CN114172618A - 一种用于卫星测控的极化码编译码方法 - Google Patents

一种用于卫星测控的极化码编译码方法 Download PDF

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CN114172618A CN202111477312.8A CN202111477312A CN114172618A CN 114172618 A CN114172618 A CN 114172618A CN 202111477312 A CN202111477312 A CN 202111477312A CN 114172618 A CN114172618 A CN 114172618A
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邵震洪
李志强
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Abstract

本发明公开了一种用于卫星测控的极化码编译码方法，涉及信道编译码技术领域。本发明包括：用码长为512的Polar码系统，码字的构造方式采用高斯近似算法；高斯近似算法最早是用在AWGN信道中构造LDPC码的，对于Polar码也是十分适用的；设计译码算法：采用快速SCL译码算法，其中L＝16，每个SC译码器为快速SC译码器，快速SC译码器将译码节点分为四类特殊子码，四类特殊子码分别为R0码、Rep码、SPC码、R1码，四类节点可直接译码。本发明通过采用SC译码的Polar没有迭代LDPC译码的错误平层的缺陷，即当测控信道质量较好时，其编码增益也会相当明显。

Description

一种用于卫星测控的极化码编译码方法
技术领域
本发明属于信道编译码技术领域，特别是涉及一种用于卫星测控的极化码编译码方法。
背景技术
随着卫星科技的发展，卫星测控技术也在不断更新，任何地面系统想要遥测和控制卫星设备都离不开卫星测控系统。而新一代的卫星测控系统要求更加严格，指令更短，信道质量状况更加不稳定，测控通信的时延要求更加苛刻等。
因此传统的信道编码方式可能不再适用于新一代卫星测控系统。Polar码的短码具有编译码时延低、功耗小、实现简单，译码性能良好等优点，适用于新一代的卫星测控场景，如中国专利CN108494526B公开一种多进制正交扩频信号的极化码编译码方法，读入拟发送的信息序列、对信息序列进行极化码编码、对极化码编码序列进行交织处理、进行多进制正交扩频、提取对数似然比序列、对对数似然比序列进行解交织、极化码译码。通过提取对数似然比序列的软判决方式将高效的极化码编译码与多进制正交扩频结合，具有误码性能好、实现复杂度低和频谱效率高等优点，满足信道编译码技术对效率和可靠性的要求。
但是，卫星测控技术中要求在信道质量较好的情况下不会出现错误平层，因此本申请提出了一种适用于卫星测控的极化码编译码设计。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于卫星测控的极化码编译码方法，通过采用低码率、低码长的Polar码来保证卫星测控系统高可靠性。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种用于卫星测控的极化码编译码方法，包括以下步骤：
设计码字：
采用码长为512的Polar码系统，码字的构造方式采用高斯近似算法(GA)；高斯近似算法(GA)最早是用在AWGN信道中构造LDPC码的，对于Polar码也是十分适用的；
设计译码算法：
采用快速SCL译码算法，其中L＝16，每个SC译码器为快速SC译码器，快速SC译码器将译码节点分为四类特殊子码，四类特殊子码分别为R0码、Rep码、SPC码、R1码，四类节点可直接译码；
极化码的编码过程：
当极化码N＝2时，设u1,u2为信源比特，x1和x2是编码比特；则
Figure BDA0003393944740000021
x2＝u2；
当极化码N为2的幂次时，将N＝2时的编码结构递归即可。
进一步地，所述R0码为零码率的码字；
将长度为N＝2n且没有信息比特，只有冻结比特的极化码标记为R0极化码；这样R0译码节点无需译码，因为它的似然信息值不会发生改变，n≧0。
进一步地，所述Rep码为重复码；
将长度为N＝2n且只有第N个比特是信息比特，其余的全是冻结比特的极化码标记为重复码。
进一步地，所述Rep码最大似然译码公式如下：
设经过BI-AWGN信道的传输后，接收信号为(y1,…,yN)；
Figure BDA0003393944740000031
其中：
S为接收对数似然比的和，若S≧0，则Rep码译码为全0序列，否则为全1序列。
进一步地，所述SPC码为单奇偶校验码；
将长度为N＝2n且只有第一个比特是冻结比特，其余都是信息比特的极化码标记为SPC，所有比特和为0。
