CN117411563B - 基于分阶统计辅助的阶梯译码方法、装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种基于分阶统计辅助的阶梯译码方法、装置及系统，涉及光传输技术领域，方法包括：基于当前自光纤信道接收的调制信号，获取光纤信道的噪声平均功率估计值，并根据该噪声平均功率估计值和调制信号确定该调制信号对应的各个比特的可靠性，以得到对应的可靠性序列；对调制信号进行硬解调以得到对应的比特序列；基于分阶统计的方式对可靠性序列和比特序列进行阶梯码译码，以得到并输出对应的目标可靠性序列和目标比特序列。本申请能够有效降低信号接收端的译码延迟、译码复杂度和系统误码率，并能够有效信号接收端的译码纠错性能，能够有效降低信号接收端在进行阶梯译码过程中的平均功耗，提高其使用寿命。
Description
技术领域
本申请涉及光传输技术领域，尤其涉及基于分阶统计辅助的阶梯译码方法、装置及系统。
背景技术
随着一系列新媒体业务的发展，全球网络流量需求呈现爆炸式增长，对网络带宽和传输速率提出了更高的要求。国际标准组织已经发起了制定支持多厂商互操作的400G数据中心物理层规范，前向纠错编码(FEC)技术在其中发挥着重要作用。传统的硬输入硬输出FEC方案无法应对信道传输过程中的突发错误和随机错误，基于软信息辅助的FEC技术由于其高可靠性已经引起了学术界和工业界的关注。
数据中心短距离高速率传输对传输时延、块错误率以及FEC码字大小和码率提出了较高的要求，常规的中、长码无法满足阶梯译码需求，许多码（例如LDPC、Turbo码）在选用较长的码型时具有接近香农极限的性能，但在较短的分组长度下性能会退化，难以满足可靠性要求，因此会使得信号接收端存在译码延迟时间长、译码复杂度高、系统误码率高以及平均功耗高等问题。
发明内容
鉴于此，本申请实施例提供了基于分阶统计辅助的阶梯译码方法、装置及系统，以消除或改善现有技术中存在的一个或更多个缺陷。
本申请的一个方面提供了一种基于分阶统计辅助的阶梯译码方法，包括：
基于当前自光纤信道接收的调制信号，获取所述光纤信道的噪声平均功率估计值，并根据该噪声平均功率估计值和所述调制信号确定该调制信号对应的各个比特的可靠性，以得到对应的可靠性序列；
以及，对所述调制信号进行硬解调以得到对应的比特序列；
基于分阶统计的方式对所述可靠性序列和所述比特序列进行阶梯码译码，以得到并输出对应的目标可靠性序列和目标比特序列。
在本申请的一些实施例中，所述调制信号预先由信号发送端执行预设的编码及调制步骤后生成；
其中，所述编码及调制步骤包括：
设置初始矩阵为m×m的全0矩阵，其中，m为偶数；
以m(2m-a)为间隔对串行的原始二进制数据序列进行分割以得到多组分割数据，其中，a为冗余校验位；
在各组分割数据中依次择一组作为当前的目标分割数据，并针对每个目标分割数据分别执行预设的阶梯码编码步骤，直至分别得到各组分割数据各自对应的编码后矩阵；
将各组分割数据各自对应的编码后矩阵输入预设的16QAM调制器中，以使该16QAM调制器输出对应的调制信号。
在本申请的一些实施例中，所述阶梯码编码步骤包括：
将当前的目标分割数据重新排列填充以生成矩阵尺寸为(2m-a)×m的分割数据矩阵；
根据所述初始矩阵和所述分割数据矩阵构造当前的目标分割数据对应的编码前矩阵；
基于预设的系统码形式的线性分组码编码器对编码前矩阵逐行进行编码以得到逐个码字的冗余校验位a，其中，所述系统码形式包括：BCH码或汉明码，所述系统码形式对应的码长为2m且信息位长度为(2m-a)，且所述线性分组码编码器设有尺寸为(2m-a)×2m的生成矩阵；
将逐个码字的冗余校验位填充至一矩阵的对应列中，以得到矩阵尺寸为a×m的校验位矩阵；
根据所述分割数据矩阵和所述校验位矩阵生成编码后矩阵。
在本申请的一些实施例中，所述基于当前自光纤信道接收的调制信号，获取所述光纤信道的噪声平均功率估计值，并根据该噪声平均功率估计值和所述调制信号确定该调制信号对应的各个比特的可靠性，以得到对应的可靠性序列，包括：
基于光纤信道接收信号发送端发出的调制信号，该调制信号包括16QAM符号序列；
根据所述16QAM符号序列获取所述光纤信道的噪声平均功率估计值；
以及，提取所述16QAM符号序列中各个符号各自分别对应的实部和虚部，且所述16QAM符号序列中的每个符号均对应四个比特；
根据所述噪声平均功率估计值、各个符号各自分别对应的实部和虚部，分别计算得到每个符号各自对应的各个比特的可靠性，以得到由各个所述符号各自对应的可靠性构成的可靠性序列。
在本申请的一些实施例中，所述根据所述噪声平均功率估计值、各个符号各自分别对应的实部和虚部，分别计算得到每个符号各自对应的各个比特的可靠性，包括：
针对每个所述符号，分别执行预设的可靠性计算步骤；
其中，所述可靠性计算步骤包括：
若当前的符号对应的实部小于0，则基于第一值与参照值之间的比值确定该符号对应的四个比特中的第一个比特的可靠性，其中，所述第一值为所述实部与2的加和，所述参照值为所述噪声平均功率估计值与4的比值；
若当前的符号对应的实部等于或大于0，则基于第二值与所述参照值之间的比值确定该符号对应的四个比特中的第一个比特的可靠性，其中，所述第二值为所述实部与2之间的差值；
若当前的符号对应的实部小于-2，则基于第三值与所述参照值之间的比值确定该符号对应的四个比特中的第二个比特的可靠性，其中，所述第三值为两倍的所述实部与2的加和；
若当前的符号对应的实部在-2至2之间，则根据所述实部与所述参照值之间的比值确定该符号对应的四个比特中的第二个比特的可靠性；
若当前的符号对应的实部大于2，则基于第四值与所述参照值之间的比值确定该符号对应的四个比特中的第二个比特的可靠性，其中，所述第四值为2与两倍的所述实部之间的差值；
若当前的符号对应的虚部小于0，则根据第五值与所述参照值之间的比值确定该符号对应的四个比特中的第三个比特的可靠性，其中，所述第五值为所述虚部与2的加和；
若当前的符号对应的虚部等于或大于0，则根据第六值与所述参照值之间的比值确定该符号对应的四个比特中的第三个比特的可靠性，其中，所述第六值为所述虚部与2之间的差值；
若当前的符号对应的虚部小于-2，则基于第七值与所述参照值之间的比值确定该符号对应的四个比特中的第四个比特的可靠性，其中，所述第七值为两倍的所述虚部与2的加和；
若当前的符号对应的虚部在-2至2之间，则根据所述虚部与所述参照值之间的比值确定该符号对应的四个比特中的第四个比特的可靠性；
若当前的符号对应的虚部大于2，则基于第八值与所述参照值之间的比值确定该符号对应的四个比特中的第四个比特的可靠性，其中，所述第八值为2与两倍的所述虚部之间的差值。
