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加权和码辅助的极化码SCL译码算法

西安电子科技大学学报 2020年第6期47卷 66-71页

作者：张萌李卓邢莉娟西安电子科技大学综合业务网理论及关键技术国家重点实验室陕西西安710071

为了进一步降低极化码串行抵消列表译码算法的译码时延,提出了一种加权和码辅助的串行抵消列表译码算法。采用加权和码级联极化码的编码方案,将加权和码产生的校验比特与信息序列一同输入极化码编码器进行极化码编码。加权和码辅助的串... 详细信息

为了进一步降低极化码串行抵消列表译码算法的译码时延,提出了一种加权和码辅助的串行抵消列表译码算法。采用加权和码级联极化码的编码方案,将加权和码产生的校验比特与信息序列一同输入极化码编码器进行极化码编码。加权和码辅助的串行抵消列表译码算法是在原始的串行抵消列表译码后,使用加权和码对候选路径依次校验,选择置信度最高且通过校验的路径作为译码输出。与广泛应用的循环冗余校验码相比,加权和码有一致的检错性能,并且其编译码硬件实现的时延低。仿真结果表明,加权和码辅助的串行抵消列表译码算法与循环冗余校验码辅助的串行抵消列表译码算法相比较,性能曲线基本重合,且在很大程度上降低了译码的校验时延。

关键词：极化码加权和码串行抵消列表译码级联时延

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一种优化错误模式集的极化码SCL-Flip译码算法

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北京邮电大学学报 2023年第4期46卷 76-82页

作者：袁建国余林峰游薇庞宇重庆邮电大学光电工程学院重庆400065

针对极化码的错误模式集过大无法统计、位于尾部的循环冗余校验码极易出错以及串行抵消列表翻转(SCL-Flip)译码算法的修正临界集排序较差的问题,提出了一种优化错误模式集的极化码SCL-Flip译码算法。该算法通过缩减循环冗余校验码的校... 详细信息

针对极化码的错误模式集过大无法统计、位于尾部的循环冗余校验码极易出错以及串行抵消列表翻转(SCL-Flip)译码算法的修正临界集排序较差的问题,提出了一种优化错误模式集的极化码SCL-Flip译码算法。该算法通过缩减循环冗余校验码的校验位数缩减错误模式集,并将循环冗余校验码放置在序列头部可靠性最高的位置,不仅减少了错误,且优化了极化码的距离谱。译码失败时首先根据行权重对修正临界集重排序,然后根据循环冗余校验码的错误模式查找错误模式集得到首错的位置并放置在修正临界集的头部,这样既可提高翻转准确性,又能降低额外的翻转次数。仿真表明,所提算法有较大的性能增益,且翻转次数明显降低。

关键词：极化码循环冗余校验码错误模式集串行抵消列表译码比特翻转

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一种5G系统自适应快速SCL极化码译码算法

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无线电工程 2022年第5期52卷 807-813页

作者：汪晓雅席兵高锦盟邓炳光重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065 重庆邮电大学光电工程学院重庆400065

针对5G系统控制信道的极化码译码性能问题,基于快速串行抵消列表(Fast Successive Cancellation List,FSCL)译码算法,提出了一种自适应快速串行抵消列表(Adaptive FSCL,AD-FSCL)译码算法。该算法能够降低译码复杂度,设置列表初始值,对... 详细信息

针对5G系统控制信道的极化码译码性能问题,基于快速串行抵消列表(Fast Successive Cancellation List,FSCL)译码算法,提出了一种自适应快速串行抵消列表(Adaptive FSCL,AD-FSCL)译码算法。该算法能够降低译码复杂度,设置列表初始值,对极化码的4种特殊节点进行相应的快速译码,并且自适应地增加列表值,直到译码成功或列表值达到最大值时,算法结束。仿真结果表明,该算法能够降低译码复杂度且块误码率(Block Error Rate,BLER)性能几乎没有损失。

