一种用于FEC译码技术的改进遗传算法

针对基本遗传算法中的早熟问题和因种内竞争而带来的“封闭竞争”问题,提出了一种改进的遗传算法.该算法增加了群体多样性,引入了相似度概念,并应用于种间竞争.其收敛性分析表明:与基本遗传算法相比,该算法收敛于全局最优解的概率为1,具有更好的收敛性.并且仿真分析表明:该改进遗传算法与基本遗传算法相比,在BTC译码上改善了约0.4 dB的净编码增益.因而所提出的改进遗传算法在译码性能上具有更好的优越性,更适用于FEC译码技术.     

基于CNN扰动的极化码译码算法

针对中短码长下串行抵消(SC)算法性能较差,且串行抵消列表(SCL)算法复杂度较高等问题,根据译码纠错空间理论,该文提出了一种基于卷积神经网络(CNN)扰动的极化码译码算法.对SC译码失败的接收序列,通过CNN产生相应的扰动噪声,并将该扰动噪声添加到接收信号中,然后根据重新计算的似然信息进行译码.仿真结果表明:与SC译码算法相比,所提出的算法约有0.6 dB的增益,与SCL(L=16)译码算法相比,该算法约有0.1 dB的提升,且平均复杂度更低.     

光传输系统中一种分组Turbo码的新颖译码算法分析

基于遗传算法与Chase译码算法的各自优势,提出了一种降低运算复杂度并加快译码速度的新颖分组Turbo码(BTC)译码算法.与传统的Chase译码算法相比,该译码算法降低了译码复杂度且加快了译码速度.仿真分析表明,该算法较传统的Chase译码算法在误码率为10-6时提高了约1.15 dB的净编码增益(NCG),具有良好的纠错性能.因而它是一种适用于光传输系统且实用性较强的新颖BTC译码算法.     

一种基于新度量准则的极化码SCLF译码算法

为了解决串行抵消(Successive Cancellation,SC)译码算法在中短码长情况下译码性能不佳的问题,在SC译码算法的基础上增加路径列表和比特翻转方法得到一种改进的串行抵消列表翻转(Successive Cancellation List Flip,SCLF)译码算法.该算法利用比特翻转构建最不可靠的信息位集合,称为翻转集合(Flipping Set,FS),同时提出一种新的度量法则来缩小FS的范围、提高FS的准确率.仿真结果表明,随着信噪比的增大,所提出的SCLF译码算法误块率(Block Error Rate,BLER)有较大提升,当BLER为10-3时,SCLF(码长N=256,列表大小L=8)译码算法的增益比SC(N=256)译码算法提升了 0.55 dB;当BLER为10-4时,SCLF(N=256,L=8)译码算法的增益比CA-SCL(N=256,L=8)译码算法提升了 0.22 dB;当BLER为10-5时,SCLF(N=256,L=16)译码算法的增益比CA-SCL(N=256,L=16)译码算法提升了 0.17 dB.     

基于CNN扰动的极化码译码算法

针对中短码长下串行抵消(SC)算法性能较差,且串行抵消列表(SCL)算法复杂度较高等问题,根据译码纠错空间理论,该文提出了一种基于卷积神经网络(CNN)扰动的极化码译码算法。对SC译码失败的接收序列,通过CNN产生相应的扰动噪声,并将该扰动噪声添加到接收信号中,然后根据重新计算的似然信息进行译码。仿真结果表明:与SC译码算法相比,所提出的算法约有0.6 dB的增益,与SCL(L=16)译码算法相比,该算法约有0.1 dB的提升,且平均复杂度更低。     

残差扰动网络辅助的BP译码算法

极化码的置信传播(Belief Propagation,BP)译码算法性能相比于其他极化码译码算法并不具有优势。为了改善这一现象,提出了一种基于残差网络和扰动译码算法相结合的BP译码算法。该算法通过在传统BP译码算法的基础上添加残差神经网络对接收信号进行处理,使其更大概率地落在可正确译码区域内,从而达到改善传统BP译码算法的译码性能的目的。仿真结果表明,在误比特率为10－4时,所提算法相比于传统的BP译码算法约有0.7 dB的性能增益,相比于BP-RNND(50)（BP- Residual Neural Network Decoder）译码算法约有0.6 dB的性能增益;同时,在低信噪比时所提算法的平均迭代次数相比于传统BP译码算法约有60%的降低。     

一种基于交错行列消息传递的LDPC码改进译码算法

为进一步改善低密度奇偶校验(LDPC)码译码算法的纠错性能,并加快其译码的收敛速度,提出一种基于交错行列消息传递的改进译码算法.该算法通过将动态调度策略译码算法中的残差值思想引入到串行调度译码算法中,使得串行调度译码算法在每次迭代进行消息更新前都会进行一次残差值排序的计算,并对其节点消息原有的固定更新顺序进行重新排序.仿真结果表明:在误码率为10-4时,该改进的译码算法相比于行消息传递算法和列消息传递算法有0.25和0.24 dB的增益;在误码率为10-5时,相比于交错行列消息传递算法有0.13 dB的增益.     

