CN116614204A - 基于多级编码调制的数字编码、解码和通信方法及系统 - Google Patents

基于多级编码调制的数字编码、解码和通信方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于多级编码调制的数字编码、解码和通信方法及系统，涉及数字通信调制技术领域，所述编码方法包括：根据4‑PAM调制系统信道容量比例和待传信息序列码长，将待传信息序列分为第一级比特序列和第二级比特序列；对第一级比特序列进行极化码编码得到第一级编码比特序列；依次对第二级比特序列进行CCDM分布匹配和BCH码编码得到第二级编码比特序列；基于第一级编码比特序列对第二级编码比特序列进行处理得到处理后的第二级编码比特序列；采用集分割映射规则对第一级编码比特序列和处理后的第二级编码比特序列进行4‑PAM调制得到调制符号序列，本发明提高了降低高能量星座点出现概率的能力，提高了数据传输质量。

Description

基于多级编码调制的数字编码、解码和通信方法及系统
技术领域
本发明涉及数字通信调制技术领域，特别是涉及一种基于多级编码调制的数字编码、解码和通信方法及系统。
背景技术
随着通信技术的不断发展和应用，人们对于频谱效率的需求也越来越高，而提高频谱效率的一个重要手段就是使用高阶调制技术。极化码是一种新型的信道编码方案，将极化码与高阶调制相结合，可以实现更高效的数据传输。多级编码(Multilevel Coding，MLC)调制是一种适用于极化码的高阶调制技术，其原理是将数据流根据调制阶数划分为多个并行的子流，并使用不同的编码方案对每个子流进行编码，该技术在数字通信系统中应用广泛，可以提高系统性能和数据传输质量。
在MLC系统中，采用集分割映射规则最大化各比特级之间的容量差，同时根据各级的信道容量合理地分配各级码率，此时，其性能可以到达编码调制的容量限。然而，多级编码调制的容量限与香农极限仍具有1.53dB的差距，可通过概率成形(ProbabilisticShaping，PS)技术进行弥补，PS技术通过降低携带能量更多的高幅度信号点的出现概率，使得在相同功率级别下信号点之间的欧氏距离变大，最终获得成形增益。图2和图3分别展示了4-PAM(脉冲振幅调制，Pulse Amplitude Modulation)调制下采用格雷映射规则和集分割映射规则的星座图。根据图3，可以看出，采用格雷映射规则进行信号点标记时，仅需使第二比特级中“1”的出现概率大于“0”的出现概率，即可使得中间信号点的出现概率增大，从而降低高能量星座点的出现概率。但PC-MLC系统常使用的规则为集分割映射规则，根据图2可以看出，此时，降低高能量星座点的出现概率则较为困难，使得数据传输质量较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于多级编码调制的数字编码、解码和通信方法及系统，提高了降低高能量星座点出现概率的能力，从而提高了数据传输质量。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于多级编码调制的数字编码方法，包括：
确定4-PAM调制系统的信道的容量比例；所述容量比例为所述信道的低比特级子信道的容量和高比特级子信道的容量之比；
根据所述容量比例和待传信息序列的码长，将所述待传信息序列分为第一级比特序列和第二级比特序列；
对所述第一级比特序列进行极化码编码，得到第一级编码比特序列；
依次对所述第二级比特序列进行CCDM分布匹配和BCH码编码，得到第二级编码比特序列；
基于所述第一级编码比特序列确定所述第二级编码比特序列的翻转操作；所述翻转操作为翻转或不翻转；
根据所述第二级编码比特序列的翻转操作对所述第二级编码比特序列进行处理，得到处理后的第二级编码比特序列；
采用集分割映射规则，对所述第一级编码比特序列和所述处理后的第二级编码比特序列进行4-PAM调制，得到调制符号序列。
可选地，依次对所述第二级比特序列进行CCDM分布匹配和BCH码编码，得到第二级编码比特序列，具体包括：
对所述第二级比特序列进行CCDM分布匹配，得到成形比特序列；
对所述成形比特序列进行BCH码编码，得到所述第二级编码比特序列。
一种基于多级编码调制的数字编码系统，包括：
容量比例确定模块，用于确定4-PAM调制系统的信道的容量比例；所述容量比例为所述信道的低比特级子信道的容量和高比特级子信道的容量之比；
序列分解模块，用于根据所述容量比例和待传信息序列的码长，将所述待传信息序列分为第一级比特序列和第二级比特序列；
第一编码模块，用于对所述第一级比特序列进行极化码编码，得到第一级编码比特序列；
第二编码模块，用于依次对所述第二级比特序列进行CCDM分布匹配和BCH码编码，得到第二级编码比特序列；
第一翻转判断模块，用于基于所述第一级编码比特序列确定所述第二级编码比特序列的翻转操作；所述翻转操作为翻转或不翻转；
第一处理模块，用于根据所述第二级编码比特序列的翻转操作对所述第二级编码比特序列进行处理，得到处理后的第二级编码比特序列；
调制模块，用于采用集分割映射规则，对所述第一级编码比特序列和所述处理后的第二级编码比特序列进行4-PAM调制，得到调制符号序列。
一种基于多级编码调制的数字解码方法，包括：
对接收到的第一级调制符号子序列进行解调，得到第一级对数似然比信息序列；所述第一级调制符号子序列为接收到的调制符号序列中与第一级比特序列各比特的序号对应的比特组成的序列；所述第一级比特序列是根据4-PAM调制系统的信道的容量比例和待传信息序列的码长，对待传信息序列划分确定的；所述调制符号序列是对待传信息序列进行编码和调制确定的；