关键词：极化码快速译码自适应译码串行抵消列表译码

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一种简化的极化码SCL比特翻转译码算法

小型微型计算机系统 2021年

作者：王丹杜铮张友寿重庆邮电大学通信与信息工程学院

为了提高极化码（Polar）串行抵消列表(Successive Cancellation List，SCL)译码算法的译码性能，有学者将比特翻转的方法应用于SCL译码算法并提出了串行抵消列表比特翻转(Successive Cancellation List bit-Flip，SCLF)译码算法。针对S... 详细信息

为了提高极化码（Polar）串行抵消列表(Successive Cancellation List，SCL)译码算法的译码性能，有学者将比特翻转的方法应用于SCL译码算法并提出了串行抵消列表比特翻转(Successive Cancellation List bit-Flip，SCLF)译码算法。针对SCLF译码算法复杂度较高的问题，本文提出了一种基于高斯近似优化的串行消除列表比特翻转(Gaussian approximation optimized Successive Cancellation List bit-Flip，G-SCLF)译码算法。该算法利用高斯近似估计的方法对SCLF译码算法的翻转索引集合进行了优化，删去了翻转索引集合中信道可靠性较高的索引号，减少了SCLF译码算法的翻转次数，降低了复杂度。仿真结果表明，当信噪比(Signal Noise Ratio，SNR)为2dB时，新提出的G-SCLF译码算法相较于SCLF译码算法在几乎不损失性能的前提下复杂度降低了约12.9%。

关键词：极化码串行抵消列表译码比特翻转译码高斯近似法翻转索引集合译码复杂度

极化码与CRC码的级联方法及其译码算法研究

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极化码与CRC码的级联方法及其译码算法研究

作者：太云飞电子科技大学

学位级别：硕士

极化码由于其理论证明可达到香农限而成为现代通信中的标准编码结构,例如作为5G移动通信的信令传输纠错编码标准。然而极化码理论上的优越性能在码长不能趋于无穷大时强烈依赖于所采用的译码算法。目前主流的极化码译码算法之一是SCL（S... 详细信息

极化码由于其理论证明可达到香农限而成为现代通信中的标准编码结构,例如作为5G移动通信的信令传输纠错编码标准。然而极化码理论上的优越性能在码长不能趋于无穷大时强烈依赖于所采用的译码算法。目前主流的极化码译码算法之一是SCL（Successive Cancellation List）译码算法,它的主要不足有两点:一是在译码过程中,当译码列表中保留的路径数超过译码列表大小时,仅根据路径度量剪枝的译码方法,可能会导致正确的路径被剪掉;二是在SCL译码的最后输出抉择中,译码列表中路径度量值最低的路径并不一定是正确的译码结果。改进极化码性能的一个主要途径是:在编码端引入码率不敏感的CRC（Cyclic Redundancy Check）码进行级联;在SCL译码算法中通过CRC校验提高在列表中选出正确路径的概率。已有的CRC-Polar级联码虽然能够有效降低前述第二个问题对译码性能造成的负面影响,但对第一个问题毫无帮助。本文为了降低第一个问题对极化码译码性能造成的影响,主要做了如下工作和学术创新研究。第一,设计了一种PC-CRC-Polar的级联码构造及其译码算法。该方案先对原始序列平均分段,接着对每个分段进行PC（奇偶校验）编码并按序合并,然后对合并后的序列进行CRC编码,最后再进行极化码编码。在相应的SCL译码过程中,根据局部奇偶校验结果剪枝,使得列表空间包含尽可能多的尚未校验出错的路径,从而增大正确路径被保留的概率;在SCL译码输出时,根据全局CRC校验结果再做剪枝以提高正确路径选出概率。在AWGN信道上的仿真表明,在总码长N=512、总码率R=0.5、译码列表大小L=16的情况下,以BER为10作参考,PC-CRC-Polar级联码相比CRC-Polar级联码有约0.12d B的增益,相比无任何级联处理的Polar码则有约1d B的增益。第二,分析信道极化的局部特性,极化码码字各个信息比特差错概率并非严格均等,为此设计了一种获取PC-CRC-Polar级联结构的数据分段算法。该算法将信息比特中出错概率最高的前1/4序列比特部分认为是“差”比特,考虑所有分段包含相同数量的“差”比特,由此最后确定各个分段的优化长度。在AWGN信道上的仿真结果显示,在N=1024,R=0.5,L=16的情况下,当BER达到10时,对数据分段方式优化后相比于优化前有0.07d B的增益。第三,分析PC-CRC-Polar级联码中各个子码的作用,设计了总码长总码率不变条件下的6种不同的子码码率分配方案,并通过实验得到了6种方案中误码率最小的子码码率分配方案,最后结合仿真数据和级联结构分析出误码率最小方案的主要特点,并将推荐此特点作为进一步应用与设计的参考。

