CN112235075A - 一种用于卫星通信信道的polar编码方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于卫星通信信道的Polar编码方法及装置，该方法包括：在预设链路预算下计算出卫星通信系统的多个信道容量，根据多个信道容量的信道容量序列以及预设的数据帧码率分别确定出冻结比特和数据信息比特的位置索引集，根据数据帧码率以及预设的第一删除策略对标准极化核矩阵进行第一次删除处理得到第一生成矩阵；根据位置索引集以及预设的第二删除策略对第一生成矩阵进行第二次删除处理得到第二生成矩阵，将第二生成矩阵进行加固处理得到并保存第三生成矩阵，其中，第三生成矩阵与待编码的数据帧根据预设的运算规则直接进行比特运算操作实现Polar编码。本申请解决了现有技术中生成矩阵的存储消耗较大的技术问题。

Description

一种用于卫星通信信道的polar编码方法及装置

技术领域

本申请涉及Polar编码技术领域，尤其涉及一种用于卫星通信信道的Polar编码方法及装置。

背景技术

作为一种新型的信道编码技术，Polar码是当前最具有发展潜力的差错控制码技术，其优秀的编码增益，未来可以应用到深空通信、光纤通信、数字视频广播、无线通信以及磁存储领域中。虽然Polar码目前在硬件实现和工业应用并不广泛，但在目前相关理论研究中Polar码具有较低的编码复杂度和译码复杂度、而且是第一次严格证明容量可达的编码方法。进而成为了信道编码领域的一项革命性成果。

目前，Polar码主要应用于地面通信信道，由于地面通信信道的冻结比特和数据信息比特的位置索引集在实时变化。因此，在Polar编码的过程中：需要实时计算冻结比特和数据信息比特的位置索引集，然后根据位置索引集、预设的数据帧码率以及预设的标准极化核矩阵对待编码的数据帧进行比特运算操作实现Polar编码。但是，星上存储资源远比地面存储资源紧张，而标准极化核矩阵的数据量较大，存储标准极化核矩阵消耗了编码器的绝大多数存储资源，因此对于卫星通信信道，减少生成矩阵的存储消耗十分必要。

发明内容

本申请解决的技术问题是：针对现有技术中生成矩阵的存储消耗较大的问题，本申请提供了一种用于卫星通信信道的Polar编码方法及装置，本申请实施例所提供的方案中，不仅通过将标准极化核矩阵进行两次删除减小了生成矩阵的存储消耗，两次删除后的生成矩阵还可与待编码的数据帧直接进行比特运算操作，不需要附加其他的操作，进而减少了编码的工作量，提高了编码的效率。

第一方面，本申请实施例提供一种用于卫星通信信道的Polar编码方法，该方法包括：

在预设链路预算下根据预设三段高斯近似算法计算卫星通信系统的多个信道容量，对所述多个信道容量进行排序得到信道容量序列；

根据所述信道容量序列以及预设的数据帧码率分别确定出冻结比特和数据信息比特的位置索引集，根据所述数据帧码率以及预设的第一删除策略对预设的标准极化核矩阵进行第一次删除处理得到第一生成矩阵；

根据所述位置索引集以及预设的第二删除策略对所述第一生成矩阵进行第二次删除处理得到第二生成矩阵，将所述第二生成矩阵进行加固处理得到并保存第三生成矩阵，其中，所述第三生成矩阵与待编码的数据帧能根据预设的运算规则直接进行比特运算操作实现Polar编码。

本申请实施例所提供的方案中，通过预设的第一删除策略以及第二预设的删除策略将标准极化核矩阵进行两次删除以及加固处理得到第三生成矩阵，将所述第三生成矩阵进行存储，在Polar编码过程中，将存储的第三生成矩阵与待编码的数据帧直接进行比特运算操作。因此，本申请实施例所提供的方案，不仅通过将标准极化核矩阵进行两次删除减小了生成矩阵的存储消耗，两次删除后的生成矩阵还可与待编码的数据帧直接进行比特运算操作，不需要附加其他的操作，进而减少了编码的工作量，提高了编码的效率。

可选地，根据所述信道容量序列以及预设的数据帧码率分别确定出冻结比特和数据信息比特的位置索引集，包括：

根据从大到小的顺序从所述信道容量序列中选择出K个信道，将所述K个信道传输数据信息比特以及将所述信道容量序列中剩余的M-K个信道传输冻结比特，其中，M表示所述信道容量序列中信道总数，M为不小于1的正整数，K为不小于1的正整数；

将所述数据信息比特用0表示以及将所述冻结比特用1表示得到包含0和1的比特信道位置序列，根据所述比特信道位置序列与位置信息索引集之间预设的映射关系得到所述位置信息索引集。

