极化码是E.Arikan在2009年提出的一种信道编码方案,它的纠错性能随着码长的增加而提高。当前极化码能够达到的纠错性能已超过Turbo码和低密度奇偶校验(LDPC)码的性能。本文主要结合加性高斯白噪声(AWGN)信道应用场景,对极化码展开研究,主要包括以下五方面的研究工作。1、详细阐述信道极化基本原理及极化编码过程。仿真验证了信道极化现象,并为AWGN信道引入巴氏参数法和高斯近似方法。仿真结果表明,对于AWGN信道,通过高斯近似方法构造的极化码具有更好的纠错性能。2、优化极化码的标准串行抵消列表(SCL)译码算法。本文通过延迟复制、优化剪枝和添加CRC校验码进行算法优化,同时,借助堆栈将SCL递归译码算法转化为非递归译码算法。仿真结果表明:(1)延迟复制和优化剪枝可以使SCL译码算法在牺牲很小性能的同时,大大降低译码复杂度;(2)SCL译码算法添加CRC校验码后可以获得更大的性能增益;(3)在MATLAB平台上,非递归译码算法比递归译码算法可提升60%以上的计算效率。3、设计并实现SCL译码算法的定点数译码。本文将SCL译码算法的初始对数似然比(LLR)值、内部LLR值以及路径度量值分别进行定点数量化,提出并对比了基于自动搜索算法的量化方案和基于近似算法的量化方案,并在BPSK调制系统和高阶调制系统中分别进行量化处理。仿真结果表明:(1)基于近似算法的量化方案不仅比基于自动搜索算法的量化方案减少了量化的时间,而且减少了系统总的量化比特数;(2)在基于边界判决法的高阶调制系统中,内部LLR值和路径度量值的最优量化比特数随着调制阶数的增大而减小。4、将极化码引入比特交织编码调制(BICM)系统,构成PCBICM系统。本文不仅分析了随机交织算法和块交织算法,而且分析了基于边界判决法的LLR解调算法,并对PCBICM系统在不同调制方式、不同码长和不同译码算法下的性能进行了全面的分析。仿真结果表明,PCBICM系统的译码性能远远优于高阶调制系统的性能。5、将极化码引入稀疏码多址接入(SCMA)系统,构成PCSCMA系统。通过仿真实验对PCSCMA系统和Turbo_SCMA系统进行性能对比发现:PCSCMA系统具有更优的性能。所以,从系统性能上,将极化码与SCMA技术进行联合设计是有意义的。