CN114337925B - 非正交多址接入下基于极化码与物理层的联合编译码方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出非正交多址接入下基于极化码与物理层的联合编译码方法，为一种非正交多址接入下基于极化码与物理层网络编码的联合编译码方案，所述编码方法包括第一对信源信号进行极化码的编码设计，先对需要进行信息传输的个用户的数据用户之间信道进行估算，再使用确定码字的长度以及码率来设计信息位以及冻结位，经过极化码编码后得到最终的极化码码字，然后同时进行调试发射；所述译码方法是在接收基站点C处，对于同时接受到的来自发射端点的极化码信号，以极化码联合物理层网络解码算法进行物理译码，将同时接收到的信号进行译码处理，得到处理后的数据包；本发明的效率高且译码性能好。

Description

非正交多址接入下基于极化码与物理层的联合编译码方法

技术领域

本发明涉及通讯技术领域，尤其是非正交多址接入下基于极化码与物理层的联合编译码方法。

背景技术

在非正交多址信道的通信系统中，现有的技术方案，主要是将SCMA检测和极化码译码的因子图合并使得检测和译码之间的概率信息可以互相传递，提高收敛速度。现有技术在检测过程中，检测一个用户时，将别的用户信息当做是干扰信号处理，因此用户间的干扰还是十分严重，并且译码器还是原有译码器，只是做了一个信息的迭代。

此外，在非正交多址信道的通信系统中，现有的技术方案，主要是通过各个用户先发送信息到接收端，以及对方节点。在第二个时隙，将互相发送的信息与原始要发送的信息进行异或处理，得到异或值发送给目的节点。目的节点能解码出自己的值以及对方第一个时隙的发送值。由于现有技术首先需要发送节点都是全双工的模式，因此不仅发送到接收端还得发送给对方节点，其次次方案需要两个时隙才能完成译码，并且此方案只能在双用户模式下进行，存在一定缺陷。

发明内容

本发明提出非正交多址接入下基于极化码与物理层的联合编译码方法，效率高且译码性能好。

本发明采用以下技术方案。

非正交多址接入下基于极化码与物理层的联合编译码方法，为一种非正交多址接入下基于极化码与物理层网络编码的联合编译码方案，所述编码方法包括第一对信源信号进行极化码的编码设计，先对需要进行信息传输的m个用户的数据U₁(n),…,U_N(n)用户之间信道进行估算，再使用确定码字的长度以及码率来设计信息位以及冻结位，经过极化码编码后得到最终的极化码码字X₁(n),…,X_N(n)，然后同时进行调试发射；

所述译码方法是在接收基站点C处，对于同时接受到的来自发射端点{1,…,N}的极化码信号，以极化码联合物理层网络解码算法进行物理译码，将同时接收到的信号进行译码处理，得到处理后的数据包U₁(n),…,U_N(n)。

所述方法用于非正交多址信道的通信系统，包括基站和该基站对应的m个发送用户，每个用户进行极化码编码后，将自己的编码码字i∈(1,2,…,N)同时发送给基站，基站根据接收到的叠加信息进行解码从而获得信源发送信息。

各用户在发送信息前，先进行极化码编码，根据信道环境，确定编码过程中用于放置信息位的比特、用于放置冻结位的比特，以确定各用户的信源比特 并利用码长为N的极化码编码矩阵得到每个用户各自的编码码字/>并同时发送给接收端。

基站在作为接收端进行译码时，基站根据发送的用户数量m，以及每个用户发送的信息长度N，在接收端构造出一个码长为mN的极化码译码器，对接收到的叠加信号进行极化码联合物理层网络解码算法进行译码处理从而获得码长为mN的初始解码概率值，再带入译码器解码。

所述极化码联合物理层网络解码算法对双用户通讯进行译码时，过程如下，用户1与用户2根据信道环境构造出自己的原始信源信息 经过极化码编码后得到/>调制得到/>并同时发送给接收端；

