极化码的级联算法研究与优化
发布时间：2020-11-20 17:09
随着5G时代的到来,人们对通信中的可靠性要求越来越高。极化码作为5G移动宽带中的一种编码方案,它虽然是较新提出的一种理论上能够达到香农极限的信道编码,且具有较低复杂度的优点,但是对中短码字的译码性能不如LDPC码。然而,LDPC码虽然对于中短码字有着良好的译码性能,但是在高信噪比的区域内会有不可避免的错误平层出现。因此为了能够使极化码在现实应用中具有更好的传输可靠性,论文提出了Polar-Interleave-LDPC(极化码-交织器-LDPC码)级联码的概念。Polar-Interleave-LDPC级联码是在极化码的基础上,实现极化码、块交织器以及LDPC码的单级串行级联,以达到提高极化码可靠性的目的。论文主要研究内容和结论如下:(1)极化码与LDPC码的实现。在高斯白噪声信道的基础上,分别实现极化码与LDPC码的编译码过程。在实现极化码的译码过程中,分别用连续消除(SC)译码算法和置信传播(BP)译码算法进行实现,实验结果表明,SC译码算法的译码性能和复杂度均优于BP译码算法。(2)极化码与LDPC码的级联方案设计与实现。在级联方案设计的过程中,当直接的将极化码与LDPC码级联时,编译码过程中不可避免的会出现一些连续性的误码,而通过对极化码与LDPC码的实验结果分析可知,两者对连续性的误码都没有很强的纠错能力。然而,块交织器能够很容易的把连续性误码转换为随机性误码且实现起来比较简单,对级联码的编译码性能有很小的影响,因此本文在级联码方案设计中加入了块交织器,最终形成了Polar-Interleave-LDPC级联码。提出该级联方案后,首先对该级联方案做出了优势和可行性的分析;其次给出级联方案的具体编译码过程;最后对级联方案的编译码时间复杂度进行了详细分析。(3)实验结果对比与分析。按照级联方案的设计,在Matlab软件上仿真实现Polar-Interleave-LDPC级联码的编译码过程。在码长、码率、发送帧数等条件一致的情况下,对极化码、LDPC码、Polar-LDPC级联码和Polar-Interleave-LDPC级联码进行了仿真对比实验,实验结果表明,在信噪比大于约1.6dB的情况下,Polar-Interleave-LDPC级联码译码性能均优于其他几种编码。论文对极化码的单级级联算法进行了分析与研究,这为以后对极化码在多级级联算法等方面的研究提供了一定的研究基础。
【学位单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN929.5
【部分图文】：
4图 2-3 信道4W 与2W 和 W 的关系ig. 2-3 The channel4W and its relation to2W and析可以得出信道组合的具体过程如图 2-4 / 2 11 1 / 2 1 1, 2, / 2 / 2 ( | ) ( | ) ( N N N N N N N o e N N y u W y u u W y = ⊕ 1u2uN/2 1u N/2uN/2 1u+N/2 2u+N1u 1s2sN/2 1s N/2sN/2 1s+N/2 2s+N1s 1v2vN/2 1v N/2vN/2 1v+N/2 2v+N1v 1y2yN/2 1y N/2yN/2 1y+N/2 2y+N1y NRN/2WN/2W
图 2-8 BP 译码算法实例Fig. 2-8 An example of belief propagation(i , j +N2)(i , j)(i +1, 2 j)(i + 1, 2 j 1)i ,jRi , j N2R+i , j N2L+i ,jLi 1,2jL+i 1,2jR+i 1,2 j1R+ +i 1,2 j1L+ 图 2-9 BCB 模块实例Fig. 2-9 An example of basic computational blocks能分析码类的好坏，主要包括两个方面：第一，就是看该类码对，即误码率（BER）；第二，就是看该类码对源码编译码完帧率（FER）。对于极化码而言，衡量该码的性能也是通过用一个信息向量( , , , ) cN K u 表示时，经过极化码译码后，译码错误。因此，当我们用 ( , , , )P N K u 表示一个极化
