[发明专利]一种基于Polar码编码的概率整形4-PAM调制系统及其调制方法

说明书

本发明提供了一种基于Polar码编码的概率整形4‑PAM调制系统及其调制方法，包括信号发生装置、第一信号整形装置、系统Po l ar码编码器、4‑PAM调制器、AWGN信道、解调器、系统Po l ar码译码器以及第二信号整形装置；所述信号发生装置产生伯努利分布的随机序列后经过所述第一信号整形装置进行比特权重的重新分配，再经过所述系统Po l ar码编码器进行编码以及4‑PAM调制器进行调制，调制后的信号通过所述AWGN信道传输后再经过所述解调器将所述AWGN信道的输出符号概率解调为比特LLR，解调后的结果再通过所述系统Po l ar码译码器译码后再通过所述第二信号整形装置将译码后的比特恢复到最初的随机序列。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体而言，涉及一种Polar码编码调制的通信技术领域。

背景技术

随着用户对信息低时延、高可靠性通信需求的增加，Polar码与高阶调制相结合的方式已经成为一种不可或缺的实用性方案。传统的Polar码编码调制方案，其信道输入符号为均匀分布。但对于AWGN信道，其信道输入的最优分布为Maxwell-Boltzmann(MB)分布。因此，为了解决这个问题，基于比特权重分布匹配(Bit-Weighted Distribution Matching，BWDM)的Polar码编码调制方案被提了出来。BWDM算法通过添加少量冗余比特改变信源序列中比特为“0”的权重，并得到具有目标概率的二进制比特序列。Polar码作为目前唯一一类可以在理论上实现二进制输入离散无记忆信道容量的编码方式，通过系统Polar码编码(Systematic Polar Coding,SPC)器，确保Polar码在编码前后的信息比特索引号保持一致。通过BWDM算法联合Polar码的SPC方案设计，以改变信道输入符号的分布状态，获得整形增益。经过SPC之后的码字被送入到4-PAM调制器，实现将连续的两个比特映射成一个4-PAM符号；则具有目标概率分布的调制符号经AWGN信道传输。在接收端，解调器将符号概率解调为比特的对数似然比(Log-Likelihood Ratio,LLR)；同时，系统Polar码译码器对应于系统Polar码编码器，用于译码、估计信息比特；BWDM的逆过程将译码信息恢复成原始信源序列。该系统的提出保证了编码调制方案的整形增益，实现低误码率。图1展示了基于BWDM算法的Polar码编码调制系统方案的基本模型。

基于BWDM的Polar码编码调制系统方案通过改变信道输入符号的概率分布，产生整形增益。但是，通过BWDM算法过程会添加少量冗余比特，导致信源序列的部分减少。

发明内容

基于背景技术存在的问题，本发明在不增加编码调制系统复杂度的基础上，基于比特权重反转算法，联合BWDM的概率整形与SPC算法，提供一种基于Polar码编码的概率整形设计方案，此方案显著提升了Polar码编码调制系统的性能。

本发明采用了如下方案：

一种基于Polar码编码的概率整形4-PAM调制系统，包括信号发生装置、第一信号整形装置、系统Polar码编码器、4-PAM调制器、AWGN信道、解调器、系统Polar码译码器以及第二信号整形装置；

所述信号发生装置产生伯努利分布的随机序列后经过所述第一信号整形装置进行比特权重的重新分配，再经过所述系统Polar码编码器进行编码以及4-PAM调制器进行调制，调制后的信号通过所述AWGN信道传输后再经过所述解调器将所述AWGN信道的输出符号概率解调为比特LLR，解调后的结果再通过所述系统Polar码译码器译码后再通过所述第二信号整形装置将译码后的比特恢复到最初的随机序列。

优选地，所述第一信号整形装置进行比特权重的重新分配包括如下步骤：

(1)所述信号发生装置产生伯努利分布的随机序列表示长度为M的随机序列，其中P(0)＝0.5；整形参数S，S∈{1,2,...,M}，将随机信源划分为M/S个集合，每个集合u′_i,i∈{1,2,...,M/S}含有S个元素；