一种基于增强奇偶校验码级联极化码的新型编译码方法

极化码作为一种纠错码,具有较好的编译码性能,已成为5G短码控制信道的标准编码方案。但在码长较短时,其性能不够优异。提出一种基于增强奇偶校验码级联极化码的新型编译码方法,在原有的奇偶校验位后设立增强校验位,对校验方程中信道可靠度较低的信息位进行双重校验,辅助奇偶校验码在译码过程中对路径进行修剪,以此提高路径选择的可靠性。仿真结果表明,在相同信道、相同码率码长下,本文提出的新型编译码方法比循环冗余校验(cyclic redundancy check,CRC)码级联极化码、奇偶校验(parity check,PC)码级联极化码误码性能更优异。在高斯信道下,当码长为128、码率为1/2、误码率为10-3时,本文提出的基于增强PC码级联的极化码比PC码级联的极化码获得了约0.3 dB增益,与CRC辅助的极化码相比获得了约0.4 dB增益。     

基于分布式奇偶校验码的低复杂度极化码SCLF译码算法

针对极化码串行抵消列表比特翻转(Successive Cancellation List Bit-Flip, SCLF)译码算法复杂度较高的问题,提出一种基于分布式奇偶校验码的低复杂度极化码SCLF译码(SCLF Decoding Algorithm for Low-Complexity Polar Codes Based on Distributed Parity Check Codes, DPC-SCLF)算法。与仅采用循环冗余校验(Cyclic Redundancy Check, CRC)码校验的SCLF译码算法不同,该算法首先利用极化信道偏序关系构造关键集,然后采用分布式奇偶校验(Parity Check, PC)码与CRC码结合的方式对错误比特进行检验、识别和翻转,提高了翻转精度,减少了重译码次数。此外,在译码时利用路径剪枝操作,提高了正确路径的竞争力,改善了误码性能,且利用提前终止译码进程操作,减少了译码比特数。仿真结果表明,与D-Post-SCLF译码算法和RCS-SCLF译码算法相比,所提出算法具有更低的译码复杂度且在中高信噪比下具有更好的误码性能。     

降低SCL译码错误的级联极化码

串行抵消列表(SCL)算法是极化码的一种近似最大似然(ML)译码算法,基于该算法的循环冗余校验(CRC)级联极化码、校验(PCC)级联极化码纠错性能优良,已成为5G极化码标准编码方案。总结了SCL译码错误类型,并从降低SCL译码错误的角度揭示了CRC级联极化码、PCC级联极化码,以及CRC辅助的PCC级联极化码,三者提升SCL译码性能的原理。仿真结果表明:CRC辅助的校验级联极化码可以显著降低SCL译码错误,并在较高信噪比(SNR)范围内,呈现出最佳的纠错性能。     

一种基于分段CRC码级联Hash极化码的设计

极化码作为一种线性分组码，具有较低的编码复杂度和确定的构造，但当其为中短码长时，性能会有所降低。提出一种基于分段循环冗余校验（cyclic redundancy check，CRC）码级联Hash极化码的设计方法，该方法在原有Hash极化码（Hash-Polar）的基础上，采用CRC分段校验进行双校验，分段CRC码在译码过程中能辅助路径度量，即对译码路径进行修饰，以此提高路径选择的可靠性，提高性能；另外，分段校验是将校验码分散地添加到输入的信息序列中，译码时对于CRC不通过的情况，可提前终止译码路径以省去不必要的译码计算量。最后，译码结束时，Hash校验码对修饰后的L条路径进行校验，选出最佳译码路径。仿真结果表明，所提出的设计方法比 CRC 辅助的 Hash 极化码（Hash-CRC-Polar）误码性能更优异。在高斯信道下，当码长为 128 bit、码率为 1/2、误码率为 10^-3时，所提出的基于分段 CRC 校验码的 Hash 极化码比Hash-CRC-Polar获得了约0.25 dB的增益。     