可选地，所述预设的第一删除策略，包括：

根据所述标准极化核矩阵中每一列和每一行预设的权重值确定出权重为1的列和权重为1的行；

若权重为1的列为一列，则确定出权重为1的行为行，并将所述权重为1的列以及所述权重为1的行删除；

若权重为1的列为至少两列，则根据所述位置信息索引集从所述至少两列中选择出位置索引号最小的一列删除，以及根据所述权重值确定出权重最小的一行删除。

可选地，所述预设的第二删除策略，包括：

将所述位置信息索引集与所述第一生成矩阵进行合并处理得到合并矩阵；

根据所述位置信息索引集将所述合并矩阵第一列中用0所表示的行删除，以及将第一列删除得到所述第二生成矩阵，其中，所述第二生成矩阵为K*M的矩阵。

可选地，将所述第二生成矩阵进行加固处理得到并保存第三生成矩阵，包括：

将所述第二生成矩阵进行转置操作得到转置矩阵，将三个所述转置矩阵进行合并得到并保存所述第三生成矩阵，其中，所述第三生成矩阵为M*3K的矩阵。

可选地，所述预设的运算规则，包括：

将存储所述第三生成矩阵的存储器中行地址和列地址均为0的存储单元与所述待编码的数据帧中数据流地址为0的数据相乘得到相乘结果，并根据所述相乘结果以及预设的求和函数进行比特加法运算得到运算结果，根据保持所述存储器中行地址不变，列地址加1以及数据流地址加1的地址策略在每次比特运算后更新地址得到更新后的地址；

若更新后的列地址为K-1时，将当前运算结果记为sum1，以及将所述存储器中所述当前运算结果清零，保持所述存储器行地址不变，列地址加1和数据流地址清零，继续将所述存储器存储单元中的数据与所述待编码的数据帧中对应的数据相乘，以及根据相乘结果以及预设的求和函数进行比特加法运算得到运算结果，并根据所述地址策略在每次比特运算后更新地址得到更新后的地址；

若更新后的列地址为2K-1时，将当前运算结果记为sum2，以及将所述存储器中所述当前运算结果清零，保持所述存储器行地址不变，列地址加1和数据流地址清零，继续将所述存储器存储单元中的数据与所述待编码的数据帧中对应的数据相乘，以及根据相乘结果以及预设的求和函数进行比特加法运算得到运算结果，并根据所述地址策略在每次比特运算后更新地址得到更新后的地址；

若更新后的列地址为3K-1时，将当前运算结果记为sum3，计算sum1、sum2以及sum3之和，并将其记为n，判断n是否大于2；

若大于，则所述待编码的数据帧第一位比特的编码结果输出为1；否则，所述待编码的数据帧第一位比特的编码结果输出为0；

将所述存储器中行地址加1，列地址以及数据流地址清零，以及将所述运算结果清零，继续将所述存储器存储单元中的数据与所述待编码的数据帧中对应的数据相乘，以及根据相乘结果以及预设的求和函数进行比特加法运算得到运算结果，并根据所述地址策略在每次比特运算后更新地址得到更新后的地址重，直到所述行地址为M-1时，输出待编码的数据帧第M位比特的编码结果。

第二方面，本申请实施例提供了一种用于卫星通信信道的Polar编码装置，该装置包括：

计算单元，用于在预设链路预算下根据预设三段高斯近似算法计算卫星通信系统的多个信道容量，对所述多个信道容量进行排序得到信道容量序列；

第一删除单元，用于根据所述信道容量序列以及预设的数据帧码率分别确定出冻结比特和数据信息比特的位置索引集，根据所述数据帧码率以及预设的第一删除策略对预设的标准极化核矩阵进行第一次删除处理得到第一生成矩阵；

第二删除单元，用于根据所述位置索引集以及预设的第二删除策略对所述第一生成矩阵进行第二次删除处理得到第二成矩阵，将所述第二生成矩阵进行加固处理得到并保存第三生成矩阵，其中，所述第三生成矩阵与待编码的数据帧能根据预设的运算规则直接进行比特运算操作实现Polar编码。

可选地，所述第一删除单元，具体用于：

根据从大到小的顺序从所述信道容量序列中选择出K个信道，将所述K个信道传输数据信息比特以及将所述信道容量序列中剩余的M-K个信道传输冻结比特，其中，M表示所述信道容量序列中信道总数，M为不小于1的正整数，K为不小于1的正整数；

将所述数据信息比特用0表示以及将所述冻结比特用1表示得到包含0和1的比特信道位置序列，根据所述比特信道位置序列与位置信息索引集之间预设的映射关系得到所述位置信息索引集。

