sl表示译码器列表中第l条路径所对应的码字接收序列为
Figure FDA0002350888010000063
Sl的初始取值为l，
Figure FDA0002350888010000064
表示译码器列表中第l条路径对应的码字接收序列的第一个比特u1的判决值，u1是固定比特，
Figure FDA0002350888010000065
的取值均为已知的固定比特u1的取值；
S33、判断码字接收序列中的第i个比特ui是否为固定比特，若是，则转至步骤S34；若否，则转至步骤S35；
S34、记译码器列表中当前路径的数量为L′，第l(l＝1,2,...,L′)条路径为
Figure FDA0002350888010000066
将每条路径
Figure FDA0002350888010000067
扩展为
Figure FDA0002350888010000068
令i＝i+1，返回步骤S31；其中，
Figure FDA0002350888010000069
表示译码器列表中第l条路径对应的码字接收序列
Figure FDA00023508880100000610
的判决值，序列
Figure FDA00023508880100000611
中的元素
Figure FDA00023508880100000612
表示译码器列表中第l条路径在ui处的判决值，并且
Figure FDA00023508880100000613
的取值为已知的固定比特ui的取值；
S35、若ui为信息比特，将每条路径中的序列
Figure FDA00023508880100000614
在ui处分别取值0和1，获得2L′条备选路径
Figure FDA00023508880100000615
和
Figure FDA00023508880100000616
其中，l＝1,2,...,L′，路径
Figure FDA00023508880100000617
和
Figure FDA00023508880100000618
均对应接收序列
Figure FDA00023508880100000619
且路径
Figure FDA00023508880100000620
和
Figure FDA00023508880100000621
的路径度量值分别为
Figure FDA00023508880100000622
和
Figure FDA00023508880100000623
和
Figure FDA00023508880100000624
分别表示长度为N的极化码第i个比特信道输出为
Figure FDA00023508880100000625
时输入分别为0、1的转移概率；判断2L′是否小于等于L，若是，保留2L′条路径；若否，则保留其中L条度量值最大的路径；并令i＝i+1，返回步骤S31；
若ui为校验比特，则将每条路径
Figure FDA0002350888010000071
扩展为
Figure FDA0002350888010000072
令i＝i+1，返回步骤S31；其中，序列
Figure FDA0002350888010000073
中的元素
Figure FDA0002350888010000074
表示译码器列表中第l条路径在ui处的判决值，并且其中
Figure FDA0002350888010000075
的取值根据ui所在校验方程和该方程中信息比特在第l条路径上已判决的结果校验得到；
S36、从L条路径中输出路径度量值最大的一条路径上对应的判决序列
Figure FDA0002350888010000076
获得译码码字，通过译码码字对应路径上记录的Sl获得译码码字对应的码字接收序列。
10.根据权利要求1所述的基于极化码的免同步通信方法，其特征在于，步骤S1中对信息比特序列进行极化码编码时，使输入极化码编码器的序列
Figure FDA0002350888010000077
中的最后一个比特uN为固定比特。
11.根据权利要求10所述的基于极化码的免同步通信方法，其特征在于，步骤S3中采用多码字接收序列SCL译码器对P′个码字接收序列中的每P个码字接收序列同时进行译码的方法，包括以下步骤：
S31、对于待译码的P个码字接收序列
Figure FDA0002350888010000078
若当前译码比特的索引序号i等于其初始值1，则转至S32；若当前译码比特的索引序号i大于1小于等于N-1，则转至步骤S33；若当前译码比特的索引序号i大于N-1，则转至步骤S36；其中，P≤L，L为预设SCL译码算法的最大路径数量，码字接收序列由极化码组成，N为极化码码长，i为正整数；
S32、在译码器列表中初始化P条路径，将第l(l＝1,2,...,P)条路径记为
Figure FDA0002350888010000079
令i＝i+1，返回步骤S31；其中，Sl表示译码器列表中第l条路径所对应的码字接收序列为
Figure FDA00023508880100000710
Sl的初始取值为l，
Figure FDA00023508880100000711
表示译码器列表中第l条路径对应的码字接收序列的第一个比特u1的判决值，u1是固定比特，
Figure FDA00023508880100000712
的取值均为已知的固定比特u1的取值；
S33、判断码字接收序列中的第i个比特ui是否为固定比特，若是，则转至步骤S34；若否，则转至步骤S35；
S34、记译码器列表中当前路径的数量为L′，第l(l＝1,2,...,L′)条路径为
Figure FDA0002350888010000081
将每条路径
Figure FDA0002350888010000082
扩展为
Figure FDA0002350888010000083
令i＝i+1，返回步骤S31；其中，
Figure FDA0002350888010000084
表示译码器列表中第l条路径对应的码字接收序列
Figure FDA0002350888010000085
的判决值，序列
Figure FDA0002350888010000086
中的元素
Figure FDA0002350888010000087
表示译码器列表中第l条路径在ui处的判决值，并且
Figure FDA0002350888010000088
的取值为已知的固定比特ui的取值；
S35、将每条路径中的序列
Figure FDA0002350888010000089
在ui处分别取值0和1，获得2L′条备选路径
Figure FDA00023508880100000810
和
Figure FDA00023508880100000811
其中，l＝1,2,...,L′，路径
Figure FDA00023508880100000812
和
Figure FDA00023508880100000813
均对应接收序列
Figure FDA00023508880100000814
且路径
Figure FDA00023508880100000815
和
Figure FDA00023508880100000816
的路径度量值分别为
Figure FDA00023508880100000817
和
Figure FDA00023508880100000818
Figure FDA00023508880100000819
和
Figure FDA00023508880100000820
分别表示长度为N的极化码第i个比特信道输出为
Figure FDA00023508880100000821
时输入分别为0、1的转移概率；
判断2L′是否小于等于L，若是，保留2L′条路径；若否，则保留其中L条度量值最大的路径；并令i＝i+1，返回步骤S31；
S36、从L条路径中输出路径度量值最大的一条路径上对应的判决序列
Figure FDA00023508880100000822
获得译码码字，通过译码码字对应路径上记录的Sl获得译码码字对应的码字接收序列。
12.一种接收模块，其特征在于，包括：信号解调单元、译码单元、码字判断单元和信息提取单元；
所述信号解调单元用于采用多组预设好的信号起始时间、调制中心频率和信道相位的组合，对接收到的信号进行定时抽样、频偏校正及相位校正处理，解调后得到P′个码字接收序列，并发送到所述译码单元；其中，P′为信号起始时间、调制中心频率和信道相位的组合数，且每个码字接收序列对应一组包括信号起始时间、调制中心频率及信道相位的参数；
所述译码单元用于接收信号解调单元发送的P′个码字接收序列，采用多码字接收序列SCL译码器对P′个码字接收序列中的每P个码字接收序列同时进行译码，得到P′/P个译码结果，并发送到所述码字判断单元；其中，P为小于P′的正整数，P′/P为整数；
所述码字判断单元用于接收译码单元发送的P′/P个译码结果，从所得的P′/P个译码结果中选出最优译码码字，并判断所得最优译码码字是否有效，将判断结果发送到所述信息提取单元；
所述信息提取单元用于接收码字判断单元发送的最优译码码字的判断结果，若最优译码码字有效，提取最优译码码字中的信息比特序列，完成通信。
13.一种基于极化码的免同步通信系统，其特征在于，包括：发送模块和权利要求12所述的接收模块；
所述发送模块用于对信息比特序列进行极化码编码，调制形成发送信号后发送到所述接收模块。
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