一种信息传输方法、装置、电子设备和存储介质与流程

文档序号:11205724
一种信息传输方法、装置、电子设备和存储介质与流程

本发明涉及通信技术领域,特别是涉及一种信息传输方法、装置、电子设备和存储介质。



背景技术:

GFDM(Generalized Frequency Division Multiplexing,广义频分复用)系统是一种灵活的非正交多载波系统。其基于时频二维数据块结构进行载波调制,可以灵活配置系统参数以满足不同应用场景的需求,并可以有效降低系统带外功率泄露,是未来移动通信系统的重要支撑技术之一。

在实际数字通信过程中,需要对传输信息的信道进行编码,以提高传输信息的安全性与可靠度。现有GFDM系统中信道编码方式为Turbo编码。具体实现过程为:在GFDM系统的发送端将待发送的信息经过CRC(Cyclic Redundancy Check,,循环冗余校验)编码后,利用Turbo编码对该信息的多个传输信道编码,之后通过交织将该信息转化为码字向量,通过GFDM系统的正交幅度调制技术对码字向量调制,得到码字向量中的多个符号信息。该多个符号信息通过GFDM调制技术进行调制,将通过GFDM调制的各个符号信息叠加,得到调制信号。对该调制信号加上循环前缀得到发送信息向量。通过GFDM系统的传输信道传输该发送信息向量到接收端。调制过程中有相应的滤波器对每个符号信息进行冲激成形,冲激成形使得各子载波不再相互正交。其中,所有滤波器都是有统一原型滤波器进行时频域循环移位所得。

现有GFDM系统中,在传输信道中存在滤波器对码字向量中的每个符号进行信息滤波,滤波使得发送信息中的各个符号信息间存在干扰,该符号信息间的干扰在频域上表现为载波间干扰,从而使得GFDM系统信息传输的性能较低。



技术实现要素:

本发明实施例的目的在于提供一种信息传输方法、装置、电子设备和存储介质,以提高GFDM系统信息传输的性能。

第一方面,本发明实施例公开了一种信息传输方法,包括:

根据两步信道极化变换方法,确定广义频分复用GFDM系统的至少一个极化码传输信道;

确定各极化码传输信道的可靠度;

获取待发送的信息向量,通过编码方法对所述信息向量进行编码,并通过预设的信号调制方法对编码后的信息向量进行调制,得到发送信息向量,其中,所述编码方法至少包括极化码编码方法;

在所述至少一个极化码传输信道中选取与所述发送信息向量的比特个数相同且可靠度高的目标极化码传输信道;

通过所述目标极化码传输信道传输所述发送信息向量到接收端,以使所述接收端通过预设的解调方法以及译码方法对所述发送信息向量进行处理,得到所述信息向量。

可选地,所述根据两步信道极化变换方法,确定广义频分复用GFDM系统的至少一个极化码传输信道,包括:

在GFDM系统中,通过GFDM信道变换以及二进制信道变换,确定所述GFDM系统的至少一个极化码传输信道。

可选地,所述在GFDM系统中,通过GFDM信道变换以及二进制信道变换,确定所述GFDM系统的至少一个极化码传输信道,包括:

在GFDM系统中,预设发送信息向量的比特向量通过正交振幅调制QAM调制,得到所述预设发送信息向量的符号向量,所述符号向量的每个符号含有与所述QAM调制的调制阶数相对应的比特个数,按照符号向量中所有符号比特个数,将所述GFDM系统的信道划分为与所述符号向量中所有符号比特个数相同的至少一个信道;

对所述至少一个信道通过预设二进制信道变换的预设网格图映射技术,得到所述GFDM系统的至少一个极化码传输信道。

可选地,所述确定各极化码传输信道的可靠度,包括:

通过蒙特卡洛仿真算法,确定所述各传输信道的容量,并确定预设二进制加性高斯白噪声信道模型信道容量;

当所述预设二进制加性高斯白噪声信道模型信道容量与各极化码传输信道的容量相等时,确定各极化码传输信道的等效噪声方差;

通过高斯近似算法以及各极化码传输信道的等效噪声方差,确定各极化码传输信道的对数似然比高斯分布均值;

针对每个极化码传输信道,将该极化码传输信道的对数似然比高斯分布均值,确定为该极化码传输信道的可靠度。

可选地,所述获取待发送信息向量,通过编码方法将所述待发送信息向量编码以及通过预设信号调制方法对编码后的所述待发送信息向量调制,得到发送信息向量,包括:

获取待发送信息向量,通过循环冗余校验CRC编码对所述待发送信息向量编码,形成带有校验序列的待发送信息向量;

通过极化码编码方式对所述带有校验序列的待发送信息向量编码,形成极化码编码信息向量;

将所述极化码编码信息向量交织,得到对应于QAM调制的极化码编码信息向量;

通过所述QAM以及所述GFDM调制所述极化码编码信息向量,得到调制信号;

通过对所述调制信号添加循环前缀,得到所述发送信息向量。

可选地,所述通过交织将所述极化码编码信息向量交织,得到对应于所述QAM调制的极化码编码信息向量,包括:

将所述极化码编码信息向量中每个正交信息向量对应的信道进行等容量分割,得到对应于QAM调制的所述极化码编码信息向量。

第二方面,本发明实施例还公开了一种信息传输装置,包括:

极化码传输信道确定模块,用于根据两步信道极化变换方法,确定广义频分复用GFDM系统的至少一个极化码传输信道;

可靠度确定模块,用于确定各极化码传输信道的可靠度;