可选地，所述预设的第一删除策略，包括：

根据所述标准极化核矩阵中每一列和每一行预设的权重值确定出权重为1的列和权重为1的行；

若权重为1的列为一列，则确定出权重为1的行为行，并将所述权重为1的列以及所述权重为1的行删除；

若权重为1的列为至少两列，则根据所述位置信息索引集从所述至少两列中选择出位置索引号最小的一列删除，以及根据所述权重值确定出权重最小的一行删除。

可选地，所述预设的第二删除策略，包括：

将所述位置信息索引集与所述第一生成矩阵进行合并处理得到合并矩阵；

根据所述位置信息索引集将所述合并矩阵第一列中用0所表示的行删除，以及将第一列删除得到所述第二生成矩阵，其中，所述第二生成矩阵为K*M的矩阵。

可选地，所述第二删除单元，具体用于：

将所述第二生成矩阵进行转置操作得到转置矩阵，将三个所述转置矩阵进行合并得到并保存所述第三生成矩阵，其中，所述第三生成矩阵为M*3K的矩阵。

可选地，所述预设的运算规则，包括：

将存储所述第三生成矩阵的存储器中行地址和列地址均为0的存储单元与所述待编码的数据帧中数据地址为0的数据相乘得到相乘结果，并根据所述相乘结果以及预设的求和函数进行比特加法运算得到运算结果，根据保持所述存储器中行地址不变，列地址加1以及数据流地址加1的地址策略在每次比特运算后更新地址得到更新后的地址；

若更新后的列地址为K-1时，将当前运算结果记为sum1，以及将所述存储器中所述当前运算结果清零，保持所述存储器行地址不变，列地址加1和数据流地址清零，继续将所述存储器存储单元中的数据与所述待编码的数据帧中对应的数据相乘，以及根据相乘结果以及预设的求和函数进行比特加法运算得到运算结果，并根据所述地址策略在每次比特运算后更新地址得到更新后的地址；

若更新后的列地址为2K-1时，将当前运算结果记为sum2，以及将所述存储器中所述当前运算结果清零，保持所述存储器行地址不变，列地址加1和数据流地址清零，继续将所述存储器存储单元中的数据与所述待编码的数据帧中对应的数据相乘，以及根据相乘结果以及预设的求和函数进行比特加法运算得到运算结果，并根据所述地址策略在每次比特运算后更新地址得到更新后的地址；

若更新后的列地址为3K-1时，将当前运算结果记为sum3，计算sum1、sum2以及sum3之和，并将其记为n，判断n是否大于2；

若大于，则所述待编码的数据帧第一位比特的编码结果输出为1；否则，所述待编码的数据帧第一位比特的编码结果输出为0；

将所述存储器中行地址加1，列地址以及数据流地址清零，以及将所述运算结果清零，继续将所述存储器存储单元中的数据与所述待编码的数据帧中对应的数据相乘，以及根据相乘结果以及预设的求和函数进行比特加法运算得到运算结果，并根据所述地址策略在每次比特运算后更新地址得到更新后的地址重，直到所述行地址为M-1时，输出待编码的数据帧第M位比特的编码结果。

附图说明

图1为本申请实施例所提供的一种用于卫星通信信道的Polar编码方法的流程示意图；

图2为本申请实施例所提供的一种待编码的数据帧进行Polar编码的流程示意图；

图3为本申请实施例所提供的一种用于卫星通信信道的Polar编码装置的结构示意图。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本申请技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

以下对本申请实施例所提供的一种用于卫星通信信道的Polar编码方法做进一步详细的说明，该方法具体实现方式可以包括以下步骤(方法流程如图1所示)：

步骤101，在预设链路预算下根据预设三段高斯近似算法计算卫星通信系统的多个信道容量，对所述多个信道容量进行排序得到信道容量序列。

在本申请实施例所提供的方案中，卫星通信系统的通信链路都有一定的链路预算，因此，在对数据帧进行Polar编码之前，计算机设备在预设链路预算下根据预设三段高斯近似算法计算卫星通信系统的多个信道容量。具体的，预设三段高斯近似算法中三段高斯近似函数如下所示：

进一步，计算机设备在计算出卫星通信系统的多个信道容量之后，根据信道容量的大小，按照由低到高或由高到低的顺序将多个信道容量进行排序得到信道容量序列。

步骤102，根据所述信道容量序列以及预设的数据帧码率分别确定出冻结比特和数据信息比特的位置索引集，根据所述数据帧码率以及预设的第一删除策略对预设的标准极化核矩阵进行第一次删除处理得到第一生成矩阵。

在本申请实施例所提供的方案中，计算机设备在计算出卫星通信系统的信道容量序列之后，根据信道容量序列以及预设的数据帧码率分别确定出冻结比特和数据信息比特的位置索引集，例如，预设的数据帧码率可以为2/3码。具体的，根据信道容量序列以及预设的数据帧码率分别确定出冻结比特和数据信息比特的位置索引集的方式有多种，下面以一种较佳的方式为例进行说明。