关键词：极化码 CRC码奇偶校验码级联构造串行抵消列表译码

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极化码译码算法研究及其译码器的实现

极化码译码算法研究及其译码器的实现

作者：温大发西南大学

学位级别：硕士

在无线通信系统中,为了保证信息能够通过信道进行不失真的交换,需要信道编译码技术来提高信息在传输过程中的抗干扰能力。2009年,由学者Erdal Arikan提出的极化码编码方案是首个经过理论严格证明可以达到香农极限的编码方案。该方案在2... 详细信息

在无线通信系统中,为了保证信息能够通过信道进行不失真的交换,需要信道编译码技术来提高信息在传输过程中的抗干扰能力。2009年,由学者Erdal Arikan提出的极化码编码方案是首个经过理论严格证明可以达到香农极限的编码方案。该方案在2016年被确定作为5G增强移动宽带场景下控制信道的编码方案。极化码因其编译码复杂度低、可采用并行译码架构等性能上的优势,在数字通信系统中得到广泛应用。首先,本文详细讨论和介绍极化码编译码理论。详细阐述了信道极化现象对极化码的编码重要性以及如何通过信道合并、信道分裂得到极化子信道的过程。在此基础上还介绍了极化码编码过程与信道可靠性估计的方法。在上述内容之后,介绍并分析了极化码的译码算法。先分析探讨了串行抵消算法对数域和实数域上的不同形式,并且详细描述了其译码码树的构造方法。由于串行抵消算法在中短码长下译码性能不佳,本文进一步讨论了串行抵消列表算法,并结合实例完整地描述了译码过程。除此之外,本文对加入了循环冗余校验的串行抵消列表算法做了性能仿真及结果分析。仿真结果表明,当串行抵消列表算法保留译码路径数量越多时,其译码性能越好,但是译码时间复杂度也在大幅增加。随着译码算法保留路径数量的增加,串行抵消列表算法译码器的时延和资源消耗也会增大,因此我们将该问题简化为数据有序输出的问题。首先,本文利用冒泡排序原理设计了一种基于传统比较交换器的并行排序网络,通过流水线设计降低了一定时间复杂度,但是该排序网络硬件资源需求较大,适合场景有限。因此,为了进一步降低译码路径选择过程中延时和资源占用,本文提出了一种逻辑比较排序网络,其基本原理是采用二元逻辑比较器来解决数据比较问题。接着通过对算法的剖析完成了逻辑比较排序器的硬件实现,并且详细介绍了各模块工作原理和硬件架构。相较于传统的比较交换器,该排序网络优点在于只需要固定周期即可完成数据排序。最后本文将逻辑比较排序网络和路径度量性质结合,提出了一种基于逻辑比较排序网络的度量值路径选择器,其突出优势在于周期固定,资源使用量更少。通过硬件仿真平台对上述几种方案进行功能验证及时序分析,结果表明度量值路径选择器可以消耗更少的硬件资源,在固定周期内完成译码路径选择。本文的最后提出了串行抵消列表算法的整体硬件架构实现。首先探讨了利于硬件工作的两种译码器实现架构,接着针对硬件处理浮点数数据需要资源过高的问题,本文给出了定点数量化方案,不仅控制了资源消耗情况,也控制了译码信息的范围和精度。接着详细描述了译码器的FPGA实现,系统地介绍了内部各组成模块的设计思路以及各模块的功能验证情况。最后使用Verilog HDL语言在EDA工具Quartus II上编写模块,调用Modelsim仿真软件对程序进行RTL级验证仿真,完成设计。