对所述第一级对数似然比信息序列进行硬判决，得到第一级编码比特序列的估计值；
对所述第一级对数似然比信息序列进行极化码译码，得到第一级译码比特序列；
对接收到的第二级调制符号子序列进行解调，得到第二级对数似然比信息序列；所述第二级调制符号子序列为所述接收到的调制符号序列中与第二级比特序列各比特的序号对应的比特组成的序列；所述第二级比特序列根据4-PAM调制系统的信道的容量比例和待传信息序列的码长，对待传信息序列划分确定的；
对所述第二级对数似然比信息序列进行硬判决，得到第二级编码比特序列的估计值；
基于所述第一级编码比特序列的估计值，确定所述第二级对数似然比信息序列的翻转操作；所述翻转操作为翻转或不翻转；
根据所述第二级对数似然比信息序列的翻转操作对所述第二级对数似然比信息序列进行处理，得到第二级待译码比特序列；
对所述第二级待译码比特序列依次进行分组码译码和CCDM解分布匹配，得到第二级译码比特序列；
将所述第一级译码比特序列和所述第二级译码比特序列合并，得到所述待传信息序列。
可选地，对所述第一级对数似然比信息序列进行硬判决，得到第一级编码比特序列的估计值，具体包括：
确定所述第一级对数似然比信息序列中每个比特的二进制值；
其中，对于所述第一级对数似然比信息序列中任一当前比特：
判断当前比特的值是否大于0；
若是，将当前比特的二进制值确定为1；
若否，将当前比特的二进制值确定为0；
将所述第一级对数似然比信息序列中所有比特的二进制值组成的序列确定为第一级编码比特序列的估计值。
可选地，对所述第二级对数似然比信息序列进行硬判决，得到第二级编码比特序列的估计值，具体包括：
确定所述第二级对数似然比信息序列中每个比特的二进制值；
对于所述第二级对数似然比信息序列中任一当前比特：
判断当前比特的值是否大于0；
若是，将当前比特的二进制值确定为1；
若否，将当前比特的二进制值确定为0；
将所述第二级对数似然比信息序列中所有比特的二进制值组成的序列确定为第二级编码比特序列的估计值。
一种基于多级编码调制的数字解码系统，包括：
第一级解调模块，用于对接收到的第一级调制符号子序列进行解调，得到第一级对数似然比信息序列；所述第一级调制符号子序列为接收到的调制符号序列中与第一级比特序列各比特的序号对应的比特组成的序列；所述第一级比特序列是根据4-PAM调制系统的信道的容量比例和待传信息序列的码长，对待传信息序列划分确定的；所述调制符号序列是对待传信息序列进行编码和调制确定的；
第一硬判决模块，用于对所述第一级对数似然比信息序列进行硬判决，得到第一级编码比特序列的估计值；
第一级译码模块，用于对所述第一级对数似然比信息序列进行极化码译码，得到第一级译码比特序列；
第二级解调模块，用于对接收到的第二级调制符号子序列进行解调，得到第二级对数似然比信息序列；所述第二级调制符号子序列为所述接收到的调制符号序列中与第二级比特序列各比特的序号对应的比特组成的序列；所述第二级比特序列根据4-PAM调制系统的信道的容量比例和待传信息序列的码长，对待传信息序列划分确定的；
第二硬判决模块，用于对所述第二级对数似然比信息序列进行硬判决，得到第二级编码比特序列的估计值；
第二翻转判断模块，用于基于所述第一级编码比特序列的估计值，确定所述第二级对数似然比信息序列的翻转操作；所述翻转操作为翻转或不翻转；
第二处理模块，用于根据所述第二级对数似然比信息序列的翻转操作对所述第二级对数似然比信息序列进行处理，得到第二级待译码比特序列；
第二级译码模块，用于对所述第二级待译码比特序列依次进行分组码译码和CCDM解分布匹配，得到第二级译码比特序列；
解码完成模块，用于将所述第一级译码比特序列和所述第二级译码比特序列合并，得到所述待传信息序列。
一种基于多级编码调制的数字通信方法，包括：
确定4-PAM调制系统的信道的容量比例；所述容量比例为所述信道的低比特级子信道的容量和高比特级子信道的容量之比；
根据所述容量比例和待传信息序列的码长，将所述待传信息序列分为第一级比特序列和第二级比特序列；
对所述第一级比特序列进行极化码编码，得到第一级编码比特序列；
依次对所述第二级比特序列进行CCDM分布匹配和BCH码编码，得到第二级编码比特序列；
基于所述第一级编码比特序列确定所述第二级编码比特序列的翻转操作；所述翻转操作为翻转或不翻转；
根据所述第二级编码比特序列的翻转操作对所述第二级编码比特序列进行处理，得到处理后的第二级编码比特序列；
采用集分割映射规则，对所述第一级编码比特序列和所述处理后的第二级编码比特序列进行4-PAM调制，得到调制符号序列；
利用所述信道，对所述调制符号序列进行传输；
对接收到的第一级调制符号子序列进行解调，得到第一级对数似然比信息序列；所述第一级调制符号子序列为所述调制符号序列中与所述第一级比特序列各比特的序号对应的比特组成的序列；
对所述第一级对数似然比信息序列进行硬判决，得到第一级编码比特序列的估计值；
对所述第一级对数似然比信息序列进行极化码译码，得到第一级译码比特序列；
对接收到的第二级调制符号子序列进行解调，得到第二级对数似然比信息序列；所述第二级调制符号子序列为所述调制符号序列中与所述第二级比特序列各比特的序号对应的比特组成的序列；
对所述第二级对数似然比信息序列进行硬判决，得到第二级编码比特序列的估计值；