在一种可能实现的方式中，根据所述信道容量序列以及预设的数据帧码率分别确定出冻结比特和数据信息比特的位置索引集，包括：根据从大到小的顺序从所述信道容量序列中选择出K个信道，将所述K个信道传输数据信息比特以及将所述信道容量序列中剩余的M-K个信道传输冻结比特，其中，M表示所述信道容量序列中信道总数，M为不小于1的正整数，K为不小于1的正整数；将所述数据信息比特用0表示以及将所述冻结比特用1表示得到包含0和1的比特信道位置序列，根据所述比特信道位置序列与位置信息索引集之间预设的映射关系得到所述位置信息索引集。

具体的，卫星通信系统包含的信道数目为M。将位置信息索引集转换为0和1的序列，确定位置信息索引集序列中0或1在序列中的位置，以及比特信道位置序列中0或1在序列中的位置，将信息索引集序列中0或1的位置与比特信道位置序列中0或1的位置对应，得到大小为1*M的位置索引集。

进一步，在本申请实施例所提供的方案中，计算机设备在确定出冻结比特和数据信息比特的位置索引集之后，根据预设的数据帧码率以及预设的第一删除策略对预设的标准极化核矩阵进行第一次删除处理得到第一生成矩阵。

在一种可能实现的方式中，所述预设的第一删除策略，包括：根据所述标准极化核矩阵中每一列和每一行预设的权重值确定出权重为1的列和权重为1的行；若权重为1的列为一列，则确定出权重为1的行为行，并将所述权重为1的列以及所述权重为1的行删除；若权重为1的列为至少两列，则根据所述位置信息索引集从所述至少两列中选择出位置索引号最小的一列删除，以及根据所述权重值确定出权重最小的一行删除。

步骤103，根据所述位置索引集以及预设的第二删除策略对所述第一生成矩阵进行第二次删除处理得到第二成矩阵，将所述第二生成矩阵进行加固处理得到并保存第三生成矩阵，其中，所述第三生成矩阵与待编码的数据帧能根据预设的运算规则直接进行比特运算操作实现Polar编码。

在本申请实施例所提供的方案中，计算机设备在生成第一生成矩阵之后，根据位置索引集以及预设的第二删除策略对所述第一生成矩阵进行第二次删除处理得到第二成矩阵。具体的，第二删除策略的方式有多种，下面以一种较佳的方式为例进行说明。

在一种可能实现的方式中，所述预设的第二删除策略，包括：将所述位置信息索引集与所述第一生成矩阵进行合并处理得到合并矩阵；根据所述位置信息索引集将所述合并矩阵第一列中用0所表示的行删除，以及将第一列删除得到所述第二生成矩阵，其中，所述第二生成矩阵为K*M的矩阵。

为了便于理解下面对第二生成矩阵的生成过程进行简要介绍。

具体的，首先将1*M的位置索引集对应的矩阵与M*M的第一生成矩阵进行合并，得到大小为M*(M+1)的合并矩阵，将合并矩阵中第一列0所对应的行删除，得到大小为K*(M+1)的矩阵，然后将K*(M+1)的矩阵中第一列删除得到K*M的第二生成矩阵。

进一步，为了适应复杂的空间环境，在一种可能实现的方式中，将所述第二生成矩阵进行加固处理得到并保存第三生成矩阵，包括：将所述第二生成矩阵进行转置操作得到转置矩阵，将三个所述转置矩阵进行合并得到并保存所述第三生成矩阵，其中，所述第三生成矩阵为M*3K的矩阵。

进一步，计算机设备在计算出第三生成矩阵之后，将第三生成矩阵保存到FPGA芯片中，在用于卫星通信信道中的数据帧进行Polar编码时，通过上级模块对待编码的数据进行组帧以及添加CRC校验码得到待编码的数据帧，然后上级模块将待编码的数据帧发送给Polar编码器，以及向Polar编码发送启动信号。Polar编码器接收启动信号以及待编码的数据帧，其中，待编码的数据帧为Kbit，然后调用FPGA芯片中保存的第三生成矩阵，并根据预设的运算规则将待编码的数据帧和第三生成矩阵直接进行比特运算操作实现Polar编码。为了便于了解Polar编码的过程，下面对其进行简要介绍。

在一种可能实现的方式中，所述预设的运算规则，包括：

将存储所述第三生成矩阵的存储器中行地址和列地址均为0的存储单元与所述待编码的数据帧中数据流地址为0的数据相乘得到相乘结果，并根据所述相乘结果以及预设的求和函数进行比特加法运算得到运算结果，根据保持所述存储器中行地址不变，列地址加1以及数据流地址加1的地址策略在每次比特运算后更新地址得到更新后的地址；

