關于無線光通信系統中極化碼編譯碼技術的探討

葛子楊

（南京工業大學計算機科學與技術學院，江蘇 南京 210000）

0 引言

隨著我國科技的發展，人們對傳輸信息服務的效率、種類需求逐漸增長，持續激勵人們創新新興通信技術，使無線通信技術應運而生，利用射頻技術，借助世界范圍內的近地空間架設射頻設備，保證人們能夠隨時交流信息。而極化碼作為Arikan根據信道極化情況提出的新信道編碼方法，能夠遞歸編碼結構，譯碼性能優良，卻易受到信道湍流效應及衰減效應影響，為解決大氣湍流造成的傳輸光信號產生光強起伏，影響系統誤碼性能問題，需改進編譯碼技術，引進信道編碼技術，提高無線光通信可靠性[1]。

1 極化碼基本原理

可見，極化碼產生信道極化現象過程即為極化碼編碼過程，可將現行變換矩陣看作生成極化碼矩陣，以極化碼本質而言，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 模型構建

信號傳輸于大氣信道中，會受到大氣湍流、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、溫度隨機變化引發的折射率變化，以現象而言，表現在某截面中，激光束光強隨機彎曲、起伏、擴展畸變等，根據湍流結構系數，可將大氣湍流分為弱湍流、中湍流、強湍流，如下。

弱湍流時極化碼性能會表現更為理想，主要是強湍流對應衰減超過弱湍流衰減，強湍流反向延長線重合弱湍流，主要是因為光強衰減造成曲線向右平移或擴散。光強調制大氣湍流信道，假設每個信道比特發送時間間隔，信道狀態為已知定值，信道模型則等價為衰落系數服從對數正態分布的無記憶高斯信道，以高斯近似分析極化現象：

2.2 信道極化速率

信道作為一般對稱二元刪除信道，能夠計算對稱信道容量，發送字符0、1等通過信道后，正確傳輸轉移概率是W（1|1），錯誤接受直接刪除轉移概率是W（0|1），信道極化后，對稱信道容量兩極分化，分別向“更好”和“更差”發展，維數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描述極化結果。

3 極化碼編譯碼技術

3.1 編碼方式

3.2 譯碼方式

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

SC譯碼僅有路徑一條，保留L條路徑，代表譯碼有兩個路徑，選擇最大概率為譯碼結果，以此可知第一層如果SC譯碼出現錯誤譯碼，由于僅有一條路徑，會傳遞此種錯誤，SCL能夠降低錯誤概率，譯碼模棱兩可可擱置爭議，后續概率選擇后，獲得明確正確路徑的可能性，避免錯誤傳遞。

SCL算法列表長度長，能夠優化譯碼性能，卻也會增加復雜度，屬于性能與復雜度的博弈，L=1時將會退化成SC，利用SCL能夠與最大似然譯碼接近，空間復雜度是O（LN）、時間復雜度是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度、碼長下新功能有所差異。相同列表長度下，2048、1024、512隨著碼長變短，誤比特率逐漸提高；相同碼長下，列表長度16、10、10下，列表長度縮短下，性能隨之降低，提升速度隨列表寬度縮小逐漸提高，1024碼長性能最差，長度是1，對應SC譯碼，1024碼長性能存在0.5dB差異，以此優化極化碼性能[4-6]。

5 結語

綜上所述，無線光通信也是自由空間激光通信，能夠在多個終端間，以激光為信息載體進行通信，具有低輻射、高帶寬、低耗能特點，設備安裝便捷，能夠應對突發情況。而極化碼作為信道編碼重要技術，為滿足無線光通信要求，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無線光通信系統影響，合理采取編碼方法和譯碼方法，改進SC算法，添加L列表長度，以此為基礎，在不同碼率、碼長下進行蒙塔卡羅仿真分析，結果表明SCL算法優化極化碼編譯碼性能，從而真實反映信道情況。