发送信息确定模块,用于获取待发送的信息向量,通过编码方法对所述信息向量进行编码,并通过预设的信号调制方法对编码后的信息向量进行调制,得到发送信息向量,其中,所述编码方法至少包括极化码编码方法;

选取模块,用于在所述至少一个极化码传输信道中选取与所述发送信息向量的比特个数相同且可靠度高的目标极化码传输信道;

发送模块,用于通过所述目标极化码传输信道传输所述发送信息向量到接收端,以使所述接收端通过预设的解调方法以及译码方法对所述发送信息向量进行处理,得到所述信息向量。

可选地,所述极化码传输信道确定模块,具体用于在GFDM系统中,通过GFDM信道变换以及二进制信道变换,确定所述GFDM系统的至少一个极化码传输信道。

可选地,所述极化码传输信道确定模块,包括:

信道划分子模块,用于在GFDM系统中,预设发送信息向量的比特向量通过正交振幅调制QAM调制,得到所述预设发送信息向量的符号向量,所述符号向量的每个符号含有与所述QAM调制的调制阶数相对应的比特个数,按照符号向量中所有符号比特个数,将所述GFDM系统的信道划分为与所述符号向量中所有符号比特个数相同的至少一个信道;

极化码传输信道确定子模块,用于对所述至少一个信道通过预设二进制信道变换的预设网格图映射技术,得到所述GFDM系统的至少一个极化码传输信道。

可选地,所述可靠度确定模块,包括:

容量确定子模块,用于通过蒙特卡洛仿真算法,确定所述各传输信道的容量,并确定预设二进制加性高斯白噪声信道模型信道容量;

第一计算子模块,用于当所述预设二进制加性高斯白噪声信道模型信道容量与各极化码传输信道的容量相等时,确定各极化码传输信道的等效噪声方差;

第二计算子模块,用于通过高斯近似算法以及各极化码传输信道的等效噪声方差,确定各极化码传输信道的对数似然比高斯分布均值;

可靠度确定子模块,用于针对每个极化码传输信道,将该极化码传输信道的对数似然比高斯分布均值,确定为该极化码传输信道的可靠度。

第三方面,本发明实施例还公开了一种电子设备,包括处理器、通信接口、存储器和通信总线,其中,处理器,通信接口,存储器通过通信总线完成相互间的通信;

存储器,用于存放计算机程序;

处理器,用于执行存储器上所存放的程序时,实现如上述第一方面所述的方法步骤。

第四方面,本发明实施例还公开了一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现如上述第一方面所述的方法步骤。

本发明实施例提供的一种信息传输方法、装置、电子设备和存储介质,利用极化码的实现方式,通过两步信道极化变换将传统GFDM系统信道划分以构造极化码传输信道,通过在极化码传输信道中选取与发送信息向量的比特个数相同且可靠度高的至少一个极化码传输信道,利用该至少一个极化码传输信道传输信息,使得利用极化码的编码方式传输信息向量时更好的适应GFDM系统,提高了GFDM系统传输信息的性能。另外,极化码相比于Turbo编码在译码时的复杂度更低。

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,下面将对实施例或现有技术描述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为本发明实施例的一种信息传输方法流程图;

图2为本发明实施例的一种信息传输方法中GFDM系统的两步信道变换示意图;

图3为本发明实施例的一种信息传输方法中GFDM调制过程示意图;

图4为本发明实施例的一种信息传输方法的至少一个极化码传输信道的信道容量分布图;

图5为本发明实施例的一种信息传输方法发送信息向量在GFDM系统传输过程示意图;

图6(A)为本发明实施例的GFDM系统传统AWGN信道传输下不同调制阶数的误块率性能仿真对比结果图;

图6(B)为本发明实施例的单径瑞利信道传输下不同调制阶数的误块率性能仿真对比结果图;

图6(C)为本发明实施例的单径瑞利信道传输下配置参数不同的误块率性能仿真对比结果图;

图7为本发明实施例的一种信息传输装置结构示意图;

图8为本发明实施例的一种电子设备结构示意图。

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。

以下通过具体实施例,对本发明进行详细说明。

为达到上述发明目的,本发明实施例公开了一种信息传输方法,如图1所示,图1为本发明实施例的一种信息传输方法流程图,包括:

S101,根据两步信道极化变换方法,确定广义频分复用GFDM系统的至少一个极化码传输信道。

极化码是一种新型编码方式,其可以实现对称二进制输入离散无记忆信道(例如二进制对称信道)和二进制擦除信道的容量进行代码构造。在本发明实施例中,可以利用GFDM系统的载波间干扰特性,构造与GFDM系统信道良好适配的极化码。在使用极化码对信息编码时,首先需要构造极化码传输信道,使得GFDM系统的信道更适合极化码编码信息的传输,从而实现降低GFDM系统的差错性能,提高GFDM系统信息传输的性能。

在本发明实施例中,基于比特交织编码调制的原理,通过两步信道极化变化方法,对GFDM系统信道分离形成多条适合极化码传输的信道,对应形成本发明实施例中的至少一个极化码传输信道。