基于平均概率和停止准则的多元LDPC码加权符号翻转译码算法

为了提高多元低密度奇偶校验(LDPC, low density parity-check)码符号翻转译码算法的性能并降低译码的复杂度,提出了基于平均概率和停止准则的多元LDPC码加权符号翻转译码(APSCWSF, average probability and stopping crite-rion weighted symbol flipping)算法。该算法将校验节点邻接符号节点的平均概率信息作为权重,使翻转函数更加有效,提高符号的翻转效率,进而改善译码性能。并且通过设置迭代停止准则进一步加快算法的收敛速度。仿真结果显示,在加性高斯白噪声信道下,误符号率为10?5时,相比WSF算法、NSCWSF算法(Osc=10)和NSCWSF算法(Osc=6),APSCWSF算法(Osc=10)分别获得约0.68 dB、0.83 dB和0.96 dB的增益。同时,APSCWSF算法(Osc=6)的平均迭代次数也分别降低78.60% ~79.32%、74.89% ~ 75.95% 和67.20% ~70.80%。     

融合路径度量值和行重特性的Polar码SCL译码算法

首先提出基于初始对数似然比(Log-Likelihood Ratio, LR)与路径度量值(Path Metric, PM)的PM-LLR-SCL译码算法,在接收端初始LLR和PM值之间建立映射关系,并通过重排PM值完成翻转功能。其次,提出基于极化码生成矩阵的行重特性和PM值的PM-RW-SCL译码算法,不仅考虑了Polar码的最小码距和极化子信道可靠度,同时将路径分裂每一层的PM值引入到译码策略中,从而提高了译码性能。仿真结果显示,与串行抵消列表比特翻转(Successive Cancellation List Bit-flip, SCLF)相比,提出的PM-LLR-SCL算法最大可获得约0.23 dB的性能增益,而基于路径数量的复杂度降低了约62%;与基于行权重的串行抵消列表翻转译码算法相比,PM-RW-SCL算法最大可获得约1.5 dB的性能增益,而复杂度降低了约39%。     

LDPC-Polar级联系统的中间信道选择与分配

传统LDPC-Polar级联系统的中间信道选择方法对于非二进制擦除信道并不合适,并且没有考虑中间信道和LDPC码变量节点的对应关系。为此,提出利用关键集(Critical Sets, CS)构造新的中间信道挑选集合,并利用偏序和叶子集大小作为排序规则对中间信道可靠度进行排序。在所提出中间信道选择和排序方法的基础上,设计了一种中间信道和外码LDPC码变量节点的分配方法进一步提升级联系统的误码性能。仿真结果表明,当极化码码长为1 024,级联系统码率为0.5时,在误块率(Block Error Rate, BLER)为10^-3处,所提方法相比于比特映射的方法约有0.14 dB的增益,与CA-SCL(Cyclic Redundancy Check Aided Successive Cancellation List)(L=2)译码算法相比约有0.3 dB的增益;并且相对于CA-SCL译码算法,该级联系统具有更低的译码时延。     

Probabilistic construction of large constraint length trellis codesfor sequential decoding

Probabilistic algorithms are given for constructing good large constraint length trellis codes for use with sequential decoding that can achieve the channel cutoff rate bound at a bit error rate (BER) of 10^-5-10^-6. The algorithms are motivated by the random coding principle that an arbitrary selection of code symbols will produce a good code with high probability. One algorithm begins by choosing a relatively small set of codes randomly. The error performance of each of these codes is evaluated using sequential decoding and the code with the best performance among the chosen set is retained. Another algorithm treats the code construction as a combinatorial optimization problem and uses simulated annealing to direct the code search. Trellis codes for 8 PSK and 16 QAM constellations with constraint lengths v up to 20 are obtained. Simulation results with sequential decoding show that these codes reach the channel cutoff rate bound at a BER of 10^-5-10^-6 and achieve 5.0-6.35 dB real coding gains over uncoded systems with the same spectral efficiency and up to 2.0 dB real coding gains over 64 state trellis codes using Viterbi decoding     

瑞利衰落信道下基于LDPC码USTM的MIMO系统

研究了一种联合低密度校验(LDPC,Low-Density Parity-Check)码和酉空时调制(USTM,Unitary Space-Time Modulation)技术在不相关瑞利平坦衰落(Rayleigh flat fading)下的多输入多输出信道(MIMO,Multiple-Input Multiple-Output)系统的性能.在无信道状态信息下,采用可并行操作的和积译码算法(SPA,Sum-Product Algorithm)的LDPCC-USTM级联系统具有优异的性能,并分析了不同LDPC码集下对系统性能的影响.仿真结果表明LDPCC-USTM级联系统比与未级联的相比有近23dB的编码增益,与基于Turbo码的USTM[6]系统相比有5dB多的编码增益,且基于非规则的LDPC码的级联系统比基于规则码有近1dB的编码增益.     

