極化碼的編譯碼方法研究.pdf

1、極化碼是Arikan在2009年基于信道極化現(xiàn)象提出的信道編碼方案。它是繼低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)碼之后被發(fā)現(xiàn)的又一個(gè)能夠逼近信道容量的線性分組碼。近年來(lái)，關(guān)于極化碼的研究漸漸成為信息論和編碼領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。論文對(duì)極化碼的編譯碼方案進(jìn)行了研究，主要工作如下:
　?。ㄒ唬┭芯苛硕M(jìn)制輸入離散無(wú)記憶信道(B-DM)條件下的極化碼近似設(shè)計(jì)問題。隨著碼長(zhǎng)的增長(zhǎng)，確定極化碼的信息位所需要的計(jì)算復(fù)雜度呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)趨勢(shì)。為了降低確定信息位

2、的計(jì)算復(fù)雜度，現(xiàn)有文獻(xiàn)提出了一種“信道近似”方法來(lái)確定極化碼的信息位。論文通過(guò)“等價(jià)操作”來(lái)消去對(duì)稱B-DM(B-DMS)信道中的“冗余”，進(jìn)一步改進(jìn)了“信道近似”方法。數(shù)值結(jié)果表明，論文的改進(jìn)方案不僅降低了計(jì)算復(fù)雜度，還改進(jìn)了所設(shè)計(jì)的極化碼的性能。此外，論文將對(duì)稱B-DM信道(B-DMS)的極化碼近似設(shè)計(jì)方法推廣到了更一般的非對(duì)稱B-DM信道，提出了兩種實(shí)現(xiàn)非對(duì)稱B-DM信道的極化碼近似設(shè)計(jì)的方法。數(shù)值結(jié)果表明，論文提出兩種方法可以極

3、大降低非對(duì)稱B-DM信道條件下極化碼的設(shè)計(jì)復(fù)雜度。
　?。ǘ┭芯苛诵诺擂D(zhuǎn)移概率時(shí)變條件下的極化碼設(shè)計(jì)問題。傳統(tǒng)極化碼的設(shè)計(jì)都是基于信道轉(zhuǎn)移概率固定這個(gè)條件的，而當(dāng)信道轉(zhuǎn)移概率時(shí)變時(shí)，基于信道轉(zhuǎn)移概率固定這個(gè)條件而設(shè)計(jì)出來(lái)的極化碼就不再適用。論文在假設(shè)信號(hào)的信噪比分別滿足均勻分布和高斯分布兩種簡(jiǎn)單信道場(chǎng)景下，提出了兩類極化碼的設(shè)計(jì)方案:構(gòu)造前設(shè)計(jì)方案和構(gòu)造后設(shè)計(jì)方案。構(gòu)造前設(shè)計(jì)方案直接選擇平均信噪比所對(duì)應(yīng)的信道轉(zhuǎn)移概率作為極化碼的

4、設(shè)計(jì)依據(jù);構(gòu)造后設(shè)計(jì)方案針對(duì)信噪比的每個(gè)量化點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)移概率來(lái)選擇凍結(jié)位，最終的凍結(jié)位由所有量化點(diǎn)下被選擇為凍結(jié)位的次數(shù)而確定。仿真結(jié)果表明，構(gòu)造后設(shè)計(jì)方案的平均性能優(yōu)于構(gòu)造前設(shè)計(jì)方案。
　?。ㄈ┭芯苛嗣嫦驕p少延時(shí)的極化碼的設(shè)計(jì)方案。由于極化碼的編碼方案中存在碼元順序疊加操作，導(dǎo)致譯碼算法必須是順序譯碼，這就會(huì)產(chǎn)生譯碼算法的時(shí)延效應(yīng)，從而造成硬件實(shí)現(xiàn)上的困難。因此，如何減少譯碼延時(shí)效應(yīng)是重要的研究方向之一。在現(xiàn)有的MSC算法基

5、礎(chǔ)上，論文提出了一種新的極化碼折中設(shè)計(jì)方案，通過(guò)對(duì)信息位集合進(jìn)行微調(diào)，得到了一個(gè)新的信息位集合，也即極化碼。這樣得到的極化碼能在譯碼糾錯(cuò)性能和譯碼時(shí)延之間取得良好折中。仿真結(jié)果表明，當(dāng)碼長(zhǎng)為256、碼率為1/2時(shí)，論文提出的極化碼設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的極化碼，在幾乎沒有譯碼性能損失的條件下，能減少接近10％左右的譯碼延時(shí)。
　?。ㄋ模┭芯苛藰O化碼減少延時(shí)的譯碼算法。在現(xiàn)有MSC譯碼算法基礎(chǔ)上，論文通過(guò)簡(jiǎn)化MSC譯碼算法中所定義的“類型-Ⅲ

6、”節(jié)點(diǎn)的局部譯碼方案，進(jìn)一步降低了MSC譯碼算法的時(shí)延與復(fù)雜度，并且論文的簡(jiǎn)化沒有損失譯碼性能。仿真結(jié)果表明，在各種不同碼長(zhǎng)和碼率條件下，相比于MSC譯碼算法，論文提出的簡(jiǎn)化算法，在低信噪比條件下時(shí)延減少40％，在高信噪比條件下時(shí)延減少80％。
　?。ㄎ澹┭芯苛俗g碼糾錯(cuò)性能增強(qiáng)的SC改進(jìn)算法。論文提出了一個(gè)多初始點(diǎn)的方案，用來(lái)增強(qiáng)SC算法的譯碼糾錯(cuò)性能。原始SC譯碼算法的初始點(diǎn)是信道接收軟輸出向量，一個(gè)初始軟向量對(duì)應(yīng)SC譯碼算法的