Spinal-Polar交织级联码的研究
发布时间：2022-01-24 02:16
随着移动互联网的迅猛发展,具有高可靠性,低传输延迟,超高传输速度的第五代移动通信技术（5G）系统成为了通信领域最受关注的研究热点。2019年6月,工信部发放5G牌照,标志着我国进入了5G商用阶段。Polar码,又名极化码,作为第一种可达香农限的码字,已被选为5G的控制信道编码的标准之一,具有极高的潜力与研究价值。然而在有限码字长度的场景中,此时信道合并与分裂的操作难以达到完美状态,极化码的性能仍差于其他先进信道编码技术。为了提升Polar码的性能,使其能够在5G系统里面更加顺利的使用,可将Polar码与其他先进的码字级联,以此优化其传输性能。本文以Spinal-Polar为主体,同时深入分析了理论误码率以及不等码率方案,主要包括三个方面的内容:Spinal-Polar交织级联码与其改进方案、Spinal-Polar方案的误码概率上界推导和以误码率上界为核心的码率划分方法的优化建模求解。为优化有限长度Polar码的传输性能,本文设计了应用交织连接方式的Spinal-Polar码方案。2011年提出的Spinal码是一种伪随机无速率码,短码高性能的特性使其适合作为Polar码级联结构的外码...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图2-2两个二维信道合并
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-21-针对于此，本小节提出连续迭代解码方法方案，核心思想为利用外码的先验信息反馈给内码译码端进行迭代更新，如图3-4所示：1,12,1,11,22,2,21,2,,=nnmmnmyyyyyyyyyY1,12,1,11,22,2,21,2,,nnmmnmuuuuuuuuuU1,12,1,11,22,2,21,2,,nnmmnmyyyyyyyyyY图3-4迭代解码过程设接收端收到矩阵Y，首先对接收矩阵的每一行的首个符号使用SC译码得到对应每个极化码码字的首个符号位，依次得到的符号纵向组成首个外部码字，对应Y的首列。下一步进行Spinal的解码得到相应的矩阵U的首列。同时将此结果作为更新信息传输反馈回极化码的SC解码步骤中去，作为下一轮的更新先验信息继续各码字下一个符号的解码。不断进行此步骤并迭代n次，直到矩阵中所有的Spinal-Polar字比特位译码结束。通过这种行列交叉译码的方式，极化码SC译码的每一轮都会有上一轮的外部Spinal码译码先验信息的矫正，因此可以大大降低极化码SC译码的错误比特衍生，从而提高整体方案的误码率性能。3.2.3码率划分方法极化码在实现信道极化时，若受限于有限码长，则不完全极化的中间信道会参与到传输中，如图3-5是子信道数目为256的极化示意图。图3-5信道极化
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-24-3.3仿真结果及分析本小节对Spinal-Polar进行仿真验证，并对各个改进方案进行了性能仿真与对比。对于迭代解码，与原始级联码中应用的传统分离译码进行比较，同时在相同码率的前提下与单纯Polar码、RS-Polar码进行了传输性能对比，来证明Spinal-Polar的优势。对于部分级联，给出了不同比例子信道部分级联的仿真对比，与码率划分方法以及相对应码率单纯Polar码的性能对比。外部Spinal码字数目为128，每个Spinal码字信息长度为16bits,通道数目L16，分块长度k4bits，则Spinal编码矩阵大小12864bits。Polar内码的单个码字长度为256bits，码率设置为1/2。则极化码的信息位长度为128bits，总体矩阵大小为64256bits，在BAWGNC下传输。同时为了保证对比的公平性，其中单纯的非级联Polar码、用于进行性能对比的RS-Polar码与Spinal-Polar的码率，包括输入信息序列长度都设置相同。图3-7Spinal-Polar迭代解码性能分析由图3-7中可得，采用连续迭代解码的方案比原始的分离译码具有更低的误码概率。当SNR取值高于1.3dB时，迭代解码的Spinal-Polar明显要比非级联的Polar码的传输性能更好；在信噪比取值高于1.9dB时，分离译码的传输性能优于非级联的Polar码。无论采用哪种译码方式，Spinal-Polar码在信道条件较差时，由此产生的大量错误比特超出了外部Spinal码的纠错能力，则此时相当于对错误比特进行级联保护，对比与单纯的Polar码自然会性能较差。随着信道条件的改善，错误比特逐渐减少，级联系统优势凸显，两种解码方式的级联码性能都逐渐优于单纯
