【摘 要】
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极化码(Polar codes)是Ar?kan教授在2008年提出的一种新型信道编码技术。该技术有较低的编译码复杂度,并且是第一种在理论上被严格证明能够达到香农极限的编码方案。极化码为信道编码提供了一个新方向,有望在未来无线通信系统中发挥至关重要的作用。然而,在中短码长情况下,极化码所采用的连续消除(Successive Cancellation,SC)译码算法的译码性能并不理想。连续消除列表(S
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极化码(Polar codes)是Ar?kan教授在2008年提出的一种新型信道编码技术。该技术有较低的编译码复杂度,并且是第一种在理论上被严格证明能够达到香农极限的编码方案。极化码为信道编码提供了一个新方向,有望在未来无线通信系统中发挥至关重要的作用。然而,在中短码长情况下,极化码所采用的连续消除(Successive Cancellation,SC)译码算法的译码性能并不理想。连续消除列表(Successive Cancellation List,SCL)译码通过路径扩展改善了SC译码的纠错性能,但又带来了计算复杂度较高的问题。本文研究了SC译码及其改进译码算法,并在现有算法的基础上提出了两种改进方案,以在极化码译码的纠错性能和计算复杂度之间取得更好的平衡。其主要内容概述如下:(1)研究了SC译码过程中错误传播的影响,并分析了连续消除翻转(SC Flip,SCF)译码算法,然后提出了一种分段翻转的SCL(Segmented Flipped SCL,SF-SCL)译码方案。该方案对SCL译码执行分段检错,并在分段处引入了比特翻转译码,尝试提前纠正SCL译码过程中的译码错误。为了减少冗余计算,引入了终止策略,在翻转译码失败时及时终止译码。此外,该方案还实现了多比特翻转,可以纠正多个错误比特。为了提高多比特翻转成功的几率,论文进一步研究了低可靠信道的分布情况,然后设计了基于对数似然比(Log-likelihood Ratio,LLR)的分段方案,提出了基于LLR的SF-SCL译码算法,以降低不可靠信道密集分布在同一分段中的可能性。仿真结果表明,与传统循环冗余校验(Cyclic Redundancy Check,CRC)辅助的SCL(CRC-aided SCL,CA-SCL)译码算法相比,基于LLR的SF-SCL算法有更好的纠错性能,并且当列表长度较长时,后者有更低的计算复杂度。(2)研究了减少分裂的SCL(Split-reduced SCL,SR-SCL)译码算法,并对其进行了改进,提出了一种CRC辅助的SR-SCL(CRC-aided SR-SCL,CA-SR-SCL)译码算法。SR-SCL译码在可靠度较高的译码节点不进行路径分裂,因此降低了SCL译码的计算复杂度。论文基于SR-SCL译码的分裂规则,分析了正确译码路径的分裂特性,然后根据这些特性提出了新的修枝规则。该规则通过设置相对分裂次数门限,以更及时地删除错误路径。进而,CA-SR-SCL算法在该修枝规则的基础上,引入了CRC校验以辅助选择译码结果。仿真结果表明,新修枝规则有效地降低了SR-SCL译码的计算复杂度,并且纠错性能更好。所提CA-SR-SCL译码算法则进一步提高了SR-SCL译码的纠错性能,且信噪比越大,增益越明显。
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