基于改进高斯近似法的多核极化码构造与译码算法研究

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极化码是依据于信道极化现象提出来的一种信道编码方案,它被用数学方法证明了在其码长无限长时能够达到香农信道容量。极化码还具有低复杂度的编译码算法,致使它一被提出就被广泛研究。多核极化码的提出是为了解决极化码的码长只能为2的整数幂的缺陷,其生成矩阵中采用了非F2极化核,使得多核极化码拥有更丰富的码长。并且,由于多核极化码的码结构与极化码一致,使得其构造方法、编码算法和译码算法都可以极化码的研究成果为基础进一步改进和深入研究。本文首先介绍了极化码以及信道极化的基本原理,简述了极化码的几种常见的构造方法和两种主要译码算法,以分析多核极化码的码结构确定了其编码过程。本文的主要研究内容如下。首先,研究多核极化码的构造方法。研究针对多核的高斯近似构造方法,不同极化核顺序会导致多核极化码的生成矩阵不同,信道极化现象也不同,所选择的信息比特集合不同,最终性能也不同。通过计算极化核的最小距离谱,进一步计算出多核极化码生成矩阵的最小距离谱,研究并实现了针对最大似然译码的最小距离构造方法。对比于高斯近似构造方法,研究证明了短码更适用于最小距离构造,长码更适用于高斯近似构造方法。然后,本文提出了一种基于改进高斯近似法的构造方法,结合了可靠性和距离特性,将多核极化码的生成矩阵分为两部分,计算其混合谱,应用于最小距离构造方法中选择信息比特集合的算法。通过实验仿真证明了所提出的构造方法的性能表现比单独考虑可靠性和距离特性都要更好。并且,针对不同的码长要权衡考虑两者的比重,才能使得性能更优和译码复杂度更低。最后,研究多核极化码的译码算法。在研究实现极化码的串行抵消(SC)译码和串行抵消列表(SCL)译码的基础上,实现了针对多核极化码的SC和SCL译码算法,研究了SCL译码器的误块率性能与译码时间的权衡。研究针对F2和F3核组成的多核极化码的四种特定冻结集模式,并实现了其快速SC译码算法,相比较于原SC译码算法其对SC译码码树的节点进行修剪,减少了译码码树的调度,在保证相同误码性能的同时降低了译码时延。
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