具体地,本发明实施例两步信道极化变换方法采用GFDM信道变换以及二进制信道变换的方法,在GFDM系统发送端对信道分离,形成至少一个极化码传输信道。

S102,确定各极化码传输信道的可靠度。

在上述得到GFDM系统的至少一个极化码传输信道后,可计算出每个极化码传输信道的可靠度。

具体地,可以设置预设发送信息向量,对应在接收端接收到预设接收信息向量,该预设发送信息向量为提前设定的已知含有0、1的一串二进制信息向量。预设发送信息向量在接收端对应形成预设接收信息向量,该预设接收信息向量通过MMSE(Minimum Mean Square Error,最小均方误差)接收机后得到含有软信息的符号向量其中,包含相应发送端预设发送信息向量中的符号信息dn、其余符号对dn的干扰以及加性噪声。在传输过程中每个符号信息中的每个比特占用一个信道传输,符号信息dn的第j个比特表示为bn,j,其比特似然比表示为Λ(bn,j),bn,j与Λ(bn,j)对应的随机变量分别表示为Bn,j与Ln,j。通过蒙特卡洛仿真方法,计算各传输信道的容量以及预设二进制加性高斯白噪声信道模型信道容量。之后,通过预设二进制加性高斯白噪声信道模型信道容量与各极化码传输信道的容量相等,确定各极化码传输信道的等效噪声方差。最后,通过高斯近似算法以及各极化码传输信道的等效噪声方差,确定每个极化码传输信道的对数似然比高斯分布均值,将每个极化码传输信道的均值确定为每个极化码传输信道的可靠度。

S103,获取待发送的信息向量,通过编码方法对信息向量进行编码,并通过预设的信号调制方法对编码后的信息向量进行调制,得到发送信息向量,其中,编码方法至少包括极化码编码方法。

得到每个极化码传输信道的可靠度后,GFDM系统的发送端可以获取v比特的二进制待发送的信息向量,该待发送的信息向量经过CRC得到包含V比特的信号向量,其中包含原v信息比特以及r比特的CRC校验序列,即V=v+r。经过极化码编码方法得到包含Vc比特的编码后的信息向量。通过预设的信号调制方法对编码后的信息向量进行调制,得到发送信息向量。该预设的信号调制方法可为QAM,在QAM后经过滤波器的冲激成形形成滤波数据,所有滤波数据叠加得到GFDM调制信号,对GFDM调制信号添加循环前缀后得到发送信息向量。

S104,在至少一个极化码传输信道中选取与发送信息向量的比特个数相同且可靠度高的目标极化码传输信道。

上述在GFDM系统发送端得到发送信息向量后,可以进一步在GFDM系统的至少一个极化码传输信道中,选取与该发送信息向量的比特个数相同的前几个可靠度高的多个极化码传输信道,将选好的多个极化码传输信道作为本发明实施例中传输该极化码信息的目标极化码传输信道。

S105,通过目标极化码传输信道传输发送信息向量到接收端,以使接收端通过预设的解调方法以及译码方法对发送信息向量进行处理,得到信息向量。

该极化码信息通过GFDM系统的目标极化码传输信道,GFDM系统的至少一个极化码传输信道中剩余极化码传输信道用全0或全1填充,通过GFDM系统的至少一个极化码传输信道传输信息,以使接收端通过预设的解调方法以及译码方法对发送信息向量进行处理,得到信息向量。

本发明实施例提供的一种信息传输方法,利用极化码的实现方式,通过两步信道极化变换将传统GFDM系统信道划分以构造极化码传输信道,通过在极化码传输信道中选取与发送信息向量的比特个数相同且可靠度高的至少一个极化码传输信道,利用该至少一个极化码传输信道传输信息,使得利用极化码的编码方式传输信息向量时更好的适应GFDM系统,提高了GFDM系统传输信息的性能。

可选地,在本发明实施例的信息传输方法的一种实施例中,根据两步信道极化变换方法,确定广义频分复用GFDM系统的至少一个极化码传输信道,可参见图2。图2为本发明实施例的一种信息传输方法中GFDM系统的两步信道变换示意图,包括:在GFDM系统中,通过GFDM信道变换以及二进制信道变换,确定GFDM系统的至少一个极化码传输信道。

第一步,GFDM信道变换:在GFDM系统中,预设发送信息向量的比特向量通过正交振幅调制QAM调制,得到预设发送信息向量的符号向量,符号向量的每个符号含有与QAM调制的调制阶数相对应的比特个数,按照符号向量中所有符号比特个数,将GFDM系统的信道划分为与符号向量中所有符号比特个数相同的至少一个信道。

本发明实施例中,经过GFDM系统的发送端流程依次传输,得到预设发送信息向量形成的预设接收信息向量后,在接收端获取该预设接收信息向量,根据该预设接收信息向量依次反推极化码传输信道的可靠度,最终在发送端选取可靠度高的目标极化码传输信道进行极化码信息传输。

具体地,发送端信源产生包含JN比特的预设待发送的信息向量b,该预设待发送的信息向量b可采用全0或全1的信息向量。G表示冲激成形滤波器在时域上的循环移位关系,W表示冲激成形滤波器在频域上的移位关系,其中W1,1...WN,1...WI,J...WN,J表示设待发送的信息向量中每比特信息对应进入星座调制的传输信道。J表示2JQAM的调制阶数。该预设待发送的信息向量b包含N个符号信息的复数值数据块d,此数据块可以分解为M个子符号,每个子符号包含K个子载波,因此N=KM。用d1,1...d1,M...dK,1...dK,M表示复数值数据块d中每个符号上传输的子载波数据。g1,1...g1,M...gK,1...gK,M表示GFDM调制过程中经过的冲激成形滤波器。将经过GFDM调制后的所有调制信息叠加得到的预设发送信息向量可设为x=(x1,x2,…,xN)。得到的预设发送信息向量经过GFDM系统信道传输到接收端,接收端接收到该预设发送信息向量形成的预设接收信息向量可设为y=(y1,y2,…,yN)。此时可用平均互信息I(x;y)来表示信道容量,则GFDM信道变换如下:

