Polar碼的若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、Polar碼是2009年由E.Arikan首次提出的一種新型信道編碼方案。該編碼方案以信道極化現(xiàn)象為依據(jù)設(shè)計(jì)碼字，是目前已被證明的可達(dá)到香農(nóng)信道容量的編碼方案。同時(shí)，Polar碼不僅具有編譯碼算法復(fù)雜度低的優(yōu)點(diǎn)，更重要的是Polar碼具有在長(zhǎng)碼字傳輸時(shí)的低誤碼率性能，這使得Polar碼尤其適用于對(duì)數(shù)據(jù)傳輸量要求較高的通信系統(tǒng)中，如未來的5G移動(dòng)通信系統(tǒng)。
　　由于Polar碼是在碼長(zhǎng)趨于無窮大時(shí)，可達(dá)到香農(nóng)極限。然而，實(shí)際通信系統(tǒng)

2、中，Polar碼的碼長(zhǎng)是有限的。因此，有限長(zhǎng)度Polar碼對(duì)香農(nóng)信道容量的可達(dá)程度，譯碼算法的有效性，基于信道極化現(xiàn)象的信息比特傳輸信道選擇，以及在實(shí)際通信系統(tǒng)中與其他模塊的聯(lián)合設(shè)計(jì)等問題，都需要進(jìn)一步的研究。
　　本文對(duì)Polar碼的構(gòu)造和譯碼技術(shù)及其在無線傳輸中的若干關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，內(nèi)容包括Polar編碼信息比特信道選取方法，譯碼算法的改進(jìn)和量化方法，Polar碼與比特交織編碼調(diào)制技術(shù)的聯(lián)合設(shè)計(jì)，Polar碼與物理層網(wǎng)絡(luò)編

3、碼的聯(lián)合設(shè)計(jì)以及干擾融合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的信息可達(dá)速率推導(dǎo)。具體包括以下五個(gè)方面的研究工作:
　　1、針對(duì)如何選取Polar碼的信息比特信道，提出了適用于多種信道模型的比特信道熵參數(shù)選擇法。該參數(shù)基于信道探測(cè)計(jì)算得到，所得比特信道熵值較準(zhǔn)確的衡量了信道的實(shí)時(shí)狀態(tài)，不僅提高了實(shí)際通信系統(tǒng)中信道探測(cè)模塊的利用率，還有效提高了Polar碼的誤碼率性能。同時(shí)，仿真還發(fā)現(xiàn)比特信道熵參數(shù)選擇法的魯棒性很強(qiáng)，減輕了信道探測(cè)模塊的壓力，具有比巴氏參數(shù)選擇

4、法更好的系統(tǒng)性能。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，通過簡(jiǎn)單的均勻量化，即可在實(shí)際通信系統(tǒng)中有效應(yīng)用Polar信道編碼方案。
　　2、對(duì)Polar碼譯碼算法進(jìn)行了改進(jìn)。分析了SCL譯碼算法理論最小可達(dá)誤塊率，給出了CA-SCL算法對(duì)該理論最小可達(dá)誤塊率的接近程度。仿真結(jié)果表明，采用CRC校驗(yàn)碼改進(jìn)SCL算法譯碼判決準(zhǔn)則時(shí)，16比特CRC校驗(yàn)碼輔助下的CA-SCL算法，可以實(shí)現(xiàn)SCL譯碼算法性能的最優(yōu)化。
　　3、針對(duì)Polar碼與比特交織編

5、碼調(diào)制技術(shù)的聯(lián)合設(shè)計(jì)，提出了一種基于Polar碼的串行比特交織編碼調(diào)制方案。分析了該系統(tǒng)在AWGN信道和Rayleigh衰落信道下，不同調(diào)制方式、交織方式及Polar譯碼算法下的系統(tǒng)性能。同基于LDPC碼的串行BICM系統(tǒng)相比，基于Polar碼的串行BICM系統(tǒng)具有更好的系統(tǒng)誤碼率性能。
　　4、針對(duì)多用戶中繼轉(zhuǎn)發(fā)通信系統(tǒng)，提出了一種聯(lián)合Polar信道編碼與物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的中繼轉(zhuǎn)發(fā)方法，比直接網(wǎng)絡(luò)編碼設(shè)計(jì)方案節(jié)省了中繼節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)備

6、數(shù)量和信源節(jié)點(diǎn)間的信息交換時(shí)間。在AWGN信道和Rayleigh衰落信道下仿真表明，相比采用LDPC碼和卷積碼的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼聯(lián)合設(shè)計(jì)系統(tǒng)，所提方案不僅獲得了更好的誤碼率性能，而且編譯碼算法復(fù)雜度更低、時(shí)延也更小。
　　5、針對(duì)采用了HK機(jī)制的兩用戶干擾通信系統(tǒng)中的信息傳輸速率問題，提出了一種基于星座圖距離不等式法計(jì)算弱干擾下信息傳輸速率上界的方法。分析了強(qiáng)弱兩種干擾條件下，HK機(jī)制不同共有比特和私有比特劃分比例及接收信息處理順序