在本申请的一些实施例中，所述基于分阶统计的方式，对所述可靠性序列和所述比特序列进行阶梯码译码，以得到并输出对应的目标可靠性序列和目标比特序列，包括：
按数值由高至低的顺序，对当前的所述可靠性序列进行排序，并将对应的排序置换操作记为第一函数，以得到第一置换可靠性序列；
根据第一函数对当前的所述比特序列和所述生成矩阵进行置换，得到第一置换比特序列以及第一置换生成矩阵；
对于所述第一置换生成矩阵，提取其中的前(2m-a)个线性独立的列作为第二置换生成矩阵的前(2m-a)列，并将所述第一置换生成矩阵的其余a列按顺序作为所述第二置换生成矩阵的剩余a列，并记该置换操作为第二函数，以得到所述第二置换生成矩阵；
对所述第二置换生成矩阵执行初等行变换，得到由(2m-a)×(2m-a)的单位矩阵和(2m-a)×a的校验矩阵构成的等价的系统形式生成矩阵；
根据第二函数对所述第一置换比特序列以及第一置换可靠性序列分别进行二次排列，得到第二置换比特序列，第二置换可靠性序列；
根据所述等价的系统形式生成矩阵和所述第二置换比特序列对码字进行重构，将所述第二置换比特序列分割为前(2m-a)位的第一比特序列和第(2m-a+1)至2m位的，并根据第一比特序列和所述等价的系统形式生成矩阵得到重构的码字比特序列；
根据所述等价的系统形式生成矩阵和所述第二置换可靠性序列对所述可靠性序列进行更新，以得到重构可靠性序列；
根据所述第一函数的逆操作函数、所述第二函数的逆操作函数，对所述比特序列进行第三次排列，并将第三次排列操作记为第三函数，以得到目标比特序列；
对所述重构可靠性序列进行第三次排列，以得到目标可靠性序列；
输出所述目标比特序列和所述目标可靠性序列。
本申请的另一个方面提供了一种基于分阶统计辅助的阶梯译码装置，包括：
噪声功率估计及可靠性计算模块，用于基于当前自光纤信道接收的调制信号，获取所述光纤信道的噪声平均功率估计值，并根据该噪声平均功率估计值和所述调制信号确定该调制信号对应的各个比特的可靠性，以得到对应的可靠性序列；
解调模块，用于对所述调制信号进行硬解调以得到对应的比特序列；
阶梯码译码模块，用于基于分阶统计的方式对所述可靠性序列和所述比特序列进行阶梯码译码，以得到并输出对应的目标可靠性序列和目标比特序列。
本申请的第三个方面提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的基于分阶统计辅助的阶梯译码方法。
本申请的第四个方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述的基于分阶统计辅助的阶梯译码方法。
本申请的第五个方面提供了一种基于分阶统计辅助的阶梯编码及译码系统，包括：经光信通道实现信号传输的信号发送端和信号接收端；
所述信号发送端设有依次连接的阶梯码编码器和16QAM调制器；
所述信号接收端用于实现所述的基于分阶统计辅助的阶梯译码方法，且所述信号接收端设有依次连接的噪声功率估计器、可靠性计算器和阶梯码译码器，所述信号接收端还设有连接至所述阶梯码译码器的16QAM解调器。
本申请提供的基于分阶统计辅助的阶梯译码方法，基于当前自光纤信道接收的调制信号，获取所述光纤信道的噪声平均功率估计值，并根据该噪声平均功率估计值和所述调制信号确定该调制信号对应的各个比特的可靠性，以得到对应的可靠性序列；以及，对所述调制信号进行硬解调以得到对应的比特序列；基于分阶统计的方式对所述可靠性序列和所述比特序列进行阶梯码译码，以得到并输出对应的目标可靠性序列和目标比特序列；通过引入分阶统计辅助的译码方式，采用基于分阶统计译码的阶梯码译码方式，基于信道提供的软信息计算各个比特的可靠性信息，能够有效改善误码率性能，相较于传统基于信道信息的阶梯译码方法，能够有效降低信号接收端的译码延迟、译码复杂度和系统误码率，并能够有效信号接收端的译码纠错性能，能够有效降低信号接收端在进行阶梯译码过程中的平均功耗，提高其使用寿命，有利于提高通信系统可靠性。
本申请的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本申请的实践而获知。本申请的目的和其它优点可以通过在说明书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。
本领域技术人员将会理解的是，能够用本申请实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本申请能够实现的上述和其他目的。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本申请的限定。附图中的部件不是成比例绘制的，而只是为了示出本申请的原理。为了便于示出和描述本申请的一些部分，附图中对应部分可能被放大，即，相对于依据本申请实际制造的示例性装置中的其它部件可能变得更大。在附图中：
图1为本申请一实施例中的基于分阶统计辅助的阶梯译码方法的第一种流程示意图。
图2为本申请一实施例中的由所述信号发送端执行的所述编码及调制步骤的流程示意图。
图3为本申请一实施例中的阶梯码编码步骤的流程示意图。
图4为本申请一实施例中的基于分阶统计辅助的阶梯译码方法的第二种流程示意图。
图5为本申请一实施例中的基于分阶统计辅助的阶梯译码装置的结构示意图。
图6为本申请一实施例中的基于分阶统计辅助的阶梯编码及译码系统的结构示意图。
图7为本申请一实施例中的基于分阶统计辅助的阶梯编码及译码系统的内容执行流程示意图。
图8为本申请应用实例中的阶梯码编码单元执行步骤S101的执行过程示意图。
图9为本申请应用实例中的阶梯码编码单元执行步骤S101的参数变化过程示意图。
图10为本申请应用实例中的可靠性计算单元执行步骤S102的流程示意图。
图11为本申请应用实例中的阶梯码译码单元执行步骤S103的流程示意图。
图12为本申请应用实例中的阶梯码译码及可靠性更新流程图。
图13为本申请应用实例中的基于分阶统计译码的阶梯码编译码通信系统框图。
图14为本申请应用实例中的基于分阶统计译码的阶梯码编译码通信系统仿真结果示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本申请做进一步详细说明。在此，本申请的示意性实施方式及其说明用于解释本申请，但并不作为对本申请的限定。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本申请，在附图中仅仅示出了与根据本申请的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本申请关系不大的其他细节。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。
