极化多载波正交序号调制系统的编、解码方法和装置与流程

本发明涉及通信技术领域，特别是指一种极化多载波正交序号调制系统的编、解码方法和装置。

背景技术：

正交频分复用多载波序号调制技术(orthogonalfrequencydivisionmultiplexingwithindexmodulation,ofdm-im)是近年来提出的一种新型多载波传输方案。它与传统的多载波技术一样，具有频谱效率高、抗多径效应强等特性。而与传统的多载波技术相比，ofdm-im更易于构造出低峰均比的发射信号，在高速无线传输下具有更强的系统鲁棒性,且能够在系统频谱效率与传输性能之间提供新的折衷。这些优点令ofdm-im有希望成为未来移动通信中的一种物理层传输技术。

极化码(polarcode)作为目前唯一可理论证明达到香农极限，并且具有可实用的线性复杂度编译码能力的信道编码技术，成为下一代通信系统5g中信道编码方案的强有力候选者，可以作为控制信道的编码方案。

因此，本发明的发明人考虑到，有必要提供一种将极化码应用于ofdm-im系统中的方案，使得ofdm-im系统可以成为适应于下一代通信系统5g中的一种物理层传输系统。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种极化多载波正交序号调制系统的编、解码方法和装置，使得ofdm多载波多序号i/q调制系统基于下一代通信系统5g中的极化码的信道编码方案，能够形成极化多载波正交序号调制系统，成为适应于下一代通信系统5g中的一种物理层传输系统。

基于上述目的，本发明提供一种极化多载波正交序号调制系统的编码方法，包括：

将所述调制系统n个发送时隙的极化码码块中的序号码块根据极化码生成矩阵进行编码，得到各序号码块的编码向量；

对于每个发送时隙，根据该发送时隙的序号获取各序号码块的编码向量中相应序号的元素值，根据从各序号码块的编码向量中获取的元素值以及预设的序号映射表达式，计算出该发送时隙的i路和q路序号承载载波号；

将所述n个发送时隙的极化码码块中的调制符号码块根据极化码生成矩阵进行编码并进行速率适配，得到各调制符号码块的编码向量；并根据各调制符号码块的编码向量进行相位幅度调制pam符号映射，得到每个发送时隙的发送符号向量；

对于每个发送时隙，将该发送时隙的发送符号向量中序号等于该发送时隙的i路序号承载载波号的发送符号的实部置为0，序号等于该发送时隙的q路序号承载载波号的发送符号的虚部置为0后，将该发送时隙的发送符号向量作为该发送时隙的最终发送序列分别映射到相应载波后发送。

其中，所述将所述调制系统n个发送时隙的极化码码块中的序号码块根据极化码生成矩阵进行编码，得到各序号码块的编码向量，具体包括：

所述n个发送时隙的极化码码块中的序号码块，其中第i个序号码块的编码向量为ci＝uig2n；

其中，g2n为2n×2n的极化码生成矩阵，ui为长度为2n的极化码信息序列。

其中，所述根据该发送时隙的序号获取各序号码块的编码向量中相应序号的元素值，根据从各序号码块的编码向量中获取的元素值以及预设的序号映射表达式，计算出该发送时隙的i路和q路序号承载载波号，具体包括：

n个发送时隙中，第k个发送时隙的i路序号承载载波号为q路序号承载载波号为其中，表示序号映射表达式；c1,2k-1,…,cnt/2,2k-1分别表示第1～第序号码块的编码向量中第2k-1个元素值；c1,2k,…,cnt/2,2k分别表示第1～第序号码块的编码向量中第2k个元素值。

其中，所述根据各调制符号码块的编码向量进行相位幅度调制pam符号映射，得到每个发送时隙的发送符号向量，具体包括：

对于n个发送时隙的发送符号向量，第k个时隙的发送符号向量为xk，xk中第q个发送符号为其中，xk,q的实部xk,q的虚部

其中，f＝2(nt-1)(k-1)+2(q-1)+1，g＝2(nt-1)(k-1)+2(q-1)+2，表示pam调制符号映射。

其中，所述将该发送时隙的发送符号向量中序号等于该发送时隙的i路序号承载载波号的发送符号的实部置为0，序号等于该发送时隙的q路序号承载载波号的发送符号的虚部置为0，具体包括：

