极化码混合自动请求重传技术综述

极化码在有限码长下具有优异的性能,被3GPP采纳为5G控制信道编码方案。Beyond 5G(B5G)及6G对通信系统的可靠性和频谱效率有着更高的要求,需要解决逼近信道容量极限,提高系统性能的问题。为应对这一挑战,需要以极化码为基础,研究面向数据信道的极化编码传输技术。面对B5G及6G对通信系统的更高要求,总结了极化编码的链路自适应技术框架,介绍了几种典型的极化编码混合自动请求重传(Polar-Coded HARQ)技术方案。从性能、吞吐率、灵活性和复杂度等角度,对各种方案的优势与不足进行了综合对比。相较于传统HARQ方案,这些基于极化编码的新型HARQ方案能够显著提高无线传输性能,满足6G移动通信系统需求。归纳总结了极化编码HARQ的关键技术及未来研究方向,旨在为进一步研究提供有益的参考。     

“太极混一”——极化码原理及5G应用

极化码是第一种达到信道容量的构造性编码,已列入5G移动通信的控制信道编码标准,这是信道编码领域近年来的重大突破。旨在阐述极化码的基本原理与5G中的应用。基于信道极化观点,分析了极化码蝶形编码结构与基本的串行抵消译码算法,提出了级联极化编码结构,并归纳了高性能译码算法的特点。另外,还深入分析了5G移动通信中极化码设计的基本思想,概括了极化码实用编码的3种方式:凿孔、缩短与重复。最后,指出极化信息处理是未来通信系统优化的新型方法。     

基于极化码的无协商密钥物理层安全传输方案

针对现有的密钥生成方案需要在通信流程中增加额外的密钥协商协议，导致在5G等标准通信系统中应用受限的问题，该文提出一种基于极化码的无协商密钥物理层安全传输方案。首先基于信道特征提取未协商的物理层密钥，然后针对物理信道与密钥加密信道共同构成的等效信道设计极化码，最后利用未协商的物理层密钥对编码后的序列进行简单的模二加加密后传输。该方案通过针对性设计的极化码纠正密钥差异和噪声引起的比特错误，实现可靠的安全传输。仿真表明，该文基于等效信道设计的极化码在保证合法双方以最优的码率可靠传输的同时可以防止窃听者窃听，实现了安全与通信的一体化。     

基于任意码长极化码的分布式信源编码

针对分布式信源编码(Distributed Source Coding, DSC)中极化码码长受限带来的资源消耗大等问题,设计了一种基于任意码长极化码的DSC方案以减少码长冗余所带来的资源浪费。对待传输的信源序列选择合适的码长,将该码长分解为多个子码,信源分散放置于各子码之中进行系统极化码编码,在信道中只传输校验位,译码端利用信源相关性译码。在此基础上,利用打孔技术进行压缩。仿真实验结果表明,提出的DSC方案具有灵活构造任意码长极化码这一优势的同时,压缩性能更优于标准极化码以及多核方式构造的任意码长极化码。     

基于系统极化码的协作通信系统性能研究

极化码作为一种新型的编码方式,具有理论上证明可以达到香农限、编译码复杂度低的优点。系统极化码比非系统极化码具有更优异的BER性能。将系统极化码与编码协作技术相结合,提出了一种基于系统极化码的协作通信方案,并对其进行了理论分析和性能仿真。仿真结果表明,提出的协作通信方案相比于非协作模式,有一定的性能提升。同时,与已有的Plotkin结构方案进行对比,所提出的协作方案具有更加优异的性能。     

极化码在LTE系统中的应用

为了实现极化码在LTE系统中的应用,提出了两类LTE系统中的极化码编码调制方案:联合极化编码调制(MLC-PCM)方案和比特交织极化编码调制(BIPCM)方案.其中,MLC-PCM方案凸显了通信系统中联合极化设计对系统性能提升的重要作用.此外,由于极化码的编码码长不一定为2的幂次,因此提出了一套简单易行且性能优异的极化码速率适配打孔方案,使得极化码的码长可以任意变化.最后,将极化编码调制方案与LTE系统Turbo码编码调制方案在所有MCS等级上进行了对比,仿真结果显示,在所有MCS等级上,极化编码调制方案都有明显性能增益.     

