Polar码SC译码算法的量化问题

为了在数字芯片上以低硬件复杂度实现Polar码的译码算法,对Polar码连续消除( SC)译码算法接收符号和SC译码输入的初始比特对数似然比( LLR)的量化问题进行了研究.分析了接收符号量化区间和量化比特数对Po-lar码SC译码性能的影响.对译码输入初始LLR,从均匀量化和非均匀量化两方面,并对非均匀量化采用了归一化非均匀量化和小数非均匀量化2种方式,分析了初始LLR的量化对Polar码SC译码性能的影响.仿真结果表明,分别对接收符号和初始LLR采用区间[-4,4]和区间[-20,20]上的6 bit均匀量化,就可以使Polar码SC译码算法的误比特率( BER)性能损失在小于0.1 dB的同时,具有更简单的硬件实现复杂度.     

空间调制信号的低复杂度球形译码算法

为进一步降低球型译码算法(SM-SD)的复杂度,同时不影响算法的误比特性能,提出一种SM-SD算法,采用了不同于目前存在的SM-SD算法的复变量实数化方式,具有独特的搜索树结构,搜索树的相邻两层相互独立.分析了新算法的原理及搜索过程,通过矩阵运算理论分析了几种SM-SD算法的运算复杂度,然后在不同的空间调制系统中对SM-SD算法的误比特性能和运算复杂度进行仿真.理论分析和仿真结果表明:新算法的性能接近于最大似然算法,运算复杂度低于已有的各种类型的球型译码算法,因此更加适合于检测空间调制信号.     

联合信道编码的Golden码检测

为分析级联信道编码Golden码系统的迭代检测性能并降低迭代检测算法的复杂度,利用软符号干扰消除的思想,提出采用高斯近似和最小均方误差(MMSE)算法来计算迭代检测过程中所需的比特软信息. 根据Golden码的传输特性,推导出适合该系统的软比特信息计算方法. 理论分析证明,与传统的list sphere decode maximum a posteriori(LSD MAP)算法相比,高斯近似和MMSE算法具有复杂度低的优点. 仿真结果表明,新算法的迭代检测性能接近于LSD MAP算法,可以实现Golden码的快速迭代检测.     

基于Jacobi迭代的大规模MIMO系统低复杂度软检测算法

基于Jacobi迭代提出一种低复杂度信号检测算法,在算法实现中避免了矩阵求逆运算.数学推导证明,该算法应用于MMSE检测时是收敛的,与传统的Neumann级数展开方法对比,能达到与其完全相同的检测性能,并且在任意迭代次数下能将复杂度保持在O(K2),而后者当级数展开项数大于等于3时复杂度上升为O(K3).为了进一步将Jacobi迭代应用到软判决中,提出了一种用于信道译码的LLR的近似计算方法.仿真结果表明,经过几次迭代,Jacobi迭代算法收敛较快,并接近MMSE检测性能.     

低复杂度极化码SCL译码算法

极化码的串行抵消列表(SCL)译码的逐次逐比特进行判决过程与路径度量值的计算筛选过程是整个译码系统复杂度与延迟的主要来源.在分析现有SCL及多比特判决译码的优缺点基础上,针对SCL译码造成的译码系统复杂度高和延时大的问题,将每组多比特码字(多个独立信道)视作一个整体,并在译码时通过信道合成构造为一个虚拟多比特信道,从而可以对多比特码字进行同步传输并根据信道递归公式进行同步判决译码.由此基于SCL译码的码树构造提出一种构造多比特虚拟信道的SCL译码算法,并结合设置译码码树节点阈值减少码树节点分裂次数的方法进一步增强了上述算法.在AWGN信道下的分别对虚拟2、4和8比特信道SCL译码的误码率及误帧率性能进行仿真.仿真结果表明在虚拟8比特信道情况下,预设阈值S=30时的译码性能接近传统SCL算法,且总历经节点数降低了63.7%,总加法次数是8比特同时判决译码算法的17%.此算法降低了译码算法的计算复杂度及硬件存储复杂度,更适合于硬件实现,具有一定的实用价值.     

高阶调制的LDPC码译码算法研究

针对LDPC(Low-Density Parity-Check)码的编码调制系统,提出了在信道解码器的输入端,无信道噪声方差估算情况下的接收信息比特对数似然比值(LLR)计算方案,将其应用在LPDC码的置信度传播译码算法和最小和译码算法中.该方案与精确的接收信息LLR计算方案在高斯信道和移动单频网信道下比较,通过Matlab性能仿真显示该方案与后者仅有不到0.5 dB的差距,具有很好的实用价值.     