对于第k个发送时隙的发送符号向量xk，使xk中的

其中，表示向量xk中第tk,1个发送符号，表示向量xk中第tk,2个发送符号。

本发明还提供一种极化多载波正交序号调制系统的解码方法，包括：

从接收的n个时隙的接收序列中解码出极化码码块中的序号码块，并根据解码出的各序号码块以及预设的序号映射表达式，计算出每个时隙的i路和q路序号承载载波号；

对于每个时隙的接收序列，将该时隙的接收序列中序号等于该时隙的i路序号承载载波号的元素的实部剔除，将该时隙的接收序列中序号等于该时隙的q路序号承载载波号的元素的虚部剔除；之后，根据各时隙的接收序列解码出所述极化码码块中的调制符号码块。

本发明还提供一种极化多载波正交序号调制系统的编码装置，包括：

多个序号码编码模块，分别用以将所述调制系统n个发送时隙的极化码码块中的各序号码块根据极化码生成矩阵进行编码，得到所述序号码块的编码向量；

序号映射模块，用于对于每个发送时隙，根据该发送时隙的序号获取各序号码块的编码向量中相应序号的元素值，根据从各序号码块的编码向量中获取的元素值以及预设的序号映射表达式，计算出该发送时隙的i路和q路序号承载载波号；

多个调制符号码编码模块，分别用于将所述n个发送时隙的极化码码块中各调制符号码块根据极化码生成矩阵进行编码并进行速率适配，得到所述调制符号码块的编码向量；

符号映射模块，用于根据各调制符号码块的编码向量进行相位幅度调制pam符号映射，得到每个发送时隙的发送符号向量；

载波映射模块，用于对于每个发送时隙，将该发送时隙的发送符号向量中序号等于该发送时隙的i路序号承载载波号的发送符号的实部置为0，序号等于该发送时隙的q路序号承载载波号的发送符号的虚部置为0后，将该发送时隙的发送符号向量作为该发送时隙的最终发送序列分别映射到相应载波后发送。

本发明还提供一种极化多载波正交序号调制系统的解码装置，包括：

nt/2个序号码译码模块，其中，第i个序号码译码模块用于根据第i个序号码块的对数似然比向量αi＝(αi,1,…,αi,2n)计算得到解码出第i个序号码块的码字其中，αi＝(αi,1,…,αi,2n)是根据前i-1个序号码块的码字和n个时隙的接收序列计算出的；

序号映射模块，用于根据解码出的各序号码块以及预设的序号映射表达式，计算出每个时隙的i路和q路序号承载载波号；

调制符号解码模块，用于对于每个时隙的接收序列，将该时隙的接收序列中序号等于该时隙的i路序号承载载波号的元素的实部剔除，将该时隙的接收序列中序号等于该时隙的q路序号承载载波号的元素的虚部剔除；之后，根据各时隙的接收序列解码出所述极化码码块中的调制符号码块。

本发明实施例的ofdm多载波多序号i/q调制系统中，应用基于下一代通信系统5g中的极化码的信道编码方案：在将n个发送时隙的极化码码块中的序号码块根据极化码生成矩阵进行编码，得到各序号码块的编码向量后，对于每个发送时隙，根据该发送时隙的序号获取各序号码块的编码向量中相应序号的元素值，根据从各序号码块的编码向量中获取的元素值以及预设的序号映射表达式，计算出该发送时隙的i路和q路序号承载载波号；将所述n个发送时隙的极化码码块中的调制符号码块根据极化码生成矩阵进行编码并进行速率适配，得到各调制符号码块的编码向量；并根据各调制符号码块的编码向量进行相位幅度调制pam符号映射，得到每个发送时隙的发送符号向量；对于每个发送时隙，将该发送时隙的发送符号向量中序号等于该发送时隙的i路序号承载载波号的发送符号的实部置为0，序号等于该发送时隙的q路序号承载载波号的发送符号的虚部置为0后，将该发送时隙的发送符号向量作为该发送时隙的最终发送序列分别映射到相应载波后发送。从而实现在ofdm多载波多序号i/q调制系统中应用基于下一代通信系统5g中的极化码的信道编码方案，形成极化多载波正交序号调制系统，能够成为适应于下一代通信系统5g中的一种物理层传输系统。

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为本发明实施例提供的一种极化多载波正交序号调制系统的基于极化码的编码方法流程图；

