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面向5G的Polar码编解码技术研究
互联网技术于近年有了长足发展 , 涌现出的海量信息数据向现有通讯系统提
出了更高要求。第五代移动通信体系 (The 5th Generation Mobile
Communication,5G)作为当前研究热点，着力解决数据的超高速、超可靠、低时延
传输问题。
这些问题对无线通信物理层的核心模块——信道编码 , 提出了更难满足的需
求。近年提出的 Polar 码源起于信道极化现象 , 是当下唯一可达香农极限传输的
信道编码方式。
经过学术界、产业界的共同全力推动 , 近几年 Polar 码的研究取得了丰富的
成果累积。2016年11月,3GPP决定将e MBB场景下控制信道的短码标准定为
Polar 码。
尽管如此，Polar码在匹配5G实际应用场景的传输需求时仍有诸多不足：点
对点传输方面 ,Polar 码虽然无需随机编码或迭代译码 , 但唯有码长足够长时才
能使信道充分极化 , 故单纯的 Polar 短码纠错能力和抗衰落能力较差 ; 网络通信
的中继传输方面 , 编码协作结合 Polar 码能够为多用户信息传输带来分集增益和
编码纠错增益 , 但针对可变协作程度 , 当前研究缺乏高性能的分码字构造方案 ; 网
络通信的多址接入传输方面 , 由于 MAC(Multi-Access Channel) 在传输时是多个
用户分享同一时段或频段进行信息传送 , 面向多址接入信道的 Polar 低复杂度传
输方案亟待设计。针对以上问题，本文从三个方面对面向5G应用的Polar码进行
了深入研究 : 单链路方面 , 研究了如何改善 Polar 短码性能。
为了改善 Polar 短码误码率高 , 抗衰落能力差的劣势 , 首先选取纠突发错误 能力强的Reed-Solomon(RS泗设计了多段RSS5保护下的级联Polar码方案。其
次针对每个子信道错误概率不服从均匀分布的特点 , 引入了基于蒙特卡罗仿真估
计的码率分配举措，再配合RSK和Polar码各自的编码特点引入了帧内、外交织, 最终结合接续消除列表(Successive Cancellation List,SCL) 算法与RS译码算 法设计了联合译码器。
仿真结果表明 , 该级联方案改善了纯 Polar 短码在瑞利快衰落信道下的性能
表现。中继通讯场景方面 , 针对怎样改善 Polar 码编码协作性能开展研究。
在中继信道下 , 目前有关 Polar 码编码协作的研究较为缺乏 , 且仅在协作程
度为 50%时有较好的性能增益。 为了设计在任意编码协作程度均有较好性能的分
码字构造方案 , 本文首先针对极化子信道容量与 Polar 码自身码重的特征 , 提出
了高效的凿孔算法设计原则。
在低复杂度的前提下 , 还配合回溯算法对凿孔后的编码信息位联合优化 , 降
低了凿孔带来的性能损失。 随后 , 利用该分码字构造方案产生分码字 , 并在译码端