极化码及其在无线通信中的应用

发布时间：2020-09-07 20:46

　　极化码是一种非常年轻的信道编码方式,然而由于该编码与传统通信中所应用的编码相比,在编译码的复杂度以及容量可达上有一定的优势,自2008年提出以来,便迅速成为通信学术界的研究热点。极化码是唯一一种已经在数学上被证明能够在码长无限时使信道容量达到香农极限的编码方法。本文基于极化码的基本原理,考虑到未来在无线通信中的用户需求,对极化码如何满足更高标准的通信传输以及其当前需要改进的性能展开了研究。主要针对的是极化码算法的实现复杂度以及在实际场景中速率的灵活适配等问题进行了改进,拓展了极化码的应用范围,并对极化码的计算及实现进行了简化。本文首先以数字通信以及香农理论为出发点,对极化码的研究背景和研究历史进行了简单的介绍。之后对信道极化的基本原理进行了阐述,并对其中信道组合和信道分裂两个过程进行了详细地解释。基于信道极化的理论,文中介绍了极化码的编译码方法。其中,对极化码的编码方法、信息位选择方法以及现有的几种极化码的译码算法进行了具体地说明。其次,由于现代无线通信中对于计算和空间复杂度以及通信传输时延的需求,考虑到极化码在未来通信中的广泛应用前景,本文基于对分段CRC辅助校验的极化码构造方法和极化权值可靠性度量提出了一种改进的低复杂度的极化码编译码方法。该方法能够结合两种方法的优势,同时在编码端和译码端进行复杂度的降低,同时也能够保持极化码优异的误码率性能,为极化码的实现与在高可靠低时延的通信场景下的广泛应用提供帮助。最后,考虑到在实际通信中,为使信道编码在多变复杂的通信环境中仍保持较高的通信质量,要求信道编码码长以及码率具有灵活性,研究者们对此提出了极化码的凿孔算法。本文基于已有的两种凿孔方案——打孔方法和缩短方法,提出了一种新的凿孔方法——基于缩短与打孔的混合速率适配方法,该方法将两者的在不同码率下的优势相结合,同时中和了两种方法在不同码率下的优势与缺陷,使极化码在任意码率下的凿孔操作都能够获得较优的性能。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN92;TN911.22
【部分图文】：

数字通信系统,一般模型

已经发展到第五代移动通信系统(5th Geneion system，5G)，并在对第 6G 时代的到来不断做准备。传统的增强移动宽带业务（Enhance Mobile Broadband，进一步拓展到海量机器类通信场景中以及超高可靠低时延新兴通信技术的支撑，系统能够实现在频谱效率、时延峰移动性管理等多方面性能的提升。因此，在未来的通信发将被进一步的发掘，在大连接、高宽带、低时延高可靠的求。错编码的研究背景及意义统的主要目的是通过信息通道将信息从信源端高效可靠安无线通信中以自由空间为传输媒质，利用不同频率的电磁这种通信环境中，会由于多种原因而产生传输损耗，例如挡物导致的阴影衰落，以及在传输路径中由于直射、反射等，都会对通信的传输质量带来影响。

过程图,信道,过程,递归计算

图 2-1 信道极化的过程合并们对信道的合并这一过程进行描述，将 N 个相互独立的复用为NW ，之后对NW 通过递归合并，得到一个整块N 的过程，其中 2 0nN ,n 。图 2-2 描述了信道合并的过率为， 1 11 1 N NN N NN NW y x W y u G NG 为极化码的生成矩阵，向量1Nu 是所有输入变量的。并从第 0 层开始（ n 0）递归计算，此时只有一个 B-DM 0 层的合并信道定义为1W W ；而当 n 1时，第一层的 B-DMC 信道 W 合并而成，即2 22W ：，2W 合并过程。其中信道的输入向量为21u ，此时合并信道2W 转移概率为

转换图,信道

图 2-2 信道合并转换图 1x2x1u2u1y2y 图 2-3 合并信道 W2 222 1 1 2 21 1 2W y x W y u u W y u 22 21 21 W y u G 22 21 21 W y u G 图 2-3 中可以直观地看出，合并信道W之间存在一个如下的关系映射，

【参考文献】