极化码原理及应用

基于信道的组合和分离,当组合信道的数量趋于无穷大的时候,一部分信道趋向于完美的信道,而一部分信道则趋向于纯噪声信道,即信道极化现象。基于此信道极化现象可以构造一种极化码,选择性使用组合信道中比较好的,因此极化码理论上可以达到香农限。极化码的原理包括极化码基础、极化码结构、极化码编码、SC译码。最后给出了在源编码的领域里应用极化码的一种方法,较小的牺牲码率而带来性能上较大的提高。     

“太极混一”——极化码原理及5G应用

极化码是第一种达到信道容量的构造性编码,已列入5G移动通信的控制信道编码标准,这是信道编码领域近年来的重大突破。旨在阐述极化码的基本原理与5G中的应用。基于信道极化观点,分析了极化码蝶形编码结构与基本的串行抵消译码算法,提出了级联极化编码结构,并归纳了高性能译码算法的特点。另外,还深入分析了5G移动通信中极化码设计的基本思想,概括了极化码实用编码的3种方式:凿孔、缩短与重复。最后,指出极化信息处理是未来通信系统优化的新型方法。     

基于任意码长极化码的分布式信源编码

针对分布式信源编码(Distributed Source Coding, DSC)中极化码码长受限带来的资源消耗大等问题,设计了一种基于任意码长极化码的DSC方案以减少码长冗余所带来的资源浪费。对待传输的信源序列选择合适的码长,将该码长分解为多个子码,信源分散放置于各子码之中进行系统极化码编码,在信道中只传输校验位,译码端利用信源相关性译码。在此基础上,利用打孔技术进行压缩。仿真实验结果表明,提出的DSC方案具有灵活构造任意码长极化码这一优势的同时,压缩性能更优于标准极化码以及多核方式构造的任意码长极化码。     

系统极化码的置信传播译码性能分析

置信传播( BP)算法可以为系统极化码提供软信息作为判决依据,也可以为系统极化码在级联迭代译码中提供交换软信息。在详细描述基于信道极化结构的置信传播算法基础上,比较了系统极化码在软信息判决方法和极化编码判决方法下错误率性能的差异。仿真结果表明,软信息判决方法可以提高系统极化码的误比特率,在高信噪比下误帧率方面也略有提高。     

一种基于分段CRC码级联Hash极化码的设计

极化码作为一种线性分组码,具有较低的编码复杂度和确定的构造,但当其为中短码长时,性能会有所降低。提出一种基于分段循环冗余校验(cyclic redundancy check,CRC)码级联Hash极化码的设计方法,该方法在原有Hash极化码(Hash-Polar)的基础上,采用CRC分段校验进行双校验,分段CRC码在译码过程中能辅助路径度量,即对译码路径进行修饰,以此提高路径选择的可靠性,提高性能;另外,分段校验是将校验码分散地添加到输入的信息序列中,译码时对于CRC不通过的情况,可提前终止译码路径以省去不必要的译码计算量。最后,译码结束时,Hash校验码对修饰后的L条路径进行校验,选出最佳译码路径。仿真结果表明,所提出的设计方法比CRC辅助的Hash极化码(Hash-CRC-Polar)误码性能更优异。在高斯信道下,当码长为128bit、码率为1/2、误码率为10时,所提出的基于分段CRC校验码的Hash极化码比Hash-CRC-Polar获得了约0.25 dB的增益。     

自由空间光通信中极化码译码方法研究

针对自由空间光通信中极化码译码复杂度高的问题,提出了一种适用于大气湍流信道的具有较低译码复杂度的分段CRC辅助SCL剪枝译码算法。将剪枝算法引入大气湍流信道下的极化码译码中,采用分段循环冗余校验作为检错单元,剪枝算法减少SCL译码的译码路径,进而降低极化码译码复杂度。仿真结果表明,在不同湍流强度下,该译码算法可以获得优于SCL译码算法的误码性能,并可通过改变性能损失值,获得较低的译码复杂度。     

一种基于增强奇偶校验码级联极化码的新型编译码方法

极化码作为一种纠错码,具有较好的编译码性能,已成为5G短码控制信道的标准编码方案。但在码长较短时,其性能不够优异。提出一种基于增强奇偶校验码级联极化码的新型编译码方法,在原有的奇偶校验位后设立增强校验位,对校验方程中信道可靠度较低的信息位进行双重校验,辅助奇偶校验码在译码过程中对路径进行修剪,以此提高路径选择的可靠性。仿真结果表明,在相同信道、相同码率码长下,本文提出的新型编译码方法比循环冗余校验(cyclic redundancy check,CRC)码级联极化码、奇偶校验(parity check,PC)码级联极化码误码性能更优异。在高斯信道下,当码长为128、码率为1/2、误码率为10-3时,本文提出的基于增强PC码级联的极化码比PC码级联的极化码获得了约0.3dB增益,与CRC辅助的极化码相比获得了约0.4 dB增益。     