因为x=(x1,x2,…,xN)包含N个符号信息,则首先可以将GFDM系统信道容量拆分到符号级,即则将GFDM系统信道分解成了N个信道,又因为QAM调制阶数为J,因此每个符号xn都对应J个比特,设为bn=(bn,1,bn,2,…,bn,J),n=1,2,…,N,因此可以进一步将信道容量拆分到比特级,即则将GFDM系统信道分解成了JN个子信道,即完成了第一步GFDM信道变换。

第二步,二进制信道变换:对至少一个信道通过预设二进制信道变换的预设网格图映射技术,得到GFDM系统的至少一个极化码传输信道。

在上述得到JN个GFDM信道之后,对其进行并行的二进制信道极化变换,即为对GFDM信道通过预设二进制信道变换的预设网格图映射技术,得到JN个比特极化信道,完成第二步二进制信道变换,形成本发明实施例的GFDM系统的至少一个极化码传输信道。

可见,通过两步信道变换可将GFDM系统的信道划分成适合极化码传输的至少一个极化码传输信道,使得GFDM系统与极化码更好的结合,降低使用极化码编码得到的发送信道的错误率,从而提高GFDM系统的传输性能。

在本发明实施例的信息传输方法的一种实施例中,信息传输方法中GFDM系统的预设的信号调制方法调制过程可如图3所示。图3为本发明实施例的一种信息传输方法中GFDM调制过程示意图。

GFDM系统发送端信源产生包含v比特的待发送的信息向量,经过CRC、信道编码及交织,得到包含Vc比特的码字向量。通过预设的信号调制方法对码字向量进行调制,该预设的信号调制方法可为QAM以及GFDM。利用QAM以及GFDM的调制过程可如图3所示。

例如,采用QAM调制时,通过QAM对码字向量调制得到包含N个符号信息的复数值数据块d,即为图3中d1...dN。此数据块可以分解为M个子符号,每个子符号包含K个子载波,用dk,m表示任一复数值数据块d中第m个子符号,第k个子载波上传输的数据,k=1,2,…,K,m=1,2,…,M。g1,1...g1,M...gK,1...gK,M表示调制过程中每个dk,m对应经过的冲激成形滤波器,δ[n]...δ[n-(M-1)K]表示与任一dk,m符号数据对应的符号时域上的移位,g[nmodN]表示与任一符号数据dn对应的原型滤波器,表示与任一dk,m符号数据对应的频域上的移位,x[1],...,x[N]表示与d1...dN对应的滤波数据。gk,m表示冲激成形滤波器中的任一冲激成形滤波器,该gk,m均由同一个原型滤波器g=(g[1],g[2],…,g[N])T通过时频域循环移位得到。gk,m计算公式如下:

其中,k=1,2,…,K,m=1,2,…,M,n=1,2,…,N。任一数据dk,m经过与其对应的冲激成形滤波器进行滤波后得到滤波数据,将所有滤波数据叠加即得到GFDM调制信号x[1],...,x[N],该调制信号x[1],...,x[N]中的任一调制信号x[n]计算公式如下:

将GFDM调制形成的调制信号向量表示为x:x=Ad。

其中,d=(d[1],d[2],…,d[N])T表示复数值数据信号,x=(x[1],x[2],…,x[N])T表示GFDM调制信号向量,A表示N×N的GFDM调制矩阵,由所有冲激成形滤波器排列组成。即

A=(g1,1,g2,1…,gK,1,g1,2,g2,2,…,gK,2,…,g1,M,g2,M,…,gK,M),

g1,1=g=(g[1],g[2],…,g[N])T

g1,2=(g[(1-K)modN],g[(2-K)modN],…,g[(N-K)modN])T

A矩阵实际上可以表示为两个矩阵的点积(相同位置的元素对应相乘),即A=G⊙W,G矩阵表示冲激成形滤波器gk,m在时域上的循环移位关系,W矩阵表示滤波器gk,m在频域上的移位关系。

可选地,在本发明实施例的信息传输方法的一种实施例中,确定各极化码传输信道的可靠度,可以包括:

步骤一,通过蒙特卡洛仿真算法,确定各传输信道的容量,并确定预设二进制加性高斯白噪声信道模型信道容量。

具体为,在GFDM系统的接收端接收到接收信号y,该接收信号y通过最小均方误差接收机后得到含有软信息的符号向量其中,表示噪声的协方差矩阵。A表示N×N的GFDM调制矩阵,H表示N×N的循环卷积矩阵,这里的HA可以视为一个整体,在信号检测的过程中已经进行了信道均衡。中的各符号信息间存在干扰,实际上包含相应发送端符号信息dn、其余符号对dn的干扰以及加性噪声,符号向量公式如下:

其中,C=BMMSEA,表示其他符号对相应发送端调制符号dn的干扰,表示噪声。因此,SINR(Signal to interference plus noise power,信干噪比)可以表示如下:

其中,Es表示发送端符号信息的平均功率,N0表示噪声功率。

通过SINR,可以得到精确后的软符号以计算dn中每比特的LLR(Log-likelihood Ratio,对数似然比),对数似然比LLR公式如下:

其中,bn,j表示符号信息dn的第j个比特,其比特LLR表示为Λ(bn,j),bn,j与Λ(bn,j)对应的随机变量分别表示为Bn,j与Ln,j

通过蒙特卡洛仿真算法,估计得到概率密度函数p(Ln,j|bn,j),进而得到bn,j的信道容量I(n,j),具体公式如下:

