極化碼在無(wú)線通信中信道估計(jì)導(dǎo)頻設(shè)計(jì)的研究.pdf

1、極化碼(Polar Codes)是一種以信道極化現(xiàn)象為基礎(chǔ)，達(dá)到香農(nóng)信道極限的新的信道編碼方法。極化碼的原理是對(duì)一個(gè)二進(jìn)制輸入離散無(wú)記憶信道進(jìn)行信道極化，經(jīng)過(guò)信道合并(Channel Combination)和信道分解(Channel Splitting)兩步操作后信道產(chǎn)生極化現(xiàn)象:一部分信道的信道容量趨向于“1”，也就是無(wú)噪聲信道，而剩下的另外一部分信道的信道容量則趨向于“0”，充滿了噪聲。通過(guò)選擇信道容量大的信道來(lái)傳遞信息的思想來(lái)達(dá)

2、到香農(nóng)信道極限，而且具有計(jì)算復(fù)雜度低的特點(diǎn)。近年來(lái)，對(duì)極化碼的研究成為了通信系統(tǒng)編碼領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，尤其是極化碼在無(wú)線移動(dòng)通信中應(yīng)用的研究。極化碼中存在有效性結(jié)構(gòu)建立的問(wèn)題，有效性結(jié)構(gòu)使得整個(gè)編解碼變得簡(jiǎn)單，所以在對(duì)極化碼進(jìn)行應(yīng)用的過(guò)程中不希望破壞有效性結(jié)構(gòu)。
　　極化碼在無(wú)線通信系統(tǒng)中應(yīng)用時(shí)，在衰落信道環(huán)境下的應(yīng)用研究非常重要。信號(hào)傳輸過(guò)程中，陰影衰落和頻率選擇性衰落等衰落對(duì)無(wú)線信道特性造成的干擾很大程度上直接影響無(wú)線通信系統(tǒng)的

3、性能，使得發(fā)送端和接收端之間的傳輸路徑不止一條，由多條路徑相互疊加變得非常復(fù)雜。無(wú)線信道通過(guò)電磁波在空間中傳輸信號(hào)，在接收端和發(fā)送端之間沒(méi)有有形的像有線通信中所使用的連接，所以無(wú)線信道的傳播路徑往往不止一條，每條路徑的傳播特性也有很多隨機(jī)性不像有線信道中的可預(yù)測(cè)和固定的傳播特性，由于無(wú)線信道的不確定性，所以在設(shè)計(jì)無(wú)線通信系統(tǒng)時(shí)需要采用信道估計(jì)技術(shù)來(lái)了解信道狀態(tài)信息以便在接收端可以更好的進(jìn)行譯碼工作提高整個(gè)無(wú)線通信系統(tǒng)的通信質(zhì)量。無(wú)線通信

4、系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)需要依靠眾多技術(shù)，信道估計(jì)技術(shù)是其中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。通過(guò)信道估計(jì)技術(shù)獲得信道的詳細(xì)信息，并在接收端正確地解調(diào)出發(fā)送端發(fā)送的信號(hào)的能力是評(píng)價(jià)無(wú)線通信系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)。信道估計(jì)技術(shù)是衰落信道通信研究中的一個(gè)基礎(chǔ)步驟。在傳統(tǒng)的信道估計(jì)或者信道追蹤技術(shù)中，一般采用在碼字中添加額外的導(dǎo)頻符號(hào)的方式來(lái)進(jìn)行信道估計(jì)。
　　在本文中，為了提高極化碼在有限域碼字中的性能，與傳統(tǒng)導(dǎo)頻方案相區(qū)別，導(dǎo)頻符號(hào)不是額外加入碼字序列的，而是從編碼符

5、號(hào)本身中選取。由于導(dǎo)頻符號(hào)是信息序列本身中選取的，為了保持極化碼中存在的有效結(jié)構(gòu)，導(dǎo)頻位置選取不再是任意位置。導(dǎo)頻選取方案至關(guān)重要，因?yàn)椴皇撬械倪x取方案都可以保持和利用有效結(jié)構(gòu)本身，針對(duì)這一條件對(duì)極化碼編碼結(jié)構(gòu)中的有效性結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究分析，并通過(guò)對(duì)生成矩陣及其子矩陣的研究設(shè)計(jì)兩種符合有效性結(jié)構(gòu)的導(dǎo)頻選取方案。文中，首先對(duì)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和信道編碼技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，分析了極化碼極化理論中的信道合并、分解過(guò)程的原理。接著又介紹了極化碼編碼中

6、的系統(tǒng)編碼，說(shuō)明了極化碼中存在的有效性結(jié)構(gòu)，針對(duì)有效性結(jié)構(gòu)分析了判斷有效性結(jié)構(gòu)是否滿足的數(shù)學(xué)表達(dá)式。結(jié)合極化碼有效性結(jié)構(gòu)條件以及衰落信道中信道估計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)了導(dǎo)頻符號(hào)從編碼符號(hào)本身中選取的導(dǎo)頻選取方案。提出了不均勻?qū)ьl選取(Uneven Pilot Selection，UEPS)和均勻?qū)ьl方案(Even Pilot Selection，EPS)兩種導(dǎo)頻選取方案，證明了UEPS和EPS兩種導(dǎo)頻選取方案都滿足有效結(jié)構(gòu)條件。在性能方面EPS優(yōu)于