自由空间光通信中极化码的应用研究

【目的】在自由空间光（FSO）通信中,大气湍流效应会导致通信链路性能下降。【方法】文章提出了一种极化码信道编译码方案,使用蒙特卡洛算法构造了针对FSO通信中常见的Gamma-Gamma分布大气湍流信道的极化码。比较了文章提出的极化码编译码方案与未编码以及相近码长的低密度奇偶校验（LDPC）码在Gamma-Gamma分布大气湍流信道下的误码率（BER）。【结果】仿真结果表明,所提极化码与未编码比较时,在弱湍流强度下,当信噪比>6.7dB时,极化码方案性能相较于未编码更优;在中湍流强度下,当信噪比>10.3dB时,极化码方案性能相较于未编码更优;在强湍流强度下,当信噪比>11.5dB时,极化码方案性能相较于未编码更优。所提极化码与LDPC码比较时,在弱湍流情况下,当信噪比>7.1dB时,极化码整体性能优于LDPC码;在中湍流条件下,当信噪比>10.6dB时,极化码整体性能优于LDPC码;在强湍流条件下,当信噪比>12dB时,极化码整体性能优于LDPC码。此外,在码长短、码率低和译码宽度小时,文章所提出的极化码编译码方案具有更优的性能。【结论】使用所提极化...     

系统极化码的高效低复杂度编译码算法研究

系统极化码能减弱非系统极化码在连续抵消(SC)译码时的误码扩散敏感性,且在相同计算复杂度下拥有更好的误码性能,已被第五代通信系统采用,作为信道编码方式之一。在对系统极化码进行构造时采用经典的巴氏参数界法,编码时采用复杂度低且高效的非迭代编码算法,译码时采用循环校验码(CRC)辅助的基于对数似然比的连续抵消列表算法(LLR-SCL)与再编码结合。仿真结果表明,低信噪比下中等长度的系统极化码的SCL译码性能远优于SC译码;再加以CRC辅助译码后,其性能可得到大幅提升。     

一种基于奇偶校验码级联极化码的低复杂度译码算法

极化码作为一种纠错码,具有较好的编译码性能,已成为 5G 短码控制信道的标准编码方案。但在码长较短时,其性能不够优异。作为一种新型级联极化码,奇偶校验码与极化码的级联方案提高了有限码长的性能,但是其译码算法有着较高的复杂度。该文针对这一问题,提出一种基于奇偶校验码级联极化码的串行抵消局部列表译码(PC-PSCL)算法,该算法在编码前进行外码构造,通过高斯近似(GA)得到的子信道错误概率选取较不可靠的信息位,对选取的较不可靠的信息位进行串行抵消列表(SCL)译码和奇偶校验,其余信息比特仅进行串行抵消(SC)译码。仿真结果表明,在高斯信道下,当码长为512,码率为1/2,误帧率为10^–3,最大列表长度为8时,该文提出的低复杂度译码算法比SCL译码算法获得了0.5 dB的增益;与基于奇偶校验的SCL译码算法性能相近,但是空间复杂度和时间复杂度分别降低了38.09%, 15.63%。     

LDPC码在浅海水声通信中的应用研究

LDPC码具有编码增益高、译码速度快、可并行译码等特点,是当前编码界的一个研究热点。针对复杂多变、强多途和大起伏干扰的浅海水声信道,建立了LDPC码在浅海水声信道中仿真的模型,仿真研究了浅海水声信道下采用和一积译码算法的LDPC码性能。仿真结果表明,LDPC码在3径多途信道下性能优越;当译码迭代3—5次,码长1000bit左右时基本上能满足水声通信对误码率为10^-4的基本要求。     

基于软门限LDPC码的中继信道容量实现

LDPC（Lowdensity parity code）码是逼近香农界的信道码。为了逼近香农界,其优化一般采用硬门限准则。但当信道容量小于编码码率时,LDPC无法正确译码。因此,提出从软门限的角度优化LDPC码,使得在码率超过信道容量时,接收端仍可以部分译码,并将该LDPC码用于单中继信道中,解决使用解码前传（DF,decode and forward）的中继信道容量瓶颈问题,进而提高信道容量。还考虑中继节点使用Slepian-Wolf信源编码,降低中继节点到目的节点的信道质量要求的同时,仍能保证无失真译码。     

极化码多模串行抵消算法的FPGA实现研究

文章根据极化码的编码结构,提出了一种递推的串行抵消译码策略。利用该策略可以将长极化码译码器改造为支持任意低于该码长的极化码译码,从而降低支持多种服务模式应用的硬件资源开销。     

