[发明专利]基于整数环上的双不规则重复累积调制码

说明书

本发明提出一种基于整数环上的双不规则重复累积调制码，目的是提供一种具有优异误码性能且用途广泛的高谱效编码调制方案，包括如下步骤：步骤一：D‑IRA调制编码；步骤二：译码；步骤三：D‑IRA设计与优化；步骤四：仿真与评估；步骤五：复杂度分析；步骤六：D‑IRA典型应用场景。它解决了非质数q下无法构成有限域时的高性能编码问题，在点对点通信获得了逼近信道容量极限的误码性能。实际仿真结果表明，在4‑PAM和8‑PAM调制下，经过优化设计的D‑IRA调制码的误码性能表现优异，其与信道容量极限的差距分别仅有0.42dB和0.56dB。在物理层网络编码下，与网络信道容量极限差距仅为0.29dB，比传统完全译码方案的性能提升至少2.34dB。

【技术领域】

针对无线通信中点对点和多信源多跳网络，本发明提供了一种基于整数环上的双不规则多元重复累积调制编码。在点对点的单用户高斯信道下提出对乘法因子分布和节点度分布的双重不规则设计与优化方法，对任意的调制阶数均获得了逼近香农容量极限的性能。对多信源多跳网络，此编码方法具备格型码的代数结构特性，可直接应用于2^r-QAM调制的计算与传递、物理层网络编码、污纸编码等，显著提升网络信息传输效率及实用性。本发明属于通信与信道编码领域。

【背景技术】

香农第二定理揭示了有噪信道下可靠通信的编码速率与信道容量之间的关系。对二元码，现有的Turbo码和LDPC码均可逼近香农限，但前者的译码复杂度高而后者的编码设计与实现较为繁琐。重复累积码(Repeat-Accumulate,RA)由Divsalar，Jin等人于1998年提出，它综合了两者的优点：具有Turbo码的线性时间编码复杂度和LDPC码的并行译码特性。二元不规则重复累积码(Irregular Repeat-Accumulate,IRA)采用不同的变量节点度数和校验节点度数，通过密度进化(density evolution,DE)或外部信息传导(extrinsicinformation transfer,EXIT)图的优化，获得可渐近逼近信道容量极限的误码性能。

5G/6G通信需要采用4QAM-1024QAM的编码调制实现高频谱效率。多数现有方案通常采用二元信道编码器接一个“多对一”映射的符号调制器，如比特交织编码调制(bit-interleaved coded modulation,BICM)、比特交织编码调制-迭代译码(bit-interleavedcoded modulation with iterative decoding,BICM-ID)、网格编码调制(trellis-codedmodulation,TCM)、叠加编码调制(superposition-coded modulation,SCM)等。此类编码调制需要一个大循环的接收机迭代方可逼近2^r-QAM输入的香农限。

Chiu首次提出了多元IRA调制码方法^[1]。与上述的基于二元的编码调制方案不同，Chiu的方法是针对给定q-PAM调制，采用在q元伽罗华域(Galois field,GF)上进行多元编码，然后通过“一对一”的映射产生调制符号序列。此方法可逼近香农限且无需大循环的接收机迭代。不幸的是，在非整数的GF(2^m)域上，Chiu的方法并不具备格型码的代数叠加特性，其在多信源多跳网络里无法获得充分的编码增益。

本发明提出了一个新的基于q＝2^m进制整数环{0，1，…，2^m-1}的D-IRA调制码。它通过对乘法因子分布和节点度分布的双重不规则设计和优化，实现了逼近任意2^m-PAM输入的信道容量极限。同时，D-IRA调制码具备格型码的代数叠加性质：即多个用户D-IRA码字的整数相加，其模q运算后仍然是D-IRA的一个可用码字。这使得其在多信源多跳网络中可充分实现计算与传递、物理层网络编码、污纸编码等的编码增益。D-IRA调制码的发明为这些网络信息论中辅助信息、网络编码等理念在实际无线系统中的实施提供了关键的桥梁作用。此外，D-IRA调制码还可以用在任意整数q阶调制系统里，q并非必须为质数的整数次幂。

【发明内容】

(一)本发明的目的