葛子楊

（南京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 210000）

0 引言

隨著我國(guó)科技的發(fā)展，人們對(duì)傳輸信息服務(wù)的效率、種類需求逐漸增長(zhǎng)，持續(xù)激勵(lì)人們創(chuàng)新新興通信技術(shù)，使無(wú)線通信技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，利用射頻技術(shù)，借助世界范圍內(nèi)的近地空間架設(shè)射頻設(shè)備，保證人們能夠隨時(shí)交流信息。而極化碼作為Arikan根據(jù)信道極化情況提出的新信道編碼方法，能夠遞歸編碼結(jié)構(gòu)，譯碼性能優(yōu)良，卻易受到信道湍流效應(yīng)及衰減效應(yīng)影響，為解決大氣湍流造成的傳輸光信號(hào)產(chǎn)生光強(qiáng)起伏，影響系統(tǒng)誤碼性能問題，需改進(jìn)編譯碼技術(shù)，引進(jìn)信道編碼技術(shù)，提高無(wú)線光通信可靠性[1]。

1 極化碼基本原理

可見，極化碼產(chǎn)生信道極化現(xiàn)象過(guò)程即為極化碼編碼過(guò)程，可將現(xiàn)行變換矩陣看作生成極化碼矩陣，以極化碼本質(zhì)而言，屬于線性分組碼，編碼近似RM碼，為 -陪集碼范疇。

2 信道模型

2.1 模型構(gòu)建

信號(hào)傳輸于大氣信道中，會(huì)受到大氣湍流、自由空間損耗及背景輻射干擾，降低激光通道穩(wěn)定性與可靠性，其中大氣湍流影響最大。而大氣湍流是指局部大氣壓力、溫度隨機(jī)變化引發(fā)的折射率變化，以現(xiàn)象而言，表現(xiàn)在某截面中，激光束光強(qiáng)隨機(jī)彎曲、起伏、擴(kuò)展畸變等，根據(jù)湍流結(jié)構(gòu)系數(shù)，可將大氣湍流分為弱湍流、中湍流、強(qiáng)湍流，如下。

弱湍流時(shí)極化碼性能會(huì)表現(xiàn)更為理想，主要是強(qiáng)湍流對(duì)應(yīng)衰減超過(guò)弱湍流衰減，強(qiáng)湍流反向延長(zhǎng)線重合弱湍流，主要是因?yàn)楣鈴?qiáng)衰減造成曲線向右平移或擴(kuò)散。光強(qiáng)調(diào)制大氣湍流信道，假設(shè)每個(gè)信道比特發(fā)送時(shí)間間隔，信道狀態(tài)為已知定值，信道模型則等價(jià)為衰落系數(shù)服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布的無(wú)記憶高斯信道，以高斯近似分析極化現(xiàn)象：

2.2 信道極化速率

信道作為一般對(duì)稱二元?jiǎng)h除信道，能夠計(jì)算對(duì)稱信道容量，發(fā)送字符0、1等通過(guò)信道后，正確傳輸轉(zhuǎn)移概率是W（1|1），錯(cuò)誤接受直接刪除轉(zhuǎn)移概率是W（0|1），信道極化后，對(duì)稱信道容量?jī)蓸O分化，分別向“更好”和“更差”發(fā)展，維數(shù)N逐漸增大情況下，部分信道趨于完美（1），部分信道更差，直至放棄有效信息傳輸（0）。信道極化速率易受到信道可靠性影響，存在集合序列，需使用信道可靠性參數(shù)描述極化結(jié)果。

3 極化碼編譯碼技術(shù)

3.1 編碼方式

3.2 譯碼方式

通過(guò)信道合并和分離操作，改進(jìn)SC譯碼算法，添加列表長(zhǎng)度L，原本SC采取比特譯碼方法譯碼，每次僅能譯出相同位置，確定比特后進(jìn)行下一層，直至確定最后一個(gè)比特完成譯碼。譯碼整體過(guò)程僅保留1條路徑，中間如果產(chǎn)生譯碼錯(cuò)誤，后續(xù)難以改變錯(cuò)誤，使得錯(cuò)誤被傳遞，而添加L參數(shù)，譯碼能夠保留L路徑進(jìn)行譯碼，進(jìn)入下層后條數(shù)超過(guò)L，會(huì)排序這一路徑，選擇最優(yōu)L性能往下譯碼，解決譯碼傳遞錯(cuò)誤問題[3]。

SC譯碼僅有路徑一條，保留L條路徑，代表譯碼有兩個(gè)路徑，選擇最大概率為譯碼結(jié)果，以此可知第一層如果SC譯碼出現(xiàn)錯(cuò)誤譯碼，由于僅有一條路徑，會(huì)傳遞此種錯(cuò)誤，SCL能夠降低錯(cuò)誤概率，譯碼模棱兩可可擱置爭(zhēng)議，后續(xù)概率選擇后，獲得明確正確路徑的可能性，避免錯(cuò)誤傳遞。

SCL算法列表長(zhǎng)度長(zhǎng)，能夠優(yōu)化譯碼性能，卻也會(huì)增加復(fù)雜度，屬于性能與復(fù)雜度的博弈，L=1時(shí)將會(huì)退化成SC，利用SCL能夠與最大似然譯碼接近，空間復(fù)雜度是O（LN）、時(shí)間復(fù)雜度是O（LNlogN）。

4 極化碼性能

在高斯白噪信道下，碼率是0.5，SCL添加CRC譯碼算法不同列表長(zhǎng)度、碼長(zhǎng)下新功能有所差異。相同列表長(zhǎng)度下，2048、1024、512隨著碼長(zhǎng)變短，誤比特率逐漸提高；相同碼長(zhǎng)下，列表長(zhǎng)度16、10、10下，列表長(zhǎng)度縮短下，性能隨之降低，提升速度隨列表寬度縮小逐漸提高，1024碼長(zhǎng)性能最差，長(zhǎng)度是1，對(duì)應(yīng)SC譯碼，1024碼長(zhǎng)性能存在0.5dB差異，以此優(yōu)化極化碼性能[4-6]。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，無(wú)線光通信也是自由空間激光通信，能夠在多個(gè)終端間，以激光為信息載體進(jìn)行通信，具有低輻射、高帶寬、低耗能特點(diǎn)，設(shè)備安裝便捷，能夠應(yīng)對(duì)突發(fā)情況。而極化碼作為信道編碼重要技術(shù)，為滿足無(wú)線光通信要求，避免受到大氣衰減、大氣湍流的影響，文章分析了大氣湍流對(duì)無(wú)線光通信系統(tǒng)影響，合理采取編碼方法和譯碼方法，改進(jìn)SC算法，添加L列表長(zhǎng)度，以此為基礎(chǔ)，在不同碼率、碼長(zhǎng)下進(jìn)行蒙塔卡羅仿真分析，結(jié)果表明SCL算法優(yōu)化極化碼編譯碼性能，從而真實(shí)反映信道情況。