织器能够很容易的把连续性误码转换成随机性误码，且具有很低将块交织器引入到了级联码中，以此来优化级联码的性能，从而达能的目的。所以本文的设计方案就是在极化码与 LDPC 码的级联码 Polar-Interleave-LDPC 级联码。rleave-LDPC 级联码是以极化码作为外码，LDPC 码为内码，中间的级联码。之所以这样设计级联码，因为极化码虽然是一种理论上信道编码，但它是利用信道极化的原理进行编译码的。信息传输过信道的信道容量都能达到最好，尤其是在中短码字的编译码过程中不好的子信道，而在选择信道的时候，会对子信道按照容量大小从信道容量较小的子信道会整体出现，随机性很差，从而导致连续的没有纠正连续误码的能力，所以在两者中间加入块交织器使之更趋就能很好的提高编译码的性能。在高信噪比的区域，LDPC 码虽然，但是在交织器进行交织后，连续性误码更加随机，极化码可以在纠错，降低误码率。本文在做研究和仿真的时候都是以二进制的极础进行的。Polar-Interleave-LDPC 级联码的具体结构框图如图 3-5 所Polar编码器LDPC编码器交织器源
【参考文献】
本文编号：2891733
【学位单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN929.5
【部分图文】：
4图 2-3 信道4W 与2W 和 W 的关系ig. 2-3 The channel4W and its relation to2W and析可以得出信道组合的具体过程如图 2-4 / 2 11 1 / 2 1 1, 2, / 2 / 2 ( | ) ( | ) ( N N N N N N N o e N N y u W y u u W y = ⊕ 1u2uN/2 1u N/2uN/2 1u+N/2 2u+N1u 1s2sN/2 1s N/2sN/2 1s+N/2 2s+N1s 1v2vN/2 1v N/2vN/2 1v+N/2 2v+N1v 1y2yN/2 1y N/2yN/2 1y+N/2 2y+N1y NRN/2WN/2W
图 2-8 BP 译码算法实例Fig. 2-8 An example of belief propagation(i , j +N2)(i , j)(i +1, 2 j)(i + 1, 2 j 1)i ,jRi , j N2R+i , j N2L+i ,jLi 1,2jL+i 1,2jR+i 1,2 j1R+ +i 1,2 j1L+ 图 2-9 BCB 模块实例Fig. 2-9 An example of basic computational blocks能分析码类的好坏，主要包括两个方面：第一，就是看该类码对，即误码率（BER）；第二，就是看该类码对源码编译码完帧率（FER）。对于极化码而言，衡量该码的性能也是通过用一个信息向量( , , , ) cN K u 表示时，经过极化码译码后，译码错误。因此，当我们用 ( , , , )P N K u 表示一个极化
织器能够很容易的把连续性误码转换成随机性误码，且具有很低将块交织器引入到了级联码中，以此来优化级联码的性能，从而达能的目的。所以本文的设计方案就是在极化码与 LDPC 码的级联码 Polar-Interleave-LDPC 级联码。rleave-LDPC 级联码是以极化码作为外码，LDPC 码为内码，中间的级联码。之所以这样设计级联码，因为极化码虽然是一种理论上信道编码，但它是利用信道极化的原理进行编译码的。信息传输过信道的信道容量都能达到最好，尤其是在中短码字的编译码过程中不好的子信道，而在选择信道的时候，会对子信道按照容量大小从信道容量较小的子信道会整体出现，随机性很差，从而导致连续的没有纠正连续误码的能力，所以在两者中间加入块交织器使之更趋就能很好的提高编译码的性能。在高信噪比的区域，LDPC 码虽然，但是在交织器进行交织后，连续性误码更加随机，极化码可以在纠错，降低误码率。本文在做研究和仿真的时候都是以二进制的极础进行的。Polar-Interleave-LDPC 级联码的具体结构框图如图 3-5 所Polar编码器LDPC编码器交织器源
【参考文献】
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1 李桂萍;支侃买;刘小航;;高斯信道下极化码构造方法研究[J];信息技术;2015年09期
2 柯熙政;雷思琛;邵军虎;陈强;;基于极化码的无线光通信副载波误码性能分析[J];红外与激光工程;2015年06期
3 舒长青;沙金;;极化码编码器的硬件实现[J];电视技术;2014年13期
4 李桂萍;刘小航;;极化码串行抵消译码算法的改进设计[J];科学技术与工程;2013年19期
本文编号：2891733
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