基于所述第一级编码比特序列的估计值，确定所述第二级对数似然比信息序列的翻转操作；所述翻转操作为翻转或不翻转；
根据所述第二级对数似然比信息序列的翻转操作对所述第二级对数似然比信息序列进行处理，得到第二级待译码比特序列；
对所述第二级待译码比特序列依次进行分组码译码和CCDM解分布匹配，得到第二级译码比特序列；
将所述第一级译码比特序列和所述第二级译码比特序列合并，得到所述待传信息序列。
一种基于多级编码调制的数字通信系统，包括：
容量比例确定模块，用于确定4-PAM调制系统的信道的容量比例；所述容量比例为所述信道的低比特级子信道的容量和高比特级子信道的容量之比；
序列分解模块，用于根据所述容量比例和待传信息序列的码长，将所述待传信息序列分为第一级比特序列和第二级比特序列；
第一编码模块，用于对所述第一级比特序列进行极化码编码，得到第一级编码比特序列；
第二编码模块，用于依次对所述第二级比特序列进行CCDM分布匹配和BCH码编码，得到第二级编码比特序列；
第一翻转判断模块，用于基于所述第一级编码比特序列确定所述第二级编码比特序列的翻转操作；所述翻转操作为翻转或不翻转；
第一处理模块，用于根据所述第二级编码比特序列的翻转操作对所述第二级编码比特序列进行处理，得到处理后的第二级编码比特序列；
调制模块，用于采用集分割映射规则，对所述第一级编码比特序列和所述处理后的第二级编码比特序列进行4-PAM调制，得到调制符号序列；
传输模块，用于利用所述信道，对所述调制符号序列进行传输；
第一级解调模块，用于对接收到的第一级调制符号子序列进行解调，得到第一级对数似然比信息序列；所述第一级调制符号子序列为所述调制符号序列中与所述第一级比特序列各比特的序号对应的比特组成的序列；
第一硬判决模块，用于对所述第一级对数似然比信息序列进行硬判决，得到第一级编码比特序列的估计值；
第一级译码模块，用于对所述第一级对数似然比信息序列进行极化码译码，得到第一级译码比特序列；
第二级解调模块，用于对接收到的第二级调制符号子序列进行解调，得到第二级对数似然比信息序列；所述第二级调制符号子序列为所述调制符号序列中与所述第二级比特序列各比特的序号对应的比特组成的序列；
第二硬判决模块，用于对所述第二级对数似然比信息序列进行硬判决，得到第二级编码比特序列的估计值；
第二翻转判断模块，用于基于所述第一级编码比特序列的估计值，确定所述第二级对数似然比信息序列的翻转操作；所述翻转操作为翻转或不翻转；
第二处理模块，用于根据所述第二级对数似然比信息序列的翻转操作对所述第二级对数似然比信息序列进行处理，得到第二级待译码比特序列；
第二级译码模块，用于对所述第二级待译码比特序列依次进行分组码译码和CCDM解分布匹配，得到第二级译码比特序列；
解码完成模块，用于将所述第一级译码比特序列和所述第二级译码比特序列合并，得到所述待传信息序列。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开了一种基于多级编码调制的数字编码、解码和通信方法及系统，通过对MLC系统进行结构改造，使用恒定成分分布匹配(Constant Composition DistributionMatching，CCDM)和BCH编码，同时引入了比特翻转操作，并根据第一级的编码结果决定是否翻转第二级中的比特，解决了使用集分割映射规则的调制方案难以得到目标分布的难点，提高了降低高能量星座点出现概率的能力，从而提高了数据传输质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1提供的基于多级编码调制的数字编码方法流程示意图；
图2为4-PAM调制下采用集分割映射规则的星座示意图；
图3为4-PAM调制下采用格雷映射规则的星座示意图；
图4为实施例5中实现基于多级编码调制的数字通信方法的基于4-PAM调制的极化码多级编码调制概率成形系统模型示意图；
图5为4-PAM调制采用集分割映射规则的两比特级信道容量示意图；
图6为CCDM的实现系统结构示意图；
图7为比特翻转的实现系统结构示意图；
图8为4-PAM调制符号的概率分布示意图；
图9为均匀分布方案和概率成形方案的误码性能对比图。
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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种基于多级编码调制的数字编码、解码和通信方法及系统，旨在提高降低高能量星座点出现概率的能力，从而提高了数据传输质量。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
图1为本发明实施例1提供的基于多级编码调制的数字编码方法流程示意图。如图1所示，本实施例中的基于多级编码调制的数字编码方法，包括：
步骤101：确定4-PAM调制系统的信道的容量比例；容量比例为信道的低比特级子信道的容量和高比特级子信道的容量之比。
步骤102：根据容量比例和待传信息序列的码长，将待传信息序列分为第一级比特序列和第二级比特序列。
步骤103：对第一级比特序列进行极化码编码，得到第一级编码比特序列。
步骤104：依次对第二级比特序列进行CCDM分布匹配和BCH码编码，得到第二级编码比特序列。
作为一种可选的实施方式，步骤104，具体包括：
对第二级比特序列进行CCDM分布匹配，得到成形比特序列。
对成形比特序列进行BCH码编码，得到第二级编码比特序列。