在此，还需要说明的是，如果没有特殊说明，术语“连接”在本文不仅可以指直接连接，也可以表示存在中间物的间接连接。
在下文中，将参考附图描述本申请的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。
针对现有技术存在的常规的中、长码无法满足阶梯译码需求，许多码（例如LDPC、Turbo码）在选用较长的码型时具有接近香农极限的性能，但在较短的分组长度下性能会退化，难以满足可靠性要求，因此会使得信号接收端存在译码延迟时间长、译码复杂度高、系统误码率高以及平均功耗高等问题，本申请的设计人首先想到采用较短的线性分组码作为组成码的阶梯码因其低复杂度和高可靠性展现出了一定的优势，短码设计及其译码算法成为了当前研究的热点。其中，分阶统计译码作为一种经典的线性分组码译码方式，已被证明可以实现接近于最大似然译码的渐进最优性能。
然而，分阶统计译码因其译码复杂度仍与译码参数呈指数级关系，依然无法有效解决现有技术采用中、长码而造成的信号接收端译码延迟时间长、译码复杂度高等问题。基于此，本申请的设计人通过优化分阶统计译码流程，采用分阶统计辅助阶梯码译码，能够实现复杂度和输入误码率容忍度两方面的权衡。
本申请首次提出了基于分阶统计译码辅助实现阶梯译码的方式，即一种基于分阶统计辅助的阶梯译码方法，基于接收的调制信号和信道统计信息实现了比特级的可靠性估计；通过基于可靠性的排列操作实现了码字的重构；通过可靠性更新实现了阶梯码共用同个比特的前后码块之间的信息传递。该方法可以采用模块化设计，易于集成到现有通信系统中。
在本申请的一个或多个实施例中，所述基于分阶统计辅助的阶梯译码方法也可以称为一种基于分阶统计的数据传输方法或基于分阶统计的数据解码方法。
具体通过下述多个实施例进行详细说明。
在本申请提供的可以由基于分阶统计辅助的阶梯译码装置实现的一种基于分阶统计辅助的阶梯译码方法的实施例中，参加图1，所述一种基于分阶统计辅助的阶梯译码方法具体包含有如下内容：
步骤100：基于当前自光纤信道接收的调制信号，获取所述光纤信道的噪声平均功率估计值，并根据该噪声平均功率估计值和所述调制信号确定该调制信号对应的各个比特的可靠性，以得到对应的可靠性序列。
具体来说，基于当前自光纤信道接收的调制信号，获取所述光纤信道的噪声平均功率估计值，并根据该噪声平均功率估计值和所述调制信号确定该调制信号对应的各个比特的可靠性，以得到对应的可靠性序列。其中，i表示调制信号中的任一符号/>的序号。
在本申请的一个或多个实施例中，所述基于分阶统计辅助的阶梯译码装置具体可以为一信号接收端（即信号接收设备）。
在步骤100中，信号接收端基于当前自光纤信道接收的调制信号，获取所述光纤信道的噪声平均功率估计值N0，并根据该噪声平均功率估计值N0和所述调制信号确定该调制信号对应的各个比特的可靠性，以得到对应的可靠性序列。
步骤200：对所述调制信号进行硬解调以得到对应的比特序列。
在步骤200中，信号接收端对所述调制信号进行硬解调以得到对应的比特序列。
步骤300：基于分阶统计的方式对所述可靠性序列和所述比特序列进行阶梯码译码，以得到并输出对应的目标可靠性序列和目标比特序列。
在步骤300中，信号接收端基于分阶统计的方式，对所述可靠性序列进行排序，并基于对应的排序结果对所述可靠性序列/>和所述比特序列/>进行阶梯码译码，以得到并输出对应的目标比特序列/>和所述目标可靠性序列/>。
具体来说，可以对可靠性序列进行排序。进而保留高可靠性比特，再利用生成矩阵提供的码字内比特约束关系重新计算低可靠性比特，并且基于高可靠性比特的可靠性更新来重新计算的比特的可靠性，在后续译码中基于更新后的可靠性进行译码，进而能够实现不同阶段译码的信息交互迭代。
从上述描述可知，本申请实施例提供的基于分阶统计辅助的阶梯译码方法，通过引入分阶统计辅助的译码方式，采用基于分阶统计译码的阶梯码译码方式，基于信道提供的软信息计算各个比特的可靠性信息，能够有效改善误码率性能，相较于传统基于信道信息的阶梯译码方法，能够有效降低信号接收端的译码延迟、译码复杂度和系统误码率，并能够有效信号接收端的译码纠错性能，能够有效降低信号接收端在进行阶梯译码过程中的平均功耗，提高其使用寿命，有利于提高通信系统可靠性。
为了进一步提高基于分阶统计辅助的阶梯译码的有效性及可靠性，在本申请实施例提供的基于分阶统计辅助的阶梯译码方法中，所述调制信号r预先由信号发送端执行预设的编码及调制步骤后生成。
其中，参加图2，由所述信号发送端执行的所述编码及调制步骤具体包含有如下内容：
步骤010：设置初始矩阵为的全0矩阵，其中，m为偶数；
在步骤010中，初始矩阵记为。
步骤020：以m(2m-a)为间隔对串行的原始二进制数据序列进行分割以得到多组分割数据，其中，a为冗余校验位；
步骤030：在各组分割数据中依次择一组作为当前的目标分割数据，并针对每个目标分割数据分别执行预设的阶梯码编码步骤，直至分别得到各组分割数据各自对应的编码后矩阵；
具体来说，在各组分割数据中依次择一组作为当前的目标分割数据，并针对每个目标分割数据分别执行预设的阶梯码编码步骤，直至分别得到各组分割数据各自对应的编码后矩阵；
步骤040：将各组分割数据各自对应的编码后矩阵输入预设的16QAM调制器中，以使该16QAM调制器输出对应的调制信号。
在本申请的一个或多个实施例中，16QAM（Quadrature Amplitude Modulation）指正交幅度调制是一种在两个正交载波上进行幅度调制的调制方式。这两个载波通常是相位差为90度的正弦波，因此被称作正交载波。
为了进一步提高基于分阶统计辅助的阶梯译码的有效性及可靠性，在本申请实施例提供的基于分阶统计辅助的阶梯译码方法中，参见图3，所述阶梯码编码步骤具体包含有如下内容：
步骤031：将当前的目标分割数据重新排列填充以生成矩阵尺寸为(2m-a)×m的分割数据矩阵。
在步骤031中：将当前的目标分割数据重新排列填充以生成矩阵尺寸为(2m-a)×m的分割数据矩阵，其中，i为当前的目标分割数据在各组分割数据中的顺序位置。
步骤032：根据所述初始矩阵和所述分割数据矩阵构造当前的目标分割数据对应的编码前矩阵。
在步骤032中，构造当前的目标分割数据对应的编码前矩阵，其中，表示所述分割数据矩阵/>的转置矩阵。
步骤033：基于预设的系统码形式的线性分组码编码器对编码前矩阵逐行进行编码以得到逐个码字的冗余校验位a，其中，所述系统码形式包括：BCH码或汉明码，所述系统码形式对应的码长为2m且信息位长度为(2m-a)，且所述线性分组码编码器设有尺寸为(2m-a)×2m的生成矩阵。
