低复杂度极化码的编译码器设计

摘要

极化码作为新一代通信系统的理想编码方案，性能优越和计算复杂度相对较低，极化码的研究已经在保密通信、多媒体信息传输等领域开展，以往的信道编码技术越来越不适应现在的大数据量和高速率传输。极化码适合于无线通信中的信道编码，并有望在5G通信系统的信道编码中得到应用。
　　本文研究了极化码的编码和译码算法，设计了一种应用于无线多媒体传感器网络的极化码编译码器。根据基带系统需求，对极化码的编译码算法进行仿真，确定设计参数。改进了CA-SCL算法，通过优化译码校验方式，改变校验比特位数，使得译码时间和硬件实现复杂度降低。考虑低复杂度的硬件实现，给出了一种半并行的编码方案，通过分析编码原理，优化编码结构并简化码字翻转操作，使编码器模块异或门的数量减少了约36.3％。用Matlab对接收数据似然值和路径度量确定了最优位宽，减少存储器的使用量。充分采用复用技术和增加数据控制结构译码运算电路、部分和电路进行改进以降低译码器硬件实现复杂度。
　　论文完成了极化码编译码器的RTL级设计，对极化码编译码器电路进行功能仿真和FPGA验证，仿真和测试结果表明，所设计的极化码编译码器电路的逻辑功能正确，满足基带系统32MHz的运行速度，对极化码编译码器电路进行误比特率计算，当信噪比为3.0dB时误比特率为9.25×10-5，以上结果均满足设计需求。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．3 论文研究内容与设计指标

1．4 论文组织结构

第二章 极化码的基本原理

2．1 信道极化

2．1．1 信道基本参数

2．1．2 信道组合

2．1．3 信道分离

2．1．4 信道极化

2．2 极化码的编码

2．2．1 极化码的生成矩阵

2．2．2 极化码的信道选择

2．3 极化码的译码

2．3．1 极化码的串行消除译码

2．3．2 极化码的置信传播译码

2．4 本章小结

第三章 极化码的编译码算法与性能分析

3．1 无线多媒体传感器网络基带系统

3．2 极化码的编码算法仿真

3．3 极化码的译码算法仿真

3．3．1 极化码的仿真平台构造

3．3．2 SC译码算法仿真

3．3．3 SCL译码算法仿真

3．3．4 CA-SCL译码算法仿真

3．3．5 CA-SCL译码的改进算法仿真

3．4 本章小结

第四章 极化码编译码器的设计

4．1 极化码电路的量化方案设计

4．2 极化码编码器的设计

4．2．1 CRC校验编码模块

4．2．2 码字生成模块

4．2．3 子编码模块

4．2．4 半并行编码模块

4．3 极化码译码器的设计

4．3．1 接收数据模块

4．3．2 控制模块

4．3．3 译码运算模块

4．3．4 改进的部分和模块

4．3．5 路径排序模块

4．3．6 CRC校验译码模块

4．4 本章小结

第五章 极化码的编译码器仿真与系统验证

5．1 极化码编译码器的功能仿真

5．1．1 功能仿真平台

5．1．2 极化码编译码器联合仿真

5．2 极化码编译码器电路的FPGA验证

5．2．1 极化码编译码器电路的验证平台构造

5．2．2 极化码编码器的FPGA验证结果

5．2．3 极化码译码器的FPGA验证结果

5．2．4 极化码编译码器电路综合结果和比较

5．3 极化码编译码器电路的误码性能分析

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

作者简介