极化码编解码原理与无线通信系统仿真

本章内容主要集中在极化码编译与译码技术上，它是数字设计与综合领域中的一个重要课题。极化码由E.Arikan提出，是一种高效且理论性能卓越的编码方式，其编码复杂度仅为线性级别，对于满足信道容量并降低编译码难度具有重要意义，特别在下一代5G通信信道编码技术中展现出了强大的潜力。 章节首先介绍了预备知识，包括极化码构造中的关键概念，如编码算法和译码算法所需的变量。作者深入解析了极化码的核心原理——信道极化现象。当码长N趋近于无穷大时，信道经历信道结合和信道分裂的过程，通过这两个步骤，信道性能逐渐趋向于极化，即部分信道变得更差（冻结位），而部分信道变得更优（信息位）。作者在此基础上，推导出信道极化的实现步骤，并提供了两个关键定理，为后续的极化码设计提供了坚实的理论基础。 在编码方面，章节详细讲解了如何估计信道的可靠性，特别是在BEC（二进制Erasure Channel）信道上，利用巴氏参数直接计算错误概率。然而，对于B-DMC（二元离散记忆信道）和高斯白噪声信道，缺乏通用的可靠性估计方法。因此，本文引入了密度进化法和高斯近似法，扩展了对这类信道的处理能力，确保了极化码能适应多种环境。 在译码策略上，着重研究了串行concatenated (SC)译码算法，但指出其在中短码长下的性能有所不足。针对这个问题，作者提出了改进的SCL（Successive Cancellation List）译码算法，该算法通过扩展搜索列表，提升了译码性能，尤其在处理中短码时效果显著。 本章内容涵盖了极化码从理论基础到实际应用的全过程，包括信道极化现象的理解、编码和译码算法的设计与优化，这对于理解和实现高效的极化码编码技术具有重要价值。通过MATLAB平台，作者还实现了包含极化码的基带无线通信系统，并对其在AWGN（Additive White Gaussian Noise）信道下的误码率进行了仿真，为实际通信系统的性能评估提供了实验依据。