一种基于水声信道的极化码构造方法及系统

本发明涉及水声通信，具体而言，涉及一种基于水声信道的极化码构造方法及系统。

背景技术：

1、目前，对于水声信道的极化码构造通常采用蒙特卡洛构造方法，包括在训练中通过足够多次的蒙特卡洛实验，并在完成规定次数的蒙特卡洛实验之后，统计所有子信道的近似巴氏参数，再结合预设的统一编码率分配信息比特和冻结比特，完成极化码构造。

2、在现有技术中，强多径时变水声信道会引起较严重的频率选择性衰落，导致频域子载波呈现不同的信噪比。而在现有技术中，极化码构建一般不考虑子载波的衰减差异，因此，在选取信息比特和冻结比特时采用统一的编码率进行分配，进而可能造成较优子载波上的高容量的极化子信道被浪费，而低容量的子信道却被用来传输信息比特，导致无法有效的利用信道传输信息。

技术实现思路

1、本发明解决的问题是如何提高水声信道下极化码的通信能力。

2、为解决上述问题，本发明提供一种基于水声信道的极化码构造方法，包括：

3、获取蒙特卡洛实验的预设实验次数、极化码的码长、水声信道频域的子载波的波数以及块编码率；

4、根据所述预设实验次数、所述极化码的码长以及所述子载波的波数，进行蒙特卡洛实验得到每个所述子载波的所有子信道的近似巴氏参数；

5、根据所有所述子信道的近似巴氏参数，得到所述子载波的信道容量总和；

6、根据所述信道容量总和所述块编码率，通过编码分配算法，得到每个所述子载波对应的编码率；其中，得到每个所述子载波对应的编码率后，所述块编码率始终不变；

7、根据所述子载波对应的所述编码率和所述极化码的码长，得到所述子载波的信息比特数量；

8、根据所述子载波的所述子信道的近似巴氏参数和所述子载波的信息比特数量，得到放置所述信息比特的子信道和放置冻结比特的子信道。

9、可选地，所述根据所述预设实验次数、所述极化码的码长以及所述子载波的波数，进行蒙特卡洛实验得到每个所述子载波的所有子信道的近似巴氏参数，包括：

10、根据所述极化码的码长和所述子载波的波数，生成二进制随机序列，其中，所述二进制随机序列的数量为所述子载波的波数，所述二进制随机序列的长度为所述极化码的码长；

11、根据二进制随机序列进行交织处理，将所述极化码沿时域分布并进行ofdm调制，得到与所述子载波的波数相同数量的接收序列，并对所述子载波进行译码得到译码结果向量，同时增加一次实验次数；

12、当所述实验次数达到所述预设实验次数时，判断所述蒙特卡洛实验完成，并根据每次实验得到的所述接收序列和所述子载波的译码结果向量，得到每个所述子载波的所有子信道的近似巴氏参数。

13、可选地，所述根据每次实验得到的所述接收序列和所述子载波的译码结果向量，得到每个所述子载波的所有子信道的近似巴氏参数，包括：

14、根据每次实验得到的所述接收序列和所述子载波的译码结果向量，通过近似巴氏参数公式，得到每个所述子载波的所有子信道的近似巴氏参数；

15、所述近似巴氏参数公式为：

16、

17、其中，为所述子载波的所述译码结果向量，ui为所述译码结果向量的第i个数值，为所述接收序列，为所述码长为n的所述极化码的第i个所述子信道中，满足括号内条件的概率。

18、可选地，所述根据所有所述子信道的近似巴氏参数，得到所述子载波的信道容量总和，包括：

19、根据所述子信道的所述近似巴氏参数，得到所述子信道的信噪比；

20、根据所述子信道的所述信噪比，得到所述子信道的信道容量；

21、根据每个所述子信道的所述信道容量，得到所述子载波的所有所述子信道的所述信道容量总和。

22、可选地，所述根据所述信道容量总和所述块编码率，通过编码分配算法，得到每个所述子载波对应的编码率，包括：

23、s41：根据所述极化码的码长、所述子载波的波数以及所述块编码率，得到信息比特总数量；

24、s42：设置极化子信道的容量下限；

25、s43：获取所有所述子载波中未分配的容量大于所述容量下限的极化子信道数量；

26、s44：判断所述信息比特总数量与所述极化子信道数量的关系；

27、s441：当所述信息比特总数量小于或等于所述极化子信道数量时，将所述信息比特总数量平均分配至所有所述子载波上，得到所述子载波对应的编码率。

28、可选地，所述根据所述信道容量总和所述块编码率，通过编码分配算法，得到每个所述子载波对应的编码率，还包括：

29、s442：当所述信息比特总数量大于所述极化子信道数量时，按照所述极化子信道数量分配所述信息比特总数量至所有极化子信道，并得到信息比特剩余数量；

30、s433：按照预设容量变化值降低所述容量下限，并重复所述s43至所述s44，直至所述信息比特总数量小于或等于所述极化子信道数量时。

31、可选地，所述根据所述子载波对应的所述编码率和所述极化码的码长，得到所述子载波的信息比特数量，包括

32、根据所述子载波对应的所述编码率与所述极化码的码长的乘积，得到所述子载波中需要放置的所述信息比特数量。

33、可选地，所述根据所述子载波的所述子信道的近似巴氏参数和所述子载波的信息比特数量，得到放置所述信息比特的子信道和放置冻结比特的子信道，包括：

34、根据所述子信道的所述近似巴氏参数，得到每个所述子载波的子信道排序；

35、按照所述信息比特数量从所述子信道排序中选择放置所述信息比特的所述子信道；

36、并将所述子载波中其余的所述子信道作为放置所述冻结比特的所述子信道。

37、可选地，所述根据所述子信道的所述近似巴氏参数，得到每个所述子载波的子信道排序，包括：

38、按照所述子信道的所述近似巴氏参数由低到高进行排序，得到所述子载波的所述子信道排序。

39、本发明还提供一种基于水声信道的极化码构造系统，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，当所述处理器执行所述计算机程序时，实现上述所述的基于水声信道的极化码构造方法。

40、本发明的基于水声信道的极化码构造方法及系统，在蒙特卡洛实验的基础上，得到每个子载波的所有子信道的近似巴氏参数，并结合水声信道频域的子载波的波数以及块编码率，通过编码分配算法对子载波的编码率进行独立分配，确保总的块编码率保持不变，通过优化每个子载波的编码率，选取到高容量的极化子信道作为信息比特，更加精确地适配水声信道的具体特性，最大化地利用高容量极化子信道传输信息比特，根据每个子载波的编码率和极化码的码长，确定子载波的信息比特数量，再依据子信道的近似巴氏参数及信息比特数量，选择高容量的极化子信道作为信息比特传输通道，其余作为冻结比特的放置通道，以确保信息比特通过最可靠的子信道传输，大幅降低误码率，从而提高了信号传输的效率和质量。