基于判决域的高效传输编码系统的错误率性能研究

Designing high efficient error-correcting codes for transmission is one of the key goals in future wireless communication systems. Improvement of existing codes relies heavily on efficient methods of performance evaluation, which mainly adopt Monte Carlo simulation in practice. But the computation complexity of Monte Carlo simulation for complex systems is prohibitive such that the efficiency of performance evaluation becomes a limiting factor in system design. This project presents a new perspective, which proceeds from the decision region, using its radius to estimate the error probability performance of existing wireless systems. Previous works reveal that more accurate word error probability can be acquired at interesting signal-to-noise ratio by using only hundreds of radius samples for Turbo-like codes. The reason is that the radius of decision region carries more information than that of samples adopting by Monte Carlo method. In addition, aiming at improvement of performance for coding systems, we will use the radii of decision regions to research the performance of the communication system which includes coding, modulation and error control technology and so on. It is possible that we will achieve the win-win situation of improving system performance while reducing decoding complexity. Expected results of this project will have significant theoretical meaning and practical value on the design of future communication systems.

高效率的传输编码技术是未来通信系统追求的核心目标之一。高效率的传输编码系统离不开高效率的性能评估方法。实际当中主要是依靠蒙特卡罗仿真的方法对其性能进行评估。对复杂系统而言，该方法存在运算量大的瓶颈，因此性能分析评估中的效率问题已经在一定程度上构成了未来通信系统中的一个制约因素。本项目提出了一个新的研究角度，即是从判决域特性出发，利用判决域的半径来评估实际通信系统的错误率性能。由于判决域半径包含的信息量更加丰富，研究发现，对于Turbo类长码，只需要几百个半径样本，我们就可以获得在感兴趣的信噪比范围内较为准确的错误概率。另外，针对传输编码系统优化的问题，我们将借助判决域半径的新方法， 对系统进行整体优化，那么我们有可能寻求到降低译码复杂度的同时提升系统性能的双赢局面。本项目预期获得的研究成果对通信系统的设计有显著的理论和现实意义。

高效的传输编码技术是未来通信系统追求的核心目标之一, 它的发展和完善势必会在其中发挥至关重要的作用。高效率的传输编码系统离不开高效率的性能分析评估方法。编码系统的错误率完全由其判决域决定，而判决域的特性是由发送信号、信道和接收端的译码（检测）算法等共同决定的。基于这一事实，本项目研究了多种系统判决域的特性，将其应用于研究具有更广泛意义的高效传输编码系统的性能，并对其进行改进。 具体的研究内容包括：随机码的渐进判决域特性、判决域的几何特征、判决域边界的起伏特性与错误率的关系、多流传输（包括MIMO、OFDM、HARQ等）的判决域特性、HARQ系统等多判决域系统中判决域特性与错误率特性的关系、判决域半径与门限信噪比的关系、极化码算法改进、OFDM和MIMO系统性能改进。研究表明利用判决域半径估计错误率的方法几乎可以替代传统的蒙特卡罗仿真方法，并具有少样本、可解释等优点。本项目提出了一个新的研究角度，就是从判决域特性出发，来评估编码系统的错误概率，发现影响其性能的关键因素，进而改进传输编码的效率，具有深刻的科学意义和重大的现实意义。