在步骤033中，基于预设的系统码形式的线性分组码编码器对编码前矩阵Ai逐行进行编码以得到逐个码字的冗余校验位，其中，所述系统码形式包括：BCH码或汉明码，所述系统码形式对应的码长为2m且信息位长度为(2m-a)，所述位冗余校验位的长度记为a，且所述线性分组码编码器设有生成矩阵，其中/>分别表示生成矩阵的各列向量，生成矩阵/>尺寸为(2m-a)×2m。
步骤034：将逐个码字的冗余校验位填充至一矩阵的对应列中，以得到矩阵尺寸为a×m的校验位矩阵。
在步骤034中，将逐个码字的冗余校验位填充至一矩阵的对应列中，以得到矩阵尺寸为a×m的校验位矩阵。
步骤035：根据所述分割数据矩阵和所述校验位矩阵生成编码后矩阵。
在步骤035中，根据所述分割数据矩阵和所述校验位矩阵/>生成编码后矩阵。
为了进一步提高基于分阶统计辅助的阶梯译码过程中可靠性计算的有效性及效率，在本申请实施例提供的基于分阶统计辅助的阶梯译码方法中，参见图4，所述基于分阶统计辅助的阶梯译码方法中的步骤100具体包含有如下内容：
步骤110：基于光纤信道接收信号发送端发出的调制信号，该调制信号包括16QAM符号序列。
在步骤110中，16QAM符号序列写为。
步骤120：根据所述16QAM符号序列获取所述光纤信道的噪声平均功率估计值。
在步骤120中，信号接收端根据所述16QAM符号序列获取所述光纤信道的噪声平均功率估计值N0。
以及，步骤130：提取所述16QAM符号序列中各个符号各自分别对应的实部和虚部，且所述16QAM符号序列中的每个符号均对应四个比特。
在步骤130中，提取所述16QAM符号序列中各个符号各自分别对应的实部/>和虚部/>，且所述16QAM符号序列中的每个符号/>均对应四个比特/>。
步骤140：根据所述噪声平均功率估计值、各个符号各自分别对应的实部和虚部，分别计算得到每个符号各自对应的各个比特的可靠性，以得到由各个所述符号各自对应的可靠性构成的可靠性序列。
在步骤140中，根据所述噪声平均功率估计值N0、各个符号各自分别对应的实部和虚部/>，分别计算得到每个符号/>各自对应的各个比特/>的可靠性，以得到由各个所述符号/>各自对应的可靠性构成的可靠性序列。
为了进一步提高计算得到每个符号各自对应的各个比特的可靠性的有效性及正确性，在本申请实施例提供的基于分阶统计辅助的阶梯译码方法中，所述基于分阶统计辅助的阶梯译码方法中的步骤140具体包含有如下内容：
针对每个所述符号，分别执行预设的可靠性计算步骤；
公式（1）-（4）的有益效果为：比特可靠性的计算通过计算对数似然比的绝对值实现。对数似然比反映的是根据已知的接收数据推测的发送比特为1和为0的概率比值的对数，即对数似然比的绝对值反映了发送比特为1和为0的概率的差距。差距越大，则说明判决更可靠，即比特可靠性较高。差距越小则可靠性越低。如果发送比特为1和为0概率相等，各为0.5，则此时对数似然比计算为，可靠性也为0。不同调制格式的计算方法不同。对于16QAM调制信号单个符号对应的多个比特，通过计算并化简对数似然比的绝对值可以得到公式1-4。化简后的计算公式在相同准确性的前提下，只需要进行加减法和除法运算，不需要计算对数，具有较低的计算复杂度，提高了算法效率。
其中，所述可靠性计算步骤具体包含有如下内容：
（1）若当前的符号对应的实部小于0，则基于第一值与参照值之间的比值确定该符号对应的四个比特中的第一个比特的可靠性，其中，所述第一值为所述实部/>与2的加和，所述参照值为所述噪声平均功率估计值N0与4的比值；
若当前的符号对应的实部等于或大于0，则基于第二值与所述参照值之间的比值确定该符号对应的四个比特中的第一个比特的可靠性，其中，所述第二值为所述实部/>与2之间的差值；
即：
（1）
其中，。
（2）若当前的符号对应的实部小于-2，则基于第三值与所述参照值之间的比值确定该符号对应的四个比特中的第二个比特的可靠性，其中，所述第三值为两倍的所述实部/>与2的加和；
若当前的符号对应的实部在-2至2之间，则根据所述实部/>与所述参照值之间的比值确定该符号对应的四个比特中的第二个比特的可靠性；
若当前的符号对应的实部大于2，则基于第四值与所述参照值之间的比值确定该符号对应的四个比特中的第二个比特的可靠性，其中，所述第四值为2与两倍的所述实部之间的差值；
即：
（2）
（3）若当前的符号对应的虚部小于0，则根据第五值与所述参照值之间的比值确定该符号对应的四个比特中的第三个比特的可靠性，其中，所述第五值为所述虚部/>与2的加和；
若当前的符号对应的虚部等于或大于0，则根据第六值与所述参照值之间的比值确定该符号对应的四个比特中的第三个比特的可靠性，其中，所述第六值为所述虚部/>与2之间的差值；
即：
（3）
（4）若当前的符号对应的虚部小于-2，则基于第七值与所述参照值之间的比值确定该符号对应的四个比特中的第四个比特的可靠性，其中，所述第七值为两倍的所述虚部/>与2的加和；
若当前的符号对应的虚部在-2至2之间，则根据所述虚部/>与所述参照值之间的比值确定该符号对应的四个比特中的第四个比特的可靠性；
若当前的符号对应的虚部大于2，则基于第八值与所述参照值之间的比值确定该符号对应的四个比特中的第四个比特的可靠性，其中，所述第八值为2与两倍的所述虚部/>之间的差值。
即：
（4）
为了进一步提高基于分阶统计的方式，对所述可靠性序列和所述比特序列进行阶梯码译码过程的有效性及效率，在本申请实施例提供的基于分阶统计辅助的阶梯译码方法中，参见图4，所述基于分阶统计辅助的阶梯译码方法中的步骤300具体包含有如下内容：
步骤301：按数值由高至低的顺序，对当前的所述可靠性序列进行排序，并将该排序置换操作记为第一函数，以得到第一置换可靠性序列；
具体来说，信号接收端按数值由高至低的顺序，对当前的所述可靠性序列进行排序，并将该排序置换操作记为第一函数/>，以得到第一置换可靠性序列/>；
步骤302：根据第一函数对当前的所述比特序列和所述生成矩阵进行置换，得到第一置换比特序列以及第一置换生成矩阵；
具体来说，信号接收端根据第一函数对当前的所述比特序列和所述生成矩阵G进行置换，得到第一置换比特序列/>以及第一置换生成矩阵/>；
步骤303：对于所述第一置换生成矩阵，提取其中的前(2m-a)个线性独立的列作为第二置换生成矩阵的前(2m-a)列，并将所述第一置换生成矩阵的其余a列按顺序作为所述第二置换生成矩阵的剩余a列，并记该置换操作为第二函数，以得到所述第二置换生成矩阵；
具体来说，信号接收端对于所述第一置换生成矩阵矩阵，提取其中的前(2m-a)个线性独立的列作为第二置换生成矩阵/>的前(2m-a)列，并将所述第一置换生成矩阵的其余a列按顺序作为所述第二置换生成矩阵/>的剩余a列，并记该置换操作为第二函数/>，以得到所述第二置换生成矩阵/>；