基于分段循环冗余校验的极化码自适应连续取消列表译码算法

针对极化码连续取消列表(SCL)译码算法为获取较好性能而采用较多的保留路径数,导致译码复杂度较高的缺点,自适应SCL译码算法虽然在高信噪比下降低了一定的计算量,却带来了较高的译码延时。根据极化码的顺序译码结构,该文提出了一种分段循环冗余校验(CRC)与自适应选择保留路径数量相结合的SCL译码算法。仿真结果表明,与传统CRC辅助SCL译码算法、自适应SCL译码算法相比,该算法在码率R=0.5时,低信噪比下(–1 dB)复杂度降低了约21.6%,在高信噪比下(3 dB)复杂度降低了约64%,同时获得较好的译码性能。     

极化码中关键信息比特集合的非均匀奇偶校验级联方案

在中短码长条件下极化码信道极化不完全,在奇偶校验级联码的译码过程中容易发生错误传播影响译码算法性能.为了降低错误传播对奇偶校验级联性能的影响,设计了一种新型奇偶校验级联方法.该方法通过高斯估计选取部分关键易错信息比特进行非均匀分段校验,能够有效降低错误传播对奇偶校验性能的影响,同时与循环冗余校验级联选择正确路径,可以提升译码算法在大列表和高信噪比条件下的译码性能.仿真表明应用新型级联码相比于CA-SCL(Cyclic-redundancy-check Aided Successive Cancellation List)平均能提升0.1～0.15 dB译码性能.此外,新型级联码结合自适应算法,可以利用译码算法性能的提升使自适应算法在更小列表下译码成功,降低自适应算法在较低信噪比下6％～25％的译码复杂度.     

一种带辅助译码比特的Polar码译码方法

在传统的Polar码译码的基础上,引入辅助译码比特,构造了一个辅助的Polar码字以提高译码性能。辅助比特由信道选择辅助窗口内的信息位决定。接收端如译码失败,将进行二次译码尝试。译码方案分两阶段进行：基于相同结构的扩展生成矩阵,将辅助译码比特译出;结合译出的辅助比特,对原码字进行译码,提高译码成功率。仿真结果显示,使用所提方法进行译码,其译码性能明显优于普通串行抵消译码方法;与两种传统的自动重传请求方案相比,能分别获得1 dB和1.9 dB的性能增益。     

一种基于错误集的极化码改进SCL译码算法

针对极化码在中短码长时纠错性能的不足,提出了一种基于错误集的极化码改进串行抵消列表(Successive Cancellation List of Polar Codes Based on Error Set,ES-SCL)译码算法。该算法首先根据极化码的信道特性构造错误集,在极化码编码时根据错误集中的元素设置奇偶校验(Parity Check,PC)位,其余位置则放置信息比特和冻结比特,译码器在译码PC位时,每条路径通过校验函数得到PC位的比特估计,不执行路径分裂和剪枝,其余位置则执行SCL译码。仿真结果表明,在加性高斯白噪声信道下,当码长为512,码率为0.5,误块率为10-5,最大译码列表数为8时,相较于PC-PSCL译码算法以及CA-SCL译码算法,所提出的ES-SCL译码算法获得了约0.18和0.15dB的增益;当码长为256,码率为0.5,误码率为10-5,最大译码列表数为8时,相较于CA-SCL,PC-PSCL译码算法,获得了约0.3和0.35dB的增益;此外,采用部分比特分裂译码的ES-SCL译码算法可以在误块率与PC-PSCL译码算法几乎相同的情况下,减少约50%的排序次数,具有更低的译码复杂度。     

