基于BCH码和系统极化码级联方案的译码性能及改进

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在日益完善的信道编码理论中,2009年Erdal Arikan基于信道极化现象提出的极化码(Polar Codes),当其码长N趋于无穷大时,能够在理论上能达到信道容量的香农限,同时编译码算法具有结构化程度高和复杂度低的特性,开创了信道编码以及相关领域研究的一个新纪元。然而,相比于其他性能优良的码型如LDPC (Low Density Parity Check,低密度奇偶校验码)、Turbo码,极化码在中短码长下的译码差错性能较差。论文首先对极化码的相关理论进行介绍,分析有限码长范围内,尤其是极化码在中短码长下极化码译码的差错性能不够好的原因。然后针对极化码SC(Successive Cancellation,连续消除)译码算法是单程算法,比较容易受到错误传播的影响。我们介绍了SCL(Successive Cancellation List,列表连续消除)译码算法相对于标准的SC译码算法能够减小译码过程中丢失正确码字的概率,而系统极化码(Systematic Polar Codes)可以增强非系统极化码在译码过程抵抗错误传播的健壮性(Robustness)。其中,论文把SCL译码算法应用于系统极化码的译码过程,并对非系统极化码和系统极化码的错误图样进行仿真分析,得出非系统极化码的输出错误图样是不均匀的,而系统极化码有将输出错误图样均匀化的作用。最后,由于极化码本身存在短码长错误衰减速率低的缺点,我们采用与其他码型级联的方式,根据内外码的固有译码特性,实现性能上的优劣互补,从而提高译码的性能。针对有限码长领域内系统极化码SCL译码的差错性能仍不够好的问题,我们采用了一种基于BCH码与系统极化码的级联方案,其中系统极化码作为内码,BCH码作为外码,以改善极化码在中短码长下的译码差错性能。此外,还详细设计了交织器,用来映射极化码中错误概率比较高的比特到BCH码的某些特定比特位,即将信道中出现的突发错误离散化为随机错误,使交织后的码组中错误码元数目不大于BCH码的纠错能力。仿真和分析表明,论文所提出的级联方案改善了有限码长领域极化码译码的差错性能,而且复杂度增加不多,提高了极化码在实际应用的可行性。
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