进一步地，所述SPC码的最大似然译码公式如下：
设经过BI-AWGN信道的传输后，接收信号为(y1,…,yN)；
首先硬判决每一个接收信号，得到的比特序列(β1,...,βN)：
Figure BDA0003393944740000032
如果
Figure BDA0003393944740000033
则译码结束，且(β1,...,βN)是最大似然译码结果；如果
Figure BDA0003393944740000034
选取似然值最小的比特做比特翻转。
进一步地，所述R1码是码率为1的码字；
将长度为N＝2n且都是信息比特的极化码标记为R1码，此时码率为R＝1。
进一步地，所述R1码的最大似然译码公式如下：
设经过BI-AWGN信道的传输后，接收信号为(y1,…,yN)，首先硬判决每一个接收信号，得到的比特序列(β1,...,βN)：
Figure BDA0003393944740000041
(β1,...,βN)为(y1,…,yN)的译码结果。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过采用低码率、低码长的Polar码来保证卫星测控系统高可靠性，本申请预设的码字是(128，512)其中信息长度为128比特，码字长度为512比特，码率为1/4，CRC长度为16比特，采用SC译码的Polar没有迭代LDPC译码的错误平层的缺陷，即当测控信道质量较好时，其编码增益也会相当明显。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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。
图1为本发明仿真效果图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明为一种用于卫星测控的极化码编译码方法，包括以下步骤：
设计码字：
采用码长为512的Polar码系统，码字的构造方式采用高斯近似算法(GA)；高斯近似算法(GA)最早是用在AWGN信道中构造LDPC码的，对于Polar码也是十分适用的；由于卫星测控的信道是AWGN信道，因此我们采用这种方式构的Polar码是十分合适的；
卫星测控系统对码字吞吐量要求不高，但是对整个系统的可靠性要求很高，因此采用低码率、低码长的Polar码来保证卫星测控系统高可靠性，本申请预设的码字是(128，512)，其中信息长度为128比特，码字长度为512比特，码率为1/4，CRC长度为16比特。
设计译码算法：
采用快速SCL译码算法，其中L＝16，每个SC译码器为快速SC译码器，快速SC译码器将译码节点分为四类特殊子码，四类特殊子码分别为R0码、Rep码、SPC码、R1码，四类节点可直接译码；
极化码的编码过程：
当极化码N＝2时，设u1,u2为信源比特，x1和x2是编码比特；则
Figure BDA0003393944740000051
x2＝u2；
当极化码N为2的幂次时，将N＝2时的编码结构递归即可。
极化码的SC译码过程：
接收端通过就收到的软判信息y1、y2计算对数似然值，然后依次计算u1，u2的似然值，然后再根据符号位进行判决，当信源比特位冻结比特时判决为冻结比特值。
作为本发明提供的一个实施例，优选的，所述R0码为零码率的码字；
将长度为N＝2n且没有信息比特，只有冻结比特的极化码标记为R0极化码；这样R0译码节点无需译码，因为它的似然信息值不会发生改变，n≧0。
作为本发明提供的一个实施例，优选的，所述Rep码为重复码；
将长度为N＝2n且只有第N个比特是信息比特，其余的全是冻结比特的极化码标记为重复码。
作为本发明提供的一个实施例，优选的，所述Rep码最大似然译码公式如下：
设经过BI-AWGN信道的传输后，接收信号为(y1,…,yN)；
Figure BDA0003393944740000061
其中：
S为接收对数似然比的和，若S≧0，则Rep码译码为全0序列，否则为全1序列。
作为本发明提供的一个实施例，优选的，所述SPC码为单奇偶校验码；
将长度为N＝2n且只有第一个比特是冻结比特，其余都是信息比特的极化码标记为SPC，所有比特和为0。
作为本发明提供的一个实施例，优选的，所述SPC码的最大似然译码公式如下：
设经过BI-AWGN信道的传输后，接收信号为(y1,…,yN)；
首先硬判决每一个接收信号，得到的比特序列(β1,...,βN)：
Figure BDA0003393944740000071
如果
Figure BDA0003393944740000072
则译码结束，且(β1,...,βN)是最大似然译码结果；如果
Figure BDA0003393944740000073
选取似然值最小的比特做比特翻转。
作为本发明提供的一个实施例，优选的，所述R1码是码率为1的码字；
