【摘要】：第五代(5G)移動通信網(wǎng)絡(luò)不僅包含傳統(tǒng)的“人與人”通信網(wǎng)絡(luò),還將包含以“機(jī)器通信”為特征的大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。5G物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸,需要設(shè)計高效的短碼長編碼方案,以滿足“超高可靠、超低時延、海量連接”的通信需求。一方面,5G物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的傳感數(shù)據(jù)需要碼長較短的數(shù)據(jù)包進(jìn)行傳輸,尤其是某些關(guān)鍵業(yè)務(wù)(體感游戲、自動駕駛、遠(yuǎn)程醫(yī)護(hù)等)需要同時滿足“超高可靠、超低時延”。而現(xiàn)有的物理層編碼技術(shù)主要面向人與人通信類型、基于“無限碼長”下的性能逼近原理設(shè)計編碼方案,傳統(tǒng)的香農(nóng)編碼理論只能對無限碼長下的編譯碼優(yōu)化提供指導(dǎo)。因此,需要量化評估時延和譯碼性能折衷的短碼長碼字性能分析,仍缺乏定性的理論指導(dǎo)。另一方面,近年來提出的Raptor碼,是一種具有線性編譯碼復(fù)雜度、逼近香農(nóng)容量限的無速率信道編碼,能夠靈活適配無線信道環(huán)境,受到學(xué)界和業(yè)界的極大關(guān)注�；跓o限碼長優(yōu)化的系統(tǒng)Raptor碼和高進(jìn)制系統(tǒng)Raptor Q碼已成為3GPP MBMS在3G和4G移動通信網(wǎng)絡(luò)的物理層編碼解決方案。但是,對于有限碼長條件下的Raptor碼的設(shè)計與優(yōu)化,仍然缺乏一個完整的理論分析框架�；诖�,本文針對5G物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)“超高可靠、超低時延”的需求,研究推導(dǎo)了有限長無速率編碼方案的譯碼性能界,為未來設(shè)計有限長線性分組碼方案提供了理論指導(dǎo)和分析工具。具體研究內(nèi)容如下:本文首先研究了系統(tǒng)Raptor碼、系統(tǒng)Raptor Q碼以及模擬噴泉碼,及其相應(yīng)的理論分析工具“與或樹”與“和或樹”,對這三種碼字的譯碼性能、譯碼復(fù)雜度等指標(biāo)進(jìn)行了理論推導(dǎo)及仿真。結(jié)果表明,有限碼長下,平均度是影響譯碼性能最關(guān)鍵的因素,而最大似然(Maximum Likelihood,ML)譯碼算法能夠逼近無速率碼的譯碼性能界。由此,確定了本文的有限長線性分組碼理論分析框架。接下來,為準(zhǔn)確評估短碼長無速率碼的譯碼性能,本文從典型的有限長系統(tǒng)Raptor碼的編譯碼入手,通過計算隨機(jī)系數(shù)矩陣乘積的秩,推導(dǎo)了以系統(tǒng)低密度生成矩陣(Low Density Generator Matrix,LDGM)碼為預(yù)編碼的短碼長Raptor碼在ML譯碼算法下的譯碼失敗概率性能上界。并基于邦弗洛尼不等式,推導(dǎo)了Raptor碼的ML譯碼失敗概率性能下界。通過仿真不同度分布、不同預(yù)編碼及不同碼長條件下的短碼長Raptor碼實際碼字性能與理論譯碼性能界,驗證了推導(dǎo)的理論性能界的準(zhǔn)確性。最后,以系統(tǒng)RaptorQ碼及帶有權(quán)重的模擬噴泉碼編碼方案為基礎(chǔ),提出以系統(tǒng)LDGM碼為預(yù)編碼的短碼長高進(jìn)制Raptor Q碼,推導(dǎo)了該高進(jìn)制Raptor Q碼的最優(yōu)譯碼性能界。通過實際碼字譯碼性能的蒙特卡洛仿真,相同碼字構(gòu)造條件下,高進(jìn)制的Raptor Q碼的譯碼性能優(yōu)于Raptor碼。本文針對短碼長Raptor/Raptor Q碼提出的ML譯碼失敗概率性能界,能夠準(zhǔn)確評估Raptor/RaptorQ碼的最優(yōu)譯碼性能,對于以系統(tǒng)LDGM碼為預(yù)編碼的短碼長Raptor/Raptor Q碼的設(shè)計與優(yōu)化有著指導(dǎo)意義。
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【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN911.2;TN929.5

【參考文獻(xiàn)】

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1 趙國鋒;陳婧;韓遠(yuǎn)兵;徐川;;5G移動通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)綜述[J];重慶郵電大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2015年04期

2 尤肖虎;潘志文;高西奇;曹淑敏;鄔賀銓;;5G移動通信發(fā)展趨勢與若干關(guān)鍵技術(shù)[J];中國科學(xué):信息科學(xué);2014年05期

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本文編號：2386110