發(fā)布時間：2019-08-01 13:56

【摘要】：在移動互聯(lián)網(wǎng)不斷發(fā)展和智能終端逐漸普及的趨勢下,用戶數(shù)量和業(yè)務需求劇增,現(xiàn)有第四代移動通信系統(tǒng)(the 4th Generation Mobile Communication System,4G)無法充分滿足消費者全方位的通信需求,全球著力于第5代移動通信系統(tǒng)(the5th Generation Mobile Communication System,5G)的預研,超高速是5G最突出的特征。作為目前理論上唯一的信息傳輸速率可達香農(nóng)限的先進信道編碼技術,Polar碼是5G超高速傳輸?shù)膫溥x糾錯碼方案之一,然而Polar碼在實際的超高速傳輸應用中仍然存在一些瓶頸。單鏈路傳輸方面,Polar碼的優(yōu)異性能主要體現(xiàn)在長碼,但其譯碼延遲大、復雜度高;多鏈路傳輸方面,Polar碼編碼協(xié)作將協(xié)作通信和可達香農(nóng)極限的信道編碼結(jié)合,能夠?qū)崿F(xiàn)多鏈路分集傳輸和單鏈路前向糾錯的雙重收益,其對5G多鏈路傳輸提速具有重要應用意義,但目前缺乏能獲得高收益的Polar碼編碼協(xié)作方案。為了使得Polar碼更好地應用于5G超高速傳輸,本文從單鏈路譯碼復雜度的降低和多鏈路編碼協(xié)作出發(fā),對面向5G需求的Polar碼進行了研究。譯碼復雜度降低方面,Polar碼的譯碼方法分為串行譯碼和并行譯碼兩類,接續(xù)消除(Sccessive Cancellation,SC)譯碼和置信傳播(Belief Propagation,BP)譯碼是這兩種譯碼的典型代表,然而SC的譯碼延遲大,BP譯碼復雜度高。為了降低Polar碼的譯碼延遲和復雜度,本文基于休眠子樹和信息子樹刪減,實現(xiàn)了SC譯碼復雜度的降低。進一步地,將子樹刪減和基于休眠信息的節(jié)點迭代計算簡化結(jié)合,并把葉節(jié)點的譯碼轉(zhuǎn)移到根節(jié)點,省去葉節(jié)點后驗信息的更新計算,從而提出低復雜度的BP譯碼,且相較原始BP改善了高信噪比下的性能。編碼協(xié)作方面,分碼字設計是實現(xiàn)Polar碼編碼協(xié)作的關鍵,目前對其的研究幾乎處于空白,已有文獻中只有高斯白噪聲信道下的分碼字構(gòu)造,但該方案在衰落信道下沒有表現(xiàn)出明顯的收益。為提出高增益的編碼協(xié)作方案,本文基于Polar碼倒位碼字Plotkin構(gòu)造和信息重休眠,設計出所需分碼字,提出非系統(tǒng)Polar碼的編碼協(xié)作,并將其擴展到誤比特率性能更優(yōu)的系統(tǒng)Polar碼。為了獲得協(xié)作程度靈活可變的編碼協(xié)作方案,本文實現(xiàn)了基于鑿孔的非系統(tǒng)Polar碼編碼協(xié)作,通過分析系統(tǒng)Polar碼的編譯碼特點,證明了非系統(tǒng)Polar碼鑿孔算法可應用于系統(tǒng)Polar碼,從而提出性能更優(yōu)的基于鑿孔的系統(tǒng)Polar碼編碼協(xié)作。最后,本文對Polar碼編碼協(xié)作進行了擴展研究。由于在快衰落場景下,每個碼字比特傳輸所遭受的衰落都可能是獨立的,傳統(tǒng)編碼協(xié)作在快衰落場景下沒有收益,本文基于Alamouti編碼,實現(xiàn)了快衰落場景下具有一定收益的空時編碼協(xié)作。為了更好地利用分集資源,將多輸入多輸出技術(Multi-Input Multi-Output,MIMO)與編碼協(xié)作相結(jié)合,基于空時編碼實現(xiàn)了多天線終端場景下的Polar碼編碼協(xié)作。在密集用戶場景下,多用戶協(xié)作將帶來更好的分集效益,利用正交空時編碼理論,提出了基于分布式空時編碼的多用戶Polar碼編碼協(xié)作。仿真結(jié)果表明,提出的低復雜度BP譯碼方案較原始BP不僅降低了計算復雜度而且提升了高信噪比下的性能,提出的編碼協(xié)作方案使Polar碼在衰落信道下的性能得到明顯提升。
【圖文】：