在接收端接收到的值为：其中为已知值的是发送时各个用户的信道衰落因子(h₁,h₂)，用户数量为2以及每个用户发送信息的码长为8比特，接收端构造码长为16比特的极化码译码器；根据码长为16比特的极化码编码器计算出码字/>的初始值，其中/>利用物理网络算法将接受到的叠加信号映射成异或值，以计算出码字/>的初始概率值；

所述双用户通讯过程中，接收信号与编码码字的映射关系为，发送用户1，2以及其异或的信息分别表示为x₁,x₂,x_xor,调BPSK调制下，接收端接收到的信息为h₁x₁,h₂x₁,s；根据收到的第i叠加值计算出发送信息S_j的初始概率值：

其中，发送信息S＝{h₁+h₂,h₁-h₂,-h₁+h₂,-(h₁+h₂)}，β为归一化因子，用于保证利用物理层网络解码得到接收信号与编码码字的映射关系，并获得码字/>的初始LLR值/>

将获得的这16个初始LLR带入到码长为16比特的极化码译码器进行解码最终获得每个用户的初始发送信息。

在非正交多址信道的通信系统中，m个用户均进行极化码编码后向基站发送信息，在信息传递过程中m个发送用户以及一个接收点之间的高斯信道同样也可以用在瑞利信道上；

基站利采用极化码编译码结构、物理层网络译码算法对接收到的信号叠加值进行物理层网络译码从而构造出一个码长为mN的译码器，并计算出该译码器的初始后验概率值LLR，解码出原始发送信息，以提升译码性能。

在非正交多址信道的通信系统的接收端，基站根据接收信号预计用户数量构造出解码器，通过联合物理层网络编码和极化码译码算法，将用户间的干扰化为译码信息，通过提升解码器长度以实现提升译码性能，同时将叠加信号利用物理层网络译码映射为解码器上的初始概率值，以降低用户之间信息叠加带来的干扰。

本发明所述方法用于非正交多址信道的通信系统时，采用的是将叠加信号利用物理层网络译码算法进行处理，用户只需要发送给基站就可以，不需要发送给别的用户，发送信息过程中，只需要发送一次给接收端就可以进行译码，效率高，此外本发明所述方法可以在m个用户下进行编译码，不受限于两用户。

本发明所述方案采用的是物理层网络译码联合极化码解码算法，在m个用户下，基站将接收到的m个用户叠加信号利用物理层网络译码算法映射成用户间的异或信号，使得所有的用户信息都被利用起来，同时根据发送用户数量，构造出一个译码器长度为原始译码器m倍的译码器，提升该系统译码的极化效应，同时提升译码器性能。

本发明所述方案能对m个用户进行极化码编码，基站能利用叠加信号，采用极化码编译码结构，物理层网络译码算法进行联合解码，提升译码性能。本发明首先根据发送用户数量以及发送信息长度，每个用户根据各自位置进行码字构造，最大化信息位信道容量。在接收端，基站根据接收信号预计用户数量构造出解码器，解码器长度变长使得译码性能提升，同时将叠加信号利用物理层网络译码映射为解码器上的初始概率值，降低用户之间信息叠加带来的干扰。

本发明所述方案在技术原理上，更加合理的利用了物理层网络译码和极化码译码两种技术的特点和原理，与传统非正交多址接入下基于极化码的算法相比，我们所提出的联合物理层网络编码和极化码译码算法，能够将用户间的干扰化为译码信息，同时提升译码器长度，提升译码性能。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：

