Page 23 - 网络电信2023年2月刊

图６ 浑浊水条件下的性能曲线图
综合来看,LDPC 码在低信噪比时性能略优于极化码,这也符
合 LDPC码前期收敛速度快的优势,但是极化码的最大优势在于
其译码的渐进性,因此随着信噪比的增加,极化码的性能优势会表
现得越来越明显,且随着水质条件的变差其渐进性能表现得越明
显,另外极化码不会出现 LDPC 码误码平层的问题,这一点在3种
水质条件下的误码率性能图中均能明显看到。从仿真结果来看,
使用纠错码方案能够大大提高水下光通信的性能,而且能够证明
极化码在水下光通信中具有优越的自适应性和渐进性,与应用更
广泛的 LDPC 码相比也具有一定优势。
最后针对两种纠错码的译码复杂度进行分析。假设两种码
的码长均为 N,LDPC码使用的 BP译码算法的时间复杂度为O(N),
极化码使用的 CA-SCL译码算法的时间复杂度为O(NlogN),但是
BP译码在实际使用中需要多次迭代,复杂度也会相应提高,而极化
码的 CA-SCL 译码中只需一次遍历,不需多次迭代。综上所述,相
比LDPC码,极化码的编码结构更加清晰简单,译码复杂度相差不
大,且在译码中不需要多次迭代。
6.2 极化码的不同参数对系统性能的影响
6.2.1 不同码长对系统性能影响分析
为了分析码长对极化码在水下光通信中的性能影响,此处在
不同水质条件下对不同码长的极化码性能进行仿真,码率均为0.5,
且均使用译码宽度设置为8的 CA-SCL译码作为译码方案。在保
持上述相同的条件下,将极化码的码长分别设置为1024和2048,对
不同码长极化码的误码性能进行仿真。
图７ 不同码长对极化码性能的影响
网络电信 二零二三年一、二月
3种不同水质条件下的极化码的仿真结果如图7所示。由
图可知,在纯净水条件下,当信噪比大于2.5dB时,码长较长的极化
码性能更优,当误码率要求在约10-4时,码长2048比码长1024有约
0.5dB的增益;在沿港水条件下也符合码长越长性能越好的性质,
当误码率要求在约10-4时,码长2048比码长1024有约0.6dB的增益;
在浑浊水条件下依然符合该性质,当误码率要求在约10-4时,码长
2048比码长1024有约0.6dB的增益。
综合来看,3种不同水质条件下的水下光通信均满足极化码
码长越长性能越好的性质,且从图7中也能清晰地看到在水质条件
更差的浑浊水中,随着信噪比的增加极化码的性能越好,且不会出
现误码平层的现象。
6.2.2 译码宽度对系统性能影响分析
为了分析采用 CA-SCL译码时译码宽度对极化码性能的影
响,对采用不同译码宽度的极化码性能进行了仿真。极化码的码
长均设置为2048,码率均为0.5,采用 CA-SCL译码作为译码方案。
在保持上述相同的条件下,CA-SCL译码算法的译码宽度L 分别设
置为1、2、4和8。
在纯净水条件下,不同译码宽度的极化码性能仿真如图8所
示,若误码率要求为10-2时,译码宽度为8的极化码相比于译码宽度
为1的极化码约有0.8dB的增益;相比于译码宽度为2的极化码约有
0.35dB的性能增益;相比于译码宽度为4的极化码约有0.15dB的性
能增益。在沿港水条件下,不同译码宽度的极化码性能仿真如图9
所示,若误码率要求为10-3时,译码宽度为8的极化码相比于译码宽
度为1的极化码约有1dB的增益;相比于译码宽度为2的极化码约有
0.6dB 的性能增益;相比于译码宽度为4的极化码约有0.25dB的性
能增益。在浑浊水条件下,不同译码宽度的极化码性能仿真如图
10 所示,若误码率要求为10-4时,译码宽度为8的极化码相比于译
码宽度为1的极化码约有1.3dB的增益;相比于译码宽度为2的极化
码约有0.8dB的性能增益;相比于译码宽度为4的极化码约有0.3dB
的性能增益。
综合来看,极化码的译码宽度越宽,系统的性能越好。这也符
合文献[4]中不同译码宽度对于传统AWGN 信道性能影响的结
论,且从图8~图10中可以看出,水质条件越差,译码宽度对极化码的
性能影响越大。
图８ 纯净水下不同译码宽度对极化码性能的影响
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