图2为本发明实施例提供的一种极化多载波正交序号调制系统的基于极化码的解码方法流程图；

图3为本发明实施例提供的一种极化多载波正交序号调制系统的编码装置的内部结构框图；

图4为本发明实施例提供的一种极化多载波正交序号调制系统的解码装置的内部结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本发明实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

下面结合附图详细说明本发明实施例的技术方案。

在极化正交频分复用(ofdm)多载波多序号i/q调制，即极化多载波正交序号调制系统中，具有nt个载波；其nt个载波中，每个发送时隙选择2个载波承载序号，其中一个承载i路序号，另一个承载q路序号，则序号调制承载的比特数为nt＝2log2(nt)。该系统的调制方式为符号数为m的qam调制，qam调制符号集合为则每个符号承载的比特数为m＝log2(m)；一般来说，在4g和5g标准中，qam调制采用的映射表i/q，且两路都采用符号数为的pam调制，pam调制符号集合为每个pam调制符号承载个比特。设序号调制系统发送的时隙数为n，则相应的发送总pam调制符号数为2n×(nt-1)。

因此，在n个发送时隙中发送的极化码码块的数量具体为其中，前个极化码码块为所述序号码块，码长为2n，信息位长度为ki，1≤i≤nt；后个极化码码块为所述调制符号码块，码长为np＝2n×(nt-t),信息位长度为aj，

本发明实施例提供的一种极化多载波正交序号调制系统的基于极化码的编码方法，具体流程如图1所示，包括如下步骤：

步骤s101：将ofdm多序号i/q调制系统中n个发送时隙的极化码码块中的序号码块根据极化码生成矩阵进行编码，得到各序号码块的编码向量。

具体地，对于ofdm多序号i/q调制系统中n个发送时隙的极化码码块中的nt个序号码块，其中第i个序号码块的编码向量为ci＝uig2n；其中，g2n为2n×2n的极化码生成矩阵，ui为长度为2n的极化码信息序列。

步骤s102：计算每个发送时隙的i路和q路序号承载载波号。

本步骤中，对于每个发送时隙，根据该发送时隙的序号获取各序号码块的编码向量中相应序号的元素值，根据从各序号码块的编码向量中获取的元素值以及预设的序号映射表达式，计算出该发送时隙的i路和q路序号承载载波号。

具体地，对于n个发送时隙，其中第k个发送时隙的i路序号承载载波号为q路序号承载载波号为其中，表示序号映射表达式，其可以是本领域技术人员设计的任一种满足一一对应条件的映射表达式；c1,2k-1,…,cnt/2,2k-1分别表示第1～第序号码块的编码向量中第2k-1个元素值；分别表示第1～第序号码块的编码向量中第2k个元素值。

步骤s103：将所述n个发送时隙的极化码码块中的调制符号码块进行编码并进行速率适配，得到各调制符号码块的编码向量。

本步骤中，将所述n个发送时隙的极化码码块中的将个调制符号码块根据极化码生成矩阵进行编码并进行速率适配，得到各调制符号码块的编码向量，具体编码并进行速率适配的方法与现有技术的方法相同，此处不再赘述。

步骤s104：根据各调制符号码块的编码向量进行pam(相位幅度调制)符号映射，得到每个发送时隙的发送符号向量。

本步骤中，对调制符号码块的编码向量进行pam符号映射的方法可采用现有技术的方法；具体地，对于n个发送时隙的发送符号向量，第k个时隙的发送符号向量为xk，xk中第q个元素值(即发送符号)为其中，xk,q的实部f＝2(nt-1)(k-1)+2(q-1)+1；xk,q的虚部g＝2(nt-1)(k-1)+2(q-1)+2；表示pam调制符号映射；

其中，wj,f表示向量wj中第f个元素，wj为第j个调制符号码块通过极化码的生成矩阵编码并速率适配后得到的编码向量，

步骤s105：对于每个发送时隙的发送符号向量，将该发送时隙的发送符号向量中序号等于该发送时隙的i路序号承载载波号的发送符号的实部置为0，序号等于该发送时隙的q路序号承载载波号的发送符号的虚部置为0后，将该发送时隙的发送符号向量作为该发送时隙的最终发送序列分别映射到相应载波进行发送。

