極化(Polar)碼是Arikan于2009年根據(jù)信道極化現(xiàn)象提出的,它是一種理論上可以逼近香農(nóng)信道容量極限且具有較低復(fù)雜度的線性分組碼。在2016年,3GPP決定將極化碼作為5G中增強(qiáng)移動(dòng)寬帶(Enhance Mobile Broadband,eMBB)場(chǎng)景下控制信道的信道編碼方案,引起了無線通信領(lǐng)域?qū)W者們的熱切關(guān)注。本文首先闡述了極化現(xiàn)象的基本概念,如信道合并和信道拆分,然后詳細(xì)介紹了極化碼的編碼、構(gòu)造和譯碼方法,其中對(duì)極化碼的譯碼算法及其性能方面做了重點(diǎn)的研究。其譯碼方法主要有連續(xù)刪除(Successive cancellation,SC)譯碼算法和置信傳播(Belief Propagation,BP)譯碼算法,本文著重研究譯碼算法中的置信傳播譯碼算法。本文對(duì)原始的極化碼BP譯碼算法進(jìn)行了大量的研究和分析之后,在原始BP譯碼算法的基礎(chǔ)上引入信息糾正(Information-Correction,IC)策略,將改進(jìn)后的算法稱為基于信息糾正策略的置信傳播(Belief Propagation-Information Correction,BP-IC)譯碼算法。此算法中的信息糾正策略有兩種,分別為翻轉(zhuǎn)信息糾正策略和試探信息糾正策略。兩種改進(jìn)策略均使得BP譯碼算法的譯碼性能得到了極大的提升,仿真結(jié)果顯示,在碼長(zhǎng)為1024,碼率為0.5的條件下,在誤幀率為10~(-3)時(shí),與原始BP譯碼算法相比,基于翻轉(zhuǎn)信息糾正的BP-IC譯碼算法獲得了0.75dB的性能增益;基于試探信息糾正的BP-IC譯碼算法獲得了0.9dB的性能增益。兩種改進(jìn)策略在提高譯碼性能的同時(shí),也帶來了復(fù)雜度的犧牲。所以本文進(jìn)一步對(duì)兩種改進(jìn)算法的復(fù)雜度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和分析,仿真結(jié)果顯示,與原始BP算法相比,改進(jìn)后的算法復(fù)雜度較高,但兩種改進(jìn)算法的平均復(fù)雜度均會(huì)隨著信噪比的增高而降低。假設(shè)原始BP譯碼的最大迭代次數(shù)為60,則在信噪比為2.75dB時(shí),基于翻轉(zhuǎn)信息糾正策略的BP-IC算法的平均迭代次數(shù)為99.5,基于試探信息糾正策略的BP-IC算法的平均迭代次數(shù)為92;而在信噪比為3.0dB時(shí),基于翻轉(zhuǎn)信息糾正策略的BP-IC平均迭代次數(shù)僅為65,基于試探信息糾正策略的BP-IC算法平均迭代次數(shù)僅為69。文章的最后部分對(duì)BP-IC譯碼算法的缺點(diǎn)進(jìn)行了分析。針對(duì)在低信噪比時(shí),兩種改進(jìn)后的譯碼算法的復(fù)雜度較高的問題,在本文提出的BP-IC譯碼算法中加入了基于CRC循環(huán)冗余校驗(yàn)的提前終止策略,使得低信噪比時(shí)的譯碼平均迭代次數(shù)降低了60%以上。
【學(xué)位單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN911.22
【部分圖文】：

譯碼算法的提出細(xì)介紹了原始 BP 譯碼算法。在文獻(xiàn)[38]中，作者提出算法來簡(jiǎn)化原始 BP 中的似然比更新算法，將大量的乘除操作，在保證譯碼性能沒有較大損失的前提下，大幅度地[39]中，作者在最小和算法的基礎(chǔ)上提出了標(biāo)量最小和（降低了計(jì)算復(fù)雜度。在文獻(xiàn)[40]中，作者提出了基于信道終止策略，減少了 BP 譯碼時(shí)間。改進(jìn)算法都是對(duì)置信傳播算法的譯碼復(fù)雜度進(jìn)行了優(yōu)化，BP 譯碼算法的譯碼性能并無大的提升，誤碼率并未降低。變緩的前提下，對(duì)降低置信傳播算法的誤碼率的方法進(jìn)行 BP 算法的譯碼性能，并將其與其他兩種主流的極化碼譯長(zhǎng) 1024，碼率 0.5 的條件下，對(duì) BP 譯碼和 SC 譯碼以及 S實(shí)驗(yàn)，得到仿真實(shí)驗(yàn)圖 3.5。

與k位信息比特和 m 位凍結(jié)比特組成新的 n 位碼字1u 為 0。到 n 位碼組1nu 輸入極化碼生成矩陣 G，得到極化碼編碼后的信道傳輸后，在接收端接收到1ny ，將1ny 輸入 BP（置信傳播得到估計(jì)序列1 nu ，再將1 nu 輸入 CRC-16 檢錯(cuò)校驗(yàn)器，得CRC _result true表示 BP 譯碼正確， CRC _result false表于 C 位 CRC 碼字而言，其能夠檢測(cè)出任意錯(cuò)誤的概率為：1 2CP 碼字傳輸?shù)倪^程中，CRC 的校驗(yàn)位也并不是完全可靠的，碼序列中，CRC 校驗(yàn)位也出現(xiàn)了錯(cuò)誤。所以我們?yōu)榱藢?duì) BP檢錯(cuò)的正確率有初步的了解，對(duì)其進(jìn)行了仿真，以下為仿真 N 為 128、碼率 0.5 和碼長(zhǎng) N 為 1024、碼率 0.5 時(shí) CRC 檢錯(cuò)

40限，下面我們仿真實(shí)驗(yàn)來觀察其性能極限，是否可以超過 SCL 譯碼算法的性能。仿真實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖 4.4 所示。圖 4.4 N 位翻轉(zhuǎn)信息糾正 BP-IC 譯碼算法的誤碼率統(tǒng)計(jì)圖由圖 4.4 可知，當(dāng)碼長(zhǎng) N 為 1024，碼率 0.5 時(shí)，基于 N 位翻轉(zhuǎn)的 BP-IC 算法的譯碼性能已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了原始 BP 譯碼，在 2.75dB 時(shí)，其誤碼率與原始 BP 相比，下降了整整兩個(gè)數(shù)量級(jí)。當(dāng)信噪比低于 1.75dB 時(shí)，改進(jìn)后的算法與 SCL( L 32)相比差距不大
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本文編號(hào)：2867065