步骤304：对所述第二置换生成矩阵执行初等行变换，得到由(2m-a)×(2m-a)的单位矩阵和(2m-a)×a的校验矩阵构成的等价的系统形式生成矩阵；
具体来说，信号接收端对所述第二置换生成矩阵执行初等行变换，得到由(2m-a)×(2m-a)的单位矩阵/>和(2m-a)×a的校验矩阵/>构成的等价的系统形式生成矩阵/>：
（5）
其中，表示系统形式生成矩阵/>的各列向量，下标2m表示第2m列，表示系统形式生成矩阵/>的右侧a列组成的子矩阵中的第2m-a行，a列的元素。
步骤305：根据第二函数对所述第一置换比特序列以及第一置换可靠性序列分别进行二次排列，得到第二置换比特序列，第二置换可靠性序列；
具体来说，信号接收端根据第二函数对所述第一置换比特序列/>以及第一置换可靠性序列/>分别进行二次排列，得到第二置换比特序列，第二置换可靠性序列/>；
步骤306：根据所述等价的系统形式生成矩阵和所述第二置换比特序列对码字进行重构，将所述第二置换比特序列分割为前(2m-a)位的第一比特序列和第(2m-a+1)至2m位的，并根据第一比特序列和所述等价的系统形式生成矩阵得到重构的码字比特序列；
具体来说，信号接收端根据所述等价的系统形式生成矩阵和所述第二置换比特序列/>对码字进行重构，将所述第二置换比特序列/>分割为前(2m-a)位的第一比特序列/>和第(2m-a+1)至2m位的/>，并根据第一比特序列/>和所述等价的系统形式生成矩阵/>得到重构的码字比特序列/>；
步骤307：根据所述等价的系统形式生成矩阵和所述第二置换可靠性序列对所述可靠性序列进行更新，以得到重构可靠性序列；
具体来说，信号接收端根据所述等价的系统形式生成矩阵和所述第二置换可靠性序列/>对所述可靠性序列进行更新，以得到重构可靠性序列/>，/>的第i位记为，所述第二置换可靠性序列/>的第i位记为/>；
步骤308：根据所述第一函数的逆操作函数、所述第二函数的逆操作函数，对所述比特序列进行第三次排列，并将第三次排列操作记为第三函数，以得到目标比特序列；
具体来说，信号接收端根据所述第一函数的逆操作函数、所述第二函数/>的逆操作函数，对所述比特序列进行第三次排列，并将第三次排列操作记为第三函数/>，以得到目标比特序列/>；
步骤309：对所述重构可靠性序列进行第三次排列，以得到目标可靠性序列；
具体来说，对所述重构可靠性序列进行第三次排列，以得到目标可靠性序列/> ；
步骤310：输出所述目标比特序列和所述目标可靠性序列。
具体来说，信号接收端输出所述目标比特序列和所述目标可靠性序列/>。
从上述描述可知，本申请实施例提供的基于分阶统计辅助的阶梯译码方法，创新性的提出了基于分阶统计辅助的阶梯译码方式。通过基于接收的16QAM调制信号估计信道噪声平均功率，计算每个硬判决比特对应的对数似然比，并根据对数似然比计算每个比特的可靠性。依据可靠性排序，保留部分高可靠性比特，并基于生成矩阵和高可靠性比特推算低可靠性比特，实现码字的重构和低可靠性比特的可靠性更新。每个比特受到连续两个码块中的两个码字的保护，通过可靠性更新机制实现同个比特对应的前后码字的可靠性传递。
从软件层面来说，本申请还提供一种用于执行所述基于分阶统计辅助的阶梯译码方法中全部或部分内的基于分阶统计辅助的阶梯译码装置，参见图5，所述基于分阶统计辅助的阶梯译码装置具体包含有如下内容：
噪声功率估计及可靠性计算模块10，用于基于当前自光纤信道接收的调制信号，获取所述光纤信道的噪声平均功率估计值，并根据该噪声平均功率估计值和所述调制信号确定该调制信号对应的各个比特的可靠性，以得到对应的可靠性序列；
解调模块20，用于对所述调制信号进行硬解调以得到对应的比特序列；
阶梯码译码模块30，用于基于分阶统计的方式对所述可靠性序列和所述比特序列进行阶梯码译码，以得到并输出对应的目标可靠性序列和目标比特序列。
本申请提供的基于分阶统计辅助的阶梯译码装置的实施例具体可以用于执行上述实施例中的基于分阶统计辅助的阶梯译码方法的实施例的处理流程，其功能在此不再赘述，可以参照上述基于分阶统计辅助的阶梯译码方法实施例的详细描述。
所述基于分阶统计辅助的阶梯译码装置进行基于分阶统计辅助的阶梯译码的部分可以在服务器中执行，也可以在客户端设备中完成。具体可以根据所述客户端设备的处理能力，以及用户使用场景的限制等进行选择。本申请对此不作限定。若所有的操作都在所述客户端设备中完成，所述客户端设备还可以包括处理器，用于基于分阶统计辅助的阶梯译码的具体处理。
上述的客户端设备可以具有通信模块（即通信单元），可以与远程的服务器进行通信连接，实现与所述服务器的数据传输。所述服务器可以包括任务调度中心一侧的服务器，其他的实施场景中也可以包括中间平台的服务器，例如与任务调度中心服务器有通信链接的第三方服务器平台的服务器。所述的服务器可以包括单台计算机设备，也可以包括多个服务器组成的服务器集群，或者分布式装置的服务器结构。
上述服务器与所述客户端设备端之间可以使用任何合适的网络协议进行通信，包括在本申请提交日尚未开发出的网络协议。所述网络协议例如可以包括TCP/IP协议、UDP/IP协议、HTTP协议、HTTPS协议等。当然，所述网络协议例如还可以包括在上述协议之上使用的RPC协议(Remote Procedure Call Protocol，远程过程调用协议)、REST协议(Representational State Transfer，表述性状态转移协议)等。
从上述描述可知，本申请实施例提供的基于分阶统计辅助的阶梯译码装置，通过引入分阶统计辅助的译码方式，采用基于分阶统计译码的阶梯码译码方式，基于信道提供的软信息计算各个比特的可靠性信息，能够有效改善误码率性能，相较于传统基于信道信息的阶梯译码方法，能够有效降低信号接收端的译码延迟、译码复杂度和系统误码率，并能够有效信号接收端的译码纠错性能，能够有效降低信号接收端在进行阶梯译码过程中的平均功耗，提高其使用寿命，有利于提高通信系统可靠性。
本申请实施例还提供了一种电子设备，该电子设备可以包括处理器、存储器、接收器及发送器，处理器用于执行上述实施例提及的基于分阶统计辅助的阶梯译码方法，其中处理器和存储器可以通过总线或者其他方式连接，以通过总线连接为例。该接收器可通过有线或无线方式与处理器、存储器连接。
处理器可以为中央处理器（Central Processing Unit，CPU）。处理器还可以为其他通用处理器、数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）、专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）、现场可编程门阵列（Field-ProgrammableGate Array，FPGA）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。