极化码在中继编码协作系统中的性能研究

极化码作为近年热门的编码方法,越来越受到人们的重视。对极化码的基本原理与编译码方法进行了简要介绍,分析了极化码的Plotkin结构的构造过程。在介绍传统中继协作通信系统和编码协作技术的基础上,提出基于Plotkin结构的极化码中继编码协作方案,具体分析了协作方案的实现过程,通过具体的理论分析和仿真结果说明,与非协作方式相比,在不同的中继信道条件下,该方案有不同程度的性能提升,同时,得出在中继节点不同的信息选取方式也可以带来不同的性能提升的结论。     

面向物理层安全的一种打孔极化编码方法

为了解决物理层安全编码中安全性和可靠性之间的矛盾和提高保密速率,该文提出一种基于打孔极化码的安全编码方法。根据信道极化理论,该方法将私密信息位映射到合法者正常接收而窃听者无法译码的特定逻辑信道输入位,保证私密信息可靠且安全传输。然后,通过分析极化码的校验关系树,利用3个参数表征输出节点对私密信息位的影响,再按照影响程度大小确定打孔位置。理论分析与仿真结果表明,该方法保证私密信息传输安全性和可靠性的同时,提高了私密信息传输的有效性。     

基于3×3核矩阵的极化码性能分析

为了更好地分析基于多维核矩阵的极化码的性能,采用基于3×3核矩阵的系统极化编码和非系统极化编码这两种编码方法,做了基于3×3核矩阵的系统极化码和非系统极化码的性能对比实验。仿真结果表明:基于3×3核矩阵的系统极化码和非系统极化码的误帧率性能基本上是一致的;基于3×3核矩阵的系统极化码在误码率性能上相对于非系统极化码有一定幅度的提升。可见,基于3×3核矩阵的系统极化码在性能上比非系统极化码更具优势。     

5G通信中的极化码在高阶调制下的应用

极化码作为信道编码领域的一类新型编码方案,已经被确定为5G移动通信系统中增强移动宽带(Enhanced Mobile Broadband,eMBB)场景下控制信道的编码方案。为了提高5G通信中的频带利用率和信息传输速率,提出将极化码与高阶调制技术相结合,针对16QAM和256QAM两种调制方式,建立和仿真了基于极化码的高阶调制通信系统。在加性高斯白噪声(Additive White Gaussian Noise,AWGN)信道模型下采用逐次消除(Successive Cancellation,SC)译码算法对不同参数的极化码进行仿真比较。仿真结果表明,在现有5G标准控制信道的16QAM模型下,码长N=1024,码率R=1/3,信噪比Eb/N0=6 dB时,极化码误码率可以达到10^-5。未来极化码的应用将推广到数据信道,在256QAM调制方式下,也体现出较好的纠错性能;在16QAM调制方式下,将极化码与同等速率的LDPC码及卷积码相比较,性能增益也有良好的体现。     

极化码编码理论综述

极化码在2009年被提出,因其理论上可被证明能实现二进制离散对称无记忆信道(B-DMC)的信道容量,且编解码复杂度低,因此引起学术界及工业界的广泛关注.随着极化码在2018年被选做第五代移动通信(5G)中增强宽带(eMBB)场景下的控制信道编码方案,对极化码广泛而深入的研究愈发重要.该综述对极化码编码理论进行介绍,重点...     

基对称扩展信道极化算法及其在OFDM水声通信系统中的应用

针对水声通信系统中低密度校验 (Low Density Parity Check, LDPC) 码存在的译码复杂度高和译码错误平层问题,设计了基于极化码编码的水声通信系统,并针对水声信道的极化问题提出了新的基对称扩展极化权重 (Polarization Weight, PW)信道极化法。该算法通过PW高阶基计算各个子信道的极化权重,实现了独立于信道状态的信道极化,解决了传统Polar码编码稳健性差和依赖信道状态的问题。理论研究和仿真结果表明,与传统信道极化方法相比,改进的PW方法具有更稳定的信道极化结果。将该方法应用于正交频分复用 (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 水声通信系统中,与现有的LDPC编码方法相比,基于改进的PW极化码具有更低的通信误码率和译码复杂度,且不存在译码错误平层。      

关于无线光通信系统中极化码编译码技术的探讨

移动通信的发展使得人们不再满足于百兆光纤,建设无线网络使得民众能够愉快、自由地体验线上学习、购物、娱乐的乐趣,无线光通信已经成为保证信息传输有效性、可靠性的重要系统,利用极化码进行信道编码,编译码复杂度低,受到无线通信行业广泛关注。基于此,文章以极化码基本原理为切入点,建立信道模型,确定信道极化速率,以此为基础,提出极化码编码与译码方式,并采取SC译码算法,按照逐个比特顺序译码,改进编码性能,旨在为相关工作者提供参考。     

