极化码应用技术研究

发布时间：2017-04-27 15:30

  本文关键词：极化码应用技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：极化码是近年来纠错编码领域的热点研究问题。极化码在理论上被证明:当码长趋近于无穷大时达到对称信道容量。相对于传统的LDPC码和Turbo码,极化码的特点是其结构化特征较强,其结构上与信道极化理论结合紧密,可以很容易地分析码的纠错性能。目前,极化码在理论研究上的结果已经比较充分,本文主要内容集中在极化码应用问题,以无线通信应用为背景,研究了极化码的性能、SCL译码算法的改进和在搭线窃听信道下极化码的应用。本文首先回顾了信道极化的基本原理,进而介绍了极化码,着重比较了极化码和Reed-Muller码结构上的相似和区别;分析极化码在不同类型信道模型下的性能仿真,且与Reed-Muller码纠错性能进行了对比,从原理和仿真结果上分析得出:极化码是Reed-mulller的优化,且可将实际应用中的Reed-Muller码替代极化码;仿真分析了极化码在Successive Cancellation(SC)译码算法下的性能以及消息位与冻结位的分布位置,分析有限长极化码和SC译码的应用缺陷。由于SC译码算法将固定比特当作未知量处理,因此并非最大似然译码算法,限制了极化码的纠错性能,目前对此的改进是通过保留多条SC译码路径在译码结束时选择其中似然概率最大的路径或者通过CRC校验路径来改进译码性能,前者在保留路径数较大的情况下可以很接近译码的最大似然界限,而后者在牺牲了很小的码率增添了一些冗余后带来了较大的译码提升。SCL译码算法成倍的增加了SC译码的计算量,且消耗了较大的路径存储空间,本文提出了一种多层SCL+CRC校验的编译码方法,在几乎无性能损失的情况下较高的降低了译码的存储消耗,并研究了这种方法在自适应译码路径数SCL算法中的表现。另外,本文讨论了极化码在搭线窃听信道下的应用。在退化搭线窃听信道下,极化码被证明达到了信道的安全容量,我们讨论了极化码在有限码长下安全通信的应用性问题,并研究了退化搭线窃听信道的性质,给出了BEC模型下的一种密钥协商方法,并研究了密钥做为极化码冻结比特进行编译码的安全性。
【关键词】：极化码 纠错编码 极化码译码算法 搭线窃听信道 安全通信
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN911.22
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 绪论13-17
• 1.1 研究工作的背景与意义13-14
• 1.2 极化码的国内外研究历史与现状14-16
• 1.3 本文的主要贡献与创新16
• 1.4 本论文的结构安排16-17
• 第二章 极化码基础17-28
• 2.1 基本定义17-18
• 2.2 信道极化18-23
• 2.2.1 信道组合18-20
• 2.2.2 信道分裂20
• 2.2.3 信道极化20-22
• 2.2.4 信道极化率22-23
• 2.3 极化码23-27
• 2.3.1 -陪集码23-25
• 2.3.1.1 陪集码的SC译码24
• 2.3.1.2 SC译码下陪集码性能24-25
• 2.3.2 极化码25-27
• 2.3.2.1 极化码编码定理26-27
• 2.3.2.2 极化码的编译码复杂度定理27
• 2.3.3 极化码构造方法27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 极化码性能与结构仿真分析28-38
• 3.1 极化码与Reed-Muller码28-30
• 3.1.1 SC译码算法29-30
• 3.2 SC译码下极化码性能仿真分析30-33
• 3.3 极化码消息位和冻结位的分布33-34
• 3.4 本章小结34-38
• 第四章 多层校验SCL译码算法38-49
• 4.1 SCL译码算法38-42
• 4.1.1 SCL译码38-39
• 4.1.2 SCL+CRC译码39-40
• 4.1.3 路径数自适应的SCL译码40-42
• 4.2 多层SCL+CRC译码算法与存储复杂度分析42-48
• 4.2.1 多层SCL+CRC译码算法42-43
• 4.2.2 存储复杂度分析43-45
• 4.2.3 多层SCL+CRC纠错性能45-47
• 4.2.4 自适应路径数多层SCL+CRC译码算法47-48
• 4.3 本章小结48-49
• 第五章 搭线窃听信道极化码安全性49-61
• 5.1 搭线窃听信道中的极化码应用49-51
• 5.1.1 搭线窃听信道49-50
• 5.1.2 极化码安全容量可达性50-51
• 5.1.3 有限长极化码与安全性通信应用分析51
• 5.2 退化BEC信道特性与密钥分发方案51-58
• 5.2.1 退化BEC信道特性52-55
• 5.2.2 反馈模型下的密钥分发方案与安全性分析55-58
• 5.3 密钥作为冻结比特的极化码安全通信方案58-60
• 5.4 本章小结60-61
• 第六章 全文总结与展望61-63
• 6.1 全文总结61
• 6.2 后续工作展望61-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-67
• 附录A 第三章中各码率极化码结构67-69
• 攻硕期间取得的研究成果69-70
• 学位论文评审后修改说明表逡逑70-71
• 学位论文答辩后勘误修订说明表逡逑71-72

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