Error-rate analysis of polar code designs using genetic algorithm for additive white Gaussian noise channel

A novel scheme for designing polar codes with specific decoding schemes in the additive white Gaussian noise channel is presented in this paper. The code construction strategy is built on the genetic algorithm (GA) where successive evolution of populations (or group of information sets) leads toward fittest candidate to attain finest error-rates. In this work, it is shown that better error-rates can be attained by both successive cancelation list decoding using GA with no cyclic redundancy check (CRC) and belief propagation decoding using GA with no CRC and no list, compared to existing polar decoding schemes. Our proposed polar code design scheme using GA has the ability to attain a target block error rates with the least possible SNR and using no additional CRC by exploiting least belief propagation iterations or lesser successive cancelation list list size with no self-alterations in the decoding algorithm.     

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%。     

A novel BTC decoding algorithm based on the genetic algorithm in optical communication systems

Combining the advantages of both the genetic algorithm （GA） and the chase decoding algorithm, a novel improved decoding algorithm of the block turbo code （BTC） with lower computation complexity and more rapid decoding speed is proposed in order to meet the developing demands of optical communication systems. Compared with the traditional chase decoding algorithm, the computation complexity can be reduced and the decoding speed can be accelerated by applying the novel algorithm. The simulation results show that the net coding gain （NCG） of the novel BTC decoding algorithm is 1.1 dB more than that of the traditional chase decoding algorithm at the bit error rate （BER） of 10^-6. Therefore, the novel decoding algorithm has better decoding correction-error performance and is suitable for the BTC in optical communication systems.     

LDPC码在IEEE802.16e标准中的编译码分析

为了能够在保证译码性能的同时进一步降低译码的复杂度,该标准还在译码的过程中引入由M Fossorier等人提出的BP-Based算法,并分析了这两类算法的实际译码性能。实验仿真结果表明,BP-Based算法与LLR-BP算法相比,在不同码长及不同码率条件下可以更好地实现译码算法度和译码性能的有效均衡,因而更加适合作为硬件译码器的优化算法而应用到实际的通信系统中。     

Near-capacity coding in multicarrier modulation systems

We apply irregular low-density parity-check (LDPC) codes to the design of multilevel coded quadrature amplitude modulation (QAM) schemes for application in discrete multitone systems in frequency-selective channels. A combined Gray/Ungerboeck scheme is used to label each QAM constellation. The Gray-labeled bits are protected using an irregular LDPC code with iterative soft-decision decoding, while other bits are protected using a high-rate Reed-Solomon code with hard-decision decoding (or are left uncoded). The rate of the LDPC code is selected by analyzing the capacity of the channel seen by the Gray-labeled bits and is made adaptive by selective concatenation with an inner repetition code. Using a practical bit-loading algorithm, we apply this coding scheme to an ensemble of frequency-selective channels with Gaussian noise. Over a large number of channel realizations, this coding scheme provides an average effective coding gain of more than 7.5 dB at a bit-error rate of 10/sup -7/ and a block length of approximately 10/sup 5/ b. This represents a gap of approximately 2.3 dB from the Shannon limit of the additive white Gaussian noise channel, which could be closed to within 0.8-1.2 dB using constellation shaping.     

光通信中基于BCJR的BCH译码算法研究

首先从理论上分析了硬判决译码算法和软判决译码算法的性能然后对BCH(Bose,Ray-Chaudhuri,Hocquenghem)码的网格结构以及BCJR(Bahl,Cocke,Jelinek and Raviv)算法进行了详细地分析及推导。实验结果表明,在光信道环境中,在误比特率为10-5时,当仅提高最小汉明距离码率相同或者仅减小码率最小汉明距离相同时,BCJR算法相对于硬判决译码算法的编码增益分别在之前的编码增益基础上又增加了0.15dB和0.25dB。因此设计级联码方案时,应尽可能选择纠错能力较大的内码。此外也可以采用适当增加内码的冗余度相应减小外码的冗余度的方法,在获得更高的编码增益的同时保证整个系统的带宽利用率不变。     

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。