将长度为N＝2n且都是信息比特的极化码标记为R1码，此时码率为R＝1。
作为本发明提供的一个实施例，优选的，所述R1码的最大似然译码公式如下：
设经过BI-AWGN信道的传输后，接收信号为(y1,…,yN)，首先硬判决每一个接收信号，得到的比特序列(β1,...,βN)：
Figure BDA0003393944740000074
(β1,...,βN)为(y1,…,yN)的译码结果。
一种用于卫星测控的极化码编译码方法，通过采用低码率、低码长的Polar码来保证卫星测控系统高可靠性，本申请预设的码字是(128，512)其中信息长度为128比特，码字长度为512比特，码率为1/4，CRC长度为16比特，采用SC译码的Polar没有迭代LDPC译码的错误平层的缺陷，即当测控信道质量较好时，其编码增益也会相当明显，如图1(1/4码率512码长测控Pola码性能图)所示，采用SC译码的Polar没有迭代LDPC译码的错误平层的缺陷，即当测控信道质量较好时，其编码增益也会相当明显。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种用于卫星测控的极化码编译码方法，其特征在于，包括以下步骤：
设计码字：
采用码长为512的Polar码系统，码字的构造方式采用高斯近似算法；
设计译码算法：
采用快速SCL译码算法，其中L＝16，每个SC译码器为快速SC译码器，快速SC译码器将译码节点分为四类特殊子码，四类特殊子码分别为R0码、Rep码、SPC码、R1码，四类节点可直接译码；
极化码的编码过程：
当极化码N＝2时，设u1,u2为信源比特，x1和x2是编码比特；则
Figure FDA0003393944730000011
x2＝u2；
当极化码N为2的幂次时，将N＝2时的编码结构递归即可。
2.根据权利要求1所述的一种用于卫星测控的极化码编译码方法，其特征在于，所述R0码为零码率的码字；
将长度为N＝2n且没有信息比特，只有冻结比特的极化码标记为R0极化码，n≧0。
3.根据权利要求1所述的一种用于卫星测控的极化码编译码方法，其特征在于，所述Rep码为重复码；
将长度为N＝2n且只有第N个比特是信息比特，其余的全是冻结比特的极化码标记为重复码。
4.根据权利要求3所述的一种用于卫星测控的极化码编译码方法，其特征在于，所述Rep码最大似然译码公式如下：
设经过BI-AWGN信道的传输后，接收信号为(y1,…,yN)；
Figure FDA0003393944730000021
其中：
S为接收对数似然比的和，若S≧0，则Rep码译码为全0序列，否则为全1序列。
5.根据权利要求1所述的一种用于卫星测控的极化码编译码方法，其特征在于，所述SPC码为单奇偶校验码；
将长度为N＝2n且只有第一个比特是冻结比特，其余都是信息比特的极化码标记为SPC，所有比特和为0。
6.根据权利要求5所述的一种用于卫星测控的极化码编译码方法，其特征在于，所述SPC码的最大似然译码公式如下：
设经过BI-AWGN信道的传输后，接收信号为(y1,…,yN)；
首先硬判决每一个接收信号，得到的比特序列(β1,...,βN)：
Figure FDA0003393944730000022
如果
Figure FDA0003393944730000023
则译码结束，且(β1,...,βN)是最大似然译码结果；如果
Figure FDA0003393944730000024
选取似然值最小的比特做比特翻转。
7.根据权利要求1所述的一种用于卫星测控的极化码编译码方法，其特征在于，所述R1码是码率为1的码字；
将长度为N＝2n且都是信息比特的极化码标记为R1码，此时码率为R＝1。
8.根据权利要求7所述的一种用于卫星测控的极化码编译码方法，其特征在于，所述R1码的最大似然译码公式如下：
设经过BI-AWGN信道的传输后，接收信号为(y1,…,yN)，首先硬判决每一个接收信号，得到的比特序列(β1,...,βN)：
Figure FDA0003393944730000031
(β1,...,βN)为(y1,…,yN)的译码结果。
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CN115833847A (zh) * 2023-02-15 2023-03-21 南京创芯慧联技术有限公司 Polar码译码方法、装置、通信设备和存储介质

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115833847A (zh) * 2023-02-15 2023-03-21 南京创芯慧联技术有限公司 Polar码译码方法、装置、通信设备和存储介质

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