步骤105：基于第一级编码比特序列确定第二级编码比特序列的翻转操作；翻转操作为翻转或不翻转。
步骤106：根据第二级编码比特序列的翻转操作对第二级编码比特序列进行处理，得到处理后的第二级编码比特序列。
步骤107：采用集分割映射规则，对第一级编码比特序列和处理后的第二级编码比特序列进行4-PAM调制，得到调制符号序列。
实施例2
为了实现实施例1中的基于多级编码调制的数字编码方法，本实施例还提供了一种基于多级编码调制的数字编码系统，包括：
容量比例确定模块，用于确定4-PAM调制系统的信道的容量比例；容量比例为信道的低比特级子信道的容量和高比特级子信道的容量之比。
序列分解模块，用于根据容量比例和待传信息序列的码长，将待传信息序列分为第一级比特序列和第二级比特序列。
第一编码模块，用于对第一级比特序列进行极化码编码，得到第一级编码比特序列。
第二编码模块，用于依次对第二级比特序列进行CCDM分布匹配和BCH码编码，得到第二级编码比特序列。
第一翻转判断模块，用于基于第一级编码比特序列确定第二级编码比特序列的翻转操作；翻转操作为翻转或不翻转。
第一处理模块，用于根据第二级编码比特序列的翻转操作对第二级编码比特序列进行处理，得到处理后的第二级编码比特序列。
调制模块，用于采用集分割映射规则，对第一级编码比特序列和处理后的第二级编码比特序列进行4-PAM调制，得到调制符号序列。
实施例3
一种基于多级编码调制的数字解码方法，包括：
步骤201：对接收到的第一级调制符号子序列进行解调，得到第一级对数似然比信息序列；第一级调制符号子序列为接收到的调制符号序列中与第一级比特序列各比特的序号对应的比特组成的序列；第一级比特序列是根据4-PAM调制系统的信道的容量比例和待传信息序列的码长，对待传信息序列划分确定的；调制符号序列是对待传信息序列进行编码和调制确定的。
步骤202：对第一级对数似然比信息序列进行硬判决，得到第一级编码比特序列的估计值。
作为一种可选的实施方式，步骤202，具体包括：
确定第一级对数似然比信息序列中每个比特的二进制值。
其中，对于第一级对数似然比信息序列中任一当前比特：
判断当前比特的值是否大于0。
若是，将当前比特的二进制值确定为1。
若否，将当前比特的二进制值确定为0。
将第一级对数似然比信息序列中所有比特的二进制值组成的序列确定为第一级编码比特序列的估计值。
步骤203：对第一级对数似然比信息序列进行极化码译码，得到第一级译码比特序列。
步骤204：对接收到的第二级调制符号子序列进行解调，得到第二级对数似然比信息序列；第二级调制符号子序列为接收到的调制符号序列中与第二级比特序列各比特的序号对应的比特组成的序列；第二级比特序列根据4-PAM调制系统的信道的容量比例和待传信息序列的码长，对待传信息序列划分确定的。
步骤205：对第二级对数似然比信息序列进行硬判决，得到第二级编码比特序列的估计值。
作为一种可选的实施方式，步骤205，具体包括：
确定第二级对数似然比信息序列中每个比特的二进制值。
对于第二级对数似然比信息序列中任一当前比特：
判断当前比特的值是否大于0。
若是，将当前比特的二进制值确定为1。
若否，将当前比特的二进制值确定为0。
将第二级对数似然比信息序列中所有比特的二进制值组成的序列确定为第二级编码比特序列的估计值。
步骤206：基于第一级编码比特序列的估计值，确定第二级对数似然比信息序列的翻转操作；翻转操作为翻转或不翻转。
步骤207：根据第二级对数似然比信息序列的翻转操作对第二级对数似然比信息序列进行处理，得到第二级待译码比特序列。
步骤208：对第二级待译码比特序列依次进行分组码译码和CCDM解分布匹配，得到第二级译码比特序列。
步骤209：将第一级译码比特序列和第二级译码比特序列合并，得到待传信息序列。
实施例4
为了实现实施例3中的基于多级编码调制的数字解码方法，本实施例还提供了一种基于多级编码调制的数字解码系统，包括：
第一级解调模块，用于对接收到的第一级调制符号子序列进行解调，得到第一级对数似然比信息序列；第一级调制符号子序列为接收到的调制符号序列中与第一级比特序列各比特的序号对应的比特组成的序列；第一级比特序列是根据4-PAM调制系统的信道的容量比例和待传信息序列的码长，对待传信息序列划分确定的；调制符号序列是对待传信息序列进行编码和调制确定的。
第一硬判决模块，用于对第一级对数似然比信息序列进行硬判决，得到第一级编码比特序列的估计值。
第一级译码模块，用于对第一级对数似然比信息序列进行极化码译码，得到第一级译码比特序列。
第二级解调模块，用于对接收到的第二级调制符号子序列进行解调，得到第二级对数似然比信息序列；第二级调制符号子序列为接收到的调制符号序列中与第二级比特序列各比特的序号对应的比特组成的序列；第二级比特序列根据4-PAM调制系统的信道的容量比例和待传信息序列的码长，对待传信息序列划分确定的。
第二硬判决模块，用于对第二级对数似然比信息序列进行硬判决，得到第二级编码比特序列的估计值。
第二翻转判断模块，用于基于第一级编码比特序列的估计值，确定第二级对数似然比信息序列的翻转操作；翻转操作为翻转或不翻转。
第二处理模块，用于根据第二级对数似然比信息序列的翻转操作对第二级对数似然比信息序列进行处理，得到第二级待译码比特序列。
第二级译码模块，用于对第二级待译码比特序列依次进行分组码译码和CCDM解分布匹配，得到第二级译码比特序列。
解码完成模块，用于将第一级译码比特序列和第二级译码比特序列合并，得到待传信息序列。