数字调制下的极化码译码性能分析

数字调制技术是现代通信领域的一个重要环节,对于远距离通信中的噪声累加问题,可以通过脉冲判决再生的方式来消除,因此有效的调制方式对于提高频带利用率以及信号传输的可靠性有着非常重要的意义。在研究了针对极化码而提出的连续删除列表译码原理的基础上,探讨了在常用数字调制下极化码译码性能；通过MATLAB完成多种调制系统下的仿真,并对它们进行比较、分析,以便理解其优缺点及适用场合,实验结果表明上述调制方式以较低的代价在不同程度上改进了极化码的译码性能,为后续的应用研究提供参考。     

专题：新型调制编码技术

现代通信系统的发展总是伴随着信道编码技术的突破与变革,例如在地面移动通信中,从2G使用卷积码、3G与4G使用Turbo码和多天线MIMO编码,发展到5G使用LDPC码和Polar码。面向下一代移动通信系统,包括高效抗干扰数据链、无人机通信、与6G融合的卫星通信等,研究新型编码调制方法是当前国际信息编码领域关注的重点,也是我国实现无线通信技术从跟跑、并跑到领跑的重大需求。我国已经正式启动6G技术研发,IMT-2020新技术工作组也已组织开展了新一代移动通信技术研究,新型编码调制仍然是其中一项关键技术。     

系统极化码的置信传播译码性能分析

置信传播( BP)算法可以为系统极化码提供软信息作为判决依据,也可以为系统极化码在级联迭代译码中提供交换软信息。在详细描述基于信道极化结构的置信传播算法基础上,比较了系统极化码在软信息判决方法和极化编码判决方法下错误率性能的差异。仿真结果表明,软信息判决方法可以提高系统极化码的误比特率,在高信噪比下误帧率方面也略有提高。     

面向6G高铁移动场景的R10编码传输方案

6G时代越来越多的智能应用将在高铁中部署,需要高铁移动网络提供可靠和高效的传输服务。然而,受高速移动影响,车-地通信链路呈现快时变特性,采用传统的信道估计、反馈机制难以有效跟踪链路的快速时变,因此高铁移动网络亟需高效的前向纠错无反馈传输方案。由于R10编码兼顾了喷泉码和系统码的优点,将其引入高铁移动场景,提出了一种基于R10编码的高速移动车-地编码传输方案。采用该方案,发送端编码过程加入结构化冗余信息结合特定编码规则生成并发送任意数量编码符号,而接收端只需要收集一定数量编码符号结合结构化冗余信息即可更精准地恢复原数据,因此可实现更低的误码率。仿真实验表明,所提方案与传统无需反馈编码传输方案相比误比特率大大降低。以Turbo码为例,误比特率降低了约13%。     

自由空间光通信中极化码的应用研究

【目的】在自由空间光（FSO）通信中,大气湍流效应会导致通信链路性能下降。【方法】文章提出了一种极化码信道编译码方案,使用蒙特卡洛算法构造了针对FSO通信中常见的Gamma-Gamma分布大气湍流信道的极化码。比较了文章提出的极化码编译码方案与未编码以及相近码长的低密度奇偶校验（LDPC）码在Gamma-Gamma分布大气湍流信道下的误码率（BER）。【结果】仿真结果表明,所提极化码与未编码比较时,在弱湍流强度下,当信噪比>6.7dB时,极化码方案性能相较于未编码更优;在中湍流强度下,当信噪比>10.3dB时,极化码方案性能相较于未编码更优;在强湍流强度下,当信噪比>11.5dB时,极化码方案性能相较于未编码更优。所提极化码与LDPC码比较时,在弱湍流情况下,当信噪比>7.1dB时,极化码整体性能优于LDPC码;在中湍流条件下,当信噪比>10.6dB时,极化码整体性能优于LDPC码;在强湍流条件下,当信噪比>12dB时,极化码整体性能优于LDPC码。此外,在码长短、码率低和译码宽度小时,文章所提出的极化码编译码方案具有更优的性能。【结论】使用所提极化...     

极化码的编码构造

为了丰富极化码的编码构造理论,分析了极化码生成矩阵中与核矩阵密切相关的置换矩阵,论证置换矩阵所起的具体作用并给出了其具体形式,发现了置换矩阵内在的排列规律.介绍了系统极化码的两种编码方法,仿真结果表明系统极化码与非系统极化码具有相同的误帧率性能,但系统极化码的误比特率性能更好.     

基于极化码的可见光通信自适应调光方法研究

针对在可见光通信的闪烁问题,提出了一种通过曼彻斯特编码级联极化码进行调光控制的自适应打孔方法.极化码与曼彻斯特编码级联以便于在可见光系通信统系统中提供50％的调光,并且通过打孔和插入补偿比特的方式可以实现不等于50％的调光值.常规打孔方案应将曼彻斯特编码符号的所有比特都打孔,本文提出的方法可以根据选定的极化码的预定冻结...