若更新后的列地址为K-1时，将当前运算结果记为sum1，以及将所述存储器中所述当前运算结果清零，保持所述存储器行地址不变，列地址加1和数据流地址清零，继续将所述存储器存储单元中的数据与所述待编码的数据帧中对应的数据相乘，以及根据相乘结果以及预设的求和函数进行比特加法运算得到运算结果，并根据所述地址策略在每次比特运算后更新地址得到更新后的地址；

若更新后的列地址为2K-1时，将当前运算结果记为sum2，以及将所述存储器中所述当前运算结果清零，保持所述存储器行地址不变，列地址加1和数据流地址清零，继续将所述存储器存储单元中的数据与所述待编码的数据帧中对应的数据相乘，以及根据相乘结果以及预设的求和函数进行比特加法运算得到运算结果，并根据所述地址策略在每次比特运算后更新地址得到更新后的地址；

若更新后的列地址为3K-1时，将当前运算结果记为sum3，计算sum1、sum2以及sum3之和，并将其记为n，判断n是否大于2；

若大于，则所述待编码的数据帧第一位比特的编码结果输出为1；否则，所述待编码的数据帧第一位比特的编码结果输出为0；

将所述存储器中行地址加1，列地址以及数据流地址清零，以及将所述运算结果清零，继续将所述存储器存储单元中的数据与所述待编码的数据帧中对应的数据相乘，以及根据相乘结果以及预设的求和函数进行比特加法运算得到运算结果，并根据所述地址策略在每次比特运算后更新地址得到更新后的地址重，直到所述行地址为M-1时，输出待编码的数据帧第M位比特的编码结果。

为了便于理解下面对比特运算操作即实际编码器实现过程进行简要介绍。

具体的，输入寄存器A将待编码的数据进行组帧和添加CRC校验比特后得到待编码的数据帧，并将待编码的数据帧发送给Polar编码器，其中，待编码的数据帧的数据流为Kbit。Polar编码器收到待编码的数据帧以及启动信号后，开始对待编码的数据帧进行Polar编码。编码的简要流程如图2所示，详细的编码过程步骤如下所示。

Step1：将存有重构加固矩阵的存储器B中行地址为0，列地址为0的数据取出，与数据流地址为0的数据相乘，存入sum中。更新地址：存储器B行地址不变，列地址+1，数据流地址+1。其中重构加固矩阵采用二次删除加固矩阵生成方法生成。

Step2：将对应数据相乘，结果与sum进行比特加法，并更新地址：存储器B行地址不变，列地址+1，数据流地址+1。

Step3：重复Step2过程，直到列地址为K-1时，寄存sum结果为sum1。同时，sum清零，存储器B行地址不变，列地址+1，数据流地址清零。

Step4：重复Step2过程，直到列地址为2K-1时，寄存sum结果为sum2。同时，sum清零，存储器B行地址不变，列地址+1，数据流地址清零。

Step5：重复Step2过程，直到列地址为3K-1时，寄存sum结果为sum3。

Step6：寄存sum1+sum2+sum3为n，并判断n是否大于2，大于则输出1，否则输出0。该结果为数据流第一位比特的编码后结果。

Step7：更新地址：存储器B行地址+1，列地址清零，数据流地址清零，同时sum清零。

Step8：重复Step2至Step7过程，直到存储器B行地址为M-1时，输出M位数据流编码后结果。

为了便于理解下面以举例的形式对本申请实施例所提供的polar编码过程进行说明。

例如，若待编码的数据帧的长度k＝460，其中，待编码的数据帧含16bit CRC校验比特，且编码码率为2/3，即编码后码长为690bit时，具体polar编码过程如下所示：

1、获取卫星通信系统信噪比下的信道容量，根据信道容量排序和数据帧码率得到冻结比特和信息比特的位置索引集，索引集为(1*690)大小的01矩阵。

2、根据极化核矩阵的克罗内克(Kronecker)积计算得到标准polar码长的1024*1024的标准构造矩阵，根据卫星通信系统信噪比特性采用权重删减方法进行第一次删除得到大小为690*690的一次删除矩阵。

3、将大小为1*690位置索引矩阵与690*690的一次删除矩阵进行合并，得到大小为690*691的合并矩阵，其中位置索引矩阵位于合并矩阵的第一列。其次根据位置索引指示，将合并矩阵第一列中的“0”所对应的行进行删除得到大小为460*691的矩阵，其后将该矩阵的第一列进行删除便得到了460*690的二次删除矩阵。

4、将上述460*690大小的二次删除矩阵进行加固，先将二次删除矩阵进行转置操作，然后将三个相同的转置矩阵进行合并，得到大小为690*1380的二次删除加固生成矩阵。

