本文選題：信息論　切入點：糾錯碼　出處：《北京郵電大學(xué)》2014年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：極化碼是一種新近提出的信道編碼,是目前已知的唯一種能夠通過嚴格的數(shù)學(xué)方法證明能夠達到信道容量的編碼方法。極化碼基于一種被稱為信道極化的數(shù)字信號處理技術(shù)。信道極化將一個二進制輸入無記憶信道的一組獨立的時隙看作一組相互獨立的信道,通過信道分割、信道合并操作引入相關(guān)性,從而得到一組新的具有相互依賴關(guān)系的二進制輸入極化信道。當(dāng)參與信道極化的信道(時隙)數(shù)足夠多時,所得到的極化信道的信道容量會出現(xiàn)極化現(xiàn)象,即一部分信道的容量將會趨于1、其余的則趨于0。除了容量可達以外,極化碼還具有規(guī)則的編碼結(jié)構(gòu),因此在構(gòu)造時無需通過隨機搜索進行碼結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。由于其出色的漸進性能以及結(jié)構(gòu)化的構(gòu)造方式,極化碼具有非常重要的研究價值,在未來數(shù)字通信系統(tǒng)中具有非常好的應(yīng)用前景。在極化碼和信道極化被提出之后,迅速被應(yīng)用到信源編碼、多用戶通信、保密通信等多個相關(guān)信息處理問題。 盡管極化編碼理論上在碼長接近無窮大的情況下已經(jīng)被證明是容量可達的,其在實用有限碼長配置下的性能卻不盡理想；并且,已有的極化編碼要求參與極化的各信道必須具有相同的信道參數(shù),或者為同一個時不變信道的若干個獨立的時隙；同時,極化碼的碼長也受到嚴格的限制,必須為2的冪次。另一方面,在目前已有的研究中,信道極化的應(yīng)用僅僅局限于二進制信道編碼,并沒有結(jié)合實際的通信系統(tǒng),與其它和信道編碼相關(guān)聯(lián)的信號處理技術(shù)進行全面、綜合的聯(lián)合設(shè)計、優(yōu)化。 因此,本文的工作即是結(jié)合實際的應(yīng)用場景,對極化編碼理論進行推廣,并對相應(yīng)的極化編碼、譯碼方案進行了具體的設(shè)計、研究,主要包括以下三個方面的創(chuàng)新工作： 第一,對極化碼的高性能譯碼方法進行了研究、設(shè)計。將串行抵消(SC)譯碼算法歸納作是一種在極化碼碼樹上的一種路徑搜索過程,通過允許在碼樹上對多條候選路徑進行搜索,從而降低丟失正確路徑的概率。根據(jù)不同的碼樹搜索策略,本文提出了三種增強SC譯碼(ISC)算法：一種是基于廣度優(yōu)先搜索的串行抵消列表(SCL)算法；一種是基于深度優(yōu)先(或稱作“最佳路徑優(yōu)先”)搜索算法的串行抵消堆棧(SCS)算法；此外,在計算資源受限的情況下,通過對以上兩種搜索方式進行自適應(yīng)調(diào)度,以折中譯碼算法的時間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度,從而進一步提出了串行抵消混合(SCH)譯碼算法。仿真結(jié)果顯示,本文所提出的三種ISC譯碼算法能夠在有限的計算復(fù)雜度下,使得極化碼獲得非常接近ML譯碼的性能。此外,本文還提出了基于碼樹搜索的剪枝算法,大大降低了所提出的各ISC譯碼算法的計算復(fù)雜度。進一步地,通過利用實際數(shù)字通信系統(tǒng)中“送入信道編碼器的源序列能夠通過循環(huán)冗余校驗(CRC)”這一先驗信息,提出了CRC輔助(CA)的ISC譯碼算法使得極化碼的性能得到了極大的提升,并在付出近似相等的計算復(fù)雜度下,獲得優(yōu)于Turbo碼和LDPC碼的性能。 第二,對基于極化碼的鏈路自適應(yīng)技術(shù)進行了研究,提出了一種速率適配極化編碼方案,并在此基礎(chǔ)上.進一步提出了兩種極化編碼HARQ傳輸方案。首先,本文在將傳統(tǒng)的單一信道的信道極化理論與極化編碼方法擴展到了并行信道場景中,允許參與信道極化的信道具有不同的信道轉(zhuǎn)移概率函數(shù)。然后,設(shè)計了一種速率適配的鑿孔極化編碼方案,將需要被鑿孔的比特視作是經(jīng)由一組容量為零的虛擬信道進行的傳輸,并基于并行信道極化理論進行極化碼的構(gòu)造。最后,以所提出的速率適配的鑿孔極化碼為基礎(chǔ),本文提出了基于蔡司合并(CC)和增量冗余(IR)的兩種HARQ傳輸方法,填補了學(xué)術(shù)界此前在極化編碼HARQ方案設(shè)計方面的空白。仿真結(jié)果顯示,本文提出的極化碼HARQ方案在簡單的SC譯碼下就能夠獲得與采用LDPC或者Turbo碼的方案幾乎相當(dāng)?shù)耐掏侣市阅?其中,在中、高信噪比條件下甚至能獲得更高的吞吐率。 第三,將極化編碼與調(diào)制及多天線技術(shù)進行聯(lián)合優(yōu)化。首先,針對極化碼與調(diào)制的聯(lián)合設(shè)計,本文提出了兩種極化編碼調(diào)制(PCM)方案：一種通過比特級交織器將調(diào)制符號信道等效成一組(近似)獨立的并行信道,并基于并行信道極化理論對極化碼進行構(gòu)造；另一種則不使用比特交織器,而是將調(diào)制視作是一種特殊的信道極化過程,使其與二進制極化編碼合而為一,從而實現(xiàn)調(diào)制與編碼的聯(lián)合極化,并基于此聯(lián)合信道極化進行最優(yōu)化構(gòu)造。進一步地,本文將PCM與多天線傳輸技術(shù)結(jié)合起來。類似基于聯(lián)合極化的PCM方案,本文將信號在MIMO信道上的傳輸與檢測也視作一種信道變換,與調(diào)制以及傳統(tǒng)的二進制信道極化通過多級編碼的方式級聯(lián)起來,通過三個階段的信道極化,完成了MIMO調(diào)制信道的極化變換,從而實現(xiàn)了信道編碼、調(diào)制、以及多天線傳輸三者的聯(lián)合優(yōu)化。同時,本文還就衰落信道下的極化編碼進行了研究,提出了一種通過使用與原衰落信道具有相同輸入符號集合、相同對稱信道容量的AWGN信道進行等效的構(gòu)造算法。仿真表明,本文所提的兩種PCM方案以及空時極化編碼調(diào)制(STPCM)方案,在CA-SCL譯碼下,相比在實際系統(tǒng)中已經(jīng)被廣泛使用的采用Turbo編碼的傳輸方案,在所仿的各種天線數(shù)、調(diào)制階數(shù)以及碼長、碼率配置下,均能夠獲得相當(dāng)、甚至更優(yōu)的性能。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TN911.22

【共引文獻】

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本文編號：1577687