物联网场景下基于半并行结构的极化码译码器设计

极化码因能达到容量极限的特性和较低的编译码复杂度而引起了广泛关注。针对资源受限情况下的物联网(Internet of Things, IoT)通信场景提出了一种改进的半并行极化码译码器,采用4 bit译码算法和预计算技术,降低了传统半并行结构所带来的时延,实现较低译码时延和较高硬件资源利用效率。实验结果表明,对于(1 024,512)的极化码,该译码器相比传统的半并行译码器和树形结构的2 bit译码器,时延分别降低了48.64%和75.19%,处理单元的硬件资源利用率提高了68.42%和119.35%,硬件资源得到了更高效利用,适用于硬件资源受限的IoT场景。

基于卷积神经网络的极化码译码算法

针对现有基于神经网络的极化码译码算法仅能对短码进行译码的问题(码长N≤64),提出针对极化码长码(N≥512)的卷积神经网络译码算法,利用神经网络epoch和batch参数来调控神经网络的输入,而不是固定从数据样本中抽取一定比例用作训练集和测试集,解决了由码字过长造成的数据爆炸问题。此外,研究了batch和epoch参数对卷积神经网络译码性能的影响及神经网络使用不同激活函数的性能差异。仿真结果表明,与传统SCL(successive cancellation list,串行抵消列表)译码算法比较,卷积神经网络在低信噪比下取得略优于SCL(L=2)的性能,在高信噪比下取得与SCL(L=2)算法相近的性能,并且训练数据集越大,神经网络译码性能越好。

基于多段CRC和部分路径拓展的极化码译码算法

为了兼顾极化码译码算法的性能和复杂度,提出了一种基于多段循环冗余校验(cyclic redundancy check,CRC)和部分路径拓展的极化码译码算法。该算法基于部分路径拓展的思路,通过计算译码比特的对数似然比及其期望的定量关系,自适应选择硬判决模式或者路径拓展模式。在此基础上,设计了五种校验位分段策略,通过将信息比特分成多段并在其后添加CRC实现算法在复杂度和可靠性之间折中。仿真结果表明,通过设定合理的参数和分段策略,在误帧率达到10^(-4)时,与CRC辅助的连续删除列表译码算法相比,所提算法的复杂度可降低约81%。

一种高资源效率的Fast-RCSC极化码译码器

针对现有极化码软输出译码器存在的高资源消耗与低资源效率,设计了一种快速低复杂度软取消(Fast Reduced Complexity Soft-Cancelation,Fast-RCSC)译码算法及其译码器硬件架构。Fast-RCSC算法对内部特殊结点进行完整计算,在减少译码周期的同时仍有较好译码性能。基于不同特殊结点公式之间存在相似性,进而通过对引入的特殊结点模块进行计算结果复用以及计算模块分时复用,减少特殊结点模块资源消耗。通过共用存储单元以及对不足存储单元数据宽度的数据进行合并,降低存储资源消耗。在华润上华(Central Semiconductor Manufacturing Corporation,CSMC)180 nm工艺下综合结果表明,设计的译码器在码长为1 024的情况下,面积为2.92 mm^(2),资源效率为245.2 Mbps/mm^(2),相比现有软输出译码器有不同程度的提升。

自由空间光通信中极化码译码方法研究

针对自由空间光通信中极化码译码复杂度高的问题,提出了一种适用于大气湍流信道的具有较低译码复杂度的分段CRC辅助SCL剪枝译码算法。将剪枝算法引入大气湍流信道下的极化码译码中,采用分段循环冗余校验作为检错单元,剪枝算法减少SCL译码的译码路径,进而降低极化码译码复杂度。仿真结果表明,在不同湍流强度下,该译码算法可以获得优于SCL译码算法的误码性能,并可通过改变性能损失值,获得较低的译码复杂度。

串行SCL极化码译码器

基于列表的极化码串行抵消译码算法(SCL算法)可以改善中短码长的误码性能,但其递归结构大大降低了译码吞吐率,但同时也带来了大的硬件复杂度和硬件资源消耗.本文提出了非递归结构的基于似然比的列表串行抵消译码算法(LLR-SCL算法),设计了码长为1 024比特、搜索路径为2的LLR-SCL译码器.仿真测试表明,该译码器具有较好的误码性能,且在Xilinx XC7V2000FPGA上主频可以达到227 MHz,占用硬件资源较低,复杂度小.

系统极化码的高效低复杂度编译码算法研究

系统极化码能减弱非系统极化码在连续抵消(SC)译码时的误码扩散敏感性,且在相同计算复杂度下拥有更好的误码性能,已被第五代通信系统采用,作为信道编码方式之一。在对系统极化码进行构造时采用经典的巴氏参数界法,编码时采用复杂度低且高效的非迭代编码算法,译码时采用循环校验码(C RC)辅助的基于对数似然比的连续抵消列表算法(LLR SCL)与再编码结合。仿真结果表明,低信噪比下中等长度的系统极化码的SCL译码性能远优于SC译码;再加以CRC辅助译码后,其性能可得到大幅提升。