实施例5
实施例3利用如图4所示的基于4-PAM调制的极化码多级编码调制概率成形系统模型实现了一种基于多级编码调制的数字通信方法，基于多级编码调制的数字通信方法通信方法包括：
步骤1：确定4-PAM调制系统的信道的容量比例；容量比例为信道的低比特级子信道的容量和高比特级子信道的容量之比。
具体的，如图5所示，首先需要计算4-PAM调制符号中各比特级子信道(包括2个比特级子信道，分别为低比特级子信道和高比特级子信道)的容量(在图5中低比特级子信道的容量表示为第1级等效子信道容量，高比特级子信道的容量表示为第2级等效子信道容量)。
步骤1具体包括：
1a)首先根据公式(1)计算4-PAM调制系统的容量限
其中，A表示信号星座点集合，|A|＝2m，|A|表示星座点的数量，m表示调制阶数；E(·)表示求均值操作；X表示信道输入符号，Y表示信道输出符号，x′表示信号星座点集合中的某一个星座点，PY|X(·)表示求信道的转移概率。
1b)根据计算第i比特级子信道容量Ci(i＝1,2)，计算公式如下：
其中，A(x0x1...xi)表示由一组星座点组成的星座图的信号星座点集合，(x0x1...xi)为一组二进制向量，表示这组星座图的维度即阶数为i，通过(x0x1...xi)可以确定一组星座点；表示对(x0x1...xi)的参数求均值操作。
1c)基于上面的公式进行仿真通过蒙特卡洛仿真可得到图5所示的各比特级信道容量。图5中的横轴Es/N0为符号信噪比，即每个符号的能量和噪声功率谱密度之比，代表信道中噪声对发射信号的干扰程度。
1d)根据各比特级信道容量的比例和总码率(按照实际情况调整，比如要设计一个码率为0.5的通信系统，则总码率可以定为0.5)确定各比特级的码率分配。
步骤2：根据容量比例和待传信息序列的码长，将待传信息序列分为第一级比特序列和第二级比特序列。
具体的，将等概信源S中的待传信息序列u按照两比特级子信道容量的比例进行分割，得到为第一级比特序列u1和第二级比特序列u2。
步骤3：对第一级比特序列u1进行极化码编码，得到第一级编码比特序列c1。
步骤4：依次对第二级比特序列进行CCDM分布匹配和BCH码编码，得到第二级编码比特序列。
作为一种可选的实施方式，步骤4，具体包括：
对第二级比特序列u2进行CCDM分布匹配，得到成形比特序列b2。成形比特序列b2为“0”和“1”不等概的序列。其中，CCDM的实现系统结构如图6所示。
对成形比特序列b2进行BCH码编码，得到第二级编码比特序列c2。
步骤5：基于第一级编码比特序列c1确定第二级编码比特序列c2的翻转操作；翻转操作为翻转或不翻转。
具体的，如图7所示，遍历c1中每个比特，若c1中当前比特为“1”，则对最高层码字c2进行翻转(翻转指0变为1，1变为0)，若c1中当前比特为“0”，则c2不翻转。
步骤6：根据第二级编码比特序列的翻转操作对第二级编码比特序列进行处理，得到处理后的第二级编码比特序列x2。此时，在两个比特级分别能得到第一比特级中等概的第一级编码比特序列c1，和第二比特级中“1”的出现概率大于“0”的出现概率的第二级编码比例序列x2。
步骤7：采用集分割映射规则，对第一级编码比特序列(此时，在图4中，第一级编码比特序列用x1表示)和处理后的第二级编码比特序列x2进行4-PAM调制，得到调制符号序列X。经4-PAM调制后的符号概率分布如图8所示。图8中，横轴为星座信号点的分布，即信号点携带的能量大小。纵轴为概率分布的值。
步骤8：利用信道，对调制符号序列X进行传输。
具体的，将调制符号经过信道模型为y＝x+n的加性高斯白噪声(Additive WhiteGaussian Noise，AWGN)信道传输。其中，y为信道输出符号，x为信道输入符号，n表示均值为0，方差为σ2的高斯噪声。
步骤9：对接收到的第一级调制符号子序列进行解调，得到第一级对数似然比信息序列L1；第一级调制符号子序列为接收到的调制符号序列Y中与第一级比特序列各比特的序号对应的比特组成的序列。
步骤10：对第一级对数似然比信息序列L1进行硬判决，得到第一级编码比特序列的估计值
作为一种可选的实施方式，步骤10，具体包括：
确定第一级对数似然比信息序列中每个比特的二进制值。
其中，对于第一级对数似然比信息序列中任一当前比特：
判断当前比特的值是否大于0。
若是，将当前比特的二进制值确定为1。
若否，将当前比特的二进制值确定为0。
将第一级对数似然比信息序列中所有比特的二进制值组成的序列确定为第一级编码比特序列的估计值/>
步骤11：对第一级对数似然比信息序列进行极化码译码，得到第一级译码比特序列/>
步骤12：对接收到的第二级调制符号子序列进行解调，得到第二级对数似然比信息序列L2；第二级调制符号子序列为接收到的调制符号序列Y中与第二级比特序列各比特的序号对应的比特组成的序列。
步骤13：对第二级对数似然比信息序列L2进行硬判决，得到第二级编码比特序列的估计值。
作为一种可选的实施方式，步骤13，具体包括：
确定第二级对数似然比信息序列L2中每个比特的二进制值。
对于第二级对数似然比信息序列L2中任一当前比特：
判断当前比特的值是否大于0。
若是，将当前比特的二进制值确定为1。
若否，将当前比特的二进制值确定为0。
将第二级对数似然比信息序列L2中所有比特的二进制值组成的序列确定为第二级编码比特序列的估计值。
步骤14：基于第一级编码比特序列的估计值，确定第二级对数似然比信息序列L2的翻转操作；翻转操作为翻转或不翻转。翻转操作的确定同步骤5.