5、将数据帧直接与二次删除加固生成矩阵进行比特运算操作得到编码后数据。其中数据帧与690*1380的生成矩阵比特运算可看作数据帧与3个690*460的生成矩阵比特运算，将三个比特运算结果进行投票选择，从而得到编码后数据。

由上可知，本申请实施例的所提供的方案中，通过两次删除将大小1024*1024的标准极化核矩阵删除至大小为460*690的二次删除生成矩阵，并使数据帧可直接与待编码数据进行操作，从而实现了减小存储资源消耗，简化编码过程，提高可靠性，便于硬件实现的目的。

本申请实施例所提供的方案中，通过预设的第一删除策略以及第二预设的删除策略将标准极化核矩阵进行两次删除以及加固处理得到第三生成矩阵，将所述第三生成矩阵进行存储，在Polar编码过程中，将存储的第三生成矩阵与待编码的数据帧直接进行比特运算操作。因此，本申请实施例所提供的方案，不仅通过将标准极化核矩阵进行两次删除减小了生成矩阵的存储消耗，两次删除后的生成矩阵还可与待编码的数据帧直接进行比特运算操作，不需要附加其他的操作，进而减少了编码的工作量，提高了编码的效率。

基于与图1所示的方法相同的发明构思，本申请实施例提供了一种用于卫星通信信道的Polar编码装置，参见图3，该装置包括：

计算单元301，用于在预设链路预算下根据预设三段高斯近似算法计算卫星通信系统的多个信道容量，对所述多个信道容量进行排序得到信道容量序列；

第一删除单元302，用于根据所述信道容量序列以及预设的数据帧码率分别确定出冻结比特和数据信息比特的位置索引集，根据所述数据帧码率以及预设的第一删除策略对预设的标准极化核矩阵进行第一次删除处理得到第一生成矩阵；

第二删除单元303，用于根据所述位置索引集以及预设的第二删除策略对所述第一生成矩阵进行第二次删除处理得到第二生成矩阵，将所述第二生成矩阵进行加固处理得到并保存第三生成矩阵，其中，所述第三生成矩阵与待编码的数据帧能根据预设的运算规则直接进行比特运算操作实现Polar编码。

可选地，所述第一删除单元302，具体用于：

根据从大到小的顺序从所述信道容量序列中选择出K个信道，将所述K个信道传输数据信息比特以及将所述信道容量序列中剩余的M-K个信道传输冻结比特，其中，M表示所述信道容量序列中信道总数，M为不小于1的正整数，K为不小于1的正整数；

将所述数据信息比特用0表示以及将所述冻结比特用1表示得到包含0和1的比特信道位置序列，根据所述比特信道位置序列与位置信息索引集之间预设的映射关系得到所述位置信息索引集。

可选地，所述预设的第一删除策略，包括：

根据所述标准极化核矩阵中每一列和每一行预设的权重值确定出权重为1的列和权重为1的行；

若权重为1的列为一列，则确定出权重为1的行为行，并将所述权重为1的列以及所述权重为1的行删除；

若权重为1的列为至少两列，则根据所述位置信息索引集从所述至少两列中选择出位置索引号最小的一列删除，以及根据所述权重值确定出权重最小的一行删除。

可选地，所述预设的第二删除策略，包括：

将所述位置信息索引集与所述第一生成矩阵进行合并处理得到合并矩阵；

根据所述位置信息索引集将所述合并矩阵第一列中用0所表示的行删除，以及将第一列删除得到所述第二生成矩阵，其中，所述第二生成矩阵为K*M的矩阵。

可选地，所述第二删除单元303，具体用于：

将所述第二生成矩阵进行转置操作得到转置矩阵，将三个所述转置矩阵进行合并得到并保存所述第三生成矩阵，其中，所述第三生成矩阵为M*3K的矩阵。

可选地，所述预设的运算规则，包括：

将存储所述第三生成矩阵的存储器中行地址和列地址均为0的存储单元与所述待编码的数据帧中数据流地址为0的数据相乘得到相乘结果，并根据所述相乘结果以及预设的求和函数进行比特加法运算得到运算结果，根据保持所述存储器中行地址不变，列地址加1以及数据流地址加1的地址策略在每次比特运算后更新地址得到更新后的地址；

若更新后的列地址为K-1时，将当前运算结果记为sum1，以及将所述存储器中所述当前运算结果清零，保持所述存储器行地址不变，列地址加1和数据流地址清零，继续将所述存储器存储单元中的数据与所述待编码的数据帧中对应的数据相乘，以及根据相乘结果以及预设的求和函数进行比特加法运算得到运算结果，并根据所述地址策略在每次比特运算后更新地址得到更新后的地址；

