Polar码的编译码仿真研究及冻结比特位的特性研究

摘要

Polar码自2008年由土耳其毕尔肯大学Erdal Arikan教授首次提出,因其是首个理论上可达香农容量限的编码方案,且具有较低的编译码复杂度,引发了学术界的广泛关注。至今,在编码构造、译码算法与理论性能分析方面,都有一定进展,值得一提的是,于2016年11月18日,在美国内华达州里诺结束的3GPP的RAN187会议上,3GPP确定了由华为等中国公司主推的的Polar码方案作为5G eMBB(增强移动宽带)场景的控制信道编码方案。
　　本文对Polar码二进制删除信道(BEC)和高斯白加性信道(AWGN)下的译码算法做了研究,并针对冻结比特的特性提出了一种短码传输方案,本文的主要工作如下:
　　首先,本文对Polar码的提出做了一个简单介绍,详细介绍了编码原理和构造方法、译码算法的国内外研究现状和研究意义,之后对Polar码的编码构造做了概述,对其理论基础极化现象和做了详细的介绍,并针对多种信道的信道挑选引入了密度进化及针对高斯加性白信道引入了高斯近似算法;
　　然后,详细分析了串行抵消(SC)及SC增强算法列表串行抵消(SCL)、CRC-SCL译码算法的原理,并通过软件仿真分析了码长和码率对SC算法造成的影响,候选路径数对SCL算法造成的影响及CRC校验带来的性能上的改善,得出三个结论:SCL通过牺牲小的计算复杂度的代价就可以达到最大似然译码的性能;SCL通过增加CRC校验辅助得到了比最大似然译码还要好的性能,并且拥有陡峭的性能曲线;可以根据信噪比调整候选路径数来平衡译码计算复杂度和性能。
　　最后,通过对冻结位的分析和简单仿真,发现了冻结位有可以用户标识方式的作用,并通过系统的仿真分析对比,得到了选择可以承载用户标识的冻结位的方法,之后将方案应用到具体的应用场景中,使研究具有实际意义。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 数字通信系统与信道编码

1．2 Polar码的提出

1．3 Polar码的国内外研究现状

1．3．1 Polar码构造方法的探索

1．3．2 译码算法的研究现状

1．4 论文的研究意义

1．5 论文的主要内容和结构

第2章 Polar码的编码原理及构造方法

2．1 基础概念

2．1．1 信道组合

2．1．2 信道分裂

2．1．3 BEC信道极化现象仿真

2．2 编码原理

2．3 Polar码构造方法

2．3．1 AWGN信道

2．3．2 密度进化

2．3．3 高斯近似

2．4 本章小结

第3章 Polar码多种译码算法的仿真实现

3．1 SC译码算法

3．1．1 SC译码原理

3．1．2 算法仿真流程

3．2 CRC-SCL译码算法

3．2．1 CRC-SCL译码原理

3．2．2 算法仿真流程

3．2．3 算法优化

3．3 ML译码算法

3．4 译码算法的性能对比与分析

3．4．1 SC译码仿真结果分析

3．4．2 CRC-SCL译码仿真结果分析

3．5 本章小结

第4章 冻结比特位的特性研究

4．1 对冻结比特位的特性分析

4．2 仿真研究可用于用户标识的冻结比特位

4．2．1 验证思路分析

4．2．2 仿真程序设计

4．2．3 仿真结果分析

4．3 研究的应用场景及实现方式

4．3．1 应用场景

4．3．2 实现方式

4．4 本章小结

结论与展望

论文工作总结

未来工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文