信道编码作为现代通信系统的重要组成部分,能够提高通信系统容量从而显著改善通信系统的性能。自从香农提出有噪信道编码定理以来,人们一直在寻找能够达到香农极限的编码方案。终于在半个多世纪后的2009年,Arikan提出的极化码成为理论上能够达到香农限的首个实用编码方案。极化码的核心是信道极化的思想:一组独立且相同信道,通过多次信道合并、信道分裂的迭代极化过程,一部分信道容量逐渐趋于1,另一部分容量逐渐趋于0,最终只通过可靠性高的信道传输信息比特。尽管极化码的串行抵消译码算法在无穷码长的情况下被证明容量可达,但有限码长下的性能并不理想。列表译码改进了串行抵消算法的贪心深度优先搜索方式,是一种性能优异的译码算法。然后它的关键部分排序模块最为耗时,成为列表译码算法实用化的瓶颈。本文结合实际应用场景,对极化码进行了以下四方面的研究和创新:第一,介绍极化码理论基础。首先介绍信道合并、信道拆分和信道可靠性计算等基本理论。然后通过理论推导给出极化码的编码方法和时间复杂度。最后介绍基于对数似然比的串行抵消译码算法,同时分析译码算法时间复杂度和空间复杂度。第二,研究极化码的高性能译码算法。首先介绍列表译码算法,将串行抵消算法的贪心式深度搜索扩展为宽度优先搜索方式。然后分析简化串行抵消算法计算方式的几种改进方案,包括SSC算法、ML-SSC算法、Fast-SSC算法。最后结合前述二者的优点,介绍Fast-List译码算法。理论分析和仿真结果表明,列表译码算法可以达到最大似然译码的性能,快速列表算法兼具性能和速度两方面优势。第三,分析列表译码算法的常见排序器。明确路径度量值之间的依赖关系,为排序器优化提供理论依据。然后分别介绍双调排序器及其简化方案、冒泡排序器及其简化方案、以对度量值进行奇偶分割为基础进行简化的奇偶排序器。在此基础上,以比较选择单元数量、排序阶段数为指标对各排序器进行量化考查。第四,提出一种新型基排序选择器。归纳已有排序器的特点,分析其设计思路中存在的盲区。介绍基排序算法理论,在此基础上提出一种具有线性时间复杂度、并且可以极易被并行化的基排序选择器。选择器内部维护已处理、未处理、已标记、未标记四个度量值集合,针对硬件实现中常用定点数表示的路径度量值,通过对最高有效位到最低有效位比特的逐一比较,选择器动态调整四个集合内的元素,直到已标记的度量值数量达到要求时结束选择过程。本方案通过使用固定长度的比特向量标记元素所属的不同集合,将调整集合内元素的过程设计为可并行的比特向量操作。仿真结果和理论分析表明,本文提出的方案能极大降低现有排序器的时延和资源消耗,尤其适用于短码长、大列表宽度的译码器。