存储器作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本申请实施例中的基于分阶统计辅助的阶梯译码方法对应的程序指令/模块。处理器通过运行存储在存储器中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的基于分阶统计辅助的阶梯译码方法。
存储器可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
所述一个或者多个模块存储在所述存储器中，当被所述处理器执行时，执行实施例中的基于分阶统计辅助的阶梯译码方法。
在本申请的一些实施例中，用户设备可以包括处理器、存储器和收发单元，该收发单元可包括接收器和发送器，处理器、存储器、接收器和发送器可通过总线系统连接，存储器用于存储计算机指令，处理器用于执行存储器中存储的计算机指令，以控制收发单元收发信号。
作为一种实现方式，本申请中接收器和发送器的功能可以考虑通过收发电路或者收发的专用芯片来实现，处理器可以考虑通过专用处理芯片、处理电路或通用芯片实现。
作为另一种实现方式，可以考虑使用通用计算机的方式来实现本申请实施例提供的服务器。即将实现处理器，接收器和发送器功能的程序代码存储在存储器中，通用处理器通过执行存储器中的代码来实现处理器，接收器和发送器的功能。
本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时以实现前述基于分阶统计辅助的阶梯译码方法的步骤。该计算机可读存储介质可以是有形存储介质，诸如随机存储器（RAM）、内存、只读存储器（ROM）、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、软盘、硬盘、可移动存储盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质。
基于前述基于分阶统计辅助的阶梯译码方法和/或基于分阶统计辅助的阶梯译码装置的实施例，本申请还提供一种基于分阶统计辅助的阶梯编码及译码系统，参见图6，该基于分阶统计辅助的阶梯编码及译码系统具体包含有如下内容：
经光信通道实现信号传输的信号发送端和信号接收端；所述信号发送端设有依次连接的阶梯码编码器和16QAM调制器；所述信号接收端用于实现所述基于分阶统计辅助的阶梯译码方法，且所述信号接收端设有依次连接的噪声功率估计器、可靠性计算器和阶梯码译码器，所述信号接收端还设有连接至所述阶梯码译码器的16QAM解调器。
所述阶梯码编码器用于执行预设的编码及调制步骤中的编码过程以生成编码后矩阵，所述16QAM调制器用于执行所述编码及调制步骤中的调制步骤，以根据编码后矩阵生成所述调制信号，所述调制信号经由光信通道传输至所述信号接收端。
具体来说，参见图7，在信号发送端，原始数据首先送入阶梯码编码器进行编码，对编码后数据序列进行16QAM调制，输出的16QAM符号经过标准单模光纤信道进行传输。在信号接收端，一方面根据接收的信号进行噪声功率估计，并根据噪声功率和接收信号计算各个符号对应比特的可靠性；另一方面对接收的16QAM信号进行硬解调，将解调的比特序列和对应可靠性序列送入阶梯码译码器进行译码，还原发送的数据序列。
也就是说，本申请创新性的提出了基于分阶统计辅助的阶梯译码方式，通过基于接收的16QAM调制信号估计信道噪声平均功率，计算每个硬判决比特对应的对数似然比，并根据对数似然比计算每个比特的可靠性。依据可靠性排序，保留部分高可靠性比特，并基于生成矩阵和高可靠性比特推算低可靠性比特，实现码字的重构和低可靠性比特的可靠性更新。每个比特受到连续两个码块中的两个码字的保护，通过可靠性更新机制实现同个比特对应的前后码字的可靠性传递。
为了进一步说明上述方案，本申请还提供一种应用所述基于分阶统计辅助的阶梯编码及译码系统执行的基于分阶统计辅助的阶梯译码方法的具体应用实例，包括一个阶梯码编码单元、一个可靠性计算单元和一个阶梯码译码单元。所述基于分阶统计辅助的阶梯编码及译码系统的各个模块的工作原理如下所述：
（1） 阶梯码编码单元
用于执行步骤S101：对原始二进制数据序列进行编码，添加冗余校验信息，以矩阵形式输出编码后信息。具体流程如图8和图9所示。
下面对阶梯码编码流程进行说明。
步骤1：初始化矩阵，得到初始矩阵为/>的全0矩阵。其中m必须选择偶数。
步骤2：以m(2m-a)为间隔对串行的输入数据（即原始二进制数据序列）进行分割以得到多组分割数据，并将第一组分割数据重新排列填充为(2m-a)×m的矩阵第一组分割数据对应的编码后矩阵，记为。
步骤3：构造第一组分割数据对应的编码前矩阵，其中/>表示/>的转置矩阵。/>
步骤4：对第一组分割数据对应的编码前矩阵逐行进行编码。采用某种系统码形式的线性分组码编码器，例如BCH码、汉明码等，要求码长为2m，信息位长度为(2m-a)，编码后产生的冗余校验位长度为a，由编码器提供的生成矩阵为G。对第一组分割数据对应的编码前/>逐行编码后将逐个码字的冗余校验位填充在/>对应列中，构成第一组分割数据对应的校验位矩阵/>，尺寸为a×m。第一组分割数据对应的编码前矩阵/>和校验位矩阵构成第一组分割数据对应的编码后矩阵/>。
步骤5：重复步骤2-4，将分割后的第i组数据填充在分割数据矩阵中，构造编码前矩阵/>，对编码前矩阵/>逐行采用某种系统形式的线性分组编码器进行编码，将冗余校验位填充在校验位矩阵/>中，构成编码后矩阵/>。
步骤6：输出各个编码后矩阵，送入16QAM调制器。编码后矩阵总数由步骤2中原始数据分割组数决定。
在图9中，B2和B4分别表示第二组分割数据和第四组分割数据各自对应的编码后矩阵的转置矩阵，即，/>；/>表示第一组分割数据对应的编码后矩阵的转置矩阵，/>表示第三组分割数据对应的编码后矩阵的转置矩阵；/>表示校验位矩阵的转置矩阵。其中，在计算/>矩阵过程中，采用如步骤5所述使用的/>形式，但在图9中为了易于展示/>和/>、/>矩阵的行列相对应的关系表示为/>的形式。
（2）可靠性计算单元
用于执行步骤S102：根据接收到的16QAM信号和噪声功率计算每个比特的可靠性。具体流程如图10所示。
接收到的16QAM符号序列为。符号/>对应的实部和虚部分别记为/>和/>。每个复数符号对应四个比特，符号/>对应比特分别记为/>，各个比特对应可靠性分别记为/>。噪声功率模块估计的噪声功率记为/>。