关键词：信道极化极化编码串行抵消列表译码路径选择器硬件实现

极化码译码算法研究及在低轨星地传输中的性能评估

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极化码译码算法研究及在低轨星地传输中的性能评估

作者：李柯臻电子科技大学

学位级别：硕士

极化码是通过进行信道极化而实现的一类纠错码,它是目前唯一一类在理论上被证明可以达到香农限的纠错码。低轨非静止卫星信道是一种时变信道,信号传输的可靠性很容易受多径、多普勒等效应的影响。研究极化码的译码算法及其在低轨卫星可... 详细信息

极化码是通过进行信道极化而实现的一类纠错码,它是目前唯一一类在理论上被证明可以达到香农限的纠错码。低轨非静止卫星信道是一种时变信道,信号传输的可靠性很容易受多径、多普勒等效应的影响。研究极化码的译码算法及其在低轨卫星可靠性通信中的性能具有重要意义。本文以极化码的译码算法为研究切入点,开展的主要理论分析与研究工作有:首先,介绍和分析了信道极化机理,极化码的编码原理和过程,以及四种极化信道的可靠性估计方案。其次,介绍并分析了两种最基本的极化码译码算法,串行抵消(Successive Cancellation,SC)译码和串行抵消列表(Successive Cancellation List,SCL)译码。第三,在SCL算法基础上,分析了当前较为广泛使用的循环冗余校验(Cyclic Redundancy Check,CRC)辅助下的SCL算法(CRC-aided Successive Cancellation List,CA-SCL)。第四,为了进一步降低CA-SCL算法的误码率,提出了一种改进的CA-SCL算法,改进途径是对信息比特分段加入奇偶校验位,可在译码结束阶段进行CRC校验之前,利用奇偶校验来进行译码路径图的辅助剪枝,从而提高译码准确性。最后,以国际电信联盟(International Telecommunication Union,ITU)标准中的低轨卫星信道model C的简化模型为场景,分析了本文所提出的改进算法在低轨卫星信道上的性能和应用。本文对所提译码算法进行的仿真研究工作分为两个方面。针对AWGN信道,在误码率达到10、极化码的码长N(28)256、码率R(28)1/2和译码列表最大保留路径数L(28)32的情况下,本文所提出的改进算法相较于CA-SCL算法有约0.25d B的增益,相较于SCL算法有约0.55d B的增益。针对简化的model C信道,在码长N(28)512、码率R(28)1/4、L(28)32和误码率达到10时,本文所提出的改进的CA-SCL算法相较于CA-SCL算法有约0.15d B的增益,相较于SCL算法有约0.45d B的增益,而且在相同码长的情况下,随着码率的增大,这种信噪比增益逐渐减小。由此可见,本文所提出的改进算法较CA-SCL算法和SCL算法在性能上有所提升,且在低码率(R=1/4)条件下,性能提升会更大。

关键词：极化码串行抵消列表译码奇偶校验循环冗余校验卫星通信 model C

基于Polar码的无线通信信道编码技术研究

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基于Polar码的无线通信信道编码技术研究

作者：卢丽金中国石油大学(华东)

学位级别：硕士

Polar码是一种已经被证明了的在码长足够长时能够达到信道容量的编码,是5G技术的编码方案。但码长有限长时,Polar码的纠错性能不理想。为此,相继提出了各种版本的串行抵消列表译码算法。自适应的串行抵消列表译码算法是其中之一。该译... 详细信息

