國際首次!陝西教授團隊提出這一解碼方法,廣泛應用於5G等通信系統

2022年09月27日05:35:41 科學 1828

近日,西安電子科技大學通信工程學院ISN國家重點實驗室王勇超教授團隊在資訊理論頂級學術期刊IEEE Transactions on Information Theory上發表了題為「Decoding Nonbinary LDPC Codes via Proximal-ADMM Approach」的學術論文。論文第一作者為王勇超教授,團隊博士生白晶和王勇超教授為論文共同通訊作者

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低密度奇偶校驗(Low-Density Parity-Check,LDPC)是一種能夠逼近香農極限的糾錯碼,在包括5G在內的現代無線通信系統中得到廣泛應用。與二元LDPC碼相比,多元LDPC碼在中短碼長區域具有更優異的糾錯性能和更強的抗突發錯誤能力,且容易與高階調製相結合獲得更高的傳輸速率和頻譜效率。

目前主流的多元LDPC解碼演算法基於置信傳播(Belief Propagation,BP)策略,通過迭代方式計算近似邊界概率的方式構建解碼演算法。然而在實際應用中,BP解碼演算法迭代過程理論上無法保證收斂,且往往存在誤碼平台高的缺點。

針對上述難題,王勇超教授團隊基於臨近運算元和交替方向乘子(Proximal-ADMM)方法,在國際上首次提出了具有收斂保證且解碼性能優良的多元LDPC解碼方法。

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Tanner (1055, 424 )解碼性能和解碼時間比較(QPSK調製)

具體而言,團隊採用校驗節點度分解方法將伽羅華域GF(2q)上的一般多元校驗方程轉換為有限域GF(2)上三元校驗方程方程組,進而將有限域上的校驗方程等效為歐氏空間中的二元線性約束。通過應用線性鬆弛、增加冗餘約束以及在目標函數增加非凸二次懲罰項等技術,構造了新的多元LDPC碼准最大似然解碼模型。在此基礎上,通過利用解碼模型中的內在結構,設計了可並行工作的Proximal-ADMM解碼演算法。

理論分析指出:Proximal-ADMM解碼演算法在每次迭代中的計算複雜度與LDPC碼的碼長呈線性關係,不需要低效率的奇偶多面體投影操作,且迭代演算法具有收斂保證。模擬結果表明:該解碼演算法不僅能夠獲得比當前主流多元BP解碼演算法更好的糾錯性能,而且與現有的數學規劃解碼演算法相比具有更高的解碼效率。

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王勇超

教授,博士生導師,西安電子科技大學華山學者特聘教授,ISN國家重點實驗室有組織科研自由探索成員,IEEE/中國電子學會/中國通信學會高級會員。2008年9月至2009年12月美國明尼蘇達大學博士後/訪問學者,2016年3月至2017年3月美國普渡大學訪問學者。主要研究方向為信號處理、數學優化方法在無線通信中的應用及相關技術的工程實現。主持包括國家自然科學基金在內的科研課題二十餘項(近兩年合同金額逾1000萬元),在IEEE通信信號處理主流學術期刊發表學術論文二十餘篇(其中含9篇TSP),申請發明專利30餘項,授權24項。

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西安電子科技大學通信工程學院是以現代電子信息、通信理論與前沿技術為主導方向,培養高層次人才和開展科學研究的基地。學院現有專任教師300人,其中教授77人,副教授及高級工程師128人,博士生導師100人,碩士生導師221人。學院現有雙聘院士2人,國家級教學名師1人,國家傑出青年基金獲得者3人,國家「百千萬人才工程」入選者1人,國家優秀青年科學基金(含海外項目)獲得者4人,其他國家級人才8人,教育部創新團隊1個,科技部創新團隊1個,國防創新團隊2個,國家自然科學基金創新研究群體1個。

在2002、2007年全國學科評估中二級學科通信與信息系統均名列第二,在 2012年全國學科評估中一級學科信息與通信工程排名第二,在2017年學科評估中位列A檔。

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素材來源:西安電子科技大學、西電招生辦

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