附图1是非正交多址接入信道下m个用户发送信息给基站的示意图；

附图2是信号的极化码编码处理示意图；

附图3是基站c点的译码处理示意图；

附图4是双用户下联合物理层网络编码与极化码译码过程示意图；

附图5是接收信号与发送码字之间的映射关系表格示意图。

具体实施方式

如图所示，非正交多址接入下基于极化码与物理层的联合编译码方法，为一种非正交多址接入下基于极化码与物理层网络编码的联合编译码方案，所述编码方法包括第一对信源信号进行极化码的编码设计，先对需要进行信息传输的m个用户的数据U₁(n),…,U_N(n)用户之间信道进行估算，再使用确定码字的长度以及码率来设计信息位以及冻结位，经过极化码编码后得到最终的极化码码字X₁(n),…,X_N(n)，然后同时进行调试发射；

所述译码方法是在接收基站点C处，对于同时接受到的来自发射端点{1,…,N}的极化码信号，以极化码联合物理层网络解码算法进行物理译码，将同时接收到的信号进行译码处理，得到处理后的数据包U₁(n),…,U_N(n)。

如图1所示，所述方法用于非正交多址信道的通信系统，包括基站和该基站对应的m个发送用户，每个用户进行极化码编码后，将自己的编码码字i∈(1,2,…,N)同时发送给基站，基站根据接收到的叠加信息进行解码从而获得信源发送信息。

如图2所示，各用户在发送信息前，先进行极化码编码，根据信道环境，确定编码过程中用于放置信息位的比特、用于放置冻结位的比特，以确定各用户的信源比特并利用码长为N的极化码编码矩阵得到每个用户各自的编码码字/>并同时发送给接收端。

如图3所示，基站在作为接收端进行译码时，基站根据发送的用户数量m，以及每个用户发送的信息长度N，在接收端构造出一个码长为mN的极化码译码器，对接收到的叠加信号进行极化码联合物理层网络解码算法进行译码处理从而获得码长为mN的初始解码概率值，再带入译码器解码。

如图4所示，所述极化码联合物理层网络解码算法对双用户通讯进行译码时，过程如下，

用户1与用户2根据信道环境构造出自己的原始信源信息 经过极化码编码后得到/>调制得到/>并同时发送给接收端；

在接收端接收到的值为：其中为已知值的是发送时各个用户的信道衰落因子(h₁,h₂)，用户数量为2以及每个用户发送信息的码长为8比特，接收端构造码长为16比特的极化码译码器；根据码长为16比特的极化码编码器计算出码字/>的初始值，其中/>利用物理网络算法将接受到的叠加信号映射成异或值，以计算出码字/>的初始概率值；

所述双用户通讯过程中，接收信号与编码码字的映射关系为，发送用户1，2以及其异或的信息分别表示为x₁,x₂,x_xor,调BPSK调制下，接收端接收到的信息为h₁x₁,h₂x₁,s；根据收到的第i叠加值计算出发送信息S_j的初始概率值：

其中，发送信息S＝{h₁+h₂,h₁-h₂,-h₁+h₂,-(h₁+h₂)}，β为归一化因子，用于保证如图5的表1所示，利用物理层网络解码得到接收信号与编码码字的映射关系，并获得码字/>的初始LLR值/>

将获得的这16个初始LLR带入到码长为16比特的极化码译码器进行解码最终获得每个用户的初始发送信息。

在非正交多址信道的通信系统中，m个用户均进行极化码编码后向基站发送信息，在信息传递过程中m个发送用户以及一个接收点之间的高斯信道同样也可以用在瑞利信道上；

基站利采用极化码编译码结构、物理层网络译码算法对接收到的信号叠加值进行物理层网络译码从而构造出一个码长为mN的译码器，并计算出该译码器的初始后验概率值LLR，解码出原始发送信息，以提升译码性能。

在非正交多址信道的通信系统的接收端，基站根据接收信号预计用户数量构造出解码器，通过联合物理层网络编码和极化码译码算法，将用户间的干扰化为译码信息，通过提升解码器长度以实现提升译码性能，同时将叠加信号利用物理层网络译码映射为解码器上的初始概率值，以降低用户之间信息叠加带来的干扰。

Claims (3)

