Page 44 - 网络电信2024年6月刊

解决方案

一种面向光通信衰落信道的极化码构造与实
现方案

李大伟1，林亦雷1，杨晨光2
1.国网上海市电力公司信息通信公司
2.北京邮电大学

摘 要：提出了一种面向光通信衰落信道的极化码构造与实现方案，该方案通过平均互信息等效法，将衰落信道等效
为高斯白噪声信道以使用高斯近似算法来构造极化码，并基于MATLAB对于所提出的极化码的编译码算法进行了进一步
的优化和仿真验证。实验结果表明极化码在多种码长情况下均可达到优秀的性能，其性能随码长增加可以得到进一步提
升。最后在赛灵思FPGA开发平台上完成了硬件的搭建，在信噪比为2.5dB的情况下实现了零误码传输。

关键词：信道编码;极化码;衰落信道;光通信;FPGA实现

一、引言 需要的信道信息较少但信道类型的局限性较强；在文献[8]中，
作者提出了一种在独立瑞利衰落信道中构造中长极化码的简单
极化码(Polar Code)是第一种能够被严格证明可以达到香 方法，该方法将极化后的子信道建模为衰落信道，使这些信道
农极限的编码方式，其概念由Arikan于2009年首次提出[1],是近 的参数满足数值方程，从而易于求解。在文献[9]中，作者提出
几年信道编码领域的一项重大研究。极化码相比传统的编码方 并分析了已知信道边信息(Channel Side Information, CSI)
式有着诸多优点，比如其构造结构固定，没有误码平层现象， 和信道分布信息(Channel Distribution Information, CDI)
被证明是相对于二元对称信源的有损压缩的最优方式，因此， 的瑞利衰落信道的信道编码策略，并在文献[10]中建立了一个
自提出就受到了广泛的关注和研究。极化码的构造基于信道的 系统框架，将极化码的构造由瑞利衰落信道推广到了其他各种
极化现象，其构造时需要原始信道的一些参数，所以多为信道 快衰落信道，如莱斯信道和Nakagami-m信道，通过对上限权
相关构造法。Arikan本人和后续的一些研究首先将目标作为典 重(logarithmic upper-bound weight, LUW)和最小权重LUW
型的二进制离散无记忆信道，提出了一些适合于该种信道条件 (minimum-weight LUW,MLUW)两个构造指标来设计快衰落信道中
下的构造方法[2,3,4,5,6],在后续的研究中，极化码的应用场景逐步 的极化码以降低复杂度并提升性能，但都需要大量的信道相关
被推广到更多的场景中。衰落信道是无线通信包括光通信中常 信息。同时，上述文章的构造方法大都基于仿真实现，没有对
见的信道类型，由于其相对复杂的信道特性和较高的实际应用 于硬件实现的讨论。
价值，在衰落信道下的极化码构造成为极化码研究领域的一个
热点问题。基于衰落信道一些新的构造算法也被提出[7,8,9,10],近 因此，综合上述构造方法的优缺点，结合成熟的高斯信道
些年来，随着通信技术的发展，作为典型衰落信道的光通信信 下的极化码构造方式，利用等效的方式将其推广到了衰落信道
道的极化码构造研究也备受关注[11,12,13,14,15],这些研究都极大地 中，利用平均互信息等效法将衰落信道等效为加性高斯白噪声
丰富了极化码的应用场景。 信道并用经典的高斯近似算法构造极化码，并且对于硬件实现
进行了特定优化，在此基础上提出一种适用于硬件实现并在衰
针对衰落信道下的极化码构造，文献[7]针对衰落的二进制 落信道下的极化码构造方式。
对称信道和加性指数噪声信道，提出了一种分层编码方案，用
这种方式可以在发射机没有信道状态信息的情况下进行编码，

网络电信 二零二四年六月 69