Polar碼的若干關鍵技術研究.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)設計碼字，是目前已被證明的可達到香農信道容量的編碼方案。同時，Polar碼不僅具有編譯碼算法復雜度低的優(yōu)點，更重要的是Polar碼具有在長碼字傳輸時的低誤碼率性能，這使得Polar碼尤其適用于對數(shù)據(jù)傳輸量要求較高的通信系統(tǒng)中，如未來的5G移動通信系統(tǒng)。
　　由于Polar碼是在碼長趨于無窮大時，可達到香農極限。然而，實際通信系統(tǒng)

2、中，Polar碼的碼長是有限的。因此，有限長度Polar碼對香農信道容量的可達程度，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，以及在實際通信系統(tǒng)中與其他模塊的聯(lián)合設計等問題，都需要進一步的研究。
　　本文對Polar碼的構造和譯碼技術及其在無線傳輸中的若干關鍵技術進行了研究，內容包括Polar編碼信息比特信道選取方法，譯碼算法的改進和量化方法，Polar碼與比特交織編碼調制技術的聯(lián)合設計，Polar碼與物理層網(wǎng)絡編

3、碼的聯(lián)合設計以及干擾融合網(wǎng)絡系統(tǒng)的信息可達速率推導。具體包括以下五個方面的研究工作:
　　1、針對如何選取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)基于信道探測計算得到，所得比特信道熵值較準確的衡量了信道的實時狀態(tài)，不僅提高了實際通信系統(tǒng)中信道探測模塊的利用率，還有效提高了Polar碼的誤碼率性能。同時，仿真還發(fā)現(xiàn)比特信道熵參數(shù)選擇法的魯棒性很強，減輕了信道探測模塊的壓力，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)，通過簡單的均勻量化，即可在實際通信系統(tǒng)中有效應用Polar信道編碼方案。
　　2、對Polar碼譯碼算法進行了改進。分析了SCL譯碼算法理論最小可達誤塊率，給出了CA-SCL算法對該理論最小可達誤塊率的接近程度。仿真結果表明，采用CRC校驗碼改進SCL算法譯碼判決準則時，16比特CRC校驗碼輔助下的CA-SCL算法，可以實現(xiàn)SCL譯碼算法性能的最優(yōu)化。
　　3、針對Polar碼與比特交織編

5、碼調制技術的聯(lián)合設計，提出了一種基于Polar碼的串行比特交織編碼調制方案。分析了該系統(tǒng)在AWGN信道和Rayleigh衰落信道下，不同調制方式、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、針對多用戶中繼轉發(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)絡編碼的中繼轉發(fā)方法，比直接網(wǎng)絡編碼設計方案節(jié)省了中繼節(jié)點硬件設備

6、數(shù)量和信源節(jié)點間的信息交換時間。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)絡編碼聯(lián)合設計系統(tǒng)，所提方案不僅獲得了更好的誤碼率性能，而且編譯碼算法復雜度更低、時延也更小。
　　5、針對采用了HK機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算弱干擾下信息傳輸速率上界的方法。分析了強弱兩種干擾條件下，HK機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