一种用于LTE的提前终止Turbo码算法仿真

Turbo编码是Long Time Evolution(LTE)定义的信道编码形式,可以获得逼近香香农理论极限的译码性能,目前广泛应用于第3代和第4代移动通信系统中。为了解决Turbo译码时延长和计算复杂度的问题,研究了一种可以应用于LTE系统中的基于循环冗余校验的改进Turbo译码算法,在Turbo译码器中增加循环冗余校验(Cyclic Redundancy Check,CRC)提前终止准则,在译码迭代结束时检验是否存在错误比特码,在无CRC校验错误时提前终止迭代译码,在不影响译码性能的同时降低译码复杂度。Matlab仿真结果表明,与固定迭代次数的Turbo码算法相比,译码延迟得到了显著改善。     

基于SWIPT的Polar编码协作码的设计与系统性能研究

极化（Polar）编码协作可同时获得编码增益与分集增益,实现可靠通信。为了解决中继能量受限问题,本文研究了基于无线信息与能量同传（Simultaneous Wireless Information and Power Transfer, SWIPT）技术的Polar编码协作系统。首先,建立了基于SWIPT的Polar编码协作系统模型。其次,鉴于Polar码的Plotkin构造方法将一个长码分裂成两个短码,非常适用于编码协作场景,使用Plotkin构造方法联合设计信源节点和中继节点Polar码,并在目的节点对其进行联合串行相消（Successive Cancellation, SC）译码。相比传统点对点系统,基于SWIPT的Polar编码协作系统使得系统中断概率大幅度降低;与随机低密度奇偶校验（Low Density Parity Check, LDPC）编码协作系统相比,在译码迭代次数低时所提方案误码性能更佳。      

一种基于奇偶校验码级联极化码的低复杂度译码算法

极化码作为一种纠错码,具有较好的编译码性能,已成为 5G 短码控制信道的标准编码方案。但在码长较短时,其性能不够优异。作为一种新型级联极化码,奇偶校验码与极化码的级联方案提高了有限码长的性能,但是其译码算法有着较高的复杂度。该文针对这一问题,提出一种基于奇偶校验码级联极化码的串行抵消局部列表译码(PC-PSCL)算法,该算法在编码前进行外码构造,通过高斯近似(GA)得到的子信道错误概率选取较不可靠的信息位,对选取的较不可靠的信息位进行串行抵消列表(SCL)译码和奇偶校验,其余信息比特仅进行串行抵消(SC)译码。仿真结果表明,在高斯信道下,当码长为512,码率为1/2,误帧率为10–3,最大列表长度为8时,该文提出的低复杂度译码算法比SCL译码算法获得了0.5 dB的增益;与基于奇偶校验的SCL译码算法性能相近,但是空间复杂度和时间复杂度分别降低了38.09%, 15.63%。     

基于分段凿孔的极化码级联方案

极化码拥有出色的纠错性能,但编码方式决定了其码长不够灵活,需要通过凿孔构造码长可变的极化码。该文引入矩阵极化率来衡量凿孔对极化码性能的影响,选择矩阵极化率最大的码字作为最佳凿孔模式。对极化码的码字进行分段,有效减小了最佳凿孔模式的搜索运算量。由于各分段的第1个码字都会被凿除,且串行抵消译码过程中主要发生1位错,因此在各段段首级联奇偶校验码作为译码提前终止标志,检测前段码字的译码错误并进行重新译码。对所提方法在串行抵消译码下的性能进行仿真分析,结果表明,相比传统凿孔方法,所提方法在10–3误码率时能获得约0.7 dB的编码增益,有效提升了凿孔极化码的译码性能。     

Dual-CRC polar codes and dual-SCFlip decoding algorithm for cell search in 5G system