1.非正交多址接入下基于极化码与物理层的联合编译码方法，为一种非正交多址接入下基于极化码与物理层网络编码的联合编译码方案，其特征在于：所述编码方法包括第一对信源信号进行极化码的编码设计，先对需要进行信息传输的m个用户的数据U₁(n),…,U_N(n)用户之间信道进行估算，再使用确定码字的长度以及码率来设计信息位以及冻结位，经过极化码编码后得到最终的极化码码字X₁(n),…,X_N(n)，然后同时进行调试发射；

所述译码方法是在接收基站点C处，对于同时接受到的来自发射端点{1,…,N}的极化码信号，以极化码联合物理层网络解码算法进行物理译码，将同时接收到的信号进行译码处理，得到处理后的数据包U₁(n),…,U_N(n)；

所述方法用于非正交多址信道的通信系统，包括基站和该基站对应的m个发送用户，每个用户进行极化码编码后，将自己的编码码字同时发送给基站，基站根据接收到的叠加信息进行解码从而获得信源发送信息；

各用户在发送信息前，先进行极化码编码，根据信道环境，确定编码过程中用于放置信息位的比特、用于放置冻结位的比特，以确定各用户的信源比特 并利用码长为N的极化码编码矩阵得到每个用户各自的编码码字/> 并同时发送给接收端；

基站在作为接收端进行译码时，基站根据发送的用户数量m，以及每个用户发送的信息长度N，在接收端构造出一个码长为mN的极化码译码器，对接收到的叠加信号进行极化码联合物理层网络解码算法进行译码处理从而获得码长为mN的初始解码概率值，再带入译码器解码；

在非正交多址信道的通信系统的接收端，基站根据接收信号以及用户数量构造出解码器，通过联合物理层网络编码和极化码译码算法，将用户间的干扰化为译码信息，通过提升解码器长度以实现提升译码性能，同时将叠加信号利用物理层网络译码映射为解码器上的初始概率值，以降低用户之间信息叠加带来的干扰。

2.根据权利要求1所述的非正交多址接入下基于极化码与物理层的联合编译码方法，其特征在于：所述极化码联合物理层网络解码算法对双用户通讯进行译码时，过程如下，

用户1与用户2根据信道环境构造出自己的原始信源信息 经过极化码编码后得到/> 调制得到/> 并同时发送给接收端；

在接收端接收到的值为：其中为已知值的是发送时各个用户的信道衰落因子(h₁,h₂)，用户数量为2以及每个用户发送信息的码长为8比特，接收端构造码长为16比特的极化码译码器；根据码长为16比特的极化码编码器计算出码字/>的初始值，其中/>利用物理网络算法将接受到的叠加信号映射成异或值，以计算出码字/>的初始概率值；

所述双用户通讯过程中，接收信号与编码码字的映射关系为，发送用户1，2以及其异或的信息分别表示为x₁,x₂,x_xor,调BPSK调制下，接收端接收到的信息为h₁x₁,h₂x₁,s；根据收到的第i叠加值计算出发送信息S_j的初始概率值：

其中，发送信息S＝{h₁+h₂,h₁-h₂,-h₁+h₂,-(h₁+h₂)}，β为归一化因子，用于保证利用物理层网络解码得到接收信号与编码码字的映射关系，并获得码字/>的初始LLR值/>

将获得的这16个初始LLR带入到码长为16比特的极化码译码器进行解码最终获得每个用户的初始发送信息。

3.根据权利要求1所述的非正交多址接入下基于极化码与物理层的联合编译码方法，其特征在于：在非正交多址信道的通信系统中，m个用户均进行极化码编码后向基站发送信息，在信息传递过程中m个发送用户以及一个接收点之间的高斯信道同样也可以用在瑞利信道上；

基站利采用极化码编译码结构、物理层网络译码算法对接收到的信号叠加值进行物理层网络译码从而构造出一个码长为mN的译码器，并计算出该译码器的初始后验概率值LLR，解码出原始发送信息，以提升译码性能。