步骤15：根据第二级对数似然比信息序列的翻转操作对第二级对数似然比信息序列进行处理，得到第二级待译码比特序列
步骤16：对第二级待译码比特序列依次进行分组码译码和CCDM解分布匹配，得到第二级译码比特序列/>
步骤17：将第一级译码比特序列和第二级译码比特序列/>合并，得到待传信息序列。
为了验证本发明中的各个实施例的性能，将本发明实施例与传统的极化码多级编码调制系统在4-PAM调制下进行了对比，仿真结果如图9所示，图9中，Uniform表示均匀方案。PS表示本发明的概率成形方案。R为系统码率。Eb/N0为比特信噪比，即每个比特的能量和噪声功率谱密度之比，代表信道中噪声对发射信号的干扰程度。从这图9可以看出，当待传信息的码长为1024时，在码率为0.61和0.74的两种工作场景下，在同样的误码率下，PS方案所需要的信噪比更低，即PS方案的性能更好，能够有效获得成形增益，此仿真结果证明了本发明对极化码多级编码调制系统设计概率成形方案的有效性。
实施例6
为了实现实施例5中的基于多级编码调制的数字通信方法，本实施例还提供了一种基于多级编码调制的数字通信系统，包括：
容量比例确定模块，用于确定4-PAM调制系统的信道的容量比例；容量比例为信道的低比特级子信道的容量和高比特级子信道的容量之比。
序列分解模块，用于根据容量比例和待传信息序列的码长，将待传信息序列分为第一级比特序列和第二级比特序列。
第一编码模块，用于对第一级比特序列进行极化码编码，得到第一级编码比特序列。
第二编码模块，用于依次对第二级比特序列进行CCDM分布匹配和BCH码编码，得到第二级编码比特序列。
第一翻转判断模块，用于基于第一级编码比特序列确定第二级编码比特序列的翻转操作；翻转操作为翻转或不翻转。
第一处理模块，用于根据第二级编码比特序列的翻转操作对第二级编码比特序列进行处理，得到处理后的第二级编码比特序列。
调制模块，用于采用集分割映射规则，对第一级编码比特序列和处理后的第二级编码比特序列进行4-PAM调制，得到调制符号序列。
传输模块，用于利用信道，对调制符号序列进行传输。
第一级解调模块，用于对接收到的第一级调制符号子序列进行解调，得到第一级对数似然比信息序列；第一级调制符号子序列为接收到的调制符号序列中与第一级比特序列各比特的序号对应的比特组成的序列。
第一硬判决模块，用于对第一级对数似然比信息序列进行硬判决，得到第一级编码比特序列的估计值。
第一级译码模块，用于对第一级对数似然比信息序列进行极化码译码，得到第一级译码比特序列。
第二级解调模块，用于对接收到的第二级调制符号子序列进行解调，得到第二级对数似然比信息序列；第二级调制符号子序列为接收到的调制符号序列中与第二级比特序列各比特的序号对应的比特组成的序列。
第二硬判决模块，用于对第二级对数似然比信息序列进行硬判决，得到第二级编码比特序列的估计值。
第二翻转判断模块，用于基于第一级编码比特序列的估计值，确定第二级对数似然比信息序列的翻转操作；翻转操作为翻转或不翻转。
第二处理模块，用于根据第二级对数似然比信息序列的翻转操作对第二级对数似然比信息序列进行处理，得到第二级待译码比特序列。
第二级译码模块，用于对第二级待译码比特序列依次进行分组码译码和CCDM解分布匹配，得到第二级译码比特序列。
解码完成模块，用于将第一级译码比特序列和第二级译码比特序列合并，得到待传信息序列。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种基于多级编码调制的数字编码方法，其特征在于，所述基于多级编码调制的数字编码方法包括：
确定4-PAM调制系统的信道的容量比例；所述容量比例为所述信道的低比特级子信道的容量和高比特级子信道的容量之比；
根据所述容量比例和待传信息序列的码长，将所述待传信息序列分为第一级比特序列和第二级比特序列；
对所述第一级比特序列进行极化码编码，得到第一级编码比特序列；
依次对所述第二级比特序列进行CCDM分布匹配和BCH码编码，得到第二级编码比特序列；
基于所述第一级编码比特序列确定所述第二级编码比特序列的翻转操作；所述翻转操作为翻转或不翻转；
根据所述第二级编码比特序列的翻转操作对所述第二级编码比特序列进行处理，得到处理后的第二级编码比特序列；
采用集分割映射规则，对所述第一级编码比特序列和所述处理后的第二级编码比特序列进行4-PAM调制，得到调制符号序列。
2.根据权利要求1所述的基于多级编码调制的数字编码方法，其特征在于，依次对所述第二级比特序列进行CCDM分布匹配和BCH码编码，得到第二级编码比特序列，具体包括：
对所述第二级比特序列进行CCDM分布匹配，得到成形比特序列；
对所述成形比特序列进行BCH码编码，得到所述第二级编码比特序列。
3.一种基于多级编码调制的数字编码系统，其特征在于，所述基于多级编码调制的数字编码系统包括：