若更新后的列地址为2K-1时，将当前运算结果记为sum2，以及将所述存储器中所述当前运算结果清零，保持所述存储器行地址不变，列地址加1和数据流地址清零，继续将所述存储器存储单元中的数据与所述待编码的数据帧中对应的数据相乘，以及根据相乘结果以及预设的求和函数进行比特加法运算得到运算结果，并根据所述地址策略在每次比特运算后更新地址得到更新后的地址；

若更新后的列地址为3K-1时，将当前运算结果记为sum3，计算sum1、sum2以及sum3之和，并将其记为n，判断n是否大于2；

若大于，则所述待编码的数据帧第一位比特的编码结果输出为1；否则，所述待编码的数据帧第一位比特的编码结果输出为0；

将所述存储器中行地址加1，列地址以及数据流地址清零，以及将所述运算结果清零，继续将所述存储器存储单元中的数据与所述待编码的数据帧中对应的数据相乘，以及根据相乘结果以及预设的求和函数进行比特加法运算得到运算结果，并根据所述地址策略在每次比特运算后更新地址得到更新后的地址重，直到所述行地址为M-1时，输出待编码的数据帧第M位比特的编码结果。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种用于卫星通信信道的Polar编码方法，其特征在于，包括：

在预设链路预算下根据预设三段高斯近似算法计算卫星通信系统的多个信道容量，对所述多个信道容量进行排序得到信道容量序列；

根据所述信道容量序列以及预设的数据帧码率分别确定出冻结比特和数据信息比特的位置索引集，根据所述数据帧码率以及预设的第一删除策略对预设的标准极化核矩阵进行第一次删除处理得到第一生成矩阵；

根据所述位置索引集以及预设的第二删除策略对所述第一生成矩阵进行第二次删除处理得到第二成矩阵，将所述第二生成矩阵进行加固处理得到并保存第三生成矩阵，其中，所述第三生成矩阵与待编码的数据帧能根据预设的运算规则直接进行比特运算操作实现Polar编码。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述信道容量序列以及预设的数据帧码率分别确定出冻结比特和数据信息比特的位置索引集，包括：

根据从大到小的顺序从所述信道容量序列中选择出K个信道，将所述K个信道传输数据信息比特以及将所述信道容量序列中剩余的M-K个信道传输冻结比特，其中，M表示所述信道容量序列中信道总数，M为不小于1的正整数，K为不小于1的正整数；

将所述数据信息比特用1表示以及将所述冻结比特用0表示得到包含0和1的比特信道位置序列，根据所述比特信道位置序列与位置信息索引集之间预设的映射关系得到所述位置信息索引集。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预设的第一删除策略，包括：

根据所述标准极化核矩阵中每一列和每一行预设的权重值确定出权重为1的列和权重为1的行；

若权重为1的列为一列，则确定出权重为1的行为行，并将所述权重为1的列以及所述权重为1的行删除；

若权重为1的列为至少两列，则根据所述位置信息索引集从所述至少两列中选择出位置索引号最小的一列删除，以及根据所述权重值确定出权重最小的一行删除。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预设的第二删除策略，包括：

将所述位置信息索引集与所述第一生成矩阵进行合并处理得到合并矩阵；

根据所述位置信息索引集将所述合并矩阵第一列中用0所表示的行删除，以及将第一列删除得到所述第二生成矩阵，其中，所述第二生成矩阵为K*M的矩阵。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，将所述第二生成矩阵进行加固处理得到并保存第三生成矩阵，包括：

将所述第二生成矩阵进行转置操作得到转置矩阵，将三个所述转置矩阵进行合并得到并保存所述第三生成矩阵，其中，所述第三生成矩阵为M*3K的矩阵。

6.如权利要求1～5任一项所述的方法，其特征在于，所述预设的运算规则，包括：

将存储所述第三生成矩阵的存储器中行地址和列地址均为0的存储单元与所述待编码的数据帧中数据流地址为0的数据相乘得到相乘结果，并根据所述相乘结果以及预设的求和函数进行比特加法运算得到运算结果，根据保持所述存储器中行地址不变，列地址加1以及数据流地址加1的地址策略在每次比特运算后更新地址得到更新后的地址；

若更新后的列地址为K-1时，将当前运算结果记为sum1，以及将所述存储器中所述当前运算结果清零，保持所述存储器行地址不变，列地址加1和数据流地址清零，继续将所述存储器存储单元中的数据与所述待编码的数据帧中对应的数据相乘，以及根据相乘结果以及预设的求和函数进行比特加法运算得到运算结果，并根据所述地址策略在每次比特运算后更新地址得到更新后的地址；