Polar码是一种已经被证明了的在码长足够长时能够达到信道容量的编码,是5G技术的编码方案。但码长有限长时,Polar码的纠错性能不理想。为此,相继提出了各种版本的串行抵消列表译码算法。自适应的串行抵消列表译码算法是其中之一。该译码能够获得最大似然译码性能,但它却存在两个弊端。一方面,搜索宽度的初始值总是设置为1;另一方面,当译码更新搜索宽度时,可能不止更新一次。因此,在信道质量差的情况下会产生非常高的复杂度和时延。针对此问题,综合考虑不同码长情况,对于较小码长,设计一种最优化的串行抵消列表译码算法;对于较大码长,设计一种使用最优参数的串行抵消列表译码算法。对CRC（Cyclic Redundancy Check）辅助的串行抵消列表译码算法在不同搜索宽度下的仿真结果以及自适应的串行抵消列表译码算法的译码过程进行综合分析,发现存在搜索宽度的初始值总是固定为1且搜索宽度更新方案设置不合理的问题并提出需要通过确定最优搜索宽度来解决;为了确定最优搜索宽度,考虑不同码长情况,提出了采用历史数据追踪手段的动态确定方案以及采用BP（Back Propagation）神经网络工具的静态确定方案;在此基础上,结合动态确定方案设计最优化的串行抵消列表译码算法,结合静态确定方案设计使用最优参数的串行抵消列表译码算法。本文在C++平台上对所提的一种最优化的串行抵消列表译码算法与一种使用最优参数的串行抵消列表译码算法进行模拟仿真,仿真结果表明,与自适应的串行抵消列表译码算法相比,在低信噪比下,这两种算法均能够保证译码性能不变同时显著地降低平均复杂度和时延。

关键词： Polar码串行抵消列表译码最优搜索宽度平均复杂度时延

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基于校验辅助的极化码译码算法研究

基于校验辅助的极化码译码算法研究

作者：邱明仁天津理工大学

学位级别：硕士

极化码是一种理论上可以严格证明达到香农容量极限的信道编码,且具有编译码复杂度低的优势。凭借着优秀的误码率性能表现,极化码已经成为第五代移动通信控制信道的编码方式。在有限码长时,信道的极化是不完全的,因此通过改进译码算法进... 详细信息

极化码是一种理论上可以严格证明达到香农容量极限的信道编码,且具有编译码复杂度低的优势。凭借着优秀的误码率性能表现,极化码已经成为第五代移动通信控制信道的编码方式。在有限码长时,信道的极化是不完全的,因此通过改进译码算法进而提升性能一直是极化码研究的重点。本文的研究基于极化码串行抵消列表译码算法,并借助了奇偶校验比特辅助、CRC校验比特辅助、比特翻转等方法进一步提升译码性能,具体研究如下:(1)分析了极化码的基本概念和构造原理,阐述了校验比特辅助译码算法中的奇偶校验(Parity Check,PC)比特校验辅助译码算法和循环冗余校验(Cyclic Redundancy Check,CRC)比特校验辅助译码算法。阐述了比特翻转译码算法中的SC比特翻转译码算法,并对以上常见的辅助译码算法进行了仿真对比。(2)研究了一种改进的校验比特辅助译码算法。在极化码基于错位加权奇偶校验比特辅助的串行抵消列表(Aided Weight Parity Check-Successive Cancellation List,AWPC-SCL)译码算法基础上,依据极化码最小汉明重量和蒙特卡罗仿真,制定了校验比特的安插位置规则。同时对校验比特的编码方式进行改进,提出了一种改进的检验比特辅助译码算法。仿真可知,改进后译码算法使用更少的校验比特就可以实现更好的译码性能,同时在低信噪比条件下,其复杂度同比于参考算法也具有一定优势。(3)研究了一种改进的比特翻转辅助译码算法。在极化码基于奇偶校验的SC比特翻转(Parity Check-Successive Cancellation Flip,PC-SCF)辅助译码算法基础上,通过采用改进的校验比特辅助译码算法中校验比特的安插规则和编码方式,提升了校验比特的检错能力,在奇偶校验比特个数和比特翻转个数总和一定的情况下,优化了奇偶校验比特和可翻转比特两者的数量占比关系。仿真可知,改进后译码算法的性能得到进一步提升,在高信噪比条件下,复杂度与对比算法接近一致。

关键词：串行抵消列表译码比特翻转极化编码循环冗余校验奇偶校验