Polar码的BP译码算法的改进

发布时间：2020-10-22 11:02

　　 极化码最先是由Ar?kan于2009年提出的,其是第一种被理论证明可以达到香农限的编码方案。所以极化码一经提出就受到业界许多学者重视,与之相关的研究成果相继提出,为其在实际场景中的运用奠定了基础。在2016年召开的3GPP会议中,正式将极化码确定为5G标准中增强移动宽带(Enhance Mobile Broadband,eMBB)下的控制信道的编码方案。本文首先阐述了极化码的基本概念及信道产生极化的过程,并且介绍了极化码串行抵消(Successive Cancelation,SC)译码算法及其改进的串行抵消列表(Successive Cancellation List,SCL)译码算法,其主要是通过串行处理进行译码,所以译码时延相对较高。本文主要研究置信传播(Belief Propagtion,BP)译码算法,它采用并行译码方式,同等条件下相对SC译码算法有着低时延和低误码率的优点,但是在译码时会由于多次迭代而使得复杂度增加,因此仍需要不断改进。本文首先对原始BP译码进行了理论分析,在此基础上提出了基于似然比信息的置信传播(Belief Propagation based on Likelihood Rate,BP-LLR)译码算法和基于停止集的置信传播(Belief Propagation based on Stopping Set,BP-SS)译码算法,分别利用||值方差最大的点的不可靠性和包含停止集最多的点的影响度来作为纠正依据,并对极容易出错的点进行比特翻转。在码长为2048,码率为0.5的情况下,对两个算法进行了仿真实验。仿真结果表明,基于多位翻转的BP-LLR译码算法在=6且误帧率为10~(-3)时较原始BP译码算法和=10的BP-IC译码算法分别有约0.35dB和0.1dB的性能增益,基于多位翻转的BP-SS译码算法在=6且误帧率为6×10~(-4)时对比原始BP译码算法和=10的BP-IC译码算法分别有约0.45dB和0.1dB的性能增益。同时利用平均迭代次数来作为译码时间复杂度的标准,仿真结果显示平均迭代次数只比原始BP译码高出约2%。本文最后又提出了一种利用停止集特性对原有BP-IC译码算法改进的基于信息纠错及停止集的置信传播(Belief Propagation-Information Correction based on Stopping Set,BP-ICSS)译码算法。其主要是通过停止集来减少不必要的翻转位数,从而达到减小译码时延的目的。通过仿真实验我们发现BP-ICSS的平均迭代次数仅为原始BP译码算法的24%,且比BP-IC译码算法降低了约10.3%。而另一种折衷的BP-ICSS改进算法减少了CRC校验次数,在译码性能接近原有的BP-ICSS译码算法,能够较其减少约89.8%的CRC校验次数。
【学位单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN911.22
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景
    1.2 极化码的研究现状
    1.3 本文的主要研究工作和内容安排
第二章 极化码的基本原理
    2.1 极化码的基本概念
    2.2 信道极化理论
        2.2.1 信道的合并
        2.2.2 信道的拆分
        2.2.3 信道极化现象
    2.3 极化码的构造和编码
        2.3.1 极化码的生成矩阵
        2.3.2 极化码的构造方法
        2.3.3 信息位的选取及编码复杂度
    2.4 极化码的译码算法
        2.4.1 SC译码算法
        2.4.2 SCL译码算法
    2.5 极化码的停止集
    2.6 本章小结
第三章 极化码BP译码算法的分析和改进
    3.1 BP译码算法的原理分析
    3.2 基于极化码的校验策略
        3.2.1 传统方法得到校验矩阵
        3.2.2 CRC循环冗余校验在极化码上的运用
    3.3 改进的BP译码算法的提出
        3.3.1 BP-LLR译码算法简述
        3.3.2 BP-SS译码算法简述
    3.4 基于比特翻转的BP-LLR译码算法
        3.4.1 基于一位比特翻转的BP-LLR译码算法
        3.4.2 基于多位比特翻转的BP-LLR译码算法
    3.5 基于比特翻转的BP-SS译码算法
        3.5.1 基于一位比特翻转的BP-SS译码算法
        3.5.2 基于多位比特翻转的BP-SS译码算法
    3.6 本章小结
第四章 BP-ICSS译码算法及优化
    4.1 BP-ICSS译码算法
        4.1.1 BP-ICSS译码算法的提出
        4.1.2 BP-ICSS译码算法的仿真与分析
        4.1.3 BP-ICSS译码算法的复杂度分析
    4.2 BP-ICSS译码算法的改进
    4.3 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 前景展望
参考文献
致谢
作者简介

【参考文献】

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1 王飞;Polar码BP译码算法的研究和改进[D];西安电子科技大学;2018年

本文编号：2851508