具体地，对于n个发送时隙的发送符号向量，使得第k个发送时隙的发送符号向量xk中的其中，表示向量xk中第tk,1个发送符号，表示向量xk中第tk,2个发送符号；之后，将xk作为第k个发送时隙的最终发送序列分别经相应载波进行发送。

n个发送时隙发送的x1～xn经信道传输后，在接收端接收到n个时隙的接收序列，其中，第k个时隙的接收序列为nk为均值为0，方差为σ²的复高斯噪声序列，系统信噪比为

相应于上述的编码方法，本发明实施例提供的一种极化多载波正交序号调制系统的基于极化码的解码方法，具体流程如图2所示，包括如下步骤：

步骤s201：从n个时隙的接收序列中解码出极化码码块中的序号码块。

本步骤中，根据n个时隙的接收序列依次解码出极化码码块中的个序号码块；其中，解码出的第i个序号码块的码字是根据第i个序号码块的对数似然比向量αi＝(αi,1,…,αi,2n)计算得到的；而αi＝(αi,1,…,αi,2n)是根据前i-1个序号码块的码字和n个时隙的接收序列计算出的：

具体地，首先可以根据前i-1个序号码块的码字和n个时隙的接收序列依据如下公式一、二计算第i个序号码块的对数似然比向量αi＝(αi，1，…，αi，2n)；其中：

其中，k为1～n的自然数；ci,j表示ci中第j个元素值；表示中第j个元素值；ci表示实际发送的第i个序号码块的编码向量；表示根据接收序列解码得到的第i个序号码块的解码向量。

若i＝1，则上述公式一可以表示为如下公式三，上述公式二可以表示为如下公式四：

下面详细说明αi,2k-1的计算过程：

设则上述公式一可表示为如下公式五：

其中，σ²是噪声方差。

αi,2k可以用相同的方法得到：

设则上述公式二可表示为如下公式六：

其中，σ²是噪声方差。

之后，根据当前计算的对数似然比向量计算相应序号码块的解码向量：根据αi对第i个序号码块进行译码，得到相应的译码结果对重新编码，得到第i个序号码块的解码向量即解码得到的第i个序号码块的码字

步骤s202：根据解码出的各序号码块以及预设的序号映射表达式，计算出每个时隙的i路和q路序号承载载波号。

具体地，计算的第k个时隙的i路序号承载载波号q路序号承载载波号其中，表示中第k个元素值；表示根据接收序列解码得到的第i个序号码块的解码向量；表示序号映射表达式。

步骤s203：对于每个时隙的接收序列，将该时隙的接收序列中序号等于该时隙的i路序号承载载波号的元素的实部剔除，将该时隙的接收序列中序号等于该时隙的q路序号承载载波号的元素的虚部剔除；之后，根据各时隙的接收序列解码出所述极化码码块中的调制符号码块。

本步骤中，对于每个时隙的接收序列，将该时隙的接收序列中序号等于该时隙的i路序号承载载波号的元素的实部剔除，将该时隙的接收序列中序号等于该时隙的q路序号承载载波号的元素的虚部剔除；

之后，根据各时隙的接收序列解码出所述极化码码块中的调制符号码块。解码调制符号码块的方法可采用现有技术：

对于个调制符号码块中第j个调制符号码块，可以首先根据前j-1个调制符号码块的译码码字和已检测的接收符号向量如公式七、八所示计算第j个调制符号码块的对数似然比向量

其中，f＝2(nt-1)(k-1)+2(q-1)+1，g＝2(nt-1)(k-1)+2(q-1)+2，βj,f可根据如下公式九计算：

βj,g可以用相同的方法得到。

其中，wj,f表示wj中第f个元素值；表示中第f个元素值；wj表示实际发送的第j个调制符号码块的编码向量；表示根据接收序列解码得到的第j个调制符号码块的解码向量。

设则

其中，

根据βj对第j个调制符号码块进行译码，得到相应的译码结果对重新编码并速率适配，得到第j个调制符号码块的译码码字

相应于上述的极化多载波正交序号调制系统的基于极化码的编码方法，本发明实施例一提供的一种极化多载波正交序号调制系统的编码装置，结构如图3所示，包括：多个序号码编码模块301、序号映射模块302、多个调制符号码编码模块303、符号映射模块304、载波映射模块305。