MIMO系统中的低复杂度迭代树搜索算法

提出了应用于Turbo-MIMO系统的基于比特的迭代树搜索检测算法．利用自然二进制映射和扩展信道矩阵的QR分解,使迭代树搜索算法(ITS)中的度量计算转换为逐比特进行,这样大大减小了树中每层需要进行的度量更新和排序的运算量．在此基础上,再利用先验信息进一步减小度量更新的计算量．由于扩展信道矩阵的秩等于发射天线数,该算法对信道缺秩的情况不敏感．仿真结果表明：在误码率性能上,该算法略次于使用自然二进制映射的基于符号的ITS算法,与使用格雷映射的基于符号的ITS算法只有1dB左右的差距;而该算法的计算量在高信噪比时只相当于基于符号的ITS算法的6％~40％．     

LDPC编码MIMO系统的高性能低复杂度接收机

针对低密度校验(LDPC)码编码多输入多输出(MIMO)系统提出了一种高效的迭代接收机。一方面,通过添加一位互补矢量的方法对无偏最小均方误差迭代树搜索(MMSEITS)检测器作了改进,与原算法相比,改进算法提高了检测器的稳健性,并能以相对较低的处理复杂度获得更好的检测性能。另一方面,给出了一种高效率的LDPC码解码算法,该解码算法不但计算复杂度低,而且能以很少的迭代次数(大约5次)达到收敛。仿真结果表明,整个接收机在保证系统性能的同时降低了处理复杂度。     

基于LDPC编码辅助的OFDM-IM子载波索引保护方案

索引调制OFDM(OFDM with index modulation, OFDM-IM)的接收端常采用基于子载波激活状态的对数似然比(log likelihood ratio, LLR)检测算法。然而,LLR检测算法会出现子载波激活模式(subcarrier activation pattern, SAP)判决错误或判决出非法的SAP,不仅引起对索引信息的估计错误,还严重影响符号解调的正确率,导致整体的误码率增大。针对上述问题,提出了一种基于低密度奇偶校验(low density parity check, LDPC)编码辅助的子载波索引保护方案,通过对索引信息比特编码降低子载波激活模式的判决错误率。在接收端设计了LDPC编码辅助(LDPC coding aided, LA)检测算法,并详细推导了索引信息比特LLR的闭合表达式。利用MATLAB软件在多径衰落信道下进行蒙特卡洛仿真,结果表明在频谱效率不低于传统OFDM-IM方案的条件下,所提方案在误码率为10~(-4)时可取得约5～9 dB的增益,能够有效提高OFDM-IM传输方案的误码率性能。     

基于Max-Log更新的马尔科夫链蒙特卡洛MIMO检测增强算法

针对传统的马尔科夫链蒙特卡洛（MCMC）算法，提出了一种基于Max-Log更新的MCMC-MIMO检测算法。该算法采用了基于Max-Log更新的采样，可以有效产生收敛于后验概率（APP）分布的比特样本列表集合，同时可避免计算传统MCMC算法中的每比特概率分布。但是该检测算法在高信噪比下，采样过程会陷入锁死到局部最优态。在此基础上，提出了3个增强技术:1）抖动处理，对给定置信区间内的更新进行抖动处理；2）条件下重新初始化，对处在潜在锁死态的采样序列进行重新初始化；3）修剪饱和处理，利用球形译码算法中的修剪饱和技术来处理MIMO检测输出的对数似然信息（LLR）。仿真结果显示，基于Max-Log更新的MCMC增强算法能有效地解决陷入锁死的问题，从而提高系统性能并降低系统的计算复杂度。在复杂度为MMSE-PIC检测算法的90%的基础上，性能提高了2 dB。     

Successive cancellation multibit-flipping decoding algorithm for polar codes

The investigation of the probability of error bits in a codeword shows that single-bit errors and 2-bit errors are main reasons that influence the decoding performance of polar codes with a short or moderate blocklength. Based on the statistical analysis of the error bits, a successive cancellation(SC) multibit-flipping decoding algorithm is proposed. Compared with the SC single-bit-flipping decoding, the proposed scheme can obtain better performance gains for polar codes with a short blocklength. Compared with the SC list decoding by exploring multiple paths simultaneously, the proposed scheme has a lower space complexity. Moreover, the decoding complexity of the proposed decoding algorithm decreases as the signal to noise ratio(SNR) increases. Simulation shows that for polar codes with a short or moderate blocklength, the performance of the proposed decoder can approach that of the SC list decoding with lower decoding complexity in high SNR regions.     

