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Spinal-Polar交织级联码的研究

Spinal-Polar交织级联码的研究

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作者：徐霄哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。Spinal-Polar应用交织级联方式,由外部Spinal码的纠错能力提供容错保护。此外,为改善Polar码的错误衍生现象,设计了迭代解码方案;为进一步提高外部码字的利用效率,设计了码率划分方法,改善了误码率性能;为减少外码码率浪费,设计了部分级联方案,同时也降低了编译码复杂度。在理论分析方面,为了完善Spinal-Polar的理论框架,同时为后续新技术的迭代研究奠定基础,本文以Spinal-Polar为核心分析了其误码率上界。首先由切诺夫界推导出在二元对称信道(Binary Symmetric Channel,BSC)上Spinal码的误码率上界;其次,基于交织级联结构的原理,将极化码每个子信道的对数似然比(Log likelihood Ratio,LLR)分布的判决概率等效为子信道的错误概率,从而推导出Spinal-Polar级联码的渐进误码率上界。仿真结果显示理论上界计算值很好的刻画了Spinal-Polar的误码率仿真值,是一种严格上界。最后,本文以推导出的Spinal-Polar误码率上界为核心,着重优化码率划分方法。通过设计数学优化模型,求解出相应的码率划分方法的外码参数。仿真结果显示由优化数学模型求解出的码率划分方法显著改善了误码率性能,更加高效的利用了外码码率。

关键词： Polar码 Spinal码 Spinal-Polar级联码误码率上界码率划分方法

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Spinal码高性能凿孔与传输方案研究

Spinal码高性能凿孔与传输方案研究

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作者：徐劲松哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着无线通信技术的飞速发展,信道编码技术作为保证信息传输可靠性和高效性的重要技术手段之一,在复杂的无线通信环境中面临愈加艰巨的挑战。在许多无线通信环境中,发射端难以提前获得准确的信道条件,固定速率编码方案不能有效的保证通... 详细信息

随着无线通信技术的飞速发展,信道编码技术作为保证信息传输可靠性和高效性的重要技术手段之一,在复杂的无线通信环境中面临愈加艰巨的挑战。在许多无线通信环境中,发射端难以提前获得准确的信道条件,固定速率编码方案不能有效的保证通信传输质量。于是,具有自适应信道环境特性的无速率码应运而生。2012年提出的无速率Spinal码能够在二元对称信道（Binary Symmetric Channel,BSC）以及加性高斯白噪声信道（Additive White Gaussian Noise,AWGN）下达到近Shannon限的码率,其编译码结构简单,对干扰有较强的鲁棒性,可以很好的应用在动态时变信道下,如深空通信下的信道等,具有一定的研究价值。本文介绍了目前信道编码技术的研究现状,阐述了无速率码在时变信道下的性能优势及理论依据,接着引入Spinal码,介绍了其编译码结构及基本原理,并通过与其他典型的编码技术进行比较,说明了Spinal码在信道编码领域内的优点。然后,通过对Spinal码的传输结构进行优化,提出高性能凿孔算法,有效提升码率和降低误码率。具体的研究内容包括:（1）研究Spinal码的误码率上界。目前关于Spinal码的误码率性能研究较少,针对这个情况,本文根据Spinal码的结构特性,在Random-Coding Union（RCU）界的基础上,给出BSC和AWGN信道下的平均误码率上界。研究结果表明,该误码率上界贴近实际仿真性能,能够很好的对Spinal码的错误概率进行估计,为高性能凿孔方案的设计提供理论依据。（2）提出针对于Spinal码的凿孔方案。为了有效提升传输结构性能,根据Spinal码编码结构中信息序列尾部容易错误的特点,以推导出的错误概率上界作为约束条件,建立了以码率提升为目标函数的优化模型,构造出了“倒三角”凿孔方案。“倒三角”凿孔方案的核心思想是减少传输通道前部分符号的过多传输,并有效保护尾部易错符号,达到更高码率上限的同时有效降低了误码率。研究结果表明,相比于已有的均匀凿孔方案,“倒三角”凿孔方案提供了更好的性能。（3）对传输凿孔方案进一步改进研究。对“倒三角”凿孔方案的码率变化粒度进行优化改进,提出了联合凿孔方案。在此基础上,通过对凿孔顺序进行优化,提出了高效的子通道符号传输顺序,进一步提高可达码率上限。研究结果显示,经过凿孔顺序优化后的联合凿孔方案充分利用了Spinal码前向递增冗余特性,减少了整合的信息通道所带来的冗余并细化了码率变化粒度,具有更高的码率性能。

关键词： Spinal码误码率上界凿孔方案设计凿孔顺序优化

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