根据上述计算方式,计算得到接收信号y的符号向量中每个符号的每个比特对应使用的极化码传输信道的信道容量。

计算得到预设BIAWGN(Binary Input Additive White Gaussian Noise,二进制加性高斯白噪声信道)模型的信道容量,BIAWGN模型的信道容量I(σ2)计算公式如下:

其中,ε=1-2b,exp(·)表示自然常数e=2.71828…为底的指数运算,v=(1-2b)+z,b∈{0,1},表示均值为0且方差为σ2的高斯分布。

步骤二,当预设二进制加性高斯白噪声信道模型信道容量与各极化码传输信道的容量相等时,确定各极化码传输信道的等效噪声方差。

具体地,将上述预设二进制加性高斯白噪声信道模型的信道容量与每个极化码传输信道的容量相等,也就是求解如下方程:

I(n,j)=I(σ2)

根据该方程,即可得每个极化码传输信道的等效噪声方差σ2

步骤三,通过高斯近似算法以及各极化码传输信道的等效噪声方差,确定各极化码传输信道的对数似然比高斯分布均值。

步骤四,针对每个极化码传输信道,将该极化码传输信道的对数似然比高斯分布均值,确定为该极化码传输信道的可靠度。

具体地,使用高斯近似算法计算各极化码传输信道的对数似然比高斯分布均值,将该极化码传输信道的对数似然比高斯分布均值作为比特极化信道的可靠度,即对数似然比高斯分布的均值越大,极化码传输信道的可靠度就越高。最终选取可靠度高的极化码传输信道进行信号传输。

可见,通过本发明实施例确定出每个极化码传输信道的可靠度后,可选取可靠度高的极化码传输信道进行极化码编码信息的传输,提高GFDM系统传输极化码编码信息的可靠性,从而提高GFDM系统的性能。

在本发明实施例的信息传输方法的一种实施例中,通过蒙特卡洛仿真算法,确定各传输信道的容量,可如图4所示。图4为本发明实施例的一种信息传输方法的至少一个极化码传输信道的信道容量分布图。图4中圆圈表示第一步GFDM信道变换形成的信道,点表示二进制信道变换形成的信道,图4中采用16进制QAM调制。从图4中可知,第1、3比特对应信道的信道容量相等,第2、4比特对应信道的信道容量相等。

可选地,在本发明实施例的信息传输方法的一种实施例中,获取待发送信息向量,通过编码方法将待发送信息向量编码以及通过预设信号调制方法对编码后的待发送信息向量调制,得到发送信息向量,包括:

获取待发送信息向量,通过循环冗余校验CRC编码对待发送信息向量编码,形成带有校验序列的待发送信息向量。

在对GFDM系统信道划分形成至少一个极化码信道后,当发送信息时,可在该GFDM系统的信源处获取待发送信息向量,通过该GFDM系统的CRC对待发送信息向量编码形成本发明实施例中带有校验序列的待发送信息向量。

通过极化码编码方式对带有校验序列的待发送信息向量编码,形成极化码编码信息向量。

在上述对待发送信息向量CRC编码后,获取带有校验序列的待发送信息向量,通过极化码编码方式对带有校验序列的待发送信息向量编码,形成本发明实施例中的极化码编码信息向量。

通过交织将极化码编码信息向量交织,得到对应于QAM调制的极化码编码信息向量。

发送信息向量要经过信道传输过程中,实际的信道往往是具有衰落特性的,持续时间较长的深衰落谷点会影响到相继一串发送信息中符号信息的比特发生错误。交织即为将突发差错的一串比特分散开,变成一个个随机独立差错。

具体地,在上述编码完成形成极化码编码信息向量后,获取该极化码编码信息向量,基于“不同符号信息中相同位置比特对应的极化码传输信道的信道容量非常接近”这个结论对极化码编码信息向量交织,形成对应于QAM调制的极化码编码信息向量。

通过QAM以及GFDM调制极化码编码信息向量,得到调制信号。

在本发明实施例中,可通过QAM以及GFDM对极化码编码信息向量进行调制,得到调制信号。需要说明的是,本发明实施例的一种信息传输方法的预设调制方法并不限于QAM以及GFDM,其他调制方法也是可取的。

通过对调制信号添加循环前缀,得到发送信息向量。

在上述对极化码编码信息向量进行调制,得到调制信号后,在该调制信号前添加循环前缀,得到极化码编码形成的发送信息向量。

可见,通过本实施例可实现将待发送信息向量使用极化码编码方法形成极化码编码信息,通过预设调制方式对编码信息调制,最终形成极化码编码的发送信息向量。

可选地,在本发明实施例的信息传输方法的一种实施例中,将极化码编码信息向量交织,得到对应于QAM调制的极化码编码信息向量,包括:

将极化码编码信息向量中每个正交信息向量对应的信道进行等容量分割,得到对应于QAM调制的极化码编码信息向量。

在本发明实施例中,采用了更加简化的交织,即为将极化码编码信息向量中每个正交信息向量对应的信道进行等容量分割,得到对应于QAM调制的极化码编码信息向量。具体如下:

在本发明实施例中,根据传输参数,将GFDM系统信道分解为JN个极化码传输信道,最优的交织方法是指直接将全部JN个极化码传输信道分为两组,每组有JN/2个极化码传输信道。分组的原则是要保证这两组信道各自的信道容量之和相等,这样分组的操作就是等容量分割。然后再对这两组信道分别进行等容量分割,以此类推,一直按等容量的准则分组下去,直到最后,各组内只有两个极化码传输信道,这时算法终止。