改进交织的单层极化码高阶编码调制系统

极化码作为一种新型编码方式,被采纳为5G通信中的短码方案。本文将极化码应用到比特交织编码调制（Bit-Interleaved Coded Modulation,BICM）系统,优化交织器的设计,提出了一种新型交织算法。相比于现有的交织算法,新型交织算法的提出是基于比特信道可靠性衡量参数,将高可靠性的比特信道与低可靠性的比特信道交错设计,按照高可靠性信道对低可靠性信道辅助译码的方式,提高极化码的纠错性能。由于新型交织算法只存在于比特信道可靠度参数的简单排序,在复杂度上没有明显增加。仿真结果表明:新型交织算法具有优异的性能,当误码率为10-5,码长为256时,采用新型交织算法的极化码BICM系统与LDPC码的BICM系统相比大约有1.51 dB的增益。      

基对称扩展信道极化算法及其在OFDM水声通信系统中的应用

针对水声通信系统中低密度校验(Low Density Parity Check,LDPC)码存在的译码复杂度高和译码错误平层问题,设计了基于极化码编码的水声通信系统,并针对水声信道的极化问题提出了新的基对称扩展极化权重(Polarization Weight,PW)信道极化法.该算法通过PW高阶基计算各个子信道的极化权...     

一种基于错误集的极化码改进SCL译码算法

针对极化码在中短码长时纠错性能的不足,提出了一种基于错误集的极化码改进串行抵消列表(Successive Cancellation List of Polar Codes Based on Error Set,ES-SCL)译码算法。该算法首先根据极化码的信道特性构造错误集,在极化码编码时根据错误集中的元素设置奇偶校验(Parity Check,PC)位,其余位置则放置信息比特和冻结比特,译码器在译码PC位时,每条路径通过校验函数得到PC位的比特估计,不执行路径分裂和剪枝,其余位置则执行SCL译码。仿真结果表明,在加性高斯白噪声信道下,当码长为512,码率为0.5,误块率为10-5,最大译码列表数为8时,相较于PC-PSCL译码算法以及CA-SCL译码算法,所提出的ES-SCL译码算法获得了约0.18和0.15dB的增益;当码长为256,码率为0.5,误码率为10-5,最大译码列表数为8时,相较于CA-SCL,PC-PSCL译码算法,获得了约0.3和0.35dB的增益;此外,采用部分比特分裂译码的ES-SCL译码算法可以在误块率与PC-PSCL译码算法几乎相同的情况下,减少约50%的排序次数,具有更低的译码复杂度。     

极化码特定码型的快速译码

在5G通信网络中,极化码作为一种高性能纠错码技术,应用于广播信道以及控制信道。针对极化码串行抵消(Successive Cancellation,SC)译码算法存在冗余运算、译码时延过高的问题,在传统的串行抵消译码算法基础上,提出了对三种不同码型的快速译码方法,避免了对子节点的遍历,消除了冗余。通过理论分析该特定码型的快速译码方法,在不改变译码的误码率的条件下,这三种特定码型的时钟消耗从t-3、t-3、2t-5减小为1、1、2,大大降低了译码时延。     

高斯信道下极化码构造方法研究

极化码是基于信道极化(Channel Polarization)现象,首次以构造性的方法逼近信道容量的码。极化码的构造可以归结为子信道的选择问题,它直接决定了连续删除译码算法的性能和极化码的渐进性,Arikan给出了在BEC信道下极化码的详细构造方法,然而在高斯信道下这种方法的复杂度会随着码长的增加而指数增加,文中分别详细给出了扎起高斯信道下利用蒙特卡罗方法、密度进化、高斯近似进行极化码构造的步骤和计算方法,并从极化效果、帧错误率和复杂度上分析和比较了这三种方法在性能以及复杂度上的区别,仿真结果表明基于高斯近似的构造方法具有低复杂度和低错误概率的性能。     

信源反馈条件下Raptor码的一种解码算法

在Raptor码普通译码方法的基础上,结合信源信道联合译码方法,提出一种利用信源解码器反馈信息作为输入的改进译码的算法,并对此算法进行试验仿真以及参数研究。测试结果显示,在信源信道联合编码条件下,使用这种双信息来源的译码的算法,可以使得信道解码的成功率大幅提高,残留误码率大幅降低。最后,将这种算法与JPEG2000信源编码结合测试,图像的PSNR值比普通译码方法最高提高了6dB。在信道条件恶劣的无线传输中具有重要意义。     

RS码在HDTV信号传输中的应用

将纠随机错误和突发错误的ＲＳ码应用于ＨＤＴＶ信道传输中，以ＲＳ码结合交错码来提高信道传输体制的纠错能力，提出了ＲＳ码的编码方案，译码方案及交错方案。从计算机模拟的结果可以看出：采用ＲＳ码可使信道传输的误码率从１０＾－５降至１０＾－８。若将ＲＳ码一ＴＣＭ码级联，可进一步提高整个系统的编码增益，使得编码增益比无编码前增加３ｄｂ－５ｄｂ。