基于链表的Polar码编译码实现方法

基于链表的Polar码编译码实现方法Polar码又称为极化码,是由Arikan教授在2008年提出的最新的信道编码方法。Polar码是一种能够用严格的数学证明达到信道容量的信道编码方法,并且在2016年被3GPP选为5G-eMBB场景中控制信道的编码标准。已有的理论和仿真发现,Polar在不同信道上,都呈现出优秀的译码性能和较低的计算复杂度。特别地,Polar在某些场景(例如中短码长)下能够获得比传统的LDPC码和Turbo码更好的性能,因此它已经成为近年来信道编码领域的最为热门的研究焦点之一。本文从工程实现的角度,基于自定义的四向链表架构,对Polar码的编码、信道极化、信道选择和译码算法等进行实现与优化,主要的工作和创新点如下:1.提出一种与Polar码的码树结构相对应的链表实现架构。与传统的基于矩阵或方程的Polar码实现方法不一样,本文所提出的链表结构设置了四个指针指向,链表节点与Polar码树节点紧密对应;基于这样的四向链表架构,可以方便快捷地对不同类型Polar码的信道极化、编码算法和译码算法进行工程仿真实现和性能测试;2.基于本文的四向链表架构,对Polar码的信道极化、信道选择和编码方法进行了仿真和实现。同时,利用链表上的Trellis分布特点,基于反向串行抵消(SC)译码实现了Polar码的系统编码方案。实验仿真显示,对于码长为1024,码率为0.5的Polar,在BER=10-3处,系统Polar码的性能比非系统Polar码的性能有约0.2dB的提升,与Arikan给出的仿真结果一致;3.基于本文的链表架构,实现了几种经典的Polar码译码算法,包括串行抵消译码算法(SC)、串行抵消列表译码算法(SCL)和CRC辅助的串行抵消列表译码算法(CA-SCL),并对不同码长和码率下的Polar码进行了仿真和性能测试,为实际工程中的Polar译码器实际提供了参考;4.提出随机凿孔和等间隔凿孔Polar编码方案,两种方案均能灵活改变Polar码的码长和码率,达到速率匹配的效果。我们使用IEEE802.16e标准下的LDPC码来进行比较,发现在相同码长和码率下,使用随机凿孔方案下的Polar码译码性能与LDPC码的性能相差在0.5dB以内。使用等间隔凿孔方案与牛凯提出的准均匀凿孔方案相比,性能相差在0.1dB以内。