最优交织性能虽好,但当JN的值很大时,交织的复杂度会非常高。

本发明实施例中基于“不同符号信息中相同位置比特对应的极化码传输信道的信道容量非常接近”这个结论,只在每个正交幅度调制符号对应的信道内进行等容量分割操作。即首先将JN个GFDM系统的极化码传输信道分解为2N个组(因为N是正交幅度调制QAM符号的个数,又考虑了每个QAM符号实部和虚部的等价性),每组包含J/2个极化码传输信道,然后同时即并行地对这2N个极化码传输信道组执行等容量分割,即可完成对子信道中突发差错的一串比特分散开,完成交织过程,得到对应于QAM调制的极化码编码信息向量。

可见,在本发明实施例中,通过交织将极化码编码信息向量中每个正交信息向量对应的信道进行等容量分割,得到对应于QAM调制的极化码编码信息向量,可简化交织的复杂度,提高交织过程的效率。

在本发明实施例的信息传输方法的一种实施例中,发送信息在的GFDM系统传输过程可如图5所示。图5为本发明实施例的一种信息传输方法发送信息向量在GFDM系统传输过程示意图。

在图5中,GFDM系统发送端信源产生包含v比特的待发送信息向量b,经过CRC编码得到包含V比特的信号向量,其包含原v比特待发送信息以及r比特的CRC校验序列,即V=v+r。经过信道编码,得到包含Vc比特的码字向量,编码码率定义为R=V/Vc。对码字向量进行交织以及星座调制,在本发明实施例中可采用QAM,调制阶数为J,得到包含N个符号的复数值数据块d,此数据块可以分解为M个子符号,每个子符号包含K个子载波,因此N=KM。用dk,m表示在第m个子符号,第k个子载波上传输的数据,k=1,2,…,K,m=1,2,…,M,dk,m经过的冲激成形滤波器用gk,m表示,所有gk,m组成大小为N×N的GFDM调制矩阵A,所有滤波数据叠加得到GFDM调制信号x=Ad。对调制信号添加长度为NCP的循环前缀后得到发送信息向量无线信道表示为其中,Nch为信道的长度,经过信道传输后,在接收端的形成的信号为其中,表示信道卷积矩阵,它是由信道冲激响应h形成的大小为(N+NCP+Nch-1)×(N+NCP)的带对角矩阵,表示加性白高斯噪声,其中,表示噪声方差。

假设接收端经过理想同步,接收到信号对该信号去掉循环前缀得到信号y,其中y=Hx+z,H为N×N的循环卷积矩阵。接收端的MMSE接收机得到该信号y中的符号向量其中,包含相应发送端符号信息dn、其余符号对dn的干扰以及加性噪声。通过接收端预设星座解调技术、解交织以及预设信道译码技术对该信号y的符号向量解码,最后在通过CRC译码,得到带有干扰的发送端的二进制信号向量至此完成整个信息的传输过程。

在本发明实施例的信息传输方法的一种实施例中,为了更好地体现本发明实施例的GFDM系统的性能更佳,以下通过具体仿真结果说明。

本发明实施例的一种信息传输方法性能仿真对比结果,包括图6(A)、图6(B)以及图6(C)。

在GFDM系统中,每个发送信息向量的数据块包含的传输符号数配置为N=128,冲激成形滤波器为升余弦滚降滤波器。原有Turbo编码的GFDM系统中采用3GPP LTE标准Turbo编码及速率适配算法,译码采用对数最大后验概率算法,最大迭代次数为8。本发明实施例的极化码编码的GFDM系统的译码方案采用aCA-SCL(Aided CRC Adaptive Successive Cancellation List,循环冗余校验辅助的自适应连续消除列表)算法,最大列表长度为32。两方案中编码码率均为0.5且都采用CRC-24码。

图6(A)为本发明实施例的GFDM系统传统AWGN(Additive White Gaussian Noise,加性高斯白噪声)信道传输下不同调制阶数的误块率性能仿真对比结果图。在图6(A)中,配置子载波数K=16,子符号数M=8,滤波器的滚降因子α=0.1。曲线1 Polar QPSK表示采用正交相移键控调制的极化码编码的GFDM系统曲线图,曲线2 LTE Turbo QPSK表示采用正交相移键控调制的Turbo编码的GFDM系统曲线图,曲线3Polar 16QAM表示采用16进制QAM调制的极化码编码的GFDM系统曲线图,曲线4 LTE Turbo 16QAM表示采用16进制QAM调制的Turbo编码的GFDM系统曲线图,曲线5 Polar 64QAM表示采用64进制QAM调制的极化码编码的GFDM系统曲线图,曲线6 LTE Turbo 64QAM表示采用64进制QAM调制的Turbo码编码的GFDM系统曲线图。由图6(A)可知,本发明实施例的极化码编码的GFDM系统的性能比Turbo编码的GFDM系统好1~2dB,且性能增益随着调制阶数J的增加而增大。