Polar codes become the coding scheme for control channels of enhanced mobile broadband (eMBB) scenarios in the fifth generation (5G) communication system due to their excellent decoding performance. For the cell search procedure in 5G system, some common information bits ( CIBs) are transmitted in consecutive synchronization signal blocks ( SSBs). In this paper, a dual-cyclic redundancy check ( dual-CRC) aided encoding scheme is proposed, and the corresponding dual-successive cancellation flip ( dual-SCFlip) algorithm is given to further improve the performance of polar codes in the low signal-to-noise ratio ( SNR) environment. In dual-CRC aided encoding structure, the information bits of polar codes in different transmission blocks add cyclic redundancy check (CRC) sequences respectively according to CIBs and different information bits (DIBs). The structure enlarges the size of CIBs to improve the block error ratio ( BLER) performance of the system. The dual-SCFlip decoder can perform bit flip immediately once CIBs is decoded completely, and then decode DIBs or terminate decoding in advance according to the CRC result, which reduces the delay of decoding and mitigates the error propagation effect. Simulation results show that the dual-CRC aided encoding scheme and dual-SCFlip decoder have significant performance improvement compared to other existing schemes with low SNR.     

改进交织的单层极化码高阶编码调制系统

极化码作为一种新型编码方式,被采纳为5G通信中的短码方案。本文将极化码应用到比特交织编码调制（Bit-Interleaved Coded Modulation,BICM）系统,优化交织器的设计,提出了一种新型交织算法。相比于现有的交织算法,新型交织算法的提出是基于比特信道可靠性衡量参数,将高可靠性的比特信道与低可靠性的比特信道交错设计,按照高可靠性信道对低可靠性信道辅助译码的方式,提高极化码的纠错性能。由于新型交织算法只存在于比特信道可靠度参数的简单排序,在复杂度上没有明显增加。仿真结果表明:新型交织算法具有优异的性能,当误码率为10-5,码长为256时,采用新型交织算法的极化码BICM系统与LDPC码的BICM系统相比大约有1.51 dB的增益。      

On the Performance and Implementation Issues of Interleaved Single Parity Check Turbo Product Codes

In this paper, both performance and complexity aspects of two-dimensional single parity check turbo product codes (I-SPC-TPC) are investigated. Based on the proposed I-SPC-TPC coding scheme, a parallel decoding structure is developed to increase the decoding throughput with minor performance degradation compared with the serial structure. For both decoding architectures, a new helical interleaver is constructed to further improve the coding gain. In terms of decoding algorithm, the extremely simple Sign-Min decoding is alternatively derived with only three additions needed to compute each bit's extrinsic information. For performance evaluation, (16, 14, 2)² single parity check turbo product code with code rate 0.766 over AWGN channel using QPSK modulation is considered. The simulation results using Sign-Min decoding show that it can achieve bit-error-rate of 10^?5 at signal-to-noise ratio of 3.8 dB with 8 iterations. Compared to the same rate and codeword length turbo product code composed of extended Hamming codes, the considered scheme can achieve similar performance with much less complexity. Important implementation issues such as the finite precision analysis, efficient sorting circuit design and interleaver memory management are also presented.     

Generalized LDPC codes and generalized stopping sets

A generalized low-density parity check code (GLDPC) is a low-density parity check code in which the constraint nodes of the code graph are block codes, rather than single parity checks. In this paper, we study GLDPC codes which have BCH or Reed-Solomon codes as subcodes under bounded distance decoding (BDD). The performance of the proposed scheme is investigated in the limit case of an infinite length (cycle free) code used over a binary erasure channel (BEC) and the corresponding thresholds for iterative decoding are derived. The performance of the proposed scheme for finite code lengths over a BEC is investigated as well. Structures responsible for decoding failures are defined and a theoretical analysis over the ensemble of GLDPC codes which yields exact bit and block error rates of the ensemble average is derived. Unfortunately this study shows that GLDPC codes do not compare favorably with their LDPC counterpart over the BEC. Fortunately, it is also shown that under certain conditions, objects identified in the analysis of GLDPC codes over a BEC and the corresponding theoretical results remain useful to derive tight lower bounds on the performance of GLDPC codes over a binary symmetric channel (BSC). Simulation results show that the proposed method yields competitive performance with a good decoding complexity trade-off for the BSC.