极化码的译码算法研究及实现

发布时间：2017-04-17 11:19

  本文关键词：极化码的译码算法研究及实现，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着数字通信技术的飞速发展,用户对数字通信系统的可靠性要求也越来越高。信道编码技术是提高通信系统性能的有效方法,所以寻找一种可以达到香农极限的编码方式是编码领域一直以来的研究热点。近来,由E.Arikan提出的极化码(Polar Code)是目前唯一的一种有确定构造方式的,在二进制离散无记忆信道下能够达到香农极限的信道编码方式。同时其规则的编码方式,较低的编解码复杂度,都使其成为近来纠错码领域的研究热点。极化码主要有连续消除算法(Successive cancellation, SC)和置信度传播算法(Belief Propagation, BP)两种译码算法。传统的SC算法由于其按比特连续译码的特点而导致其在长码时拥有很高的译码延迟。本文首先在充分理解极化码原理的基础上,提出一种改进的极化码SC译码算法。该改进的SC译码算法可在保证纠错性能不变的条件下,降低25%的译码延迟。在此基础上,本文提出一种减少阶数的SRSC译码器(Stage-Reduced SC Decoder),并设计出其相应的译码器结构。相对于传统的SC译码器,SRSC译码器能在保持纠错性能的不变前提下,减少50%的译码延迟。极化码的BP算法由于其并行译码的特点,译码速度更快,更加有利于实际应用。针对传统的极化码BP译码算法阶数多,关键路径短的特点,本文提出一种高效的,将相邻阶合并的极化码SCBP译码算法(Stage-Combined BP Decoding),详细介绍了该算法中基于路径的置信度估计方法。仿真结果表明,该算法可以在不损失纠错性能的条件下,减少一半的译码阶数。基于该新的算法,本文设计出其相应的SCBP译码器结构。综合结果表明,该SCBP译码器能有效减少50%的存储需求,并有效减少译码器面积,降低译码延迟,提高吞吐率。
【关键词】：极化码 译码器 译码算法 连续消除算法(SC) 置信度传播算法(BP) 硬件结构
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN911.22
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 绪论13-20
• 1.1 课题背景13-17
• 1.1.1 数字通信系统13-14
• 1.1.2 信道编码14-15
• 1.1.3 极化码研究背景及现状15-17
• 1.2 课题目的和意义17-18
• 1.3 本文的研究内容和主要贡献18
• 1.3.1 极化码SC译码算法的优化及SRSC算法18
• 1.3.2 SCBP算法及其译码器的设计18
• 1.4 论文结构18-19
• 1.5 课题来源19-20
• 第二章 极化码基础20-30
• 2.1 本章概述20
• 2.2 定义与基本概念20-22
• 2.3 信道极化现象22-26
• 2.3.1 信道合并(Channel Combining)22-23
• 2.3.2 信道拆分(Channel Splitting)23-24
• 2.3.3 信道极化效应24-26
• 2.4 极化码的编解码26-30
• 2.4.1 极化码的构造26-27
• 2.4.2 编解码过程27-28
• 2.4.3 极化码的性能28-30
• 第三章 极化码SC译码算法的优化及SRSC算法30-43
• 3.1 本章概述30
• 3.2 极化码SC译码器及其优化30-35
• 3.2.1 简要回顾30-31
• 3.2.2 传统的SC译码器31-32
• 3.2.3 传统的SC译码器架构32-33
• 3.2.4 优化的SC译码器架构33-35
• 3.3 SRSC(Stage-Reduced SC)算法35-40
• 3.3.1 减少一阶的SRSC算法35-38
• 3.3.2 减少多阶的SRSC算法38-40
• 3.4 硬件结构与比较40-42
• 3.4.1 SRSC译码器的硬件结构40-41
• 3.4.2 译码延迟分析41-42
• 3.4.3 比较42
• 3.5 本章小结42-43
• 第四章 极化码BP算法的研究及SCBP算法43-60
• 4.1 本章概述43
• 4.2 BP算法43-45
• 4.3 SCBP(Stage-Combined BP)译码算法45-53
• 4.3.1 合并相邻阶的因子图45-46
• 4.3.2 BE4的置信度运算46-52
• 4.3.3 性能比较52-53
• 4.4 SCBP译码器的硬件实现53-59
• 4.4.1 参数选择53-55
• 4.4.2 硬件结构55-57
• 4.4.4 综合比较57-59
• 4.5 本章小结59-60
• 第五章 总结与展望60-62
• 5.1 本文总结60
• 5.2 未来工作展望60-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-66
• 攻读学位期间发表的文章66-67

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