若更新后的列地址为2K-1时，将当前运算结果记为sum2，以及将所述存储器中所述当前运算结果清零，保持所述存储器行地址不变，列地址加1和数据流地址清零，继续将所述存储器存储单元中的数据与所述待编码的数据帧中对应的数据相乘，以及根据相乘结果以及预设的求和函数进行比特加法运算得到运算结果，并根据所述地址策略在每次比特运算后更新地址得到更新后的地址；

若更新后的列地址为3K-1时，将当前运算结果记为sum3，计算sum1、sum2以及sum3之和，并将其记为n，判断n是否大于2；

若大于，则所述待编码的数据帧第一位比特的编码结果输出为1；否则，所述待编码的数据帧第一位比特的编码结果输出为0；

将所述存储器中行地址加1，列地址以及数据流地址清零，以及将所述运算结果清零，继续将所述存储器存储单元中的数据与所述待编码的数据帧中对应的数据相乘，以及根据相乘结果以及预设的求和函数进行比特加法运算得到运算结果，并根据所述地址策略在每次比特运算后更新地址得到更新后的地址重，直到所述行地址为M-1时，输出待编码的数据帧第M位比特的编码结果。

7.一种用于卫星通信信道的Polar编码装置，其特征在于，包括：

计算单元，用于在预设链路预算下根据预设三段高斯近似算法计算卫星通信系统的多个信道容量，对所述多个信道容量进行排序得到信道容量序列；

第一删除单元，用于根据所述信道容量序列以及预设的数据帧码率分别确定出冻结比特和数据信息比特的位置索引集，根据所述数据帧码率以及预设的第一删除策略对预设的标准极化核矩阵进行第一次删除处理得到第一生成矩阵；

第二删除单元，用于根据所述位置索引集以及预设的第二删除策略对所述第一生成矩阵进行第二次删除处理得到第二生成矩阵，将所述第二生成矩阵进行加固处理得到并保存第三生成矩阵，其中，所述第三生成矩阵与待编码的数据帧能根据预设的运算规则直接进行比特运算操作实现Polar编码。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述预设的第一删除策略，包括：

根据所述标准极化核矩阵中每一列和每一行预设的权重值确定出权重为1的列和权重为1的行；

若权重为1的列为一列，则确定出权重为1的行为行，并将所述权重为1的列以及所述权重为1的行删除；

若权重为1的列为至少两列，则根据所述位置信息索引集从所述至少两列中选择出位置索引号最小的一列删除，以及根据所述权重值确定出权重最小的一行删除。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述预设的第二删除策略，包括：

将所述位置信息索引集与所述第一生成矩阵进行合并处理得到合并矩阵；

根据所述位置信息索引集将所述合并矩阵第一列中用0所表示的行删除，以及将第一列删除得到所述第二生成矩阵，其中，所述第二生成矩阵为K*M的矩阵。

10.如权利要求7～9任一项所述的装置，其特征在于，所述预设的运算规则，包括：

将存储所述第三生成矩阵的存储器中行地址和列地址均为0的存储单元与所述待编码的数据帧中数据流地址为0的数据相乘得到相乘结果，并根据所述相乘结果以及预设的求和函数进行比特加法运算得到运算结果，根据保持所述存储器中行地址不变，列地址加1以及数据流地址加1的地址策略在每次比特运算后更新地址得到更新后的地址；

若更新后的列地址为K-1时，将当前运算结果记为sum1，以及将所述存储器中所述当前运算结果清零，保持所述存储器行地址不变，列地址加1和数据流地址清零，继续将所述存储器存储单元中的数据与所述待编码的数据帧中对应的数据相乘，以及根据相乘结果以及预设的求和函数进行比特加法运算得到运算结果，并根据所述地址策略在每次比特运算后更新地址得到更新后的地址；

若更新后的列地址为2K-1时，将当前运算结果记为sum2，以及将所述存储器中所述当前运算结果清零，保持所述存储器行地址不变，列地址加1和数据流地址清零，继续将所述存储器存储单元中的数据与所述待编码的数据帧中对应的数据相乘，以及根据相乘结果以及预设的求和函数进行比特加法运算得到运算结果，并根据所述地址策略在每次比特运算后更新地址得到更新后的地址；

若更新后的列地址为3K-1时，将当前运算结果记为sum3，计算sum1、sum2以及sum3之和，并将其记为n，判断n是否大于2；

若大于，则所述待编码的数据帧第一位比特的编码结果输出为1；否则，所述待编码的数据帧第一位比特的编码结果输出为0；

将所述存储器中行地址加1，列地址以及数据流地址清零，以及将所述运算结果清零，继续将所述存储器存储单元中的数据与所述待编码的数据帧中对应的数据相乘，以及根据相乘结果以及预设的求和函数进行比特加法运算得到运算结果，并根据所述地址策略在每次比特运算后更新地址得到更新后的地址重，直到所述行地址为M-1时，输出待编码的数据帧第M位比特的编码结果。

Images