图6(B)为本发明实施例的单径瑞利信道传输下不同调制阶数的误块率性能仿真对比结果图。在图6(B)中其他配置不变,信道变为单径瑞利信道。曲线a Polar QPSK表示采用正交相移键控调制的极化码编码的GFDM系统曲线图,曲线b LTE Turbo QPSK表示采用正交相移键控调制的Turbo码编码的GFDM系统曲线图,曲线c Polar 16QAM表示采用16进制QAM调制的极化码编码的GFDM系统曲线图,曲线d LTE Turbo 16QAM表示采用16进制QAM调制的Turbo码编码的GFDM系统曲线图,曲线e Polar 64QAM表示采用64进制QAM调制的极化码编码的GFDM系统曲线图,曲线f LTE Turbo 64QAM表示采用64进制QAM调制的Turbo码编码的GFDM系统曲线图。此时的仿真结果与图6(A)中类似,本发明实施例的极化码编码的GFDM系统的性能比Turbo编码的GFDM系统好,且性能增益随着调制阶数J的增加而增大。

图6(C)为本发明实施例的单径瑞利信道传输下配置参数不同的误块率性能仿真对比结果图。图6(C)中,子载波数K,子符号数M以及滤波器滚降因子α可灵活配置,调制方式为16QAM,经过单径瑞利信道。曲线g表示α=0.1 K=16 M=8的环境下极化码编码的GFDM系统曲线图,曲线h表示α=0.9 K=16M=8的环境下极化码编码的GFDM系统曲线图,曲线i表示α=0.1 K=32 M=4的环境下极化码编码的GFDM系统曲线图,曲线j表示α=0.1 K=16 M=8的环境下Turbo编码的GFDM系统曲线图,曲线k表示α=0.9 K=16 M=8的环境下Turbo编码的GFDM系统曲线图,曲线l表示α=0.1 K=32 M=4的环境下的Turbo码编码的GFDM系统曲线图。

由图6(C)可知,在滚降因子一定时,不同的子载波数,子符号数配置对系统性能有显著的影响,子载波数K=16,子符号数M=8时,本发明实施例的极化码编码的GFDM系统性能比子载波数K=32,子符号数M=4时的性能好大约1dB,相应的Turbo编码的GFDM系统的性能差距甚至有1.6dB。这是因为不同的子载波数,子符号数配置会直接影响GFDM系统内干扰的特性。此外,当子载波数,子符号数配置一定时,滤波器的滚降因子α=0.9时,本发明实施例的极化码编码的GFDM系统与Turbo编码的GFDM系统的性能都比α=0.1时的性能差0.4dB左右。这是因为滚降因子越大,系统符号间干扰越严重。

最后,本发明实施例还比较了极化码编码的GFDM系统与Turbo编码的GFDM系统的译码复杂度。在极化码编码的GFDM系统中,采用aCA-SCL极化译码算法。该译码复杂度包含两部分:计算复杂度与路径选择复杂度其中,表示平均列表长度,V表示信息位的长度。当误块率BLER为10-3时,约等于2,且最大列表长度为32。在Turbo码编码的GFDM系统中,由于有两个分量码,且每个栅格时间节点有4个度量值要更新,因此译码复杂度为2·4·2γVIt,其中γ表示分量码的记忆长度,如Turbo码的记忆长度为3,It为最大迭代次数,这里It=8。当N=128,J=4,R=0.5,V=JN·R=256时,计算可得Turbo码的译码复杂度为1.31×105,而极化码的译码复杂度为1.02×104,极化码编码的译码复杂度明显小于Turbo码的译码复杂度。

可见,本发明实施例采用的极化码编码,在译码时复杂度低于Turbo码的译码复杂度。

为达到上述发明目的,本发明实施例还公开了一种信息传输装置,如图7所示,图7为本发明实施例的一种信息传输装置示意图,包括:

极化码传输信道确定模块701,用于根据两步信道极化变换方法,确定广义频分复用GFDM系统的至少一个极化码传输信道;

可靠度确定模块702,用于确定各极化码传输信道的可靠度;

发送信息确定模块703,用于获取待发送的信息向量,通过编码方法对信息向量进行编码,并通过预设的信号调制方法对编码后的信息向量进行调制,得到发送信息向量,其中,编码方法至少包括极化码编码方法;

选取模块704,用于在至少一个极化码传输信道中选取与发送信息向量的比特个数相同且可靠度高的目标极化码传输信道;

发送模块705,用于通过目标极化码传输信道传输发送信息向量到接收端,以使接收端通过预设的解调方法以及译码方法对发送信息向量进行处理,得到信息向量。

本发明实施例提供的一种信息传输装置,利用极化码的实现方式,通过两步信道极化变换将传统GFDM系统信道划分以构造极化码传输信道,通过在极化码传输信道中选取与发送信息向量的比特个数相同且可靠度高的至少一个极化码传输信道,利用该至少一个极化码传输信道传输信息,使得利用极化码的编码方式传输信息向量时更好的适应GFDM系统,提高了GFDM系统传输信息的性能。另外,极化码相比于Turbo编码在译码时的复杂度更低。

需要说明的是,本发明实施例的装置是应用于上述一种信息传输方法的装置,则上述信息传输方法的所有实施例均适用于该装置,且均能达到相同或相似的有益效果。

可选地,在本发明实施例的信息传输装置的一种实施例中,极化码传输信道确定模块701,具体用于在GFDM系统中,通过GFDM信道变换以及二进制信道变换,确定GFDM系统的至少一个极化码传输信道。

可选地,在本发明实施例的信息传输装置的一种实施例中,极化码传输信道确定模块701,包括:

信道划分子模块,用于在GFDM系统中,预设发送信息向量的比特向量通过正交振幅调制QAM调制,得到预设发送信息向量的符号向量,符号向量的每个符号含有与QAM调制的调制阶数相对应的比特个数,按照符号向量中所有符号比特个数,将GFDM系统的信道划分为与符号向量中所有符号比特个数相同的至少一个信道;

