Polar码的若干关键技术研究

发布时间：2019-04-25 12:28

【摘要】：Polar码是2009年由E. Arikan首次提出的一种新型信道编码方案。该编码方案以信道极化现象为依据设计码字,是目前已被证明的可达到香农信道容量的编码方案。同时,Polar码不仅具有编译码算法复杂度低的优点,更重要的是Polar码具有在长码字传输时的低误码率性能,这使得Polar码尤其适用于对数据传输量要求较高的通信系统中,如未来的5G移动通信系统。由于Polar码是在码长趋于无穷大时,可达到香农极限。然而,实际通信系统中,Polar码的码长是有限的。因此,有限长度Polar码对香农信道容量的可达程度,译码算法的有效性,基于信道极化现象的信息比特传输信道选择,以及在实际通信系统中与其他模块的联合设计等问题,都需要进一步的研究。本文对Polar码的构造和译码技术及其在无线传输中的若干关键技术进行了研究,内容包括Polar编码信息比特信道选取方法,译码算法的改进和量化方法,Polar码与比特交织编码调制技术的联合设计,Polar码与物理层网络编码的联合设计以及干扰融合网络系统的信息可达速率推导。具体包括以下五个方面的研究工作：1、针对如何选取Polar码的信息比特信道,提出了适用于多种信道模型的比特信道熵参数选择法。该参数基于信道探测计算得到,所得比特信道熵值较准确的衡量了信道的实时状态,不仅提高了实际通信系统中信道探测模块的利用率,还有效提高了Polar码的误码率性能。同时,仿真还发现比特信道熵参数选择法的鲁棒性很强,减轻了信道探测模块的压力,具有比巴氏参数选择法更好的系统性能。此外,研究还发现,通过简单的均匀量化,即可在实际通信系统中有效应用Polar信道编码方案。2、对Polar码译码算法进行了改进。分析了SCL译码算法理论最小可达误块率,给出了CA-SCL算法对该理论最小可达误块率的接近程度。仿真结果表明,采用CRC校验码改进SCL算法译码判决准则时,16比特CRC校验码辅助下的CA-SCL算法,可以实现SCL译码算法性能的最优化。3、针对Polar码与比特交织编码调制技术的联合设计,提出了一种基于Polar码的串行比特交织编码调制方案。分析了该系统在AWGN信道和Rayleigh衰落信道下,不同调制方式、交织方式及Polar译码算法下的系统性能。同基于LDPC码的串行BICM系统相比,基于Polar码的串行BICM系统具有更好的系统误码率性能。4、针对多用户中继转发通信系统,提出了一种联合Polar信道编码与物理层网络编码的中继转发方法,比直接网络编码设计方案节省了中继节点硬件设备数量和信源节点间的信息交换时间。在AWGN信道和Rayleigh衰落信道下仿真表明,相比采用LDPC码和卷积码的物理层网络编码联合设计系统,所提方案不仅获得了更好的误码率性能,而且编译码算法复杂度更低、时延也更小。5、针对采用了HK机制的两用户干扰通信系统中的信息传输速率问题,提出了一种基于星座图距离不等式法计算弱干扰下信息传输速率上界的方法。分析了强弱两种干扰条件下,HK机制不同共有比特和私有比特划分比例及接收信息处理顺序对信息传输速率的影响。仿真结果表明,在弱干扰下所提方法可更合理的计算传输速率的上界。Polar码具有理论上香农极限的可达性,但在实际通信系统中使用Polar码时,其性能会受到一定的损失。论文对Polar码与多种通信技术相结合所涉及的若干问题的研究,可为Polar码在未来的实际通信系统中的应用提供参考。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN911.22

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本文编号：2465090