【摘 要】
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随着海洋开发的快速发展,水声通信作为海洋发展的重要组成之一备受关注。水声信道具有强多径效应、多普勒扩展以及有限带宽等特点,对水声通信系统的高可靠数据传输提出巨大挑战。为了克服水声信道多径效应以及频率选择性衰落,信道纠错编码是不可或缺的一项关键技术。极化码（Polar code）作为一种新型信道编码方案,第一个被证明在二进制离散无记忆信道上可以达到香农极限。该方案编解码复杂度低,且在极化码的解码算法
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随着海洋开发的快速发展,水声通信作为海洋发展的重要组成之一备受关注。水声信道具有强多径效应、多普勒扩展以及有限带宽等特点,对水声通信系统的高可靠数据传输提出巨大挑战。为了克服水声信道多径效应以及频率选择性衰落,信道纠错编码是不可或缺的一项关键技术。极化码（Polar code）作为一种新型信道编码方案,第一个被证明在二进制离散无记忆信道上可以达到香农极限。该方案编解码复杂度低,且在极化码的解码算法中置信度传播（Belief Propogation,BP）解码算法有着时延低、吞吐量大等优点,因此可以将极化码BP解码算法应用到水声OFDM通信系统中。本文的工作主要研究了极化码BP解码算法在水声通信系统中的应用,研究内容主要有以下几点:1)根据不同海域的水声信道特性不同,给出了两种不同水声信道模型,分别为时变信道模型和时不变信道模型,并利用BELLHOP工具仿真了两种不同水声信道,获取了不同水声信道模型的各径仿真数据。2)针对时变信道,分析了极化码的巴氏参数界法和高斯近似法两种构造方案在时变信道中的构造。仿真结果表明,在时变信道中极化码的高斯近似构造方案优于巴氏参数界法。在解码方面,研究了极化码的SCL解码算法、BP解码算法在时变信道中的性能仿真,针对极化码BP解码算法在时变信道中误码率相对较高的情况,对BP解码算法中的信息迭代更新公式作了进一步优化,降低了极化码BP解码算法在时变信道中的误码率,最后在时变信道中针对改进的BP解码算法从码长、码率、多径数目、最大多普勒频移等多个方面研究其误码率性能,另外在时变信道中还引入了卷积码与极化码编码作对比。仿真结果表明,改进的BP解码算法在水声通信系统中能够达到10-4～10-3的误码率性能,且极化码改进BP解码算法误码率性能大幅优于卷积码。综上可以考虑将极化码作为信道编码方案应用到时变水声信道中。3)针对时不变信道,同样分析了极化码两种构造方案的性能,仿真结果表明巴氏参数界法的误码率性能要优于高斯近似法,因此在时不变信道中构造方案采用巴氏参数界法。在解码方面,主要针对极化码BP解码算法在时不变信道中进行了仿真,并与卷积码编码在时不变信道条件下作性能对比。仿真结果表明,极化码BP解码算法在信噪比4d B时误码率为10-4,且极化码BP解码算法误码率性能在时不变信道同样大幅优于卷积码。综上可以考虑将极化码BP解码算法应用到时不变信道中。
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