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spinal码性能及应用研究

spinal码性能及应用研究

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作者：吴功立电子科技大学

学位级别：硕士

本文将讨论研究一种新的编码调制方案—spinal码,spinal码也是一种无速率码,其核心在于哈希(hash)函数的使用,在信息比特和调制符号之间构成一个随机、非线性的映射。Spinal码同时汲取了编码调制技术、无速率码以及hash函数的良好性能,... 详细信息

本文将讨论研究一种新的编码调制方案—spinal码,spinal码也是一种无速率码,其核心在于哈希(hash)函数的使用,在信息比特和调制符号之间构成一个随机、非线性的映射。Spinal码同时汲取了编码调制技术、无速率码以及hash函数的良好性能,表现出良好的吞吐量性能,为现代编码技术研究提供了一个很好的思路。本文重点研究spinal码在AWGN上的性能,针对spinal码现有缺陷:错误比特总是集中在最后几个码块,严重影响了整体码字误码性能,提出解决方案,提高性能。首先,在第一章主要介绍信道编码、编码调制、无速率码的研究背景,并且还简要介绍了spinal码的特点。在第二章我们介绍分析了spinal码的编译码结构。详细介绍了spinal码的编码调制结合的实现方法,同时介绍了spinal码的编译码结构中都不可缺少的hash函数及其构造方案。最后还介绍了spinal码的译码方案,采用最大似然(ML)译码方法,分别说明了理想ML译码方法和缩减尺度译码方法。在第三章我们首先对spinal码单符号欧式距离进行理论分析,并且分析单符号与码字最后符号关系。同时还分析单符号性能及其与整体码字的关系,计算出单符号概率密度函数,仿真单符号误码率,并且与计算单符号误块率进行对比。然后理论分析不同码块之间的关系,进而仿真分析不同码长及不同码块之间关系,并且将理论估算值与仿真值进行对比验证。最后还分别从调制映射的量化精度、译码复杂度参数和单符号长度等方面分析对spinal码性能的影响。同时还仿真spinal码的吞吐量和译码复杂度参数与码长的关系。在第四章我们根据spinal码存在的缺陷提出了改进方案—添加尾符号方案。首先利用第三章的理论深入研究分析添加尾符号带来的欧式距离的增益,进而理论评估出添加已知尾符号的所带来的误块率增益。在AWGN信道上仿真增加尾符号所带来的增益并且与理论计算值进行对比。在第五章我们将spinal码应用在衰落信道中。通过推导衰落信道下信息符号的联合概率密度函数,并求出其误符号率,进而提出最小化信息符号的误符号率均方误差作为自适应的优化目标,并提出一种低复杂度的自适应分配方案,最后仿真验证了该方案在衰落信道下的性能。第六章对本文进行了总结,同时对编码调制技术进行了展望。本文一方面对spinal码各个参数对其性能影响进行仿真,为后续的科研工作提供一定的借鉴,另一方面对尾符号进行研究,以提高其误码率性能。

关键词：信道编码编码调制无速率码 spinal码尾符号

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一种高可靠低复杂度的短码-Spinal码研究

一种高可靠低复杂度的短码-Spinal码研究

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作者：何其龙电子科技大学

学位级别：硕士

随着5G通信技术的到来,人们对各种生活场景需求的提高对通信技术也有着更高的技术要求。对于不同的场景下信息传输时选取的信道编码方式也不同,在一些需要频繁调用的指令和一些设置参数的传输时一般需要采用短码长的编码方案。Spinal码... 详细信息

随着5G通信技术的到来,人们对各种生活场景需求的提高对通信技术也有着更高的技术要求。对于不同的场景下信息传输时选取的信道编码方式也不同,在一些需要频繁调用的指令和一些设置参数的传输时一般需要采用短码长的编码方案。Spinal码作为一种新生的无速率编码方案,在具有良好性能的同时,通过将编码和调制相结合设计还能大大提高频谱的利用率。本文主要对Spinal码在短码长下进行研究,首先分析了一些经典短码的编码和译码方案,然后提出了一种低复杂度高可靠的线性Spinal码编译码方法,通过优化设计线性矩阵,给出了一种线性编码矩阵,并证明了该编码矩阵具有最大化的调制符号间的最小欧氏距离,同时降低了编码复杂度,并提出了基于汉明距离度量的译码方案。然后通过仿真验证该码性能,并和原Spinal码方案进行性能比较,为了验证该码的性能,仿真中还给出了该码与RS(Reed-Solomon)码和LDPC(Low Density Parity Check)码进行仿真对比。随后对Spinal码的尾符号进行研究,接着推导单符号场景下的最小欧式距离分析,从符号间欧氏距离进行分析得到误块率的估计下界。然后分析发现虽然尾符号带来了性能增益,但是对码率是有一定的影响的,所以针对尾符号带来的传输损耗提出了尾符号算法的改进方案,然后将单符号最小欧式距离分析推广到多符号间的最小欧式距离分布,对符号数目逐渐增多时理论上的最小欧式距离分布进行分析和验证。首先,本文在绪论对研究背景和信道编码理论的发展进行论述,然后对短纠错码在5G通信系统中的一些应用进行说明,引出了本文的研究对象Spinal码,并对Spinal码的研究现状进行说明。在第二章,对RS码和LDPC码的编译码方法进行介绍,接着对ABP(Adaptive Belief Propagation)和OSD(Ordered Statistic Decoding)算法以及它们的级联译码算法进行分析介绍,然后对Spinal码的编码以及两种常见的译码方案进行详细介绍。在第三章,首先介绍了目前低复杂度的Spinal码方案,并对方案进行详细分析,对方案的优缺点进行研究。然后基于此提出了线性Spinal码编译码方案,通过给出一种线性编码矩阵,对线性矩阵的选择进行分析设计,并在理论上证明了该编码矩阵具有最大化的调制符号间的最小欧氏距离。然后对原Spinal码方案和推荐方案进行性能仿真和复杂度分析,最后与RS码以及LDPC码在短码长下进行性能对比分析。在第四章,本章首先通过分析了尾符号能为Spinal码带来增益的原理,然后对单符号间最小欧式距离进行分析,随后通过最小欧式距离来分析Spinal码的差错概率的下界,对于尾符号带来增益和与之同时带来的传输速率的下降进行分析,然后对尾符号算法进行改进设计,在不增加复杂度和不影响译码性能的同时解决了码率的损耗。最后推广到到多符号间最小欧式距离分布,同时对于符号数目增大时的欧式距离的分布进行理论分析验证。在第五章,总结了本文的研究内容,并对研究内容和方向以及成果的局限和不足进行总结,最后对研究内容的前景进行展望。

关键词： Spinal码 RS码 LDPC码 ABP-OSD算法线性编码尾符号

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