5G抽頭延遲模型中極化譯碼后處理方案

摘 要：考慮5G協議中的抽頭延遲信道模型，針對分段循環冗余比特自適應（SCAD-SCL）極化譯碼算法未考慮信噪比對接收序列對數似然比影響的問題，提出SCAD-SCL的后處理（PSCAD-SCL）譯碼算法。通過仿真確定用于提高可靠性設定的常數和不可靠對數似然比的數目，翻轉并適當放大不可靠的對數似然比值，從而提高誤比特率性能。仿真結果表明，PSCAD-SCL的誤比特率在信噪比1～3 dB優于原有SCAD-SCL譯碼算法。在誤比特率為10-4時PSCAD-SCL較SCAD-SCL算法性能提升了約0.3 dB，提出算法能夠提升5G傳輸性能。

關鍵詞：5G； 抽頭延遲信道模型； 極化碼； 分段循環冗余； 后處理

中圖分類號：TP911.22文獻標志碼：A

文章編號：1001-3695（2023）08-034-2457-04

doi：10.19734/j.issn.1001-3695.2022.10.0633

Post-processing scheme for polar decoding in 5G tap delay model

Shen Yuanyuan Ma Xiurong Shan Yunlong

（1.School of Integrated Circuit Science amp; Engineering， Tianjin University of Technology， Tianjin 300384， China; 2.Engineering Research Center of Communication Devices amp; Technology， Ministry of Education， Tianjin 300384， China）

Abstract：Considering the tap delay channel model in 5G protocol， and aiming the problem that the segmented cyclic redundancy bit adaptive （SCAD-SCL） polarization decoding algorithm does not consider the influence of SNR on the log-likelihood ratio of the received sequence， this paper proposed the post-processing（PSCAD-SCL） decoding algorithm for SCAD-SCL. The algorithm determined the number of constant and unreliable log-likelihood ratio used to improve the reliability setting through simulation， and fliped and appropriately enlarged the unreliable log-likelihood ratio to improve the bit error rate performance. The simulation results show that the bit error rate of PSCAD-SCL is better than the original SCAD-SCL decoding algorithm in the signal-to-noise ratio of 1～3 dB. When the bit error rate is 10-4， the performance of PSCAD-SCL algorithm is about 0.3 dB higher than that of the SCAD-SCL algorithm. The proposed algorithm can improve 5G transmission performance.

Key words：5G; tapped delay channel model; polar code; segmented cyclic redundancy check; post-processing

2016年11月，3GPP組織將極化碼定為第五代移動通信（5G）系統增強移動寬帶場景中控制信道的編碼方案［1］。極化碼［2］是一種在無限碼長的情況下經理論證明可以達到信道容量的信道編碼。但在較短的碼長時，極化碼糾錯性能會下降。為提升譯碼性能，學者們提出了多種譯碼算法。

極化碼的發明者Arikan教授［3］首先提出了連續抵消（successive cancellation，SC）極化譯碼算法，該算法以深度優先為原則，輸出一條譯碼路徑，在碼長較長時譯碼性能良好，但在碼長較短時，信道極化不完整且譯碼時僅存儲1條譯碼路徑，正確譯碼路徑被保留的概率較低，譯碼性能較差。Tal等人［4］提出了列表大小為L的連續抵消列表（successive cancellation list，SCL）極化譯碼算法，該算法以廣度優先為原則，輸出L條譯碼路徑，選擇最優解完成譯碼，譯碼性能有很大提升，但保留的L條譯碼路徑可能不包含正確路徑。Niu等人［5］提出了循環冗余比特輔助的連續抵消列表（CRC-aided SCL，CA-SCL）譯碼算法，進一步提高了譯碼性能，但譯碼延遲較高。Li等人［6］提出了基于CA-SCL的自適應SCL譯碼算法（adaptive SCL，AD-SCL），自適應列表大小L，可在信噪比高時降低譯碼延遲，但在信噪比低時需要較多次重新譯碼，譯碼延遲較高。

近年，王瓊等人［7］提出了分段循環冗余比特輔助自適應（segmented-CRC adaptive SCL，SCAD-SCL）譯碼算法，在信噪比低時譯碼延時較低，誤比特率與AD-SCL算法相近。為提高誤比特率性能，受基于CA-SCL后處理算法［8］啟發，本文提出了分段循環冗余比特自適應極化譯碼的后處理（post-proces-sing segmented-CRC ADaptive SCL，PSCAD-SCL）算法，該算法對傳輸中某些不可靠的接收似然比值進行處理完成重新譯碼，得到了更好的譯碼性能。

1 極化碼基本原理

極化碼基于信道極化現象［9］，將N個獨立信道遞歸計算成N個極化信道，劃分為信道容量趨于1的可靠信道和信道容量趨于0的不可靠信道。

1.1 5G極化碼編碼

1.2 PSCAD-SCL譯碼算法

2 5G抽頭延遲模型及協議實現

2.1 抽頭延遲模型

2.2 5G協議中的抽頭延遲模型

3 仿真分析

3.1 仿真參數設置

3.2 仿真性能分析

3.3 結果分析

4 結束語

本文考慮5G協議中的抽頭延遲信道模型［15］，改善SCAD-SCL譯碼算法性能，提出PSCAD-SCL算法。優化接收對數似然比值進行重新譯碼，降低信道噪聲引起錯誤的概率。仿真結果表明，PSCAD-SCL與原始SCAD-SCL算法相比，誤比特率性能提升較大，復雜度增加較小。未來可繼續研究其他譯碼算法，使用后處理思想提升其性能。

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