极化码编译码算法在GPP平台上的优化

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自从现代通信技术诞生以来,如何以更加低廉的代价(信号功率、信号带宽、传输时延等)来达到更加可靠的通信一直是信息技术领域的核心关键,而无线通信系统中最核心的问题就是信道编码技术。基于信道极化理论诞生的极化码(Polar Code)是在通信领域内首次可以被严格证明达到香农信道容量的信道编码方法,其纠错性能也优于Turbo码、LDPC码等译码方法。另一方面,高校与科研院所在进行通信系统研究时通常选择利用软件搭建仿真实验平台来协助科研,因此本文也选择通用处理器平台来进行研究。本论文首先研究了由信道极化理论引出的一系列极化码的概念,并重点分析了极化码的经典编译码算法,接下来介绍了通用处理器平台的特性与优势、主要优化方法与性能分析工具,提出了一系列并行优化实现方案。然后从建立极化码的编译码算法仿真系统着手,利用多种并行优化方法来完成实验代码的编写与优化工作,然后利用性能分析器来进行辅助,定位热点并实现针对性地优化,从而达到了本论文对实验优化方案正确性与可行性的要求。本论文的主要工作和创新点包括以下几点:首先本论文提出了一种快速简单连续删除最大似然译码算法(FSSC-ML),并使用AVX-512进行并行优化,仿真验证了优化前后的效果。其次,通过合理使用Click Plus、OpenMP、TBB三种并行编程模型向代码中添加并行结构,来并行化循环、顺序、递归函数等代码模式,实现编程并行化。最后,充分利用通用处理器平台的特点,分析不同算法模块的特点针对相关地选择查表法、高性能函数库、单指令多数据流指令集,来增加系统的并行度。通过结合多种并行处理加速技术使得极化码编译码算法优化仿真实验能够在普通笔记本电脑上达到实时处理性能要求。实验结果表明,本论文提出的优化方案能有效地减少系统处理时延,很好的达到了无线通信系统对实时信号处理的时延要求,取得了很好的效果,对今后的科研具有重要的意义。
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