极化码传输信道确定子模块,用于对至少一个信道通过预设二进制信道变换的预设网格图映射技术,得到GFDM系统的至少一个极化码传输信道。

可选地,可靠度确定模块702,包括:

容量确定子模块,用于通过蒙特卡洛仿真算法,确定各传输信道的容量,并确定预设二进制加性高斯白噪声信道模型信道容量;

第一计算子模块,用于当预设二进制加性高斯白噪声信道模型信道容量与各极化码传输信道的容量相等时,确定各极化码传输信道的等效噪声方差;

第二计算子模块,用于通过高斯近似算法以及各极化码传输信道的等效噪声方差,确定各极化码传输信道的对数似然比高斯分布均值;

可靠度确定子模块,用于针对每个极化码传输信道,将该极化码传输信道的对数似然比高斯分布均值,确定为该极化码传输信道的可靠度。

可选地,在本发明实施例的信息传输装置的一种实施例中,发送信息确定模块703,包括:

第一编码子模块,用于获取待发送信息向量,通过循环冗余校验CRC编码对待发送信息向量编码,形成带有校验序列的待发送信息向量;

第二编码子模块,用于通过极化码编码方式对带有校验序列的待发送信息向量编码,形成极化码编码信息向量;

交织子模块,用于将极化码编码信息向量交织,得到对应于QAM调制的极化码编码信息向量;

调制子模块,用于通过QAM以及GFDM调制极化码编码信息向量,得到调制信号;

添加子模块,用于通过对调制信号添加循环前缀,得到发送信息向量。

可选地,在本发明实施例的信息传输装置的一种实施例中,交织子模块,具体用于将极化码编码信息向量中每个正交信息向量对应的信道进行等容量分割,得到对应于QAM调制的极化码编码信息向量。

本发明实施例还提供了一种电子设备,如图8所示。图8为本发明实施例的一种电子设备示意图,包括处理器801、通信接口802、存储器803和通信总线804,其中,处理器801,通信接口802,存储器803通过通信总线804完成相互间的通信,

存储器803,用于存放计算机程序;

处理器801,用于执行存储器803上所存放的程序时,实现如下步骤:

根据两步信道极化变换方法,确定广义频分复用GFDM系统的至少一个极化码传输信道;

确定各极化码传输信道的可靠度;

获取待发送的信息向量,通过编码方法对信息向量进行编码,并通过预设的信号调制方法对编码后的信息向量进行调制,得到发送信息向量,其中,编码方法至少包括极化码编码方法;

在至少一个极化码传输信道中选取与发送信息向量的比特个数相同且可靠度高的目标极化码传输信道;

通过目标极化码传输信道传输发送信息向量到接收端,以使接收端通过预设的解调方法以及译码方法对发送信息向量进行处理,得到信息向量。

上述电子设备提到的通信总线804可以是外设部件互连标准(Peripheral Component Interconnect,简称PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry Standard Architecture,简称EISA)总线等。该通信总线804可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示,图中仅用一条粗线表示,但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

通信接口802用于上述电子设备与其他设备之间的通信。

存储器803可以包括随机存取存储器(Random Access Memory,简称RAM),也可以包括非易失性存储器(non-volatile memory),例如至少一个磁盘存储器。可选的,存储器803还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。

上述的处理器801可以是通用处理器,包括中央处理器(Central Processing Unit,简称CPU)、网络处理器(Network Processor,简称NP)等;还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing,简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,简称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。

本发明实施例提供的一种电子设备,利用极化码的实现方式,通过两步信道极化变换将传统GFDM系统信道划分以构造极化码传输信道,通过在极化码传输信道中选取与发送信息向量的比特个数相同且可靠度高的至少一个极化码传输信道,利用该至少一个极化码传输信道传输信息,使得利用极化码的编码方式传输信息向量时更好的适应GFDM系统,提高了GFDM系统传输信息的性能。另外,极化码相比于Turbo编码在译码时的复杂度更低。

本发明实施例还公开了一种计算机可读存储介质,计算机可读存储介质内存储有计算机程序,计算机程序被处理器801执行时,实现如下步骤:

根据两步信道极化变换方法,确定广义频分复用GFDM系统的至少一个极化码传输信道;

确定各极化码传输信道的可靠度;

获取待发送的信息向量,通过编码方法对信息向量进行编码,并通过预设的信号调制方法对编码后的信息向量进行调制,得到发送信息向量,其中,编码方法至少包括极化码编码方法;

在至少一个极化码传输信道中选取与发送信息向量的比特个数相同且可靠度高的目标极化码传输信道;

通过目标极化码传输信道传输发送信息向量到接收端,以使接收端通过预设的解调方法以及译码方法对发送信息向量进行处理,得到信息向量。

本发明实施例提供的一种计算机可读存储介质,利用极化码的实现方式,通过两步信道极化变换将传统GFDM系统信道划分以构造极化码传输信道,通过在极化码传输信道中选取与发送信息向量的比特个数相同且可靠度高的至少一个极化码传输信道,利用该至少一个极化码传输信道传输信息,使得利用极化码的编码方式传输信息向量时更好的适应GFDM系统,提高了GFDM系统传输信息的性能。另外,极化码相比于Turbo编码在译码时的复杂度更低。

需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述,各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其,对于系统实施例而言,由于其基本相似于方法实施例,所以描述的比较简单,相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等,均包含在本发明的保护范围内。

再多了解一些
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