【摘要】：第五代(5G)移動通信將要支持超高可靠低時延通信(ultra-reliable low latency communication,URLLC)業(yè)務(wù),以滿足未來物聯(lián)網(wǎng)新興業(yè)務(wù)的超低時延、高可靠無線通信需求,例如自動駕駛、遠(yuǎn)程醫(yī)療、智能電網(wǎng)等。這些業(yè)務(wù)要求通信時延小于1毫秒的同時,滿足通信誤包率(Block Error Rate,BLER)低于10~(-5)。由于低時延等價于采用短碼長的信道編碼包,這必將導(dǎo)致編碼增益的降低。因此,面向URLLC的物理層編碼技術(shù)是5G技術(shù)中的一項關(guān)鍵難題,近年來引起了廣泛的研究和關(guān)注。最新的短碼長性能界為有限長高性能信道編碼設(shè)計提供了理論指導(dǎo)。一方面,現(xiàn)有的URLLC編碼方案雖然能夠逼近短碼長性能界,但大多具有碼率固定、編譯碼復(fù)雜度高的特點;另一方面,無線信道的時變特性使得URLLC信道編碼需要具有無速率特性,以自適應(yīng)的根據(jù)信道狀態(tài)“在線”編碼,避免誤碼引起的重傳時延開銷�；诖�,本文引入了具有線性編譯碼復(fù)雜度的高進制無速率碼—模擬噴泉碼(Analog Fountain Code,AFC),在短碼長條件下面向URLLC需求進行優(yōu)化設(shè)計。具體研究內(nèi)容如下:雖然無限碼長的AFC能夠在廣泛的信噪比取值下,逼近傳統(tǒng)的信道香農(nóng)限,但有限長的AFC性能仍有較大的改進空間。注意到對于無速率編碼,增大輸出碼字的平均度是提升BLER性能的關(guān)鍵。因此,首先分析了有限碼長條件下,AFC平均度與碼長之間的BLER性能變化趨勢。其次,級聯(lián)碼是提升短碼長性能的經(jīng)典技術(shù),因此設(shè)計了兩種低密度奇偶校驗(Low Density Parity Check,LDPC)碼與AFC的級聯(lián)方案:準(zhǔn)循環(huán)QC-LDPC-AFC方案和Raptor Like-LDPC-AFC方案。仿真驗證了上述兩種LDPC-AFC級聯(lián)方案能夠有效提升BLER性能,但離短碼長性能界較遠(yuǎn)�？紤]到短碼長條件下,僅僅提升AFC的平均度會使得碼字的編碼二分圖出現(xiàn)大量短環(huán),導(dǎo)致出現(xiàn)誤碼平臺。因此引入了漸近邊生長(Progressive Edge-Growth,PEG)算法,對短碼長AFC的編碼二分圖進行邊的重構(gòu)。提出的PEG-AFC編碼算法能夠盡量降低短環(huán)的出現(xiàn)概率,提高有限長AFC的BLER性能。進一步的,由于短碼長AFC難以完全避免短環(huán),我們結(jié)合AFC編碼二分圖的權(quán)重系數(shù)特性進行權(quán)重優(yōu)化(Weight Optimization,WO),提出了WOPEG-AFC編碼算法,對短環(huán)的不同邊分配不同的權(quán)重系數(shù),進一步提升有限長AFC的BLER性能。仿真驗證了PEG-AFC和WOPEG-AFC都能在高信噪比下逼近短碼長性能界。在上述工作的基礎(chǔ)上,為進一步提升有限長AFC的性能,首先推導(dǎo)了有限長AFC在AWGN信道下的性能極限。理論和仿真結(jié)果證明,在高信噪比區(qū)間(≥10dB),有限長AFC的性能將隨著權(quán)重集信息熵的提升而增大;而在低信噪比區(qū)間(10dB),有限長AFC的性能主要取決于碼率。因此,針對不同信噪比區(qū)間,分別設(shè)計了服從高斯分布的最優(yōu)權(quán)重集。然后,基于有限比特反饋機制,設(shè)計了權(quán)重自適應(yīng)AFC(Weight Adaption-Analog Fountain Code,A-AFC)傳輸方案,使得有限長AFC能在0~30dB的信噪比區(qū)間內(nèi),能以最低的編譯碼復(fù)雜度達(dá)到性能極限。
【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】：2019
【分類號】：TN911.22;TN929.5

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本文編號：2738351