極化碼在無線通信中信道估計導頻設計的研究.pdf

1、極化碼(Polar Codes)是一種以信道極化現象為基礎，達到香農信道極限的新的信道編碼方法。極化碼的原理是對一個二進制輸入離散無記憶信道進行信道極化，經過信道合并(Channel Combination)和信道分解(Channel Splitting)兩步操作后信道產生極化現象:一部分信道的信道容量趨向于“1”，也就是無噪聲信道，而剩下的另外一部分信道的信道容量則趨向于“0”，充滿了噪聲。通過選擇信道容量大的信道來傳遞信息的思想來達

2、到香農信道極限，而且具有計算復雜度低的特點。近年來，對極化碼的研究成為了通信系統(tǒng)編碼領域的研究熱點，尤其是極化碼在無線移動通信中應用的研究。極化碼中存在有效性結構建立的問題，有效性結構使得整個編解碼變得簡單，所以在對極化碼進行應用的過程中不希望破壞有效性結構。
　　極化碼在無線通信系統(tǒng)中應用時，在衰落信道環(huán)境下的應用研究非常重要。信號傳輸過程中，陰影衰落和頻率選擇性衰落等衰落對無線信道特性造成的干擾很大程度上直接影響無線通信系統(tǒng)的

3、性能，使得發(fā)送端和接收端之間的傳輸路徑不止一條，由多條路徑相互疊加變得非常復雜。無線信道通過電磁波在空間中傳輸信號，在接收端和發(fā)送端之間沒有有形的像有線通信中所使用的連接，所以無線信道的傳播路徑往往不止一條，每條路徑的傳播特性也有很多隨機性不像有線信道中的可預測和固定的傳播特性，由于無線信道的不確定性，所以在設計無線通信系統(tǒng)時需要采用信道估計技術來了解信道狀態(tài)信息以便在接收端可以更好的進行譯碼工作提高整個無線通信系統(tǒng)的通信質量。無線通信

4、系統(tǒng)的實現需要依靠眾多技術，信道估計技術是其中的一項關鍵技術。通過信道估計技術獲得信道的詳細信息，并在接收端正確地解調出發(fā)送端發(fā)送的信號的能力是評價無線通信系統(tǒng)性能的重要指標。信道估計技術是衰落信道通信研究中的一個基礎步驟。在傳統(tǒng)的信道估計或者信道追蹤技術中，一般采用在碼字中添加額外的導頻符號的方式來進行信道估計。
　　在本文中，為了提高極化碼在有限域碼字中的性能，與傳統(tǒng)導頻方案相區(qū)別，導頻符號不是額外加入碼字序列的，而是從編碼符

5、號本身中選取。由于導頻符號是信息序列本身中選取的，為了保持極化碼中存在的有效結構，導頻位置選取不再是任意位置。導頻選取方案至關重要，因為不是所有的選取方案都可以保持和利用有效結構本身，針對這一條件對極化碼編碼結構中的有效性結構進行研究分析，并通過對生成矩陣及其子矩陣的研究設計兩種符合有效性結構的導頻選取方案。文中，首先對通信系統(tǒng)結構和信道編碼技術進行了詳細的介紹，分析了極化碼極化理論中的信道合并、分解過程的原理。接著又介紹了極化碼編碼中

6、的系統(tǒng)編碼，說明了極化碼中存在的有效性結構，針對有效性結構分析了判斷有效性結構是否滿足的數學表達式。結合極化碼有效性結構條件以及衰落信道中信道估計技術設計了導頻符號從編碼符號本身中選取的導頻選取方案。提出了不均勻導頻選取(Uneven Pilot Selection，UEPS)和均勻導頻方案(Even Pilot Selection，EPS)兩種導頻選取方案，證明了UEPS和EPS兩種導頻選取方案都滿足有效結構條件。在性能方面EPS優(yōu)于