FPGA实现的极化码高效SC译码技术

极化码是一种编码技术，由Arikan E.在2008年提出，它能在二进制离散无记忆信道中逼近信道容量，同时保持较低的实现复杂度，使得它在通信系统中具有广泛应用前景。在FPGA（Field-Programmable Gate Array）平台上实现极化码的译码，可以克服软件实现时由于CPU串行处理导致的速率限制，充分利用FPGA的并行计算能力提高解码速度。 SC（Successive Cancellation）译码算法是极化码的一种主要解码策略。原版的SC算法基于蝶形结构，但在本研究中，为了提高译码效率，这种结构被优化成线性结构。线性结构的设计减少了计算步骤，使得译码过程更为高效。 在算法优化方面，除了结构改进，还引入了最小和译码、定点量化以及资源共享等方法。最小和译码是一种基于近似策略的解码方法，旨在减少计算复杂度，而定点量化则将浮点运算转换为更适合硬件实现的定点运算。资源共享则是利用极化码的递归特性，通过复用硬件资源来降低成本和提高资源利用率。 在FPGA实现阶段，研究者在Xilinx XC5VFX70T芯片上构建了极化码译码器，并进行了实际测试。测试结果显示，该译码器的最高工作频率达到145 MHz，对应的吞吐率可达到36.4 Mbps，这在实时通信系统中是非常有竞争力的性能指标。 SC译码算法与其它如BP（BriefPropagation）和ML（Maximum Likelihood）算法相比，具有优势。BP和ML算法由于涉及复杂的乘除运算，不便于硬件实现，而SC算法主要依赖加减和位操作，更适合FPGA的并行处理特性。 基于FPGA的极化码SC译码研究与实现不仅提升了译码速度，还降低了实现复杂度，为高速通信系统提供了新的解决方案。通过算法优化和硬件平台的选择，达到了较高的性能指标，证明了这一方法的有效性和可行性。这一领域的研究将继续推动通信编码技术的发展，尤其是在FPGA技术的应用上，可能会开启新的篇章。