基于优化中继信息选择的分布式GRS/Polar编码系统的性能研究

作     者：郭鹏程 

作者单位：南京航空航天大学 

学位级别：硕士

导师姓名：仰枫帆

授予年度：2022年

学科分类：07[理学] 08[工学] 070104[理学-应用数学] 081101[工学-控制理论与控制工程] 0701[理学-数学] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：分布式编码 中继信息选择算法 RS码 GRS码 Polar码 Plotkin结构 

摘      要：在当今信息化时代,各领域对通信传输的可靠性要求日益提升,为了控制数据传输中的差错,信道编码成为了现代数字通信不可或缺的一部分。因此,本文在对信道编码以及协作通信研究的基础上,构造了基于优化中继信息选择的分布式RS码系统、优化的分布式GRS码系统、基于Plotkin结构的分布式Polar码系统以及分布式GRS-Polar级联码系统。针对不同码字的特性,创新性地提出了多种中继信息选择算法。本文主要研究内容及创新点如下:(1)本文首次提出了一种在分布式信道编码系统中联合构造具有较优终端码重分布的方法,进而构造了采用中继信息选择的分布式RS码系统。根据RS码是MDS码的特性,首次提出了中继信息选择的优化算法——穷尽搜索算法,以该算法为基础提出了一种复杂度更低的改进算法——部分搜索算法,并在目的点处提出了两种联合译码算法——SMART和NAIVE译码算法,仿真分析了改进算法的有效性以及中继信息选择算法给分布式编码系统带来的性能改善。(2)在对GRS码研究的基础上,构造了分布式GRS码系统,并基于GRS码的信息位多项式的特性,首次提出了GRS码的中继信息选择优化算法,通过仿真验证了分布式GRS码系统的可行性以及中继信息选择算法对该系统的优化作用。(3)为了改善Polar码短码时的系统性能,提出了Plotkin结构的分布式Polar码系统,基于对Polar码子信道可靠性的研究,提出了补助子信道的中继信息选择算法。仿真结果表明,在AWGN信道下分布式Polar码系统相较于Polar码非协作系统性能提升较为明显,但在衰落信道下性能改善不佳。(4)针对分布式Polar码系统在衰落信道下性能改善不理想的问题,提出了将GRS码与Polar码交织级联,构造了分布式GRS-Polar级联码系统。该系统通过补助子信道的中继信息选择算法和Plotkin结构从而在中继点处构造了与信源点等长的Polar码,并在目的点处再次使用Plotkin结构从而获得信源点两倍长的Polar码,两次Plotkin结构极大地改善了Polar码码长问题。此外,该系统的交织级联结构有效应对了内码译码时的连续突发性错误问题。由仿真性能曲线可知,分布式GRS-Polar级联码系统与分布式Polar码系统相比,译码性能有了显著提升。