【参考文献】：
期刊论文
[1]增强性移动泛在智慧环境——物联网的高级态势[J]. 张平,李世林,胡铮. 物联网学报. 2018(01)
[2]5G信道编码技术研究综述[J]. 于清苹,史治平. 无线电通信技术. 2018(01)
硕士论文
[1]中短码长Polar码的性能改善研究[D]. 董丹.哈尔滨工业大学 2017
本文编号：3605634
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图2-2两个二维信道合并
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-21-针对于此，本小节提出连续迭代解码方法方案，核心思想为利用外码的先验信息反馈给内码译码端进行迭代更新，如图3-4所示：1,12,1,11,22,2,21,2,,=nnmmnmyyyyyyyyyY1,12,1,11,22,2,21,2,,nnmmnmuuuuuuuuuU1,12,1,11,22,2,21,2,,nnmmnmyyyyyyyyyY图3-4迭代解码过程设接收端收到矩阵Y，首先对接收矩阵的每一行的首个符号使用SC译码得到对应每个极化码码字的首个符号位，依次得到的符号纵向组成首个外部码字，对应Y的首列。下一步进行Spinal的解码得到相应的矩阵U的首列。同时将此结果作为更新信息传输反馈回极化码的SC解码步骤中去，作为下一轮的更新先验信息继续各码字下一个符号的解码。不断进行此步骤并迭代n次，直到矩阵中所有的Spinal-Polar字比特位译码结束。通过这种行列交叉译码的方式，极化码SC译码的每一轮都会有上一轮的外部Spinal码译码先验信息的矫正，因此可以大大降低极化码SC译码的错误比特衍生，从而提高整体方案的误码率性能。3.2.3码率划分方法极化码在实现信道极化时，若受限于有限码长，则不完全极化的中间信道会参与到传输中，如图3-5是子信道数目为256的极化示意图。图3-5信道极化
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-24-3.3仿真结果及分析本小节对Spinal-Polar进行仿真验证，并对各个改进方案进行了性能仿真与对比。对于迭代解码，与原始级联码中应用的传统分离译码进行比较，同时在相同码率的前提下与单纯Polar码、RS-Polar码进行了传输性能对比，来证明Spinal-Polar的优势。对于部分级联，给出了不同比例子信道部分级联的仿真对比，与码率划分方法以及相对应码率单纯Polar码的性能对比。外部Spinal码字数目为128，每个Spinal码字信息长度为16bits,通道数目L16，分块长度k4bits，则Spinal编码矩阵大小12864bits。Polar内码的单个码字长度为256bits，码率设置为1/2。则极化码的信息位长度为128bits，总体矩阵大小为64256bits，在BAWGNC下传输。同时为了保证对比的公平性，其中单纯的非级联Polar码、用于进行性能对比的RS-Polar码与Spinal-Polar的码率，包括输入信息序列长度都设置相同。图3-7Spinal-Polar迭代解码性能分析由图3-7中可得，采用连续迭代解码的方案比原始的分离译码具有更低的误码概率。当SNR取值高于1.3dB时，迭代解码的Spinal-Polar明显要比非级联的Polar码的传输性能更好；在信噪比取值高于1.9dB时，分离译码的传输性能优于非级联的Polar码。无论采用哪种译码方式，Spinal-Polar码在信道条件较差时，由此产生的大量错误比特超出了外部Spinal码的纠错能力，则此时相当于对错误比特进行级联保护，对比与单纯的Polar码自然会性能较差。随着信道条件的改善，错误比特逐渐减少，级联系统优势凸显，两种解码方式的级联码性能都逐渐优于单纯
【参考文献】：
期刊论文
[1]增强性移动泛在智慧环境——物联网的高级态势[J]. 张平,李世林,胡铮. 物联网学报. 2018(01)
[2]5G信道编码技术研究综述[J]. 于清苹,史治平. 无线电通信技术. 2018(01)
硕士论文
[1]中短码长Polar码的性能改善研究[D]. 董丹.哈尔滨工业大学 2017
本文编号：3605634
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