容量比例确定模块，用于确定4-PAM调制系统的信道的容量比例；所述容量比例为所述信道的低比特级子信道的容量和高比特级子信道的容量之比；
序列分解模块，用于根据所述容量比例和待传信息序列的码长，将所述待传信息序列分为第一级比特序列和第二级比特序列；
第一编码模块，用于对所述第一级比特序列进行极化码编码，得到第一级编码比特序列；
第二编码模块，用于依次对所述第二级比特序列进行CCDM分布匹配和BCH码编码，得到第二级编码比特序列；
第一翻转判断模块，用于基于所述第一级编码比特序列确定所述第二级编码比特序列的翻转操作；所述翻转操作为翻转或不翻转；
第一处理模块，用于根据所述第二级编码比特序列的翻转操作对所述第二级编码比特序列进行处理，得到处理后的第二级编码比特序列；
调制模块，用于采用集分割映射规则，对所述第一级编码比特序列和所述处理后的第二级编码比特序列进行4-PAM调制，得到调制符号序列。
4.一种基于多级编码调制的数字解码方法，其特征在于，所述基于多级编码调制的数字解码方法包括：
对接收到的第一级调制符号子序列进行解调，得到第一级对数似然比信息序列；所述第一级调制符号子序列为接收到的调制符号序列中与第一级比特序列各比特的序号对应的比特组成的序列；所述第一级比特序列是根据4-PAM调制系统的信道的容量比例和待传信息序列的码长，对待传信息序列划分确定的；所述调制符号序列是对待传信息序列进行编码和调制确定的；
对所述第一级对数似然比信息序列进行硬判决，得到第一级编码比特序列的估计值；
对所述第一级对数似然比信息序列进行极化码译码，得到第一级译码比特序列；
对接收到的第二级调制符号子序列进行解调，得到第二级对数似然比信息序列；所述第二级调制符号子序列为所述接收到的调制符号序列中与第二级比特序列各比特的序号对应的比特组成的序列；所述第二级比特序列根据4-PAM调制系统的信道的容量比例和待传信息序列的码长，对待传信息序列划分确定的；
对所述第二级对数似然比信息序列进行硬判决，得到第二级编码比特序列的估计值；
基于所述第一级编码比特序列的估计值，确定所述第二级对数似然比信息序列的翻转操作；所述翻转操作为翻转或不翻转；
根据所述第二级对数似然比信息序列的翻转操作对所述第二级对数似然比信息序列进行处理，得到第二级待译码比特序列；
对所述第二级待译码比特序列依次进行分组码译码和CCDM解分布匹配，得到第二级译码比特序列；
将所述第一级译码比特序列和所述第二级译码比特序列合并，得到所述待传信息序列。
5.根据权利要求4所述的基于多级编码调制的数字解码方法，其特征在于，对所述第一级对数似然比信息序列进行硬判决，得到第一级编码比特序列的估计值，具体包括：
确定所述第一级对数似然比信息序列中每个比特的二进制值；
其中，对于所述第一级对数似然比信息序列中任一当前比特：
判断当前比特的值是否大于0；
若是，将当前比特的二进制值确定为1；
若否，将当前比特的二进制值确定为0；
将所述第一级对数似然比信息序列中所有比特的二进制值组成的序列确定为第一级编码比特序列的估计值。
6.根据权利要求4所述的基于多级编码调制的数字解码方法，其特征在于，对所述第二级对数似然比信息序列进行硬判决，得到第二级编码比特序列的估计值，具体包括：
确定所述第二级对数似然比信息序列中每个比特的二进制值；
对于所述第二级对数似然比信息序列中任一当前比特：
判断当前比特的值是否大于0；
若是，将当前比特的二进制值确定为1；
若否，将当前比特的二进制值确定为0；
将所述第二级对数似然比信息序列中所有比特的二进制值组成的序列确定为第二级编码比特序列的估计值。
7.一种基于多级编码调制的数字解码系统，其特征在于，所述基于多级编码调制的数字解码系统包括：
第一级解调模块，用于对接收到的第一级调制符号子序列进行解调，得到第一级对数似然比信息序列；所述第一级调制符号子序列为接收到的调制符号序列中与第一级比特序列各比特的序号对应的比特组成的序列；所述第一级比特序列是根据4-PAM调制系统的信道的容量比例和待传信息序列的码长，对待传信息序列划分确定的；所述调制符号序列是对待传信息序列进行编码和调制确定的；
第一硬判决模块，用于对所述第一级对数似然比信息序列进行硬判决，得到第一级编码比特序列的估计值；
第一级译码模块，用于对所述第一级对数似然比信息序列进行极化码译码，得到第一级译码比特序列；
第二级解调模块，用于对接收到的第二级调制符号子序列进行解调，得到第二级对数似然比信息序列；所述第二级调制符号子序列为所述接收到的调制符号序列中与第二级比特序列各比特的序号对应的比特组成的序列；所述第二级比特序列根据4-PAM调制系统的信道的容量比例和待传信息序列的码长，对待传信息序列划分确定的；
第二硬判决模块，用于对所述第二级对数似然比信息序列进行硬判决，得到第二级编码比特序列的估计值；
第二翻转判断模块，用于基于所述第一级编码比特序列的估计值，确定所述第二级对数似然比信息序列的翻转操作；所述翻转操作为翻转或不翻转；
