[发明专利]基于信道合并拆分的水下光通信极化码编码法

说明书

本发明公开了基于信道合并拆分的水下光通信极化码编码法，包括以下步骤：构造线性变换矩阵、无记忆信道合并、矢量信道拆分、挑选比特信道、完成极化码的编码；本发明通过对基础矩阵进行克罗内克积运算并对基础矩阵进行比特反序重排构造生成线性变换矩阵，再通过线性变换矩阵对无记忆信道进行线性组合和递归合并，接着根据信道转移概率将合并的矢量信道拆分为二进制输入信道信道，从而得到比特信道，再通过密度演进法和Monte‑Carlo法计算出比特信道的巴氏参数值，根据巴氏参数值选择对应的信道发送信息比特序列和休眠比特序列并完成水下光通信极化码的编码，从而使水下光通信时光信号在水下更好的传输，保证了通信性能的稳定。

技术领域

本发明涉及极化码编码技术领域，尤其涉及基于信道合并拆分的水下光通信极化码编码法。

背景技术

近年来，水下光通信因其拥有独特的优势已成为下一代高速、高质量无线通信领域中极具潜力的前沿技术之一，水下光通信属于一种快捷的无线光通信方式，在水下光通信中，由于受环境因素影响大，要保证传输的可靠性和有效性，需要选择合适的信道编码，而极化码就是其中较为合适的信道编码之一，极化码是近几年才被发现的新的信道编码技术，是2009年由E.Arikan提出的唯一在理论上被证明了能够达到二进制输入离散无记忆信道容量的一种编码，它具有较低的编码译码复杂度，并且是目前唯一可通过数学证明达到香农限的编码，极化码已成为信道编码领域最受瞩目的研究热点之一，并且引起了无线通信界的广泛关注；

极化码自从提出以来，就一直吸引了全球众多的科研机构和业内学者的充分兴趣，是这几年通信与信息领域研究的热点，但是，随着无线光通信系统的快速演进，未来的通信系统将会出现一些新的特点，同时也对于水下光通信极化码的编码性能提出了更高的要求，而现阶段水下光通信极化码的编码方法在应用过程中的性能还不理想，由于水下光通信中光信号容易受到水下湍流等因素的干扰，导致光信号在传输过程中会发生能量损耗和信道衰落，从而降低水下光通信的通信性能，所以需要对水下光通信中的极化码编码法进行进一步改善和提高，因此，本发明提出基于信道合并拆分的水下光通信极化码编码法以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提出基于信道合并拆分的水下光通信极化码编码法，该发明通过编码矩阵对二进制离散无记忆信道进行合并和拆分，从而进行水下光通信极化码的编码，使极化码编码更为简单和灵活。

为了实现本发明的目的，拟通过以下技术方案实现，包括以下步骤：

步骤一：构造线性变换矩阵

进行水下光通信时，在光信号发射前，先使用数学运算软件进行编程并对基础矩阵进行克罗内克积运算，然后对编程和运算后的基础矩阵进行比特反序重排，使水下光通信中光信号的极化码编码在不考虑顺序问题的情况下直接进行递归运算，最后生成水下光通信中光信号的极化码编码线性变换矩阵并获取水下光通信中光信号的极化码的码长；

步骤二：无记忆信道合并

根据步骤一，先通过由基础矩阵构造生成的极化码编码线性变换矩阵将与极化码码长数目相等且不相关的N个独立的二进制离散无记忆信道以迭代的方式进行组合，再通过极化码编码线性变换矩阵将组合的N个独立的二进制离散无记忆信道线性变换合并成一个整体的矢量信道；

步骤三：矢量信道拆分

根据步骤二，先将由N个独立的二进制离散无记忆信道合并成的矢量信道根据信道转移概率拆分成相互影响且不独立的的N个二进制输入信道，使拆分后的二进制输入信道的传输效率最大化，实现信道的极化，然后得到与独立信道数量相同的比特信道并通过高斯近似法获取比特信道容量，其中容量大于预设容量阀值的比特信道为完全极化的比特信道；

步骤四：挑选比特信道