步骤7：首先针对接收的每个16QAM符号分别提取实部/>和虚部/>。设发送的16QAM符号平均功率为/>，则对应四个比特/>可靠性/>分别基于前述的公式（1）至公式（4）计算得到。计算每个符号对应比特的可靠性。
本单元输出为。
（3）阶梯码译码单元
用于执行步骤S103：基于S102提供的可靠性序列和16QAM解调的比特序列，采用基于分阶统计的方法进行译码。具体流程如图11所示。
步骤8：首先设置初始矩阵为/>的全0矩阵，其中m必须选择和S101相同的参数。对矩阵/>逐行进行译码，并在译码结束后根据译码结果更新/>，以及更新每行对应可靠性序列。
其中，逐行译码即可靠性更新流程如图12所示。记该行比特序列为，记该行码字在信号发送端编码器采用的生成矩阵为/>，其中/>分别表示生成矩阵的各列向量，矩阵/>尺寸为(2m-a)×2m。首先对该行比特序列对应可靠性序列按数值由高至低排序。将该排序置换操作记为函数/>，置换后序列为/>，则/>。根据该置换操作对该行输入比特序列和生成矩阵进行置换，即/>，/>。
对于矩阵，提取前(2m-a)个线性独立的列作为矩阵/>的前(2m-a)列，/>的其余a列按顺序作为/>的剩余a列。记该置换操作为函数/>，则/>。对/>执行初等行变换，得到等价的系统形式生成矩阵：
其中表示(2m-a)×(2m-a)的单位矩阵，/>表示(2m-a)×a的校验矩阵。根据置换操作/>对比特序列和可靠性序列分别进行二次排列，得到/>，。
根据和/>对码字进行重构。将/>分割为/>，其中/>包含/>的前(2m-a)位，/>包含/>的第(2m-a+1)至2m位。重构的码字比特序列/>。
根据和/>对可靠性序列进行更新。重构的可靠性序列记为/>，/>的第i位记为/>，/>的第i位记为/>。/>更新规则如下：
其中表示矩阵/>的第i列的第l个元素。
对比特序列进行第三次排列并输出，第三次排列操作函数记为/>，满足关系。其中/>表示第一次排列操作/>的逆操作函数，/>表示第二次排列操作/>的逆操作函数。对可靠性序列/>进行第三次排列并输出/>，满足关系。
在一种具体举例中，基于分阶统计辅助的阶梯编码及译码系统可以通过如图13所示的基于分阶统计译码的阶梯码编译码通信系统实现，其中，TX表示编码模块，RX表示解码模块。
在信号发送端经过阶梯码编码的信号经过16QAM调制，形成一路信号。输出的信号经过串并变换，送入任意波形发生器进行数字-模拟转换，然后由电放大器进行线性放大，输出的电信号被送入马赫-增德尔调制器，再由可变光衰减器将信号发送端光功率调整到合适的范围后，送入标准单模光纤信道，经放大后抵达信号接收端。信号接收端信号经过可变光衰减器调整接收光功率，接着使用光电二极管检测光信号，并使用50G Sa/s混合信号示波器完成模数转换。再采用离线数字信号处理对原始信息进行恢复，包含16QAM解调、噪声功率估计、可靠性计算和阶梯码译码。
其中，采用BCH（码长816，信息位长度776）作为组成码的基于分阶统计译码的阶梯码编译码通信系统仿真误码率（BER）性能如图14所示。
本申请应用实例提出了基于分阶统计辅助的阶梯译码方式。首先根据接收的调制信号估计出信道噪声平均功率，然后基于噪声功率和接收信号计算硬判决比特对应对数似然比，充分利用了信道提供的先验统计信息，衡量了每个比特判决的可靠性，并对可靠性进行排序。保留了高可靠性比特，利用生成矩阵提供的码字内比特约束关系重新计算低可靠性比特，并且基于高可靠性比特的可靠性更新了重新计算的比特的可靠性，在后续译码中基于更新后的可靠性进行译码，实现了不同阶段译码的信息交互迭代。通过引入分阶统计辅助的译码方式，改善了误码率性能，相较于传统基于信道信息的阶梯译码方法降低了算法复杂度，降低了译码器平均功耗，有利于提高通信系统可靠性。
本领域普通技术人员应该可以明白，结合本文中所公开的实施方式描述的各示例性的组成部分、系统和方法，能够以硬件、软件或者二者的结合来实现。具体究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路（ASIC）、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本申请的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。
需要明确的是，本申请并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本申请的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本申请的精神后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。
本申请中，针对一个实施方式描述和/或例示的特征，可以在一个或更多个其它实施方式中以相同方式或以类似方式使用，和/或与其他实施方式的特征相结合或代替其他实施方式的特征
以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请实施例可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于分阶统计辅助的阶梯译码方法，其特征在于，包括：
基于当前自光纤信道接收的调制信号，获取所述光纤信道的噪声平均功率估计值，并根据该噪声平均功率估计值和所述调制信号确定该调制信号对应的各个比特的可靠性，以得到对应的可靠性序列；
以及，对所述调制信号进行硬解调以得到对应的比特序列；
基于分阶统计的方式对所述可靠性序列和所述比特序列进行阶梯码译码，以得到并输出对应的目标可靠性序列和目标比特序列。
2.根据权利要求1所述的基于分阶统计辅助的阶梯译码方法，其特征在于，所述调制信号预先由信号发送端执行预设的编码及调制步骤后生成；
其中，所述编码及调制步骤包括：
设置初始矩阵为m×m的全0矩阵，其中，m为偶数；
以m(2m-a)为间隔对串行的原始二进制数据序列进行分割以得到多组分割数据，其中，a为冗余校验位；
在各组分割数据中依次择一组作为当前的目标分割数据，并针对每个目标分割数据分别执行预设的阶梯码编码步骤，直至分别得到各组分割数据各自对应的编码后矩阵；
将各组分割数据各自对应的编码后矩阵输入预设的16QAM调制器中，以使该16QAM调制器输出对应的调制信号。
3.根据权利要求2所述的基于分阶统计辅助的阶梯译码方法，其特征在于，所述阶梯码编码步骤包括：
将当前的目标分割数据重新排列填充以生成矩阵尺寸为(2m-a)×m的分割数据矩阵；
根据所述初始矩阵和所述分割数据矩阵构造当前的目标分割数据对应的编码前矩阵；