其中，序号码编码模块301具体为nt/2个；

nt/2个序号码编码模块，分别用以将所述调制系统n个发送时隙的极化码码块中的nt/2个序号码块根据极化码生成矩阵进行编码，得到各序号码块的编码向量；

序号映射模块302用于对于每个发送时隙，根据该发送时隙的序号获取各序号码块的编码向量中相应序号的元素值，根据从各序号码块的编码向量中获取的元素值以及预设的序号映射表达式，计算出该发送时隙的i路和q路序号承载载波号；

调制符号码编码模块303具体为个；

个调制符号码编码模块303分别用于将所述n个发送时隙的极化码码块中个调制符号码块根据极化码生成矩阵进行编码并进行速率适配，得到各调制符号码块的编码向量；

符号映射模块304用于根据各调制符号码块的编码向量进行相位幅度调制pam符号映射，得到每个发送时隙的发送符号向量；

载波映射模块305用于对于每个发送时隙，将该发送时隙的发送符号向量中序号等于该发送时隙的i路序号承载载波号的发送符号的实部置为0，序号等于该发送时隙的q路序号承载载波号的发送符号的虚部置为0后，将该发送时隙的发送符号向量作为该发送时隙的最终发送序列分别映射到相应载波后发送。

上述极化多载波正交序号调制系统的编码装置中的各模块的功能具体实现方法可参考如图1所示流程中的各步骤中详述的方法，此处不再赘述。

相应于上述的极化多载波正交序号调制系统的基于极化码的解码方法，本发明实施例一提供的一种极化多载波正交序号调制系统的解码装置，结构如图4所示，包括：多个序号码译码模块401、序号映射模块402、调制符号解码模块403。

其中，多个序号码译码模块401分别用于从接收的n个时隙的接收序列中解码出极化码码块中的各序号码块；

具体地，序号码译码模块401具体为nt/2个；在nt/2个序号码译码模块中，第i个序号码译码模块用于根据第i个序号码块的对数似然比向量αi＝(αi,1,…,αi,2n)计算得到解码出第i个序号码块的码字其中，αi＝(αi，1，…，αi，2n)是根据前i-1个序号码块的码字和n个时隙的接收序列计算出的；

序号映射模块402用于根据解码出的各序号码块以及预设的序号映射表达式，计算出每个时隙的i路和q路序号承载载波号；

调制符号解码模块403用于对于每个时隙的接收序列，将该时隙的接收序列中序号等于该时隙的i路序号承载载波号的元素的实部剔除，将该时隙的接收序列中序号等于该时隙的q路序号承载载波号的元素的虚部剔除；之后，根据各时隙的接收序列解码出所述极化码码块中的调制符号码块。

上述极化多载波正交序号调制系统的解码装置中的各模块的功能具体实现方法可参考如图2所示流程中的各步骤中详述的方法，此处不再赘述。

本发明实施例的ofdm多载波多序号i/q调制系统中，在将n个发送时隙的极化码码块中的序号码块根据极化码生成矩阵进行编码，得到各序号码块的编码向量后，对于每个发送时隙，根据该发送时隙的序号获取各序号码块的编码向量中相应序号的元素值，根据从各序号码块的编码向量中获取的元素值以及预设的序号映射表达式，计算出该发送时隙的i路和q路序号承载载波号；将所述n个发送时隙的极化码码块中的调制符号码块根据极化码生成矩阵进行编码并进行速率适配，得到各调制符号码块的编码向量；并根据各调制符号码块的编码向量进行相位幅度调制pam符号映射，得到每个发送时隙的发送符号向量；对于每个发送时隙，将该发送时隙的发送符号向量中序号等于该发送时隙的i路序号承载载波号的发送符号的实部置为0，序号等于该发送时隙的q路序号承载载波号的发送符号的虚部置为0后，将该发送时隙的发送符号向量作为该发送时隙的最终发送序列分别映射到相应载波后发送。从而实现在ofdm多载波多序号i/q调制系统中应用基于下一代通信系统5g中的极化码的信道编码方案，形成极化多载波正交序号调制系统，能够成为适应于下一代通信系统5g中的一种物理层传输系统。

本实施例的计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(pram)、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、其他类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能光盘(dvd)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本发明难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(ic)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本发明难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本发明的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本发明的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本发明。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。

尽管已经结合了本发明的具体实施例对本发明进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态ram(dram))可以使用所讨论的实施例。

本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。