Polar码译码算法的分析与研究
Arikan于2008年提出的Polar码是第一类从理论上被证明能够达到Shannon容量限的码。Polar码具有编译码算法复杂度低、无错误平层及容量可达等特性，使得Polar码一经提出，便成为信道编码领域的研究热点。Polar码在码长趋于无穷大时性能能达到Shannon容量限，然而对于实际的通信系统，中短码长的Polar码在SC译码算法下的性能却不太理想。并行的BP译码算法的引入解决了SC译码算法的高延迟性的缺点。但是译码算法中，降低BP译码算法的复杂度，改善SC译码算法的性能等问题都需要进一步的理论研究。本文对中短码长的Polar码的译码进行了深入的研究，在以下几个方面取得了创新性的研究成果： 针对Polar码的BP译码算法的复杂度高的问题，提出了两种新的低复杂度的BP译码算法。首先，在BP译码算法的更新公式中，利用等间距的线性近似函数来代替算法中的双曲函数，简化了BP译码算法的迭代更新公式，并详细分析比较了改进的算法与BP译码算法的复杂度。改进的算法中的线性近似函数仅仅需要乘法和加法运算，在不损失BP译码算法的性能的情况下有效的降低了算法的计算复杂度。其次，我们还尝试利用等误差的线性近似函数来代替算法中的双曲函数，提出了基于等误差的BP译码算法，并比较了两种方案的差异，仿真结果表明提出的两种改进的算法在达到同样的性能时，基于等误差的BP译码算法所需的存储空间更少，更适用于存储受限的情况。 针对最小和译码算法性能较差的问题，提出了一种修正的最小和译码算法。相比于最小和译码算法，改进的最小和译码算法增加了少许计算复杂度，但是提高了译码性能，可以更好的逼近BP译码算法。仿真结果表明其译码性能曲线与BP译码算法的性能曲线基本重合，且优于最小和译码。而在计算复杂度方面，改进的最小和译码算法的计算复杂度比BP译码算法低。 针对BP译码算法提前终止迭代的问题，提出了一种迭代停止准则，即达到设定的迭代次数5次时便利用CRC校验来判定是否终止迭代。仿真结果表明当信噪比大于2.5dB时，在损失少许性能的情况下，提前终止迭代算法的迭代次数比原始BP译码算法降低了90%。提出的停止准则改善了Polar码的BP译码算法的译码时延问题，降低了算法的复杂度。此外，为了解决提前终止迭代准则造成的性能损失的问题，在终止策略的基础上，提出了一种增强性能的BP译码算法。在该算法中，当迭代到因子图的最左端时，如果信息位节点的左信息的LLR值大于设定的阈值，则将该节点的右信息的LLR值设置为固定比特的LLR值的大小继续进行迭代，同时符号保持不变。该算法不但减少了算法的迭代次数,而且增强了BP译码算法的性能。研究了Polar码的CRC-SCL译码算法，根据CRC-SCL算法中候选路径的选取问题，提出了一种改进的CRC-SCL译码算法，在改进的译码算法中，当每层中选出L条保留路径后，同时令其它满足条件的路径也加入保留路径中，增加了正确路径入选的概率。仿真结果表明改进的CRC-SCL译码算法增加了部分节点的计算量，但是其译码性能优于CRC-SCL译码算法。
Polar码;译码算法;信道编码;线性逼近;CRC校验
西安电子科技大学
博士
军队指挥学
李晖;王新梅
2017
中文
TN911.22
120
2018-12-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）