文档介绍：摘要
摘要
极化码(Polar Codes)作为一种新兴的信道编码方法,由在 2009 年基
于信道极化这一现象而提出。由于 Polar 码可以较低的编译码复杂度达到香农容量限,
所以一经提出便成为了信道编码领域的研究热点之一。如今已被推广用于信源编码、
窃听信道编码、信源信道联合编码等,其应用前景良好。
而在 Polar 码的实际应用中,译码算法尤其重要。Polar 码在译码时一般采用连续
删除(essive-Cancelation,SC)译码算法或置信传播(Belief propagation, BP)译
码算法。然而,由于 SC 算法在本质上可被视为一种串行处理过程,因此译码时会具
有较高的时延和较低的吞吐量。而 BP 算法作为一种并行算法,克服了这些缺点,同
时对于码长较长的极化码,比特错误率(Bit Error Rate, BER)性能比 SC 算法更优。
但是 BP 算法在译码时需要进行多次迭代,大量的计算会使得复杂度过高,在实际应
用中还需要进一步改进。
因此,本文首先提出了一种具有提前终止策略的改进 BP 译码算法。通过观察某
一信息比特的连续T (T 值通过仿真来确定)次硬判结果,来判断该信息比特是否已
达到收敛,一旦所有的信息比特都满足收敛条件,则停止迭代过程。仿真结果表明,
对不同码长的 Polar 码,该改进算法可获得和原始 BP 算法几乎相同的译码性能,并
且有效地减少了译码过程中的迭代次数,进而降低了译码复杂度。
另外,由于 BP 译码算法在硬件上实现比较复杂,所以通常都会采用最小和算法
(Min Sum Algorithm, MSA)来近似,但是近似后又会出现在性能上的退化现象。因
此本文针对 Polar 码的 MSA 提出了两种改进算法,分别为具有归一化因子的最小和
算法(Normalized Min Sum Algorithm, NMSA)和具有偏移因子的最小和算法(Offset
Min Sum Algorithm, OMSA),其中两种因子的值均可以通过蒙特卡罗仿真来得到。
仿真结果表明,NMSA 译码算法在低信噪比范围,和原始 BP 译码算法的性能很
接近,中高信噪比范围的性能又有一定的差距,但是整个信噪比范围内,改进算法均
表现出一定的有效性,即可比原始的 MSA 译码算法获得更佳的译码性能,从结果可
知,这种改进算法更适用于中低信噪比区间;而OMSA算法与原始的MSA算法相比,
译码性能同样有了很大的提升,并且在低信噪比至中高信噪比区域内,甚至达到了
BP 译码算法的性能,与 BP 算法的 BER 曲线几近重合,但是在4dB时,再度表现出
了性能上的退化现象,也可明显地看到相比 NMSA 算法,该算法在中高信噪比时具
有更加良好的性能,但是计算复杂度却要远远高于 NMSA 算法,译码过程较慢。
关键词:Polar 码, BP 算法, 提前终止策略, 硬判决, 最小和算法
I
万方数据
西安电子科技大学硕士学位论文
II
万方数据
ABSTRACT
ABSTRACT
As a new method of channel coding based on channel polarization phenomenon, polar
codes were proposed by in 2009. Because of their ability to achieve Shannon
capacity with low encoding and plexities, polar codes have e one of
the highly anticipated research focus in the channel coding field after they were proposed.
At present, polar codes have been widely used in source coding, wiretap channel coding,
joint source-channel coding, etc, and they have a good application prospect.
In the practical application of polar codes, the decoding algorithm is particularly important.
Generally, polar codes adopt essive-Cancelation (SC) or Belief propagation (BP)