圖 1-2 全文研究的邏輯圖（1）Polar 碼基本編譯碼研究。研究并實現(xiàn)了 Polar 碼的編碼、AWGN 信道下的高斯估計信息位選擇法、SC 和 BP 譯碼及系統(tǒng) Polar 碼的編譯碼，為后續(xù)內(nèi)容的研究提供基礎支撐。（2）Polar 碼譯碼復雜度降低研究。首先從 Polar 碼 SC 譯碼樹的特點出發(fā)，分析休眠子樹和信息子樹刪減對譯碼性能造成的影響，，基于子樹刪減實現(xiàn)低復雜度的 SC 譯碼。然后將子樹刪減和基于休眠信息的節(jié)點迭代計算簡化結(jié)合，并在迭代結(jié)束時用根節(jié)點的譯碼取代葉節(jié)點譯碼，省去葉節(jié)點的后驗信息更新計算，進而提出低復雜度的 BP 譯碼，且相較原始 BP 改善了高信噪比下的性能。（3）Polar 碼編碼協(xié)作研究。首先結(jié)合 Polar 碼的編譯碼特點，對 Polar 碼的倒位編碼進行 Plokin 構(gòu)造，提出基于 Plotkin 構(gòu)造的非系統(tǒng) Polar 碼編碼協(xié)作，其在衰落信道下表現(xiàn)出明顯的收益，并引入信息重休眠對該編碼協(xié)作進行優(yōu)化，最后將其擴展到誤比特率性能更優(yōu)的系統(tǒng) Polar 碼編碼協(xié)作。然后基于鑿孔算法，實現(xiàn)協(xié)作程度可靈活變化的非系統(tǒng) Polar 碼編碼協(xié)作，進一步地，通過分析系統(tǒng) Polar碼的編譯碼特點，證明了非系統(tǒng) Polar 碼的鑿孔算法適用于系統(tǒng) Polar 碼，在此之上提出基于鑿孔的系統(tǒng) Polar 碼編碼協(xié)作。

C圖 2-5 編碼協(xié)作系統(tǒng)模型在圖2-5中，每個用戶對已經(jīng)被循環(huán)冗余校驗碼編碼（Cyclic Redundancy Code，CRC）的K 比特信息進行信道編碼，生成 N 比特的碼字信息C（碼率為K N ），通過一定的碼字構(gòu)造方式（鑿孔、乘積或其他的級聯(lián)方式）將 N 比特的碼字分為1N比特的分碼字1C 和2N 比特的分碼字2C ，然后在自己的多址信道內(nèi)將其中的1C （碼率為1K N ）廣播給目的節(jié)點和協(xié)作用戶，系統(tǒng)中用戶的多址信道可以是時分多址信道（Time Division MultipleAccess，TDMA）、頻分多址信道（Frequency DivisionMultipleAccess
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TN911.22

【參考文獻】

相關期刊論文 前6條

1 MA Zheng;ZHANG ZhengQuan;DING ZhiGuo;FAN PingZhi;LI HengChao;;Key techniques for 5G wireless communications:network architecture, physical layer,and MAC layer perspectives[J];Science China(Information Sciences);2015年04期

2 李純;童新海;;極化碼序列連續(xù)刪除譯碼算法的改進設計[J];通信技術;2015年01期

3 鄧娜;張四海;周武e

本文編號：2521793