Sliding window decoding algorithm for spatially coupled LDPC codes with a variable window

Spatially coupled low density parity check (SC-LDPC) codes can achieve a better decoding performance with a small message recovery latency due to the sliding window decoding. An improved decoding scheme based on window extension is proposed for further enhancing the performance of the sliding window decoding. In contrast to conventional sliding window decoding, the window size of this scheme can vary according to the average logarithmic likelihood ratio (LLR) value of the target symbol. Specifically, for every iteration in the decoding process, we compare the average LLR value of the target symbol with the preset threshold. If the average LLR value of the target symbol is less than the preset threshold and the current window size does not exceed the maximum size, the decoding window size adds one and then performs a new iteration with the new window size. By this means, the scheme can achieve trade-off between decoding performance, complexity and latency. Simulation results on the additive white Gaussian noise (AWGN) channel show that this scheme can significantly improve the sliding window decoding performance of SC-LDPC codes.     

格缩减辅助MIMO检测的非线性量化

针对格缩减辅助(LRA)多入多出(MIMO)检测中,采用格缩减技术后导致星座畸变、引起变换域信号非线性联合量化复杂度高的问题,提出了一种排序反馈的非线性量化算法. 该算法同时考虑了变换星座的边界和各元素间的相关性,且根据量化误差的大小选择信号量化判决的顺序,依次量化判决信号的各元素. 仿真证明,基于该算法的格缩减辅助MIMO检测性能优于无排序反馈量化和逐元素独立量化的格缩减辅助MIMO检测,且能很好地逼近最大似然检测的性能;在平坦块衰落信道下,计算复杂度为多项式复杂度.     

交织分多址MIMO系统的迭代多用户检测

提出了一种多入多出交织分多址(MIMO-IDMA)系统的迭代多用户检测架构。通过不同的码片级交织序列识别用户,检测器采用新颖的基于均值的软判决多用户检测(SoD)算法。仿真表明,所提出的基于IDMA的SoD检测算法比传统MMSE线性检测算法性能改善约2 dB,优于SoIC算法约1 dB,有较低的误码率和复杂度。     

一种改进的广义正交空时分组码

广义正交空时分组码由多个相同的正交空时分组码组成,然而该编码的设计未能考虑到每个正交空时分组码的各支路对应的信道衰落系数,因而其性能还有提升的空间．针对此问题,提出了一种改进的广义正交空时分组码,将部分正交空时分组码的各支路信号分别旋转适当的角度．这些角度由接收端以最大化等效信道增益为目标而设计,因此,增大了系统的等效信道增益,提高了系统的性能．理论分析及仿真表明,该方法只需增加很少的反馈量就能显著提高系统的性能,且极大地降低了接收端计算反馈信息的复杂度．     

基于矩阵求逆化简的大规模MIMO系统线性信号检测

在大规模多输入多输出（MIMO）系统上行链路中,当基站端天线数远大于单天线用户数时,传统的最小均方误差（MMSE）检测算法能达到接近最优的线性信号检测性能.但是,MMSE算法涉及复杂的矩阵求逆,导致其难以快速有效地实现.为了平衡检测性能和计算复杂度之间的关系,对比分析了基于多项式展开的近似矩阵求逆方法和基于线性方程迭代求解的等效矩阵求逆方法,并将其应用于软判决检测中,充分利用了信道编译码的软信息,在降低检测算法复杂度的同时达到接近最优的检测性能.     

MIMO系统双向自适应高斯逼近检测算法

针对多输入多输出(MIMO)系统高斯逼近检测算法计算复杂度高，以及在搜索径数较少的时候，可能出现严重的误差传播，导致检测性能下降等问题，对多输入多输出系统检测进行了研究，提出了一种新的双向自适应高斯逼近算法.传统的高斯逼近算法在接收端进行树形搜索，当搜索径数较多时，高斯逼近算法能很好地抑制误差传播，但算法开销很大；当搜索径数较少时，存在严重的误差传播.双向自适应高斯逼近检测算法（BID-A-GA），通过从正向和反向并行地进行检测，判断误差传播是否产生，从而自适应地调整搜索径数，在抑制误差传播的同时，降低了算法复杂度.新的双向自适应检测算法能并行计算，运算时延低，且能在低复杂度情况下有效地抑制误差传播.     

基于因子图的SCMA和LDPC联合检测和译码

稀疏码分多址（SCMA）和低密度奇偶校验码（LDPC）是未来移动通信系统中重要的多用户接入和信道编码备选方案。针对SCMA多用户检测性能不理想的问题,该文提出了基于因子图的SCMA和LDPC联合检测和译码方案（JDD）,利用LDPC译码的外信息辅助SCMA的多用户检测,仿真结果表明,JDD方案能够获得显著的SCMA检测和LDPC译码性能增益,并使得译码性能逼近理想的单用户传输系统。为了实现算法性能与复杂度之间的折中,该文还提出了基于Jacobi对数近似和消息阻尼（Damping）技术的低复杂度联合检测和译码方案（RC-JDD）,仿真和复杂度分析结果表明RC-JDD方案能够在保证译码性能的同时显著降低算法复杂度。