第二处理模块，用于根据所述第二级对数似然比信息序列的翻转操作对所述第二级对数似然比信息序列进行处理，得到第二级待译码比特序列；
第二级译码模块，用于对所述第二级待译码比特序列依次进行分组码译码和CCDM解分布匹配，得到第二级译码比特序列；
解码完成模块，用于将所述第一级译码比特序列和所述第二级译码比特序列合并，得到所述待传信息序列。
8.一种基于多级编码调制的数字通信方法，其特征在于，所述基于多级编码调制的数字通信方法包括：
确定4-PAM调制系统的信道的容量比例；所述容量比例为所述信道的低比特级子信道的容量和高比特级子信道的容量之比；
根据所述容量比例和待传信息序列的码长，将所述待传信息序列分为第一级比特序列和第二级比特序列；
对所述第一级比特序列进行极化码编码，得到第一级编码比特序列；
依次对所述第二级比特序列进行CCDM分布匹配和BCH码编码，得到第二级编码比特序列；
基于所述第一级编码比特序列确定所述第二级编码比特序列的翻转操作；所述翻转操作为翻转或不翻转；
根据所述第二级编码比特序列的翻转操作对所述第二级编码比特序列进行处理，得到处理后的第二级编码比特序列；
采用集分割映射规则，对所述第一级编码比特序列和所述处理后的第二级编码比特序列进行4-PAM调制，得到调制符号序列；
利用所述信道，对所述调制符号序列进行传输；
对接收到的第一级调制符号子序列进行解调，得到第一级对数似然比信息序列；所述第一级调制符号子序列为所述调制符号序列中与所述第一级比特序列各比特的序号对应的比特组成的序列；
对所述第一级对数似然比信息序列进行硬判决，得到第一级编码比特序列的估计值；
对所述第一级对数似然比信息序列进行极化码译码，得到第一级译码比特序列；
对接收到的第二级调制符号子序列进行解调，得到第二级对数似然比信息序列；所述第二级调制符号子序列为所述调制符号序列中与所述第二级比特序列各比特的序号对应的比特组成的序列；
对所述第二级对数似然比信息序列进行硬判决，得到第二级编码比特序列的估计值；
基于所述第一级编码比特序列的估计值，确定所述第二级对数似然比信息序列的翻转操作；所述翻转操作为翻转或不翻转；
根据所述第二级对数似然比信息序列的翻转操作对所述第二级对数似然比信息序列进行处理，得到第二级待译码比特序列；
对所述第二级待译码比特序列依次进行分组码译码和CCDM解分布匹配，得到第二级译码比特序列；
将所述第一级译码比特序列和所述第二级译码比特序列合并，得到所述待传信息序列。
9.一种基于多级编码调制的数字通信系统，其特征在于，所述基于多级编码调制的数字通信系统包括：
容量比例确定模块，用于确定4-PAM调制系统的信道的容量比例；所述容量比例为所述信道的低比特级子信道的容量和高比特级子信道的容量之比；
序列分解模块，用于根据所述容量比例和待传信息序列的码长，将所述待传信息序列分为第一级比特序列和第二级比特序列；
第一编码模块，用于对所述第一级比特序列进行极化码编码，得到第一级编码比特序列；
第二编码模块，用于依次对所述第二级比特序列进行CCDM分布匹配和BCH码编码，得到第二级编码比特序列；
第一翻转判断模块，用于基于所述第一级编码比特序列确定所述第二级编码比特序列的翻转操作；所述翻转操作为翻转或不翻转；
第一处理模块，用于根据所述第二级编码比特序列的翻转操作对所述第二级编码比特序列进行处理，得到处理后的第二级编码比特序列；
调制模块，用于采用集分割映射规则，对所述第一级编码比特序列和所述处理后的第二级编码比特序列进行4-PAM调制，得到调制符号序列；
传输模块，用于利用所述信道，对所述调制符号序列进行传输；
第一级解调模块，用于对接收到的第一级调制符号子序列进行解调，得到第一级对数似然比信息序列；所述第一级调制符号子序列为所述调制符号序列中与所述第一级比特序列各比特的序号对应的比特组成的序列；
第一硬判决模块，用于对所述第一级对数似然比信息序列进行硬判决，得到第一级编码比特序列的估计值；
第一级译码模块，用于对所述第一级对数似然比信息序列进行极化码译码，得到第一级译码比特序列；
第二级解调模块，用于对接收到的第二级调制符号子序列进行解调，得到第二级对数似然比信息序列；所述第二级调制符号子序列为所述调制符号序列中与所述第二级比特序列各比特的序号对应的比特组成的序列；
第二硬判决模块，用于对所述第二级对数似然比信息序列进行硬判决，得到第二级编码比特序列的估计值；
第二翻转判断模块，用于基于所述第一级编码比特序列的估计值，确定所述第二级对数似然比信息序列的翻转操作；所述翻转操作为翻转或不翻转；
第二处理模块，用于根据所述第二级对数似然比信息序列的翻转操作对所述第二级对数似然比信息序列进行处理，得到第二级待译码比特序列；
第二级译码模块，用于对所述第二级待译码比特序列依次进行分组码译码和CCDM解分布匹配，得到第二级译码比特序列；
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