面向5G系统极化码译码算法的研究和实现

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极化码从被提出到被采用为增强移动带宽(enhanced Mobile Broadband,e MBB)场景下物理下行控制信道(Physical Downlink Control Channel,PDCCH)的标准编码方案仅用了不到十年的时间,且其译码性能会严重影响下行控制信息(Downlink Control Information,DCI)地解析。本文依托于“增强移动宽带5G终端模拟器研发”项目,以改善中短码长下极化码的译码性能为目的,完成了以下工作:1.针对比特翻转置信传播(Belief Propagation,BP)译码算法中翻转集构建的问题,本文提出利用对数似然比(Log-Likelihood Ratio,LLR)均值和关键集(Critial Set,CS)构建翻转集的方法,首先静态地构造翻转集CS,再用LLR均值对CS中元素进行筛选得到翻转集E-CS,从而加快首个错误信息比特地识别。仿真结果表明,当翻转集大小T=20且误比特率为104-时,所提算法的译码性能相比于传统BP译码算法约有0.55d B的性能提升,相比于T=|CS|时的基于CS的比特翻转BP译码算法仅有约0.08d B的性能损失,且平均比特翻转次数降低50%以上,故所提算法可以有效地减少基于CS的比特翻转BP译码算法的比特翻转次数。2.在残差网络方面,分析了BP译码算法的迭代结构和噪声传播特点,以译码纠错空间理论为依据,利用残差网络提取噪声特征并生成扰动噪声,进而动态地修正译码过程中的LLR值,以达到减弱噪声对译码结果的影响,从而提高译码性能。仿真结果表明,在误比特率为10-4时,所提算法相比于传统BP译码算法约有0.75d B的性能提升,相比于串行抵消列表(Successive Cancellation List,SCL)(L=16)译码算法仅有约0.25d B的性能损失,平均迭代次数在中低信噪比时相比传统BP译码算法降低50%以上,故所提算法可以有效地提高传统BP译码算法的译码性能。在3GPP R15版本协议基础上对PDCCH收发端链路进行方案设计和数字信号处理(Digital Signal Processor,DSP)实现。在极化码译码模块实现了本文所提的基于LLR均值和CS的比特翻转BP译码算法,经与MATLAB仿真平台对比,该算法在DSP平台上约有0.22d B的性能损失,属于可接受范围内。
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