基于预设的系统码形式的线性分组码编码器对编码前矩阵逐行进行编码以得到逐个码字的冗余校验位a，其中，所述系统码形式包括：BCH码或汉明码，所述系统码形式对应的码长为2m且信息位长度为(2m-a)，且所述线性分组码编码器设有尺寸为(2m-a)×2m的生成矩阵；
将逐个码字的冗余校验位填充至一矩阵的对应列中，以得到矩阵尺寸为a×m的校验位矩阵；
根据所述分割数据矩阵和所述校验位矩阵生成编码后矩阵。
4.根据权利要求1所述的基于分阶统计辅助的阶梯译码方法，其特征在于，所述基于当前自光纤信道接收的调制信号，获取所述光纤信道的噪声平均功率估计值，并根据该噪声平均功率估计值和所述调制信号确定该调制信号对应的各个比特的可靠性，以得到对应的可靠性序列，包括：
基于光纤信道接收信号发送端发出的调制信号，该调制信号包括16QAM符号序列；
根据所述16QAM符号序列获取所述光纤信道的噪声平均功率估计值；
以及，提取所述16QAM符号序列中各个符号各自分别对应的实部和虚部，且所述16QAM符号序列中的每个符号均对应四个比特；
根据所述噪声平均功率估计值、各个符号各自分别对应的实部和虚部，分别计算得到每个符号各自对应的各个比特的可靠性，以得到由各个所述符号各自对应的可靠性构成的可靠性序列。
5.根据权利要求4所述的基于分阶统计辅助的阶梯译码方法，其特征在于，所述根据所述噪声平均功率估计值、各个符号各自分别对应的实部和虚部，分别计算得到每个符号各自对应的各个比特的可靠性，包括：
针对每个所述符号，分别执行预设的可靠性计算步骤；
其中，所述可靠性计算步骤包括：
若当前的符号对应的实部小于0，则基于第一值与参照值之间的比值确定该符号对应的四个比特中的第一个比特的可靠性，其中，所述第一值为所述实部与2的加和，所述参照值为所述噪声平均功率估计值与4的比值；
若当前的符号对应的实部等于或大于0，则基于第二值与所述参照值之间的比值确定该符号对应的四个比特中的第一个比特的可靠性，其中，所述第二值为所述实部与2之间的差值；
若当前的符号对应的实部小于-2，则基于第三值与所述参照值之间的比值确定该符号对应的四个比特中的第二个比特的可靠性，其中，所述第三值为两倍的所述实部与2的加和；
若当前的符号对应的实部在-2至2之间，则根据所述实部与所述参照值之间的比值确定该符号对应的四个比特中的第二个比特的可靠性；
若当前的符号对应的实部大于2，则基于第四值与所述参照值之间的比值确定该符号对应的四个比特中的第二个比特的可靠性，其中，所述第四值为2与两倍的所述实部之间的差值；
若当前的符号对应的虚部小于0，则根据第五值与所述参照值之间的比值确定该符号对应的四个比特中的第三个比特的可靠性，其中，所述第五值为所述虚部与2的加和；
若当前的符号对应的虚部等于或大于0，则根据第六值与所述参照值之间的比值确定该符号对应的四个比特中的第三个比特的可靠性，其中，所述第六值为所述虚部与2之间的差值；
若当前的符号对应的虚部小于-2，则基于第七值与所述参照值之间的比值确定该符号对应的四个比特中的第四个比特的可靠性，其中，所述第七值为两倍的所述虚部与2的加和；
若当前的符号对应的虚部在-2至2之间，则根据所述虚部与所述参照值之间的比值确定该符号对应的四个比特中的第四个比特的可靠性；
若当前的符号对应的虚部大于2，则基于第八值与所述参照值之间的比值确定该符号对应的四个比特中的第四个比特的可靠性，其中，所述第八值为2与两倍的所述虚部之间的差值。
6.根据权利要求3所述的基于分阶统计辅助的阶梯译码方法，其特征在于，所述基于分阶统计的方式，对所述可靠性序列和所述比特序列进行阶梯码译码，以得到并输出对应的目标可靠性序列和目标比特序列，包括：
按数值由高至低的顺序，对当前的所述可靠性序列进行排序，并将对应的排序置换操作记为第一函数，以得到第一置换可靠性序列；
根据第一函数对当前的所述比特序列和所述生成矩阵进行置换，得到第一置换比特序列以及第一置换生成矩阵；
对于所述第一置换生成矩阵，提取其中的前(2m-a)个线性独立的列作为第二置换生成矩阵的前(2m-a)列，并将所述第一置换生成矩阵的其余a列按顺序作为所述第二置换生成矩阵的剩余a列，并记该置换操作为第二函数，以得到所述第二置换生成矩阵；
对所述第二置换生成矩阵执行初等行变换，得到由(2m-a)×(2m-a)的单位矩阵和(2m-a)×a的校验矩阵构成的等价的系统形式生成矩阵；
根据第二函数对所述第一置换比特序列以及第一置换可靠性序列分别进行二次排列，得到第二置换比特序列，第二置换可靠性序列；
根据所述等价的系统形式生成矩阵和所述第二置换比特序列对码字进行重构，将所述第二置换比特序列分割为前(2m-a)位的第一比特序列和第(2m-a+1)至2m位的，并根据第一比特序列和所述等价的系统形式生成矩阵得到重构的码字比特序列；
根据所述等价的系统形式生成矩阵和所述第二置换可靠性序列对所述可靠性序列进行更新，以得到重构可靠性序列；
根据所述第一函数的逆操作函数、所述第二函数的逆操作函数，对所述比特序列进行第三次排列，并将第三次排列操作记为第三函数，以得到目标比特序列；
对所述重构可靠性序列进行第三次排列，以得到目标可靠性序列；
输出所述目标比特序列和所述目标可靠性序列。
7.一种基于分阶统计辅助的阶梯译码装置，其特征在于，包括：
噪声功率估计及可靠性计算模块，用于基于当前自光纤信道接收的调制信号，获取所述光纤信道的噪声平均功率估计值，并根据该噪声平均功率估计值和所述调制信号确定该调制信号对应的各个比特的可靠性，以得到对应的可靠性序列；
解调模块，用于对所述调制信号进行硬解调以得到对应的比特序列；
阶梯码译码模块，用于基于分阶统计的方式对所述可靠性序列和所述比特序列进行阶梯码译码，以得到并输出对应的目标可靠性序列和目标比特序列。
8.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6任一项所述的基于分阶统计辅助的阶梯译码方法。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述的基于分阶统计辅助的阶梯译码方法。
10.一种基于分阶统计辅助的阶梯编码及译码系统，其特征在于，包括：经光信通道实现信号传输的信号发送端和信号接收端；
所述信号发送端设有依次连接的阶梯码编码器和16QAM调制器；
所述信号接收端用于实现权利要求1至6任一项所述的基于分阶统计辅助的阶梯译码方法，且所述信号接收端设有依次连接的噪声功率估计器、可靠性计算器和阶梯码译码器，所述信号接收端还设有连接至所述阶梯码译码器的16QAM解调器。
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