Efficient HARQ scheme based on rate-compatible punctured polar c...

本文主要介绍了一种基于速率兼容性穿孔极化码（Rate-compatible punctured polar codes）的高效混合自动重传请求（Hybrid Automatic Repeat reQuest, HARQ）方案。该方案设计了优化的并行级联穿孔极化（Optimized Parallel Concatenated Punctured Polar, OPCPP）编码方案来实现极化码的速率兼容性。提出了一种改进的极化码随机穿孔模式，以期在性能上优于随机穿孔方案，能够比现有方案获得约0.2-1dB的性能增益。然后，通过分析慢衰落信道上OPCPP编码块的HARQ传输方案的性能，可以确定每个新OPCPP编码块的最优初始编码速率，该速率由前一次成功解码编码块的开销决定。仿真结果显示，所提出的速率兼容HARQ方案的平均重传次数大约为两层OPCPP码结构的1.5倍，与现有速率兼容极化码方案相比可以减少一半的重传次数。 极化码是由Arikan提出的一种新型信道编码方式，能够实现无记忆对称信道的容量限，并且其编解码复杂度为O(Nlog2N)，其中N为块长。由于极化码的这些吸引人的特性，其有望被应用于第五代（5G）通信系统中。由于未来5G通信中无线信道的时变特性，很多通信场景下，信道质量是未知的给发送端，传统的固定速率编码方案在这种情况下无法很好地工作。特别是，极化码需要根据信道容量来构建以获得良好的逼近性能，而原始极化码方案在未知信道上无法良好工作。此外，原始极化码的块长度被限制为2的幂。 本文的研究意义在于针对未来5G通信中无线信道时变特性以及信道质量未知的问题，提供了一种新的解决方案，通过优化设计的编码方案来适应信道的变化，从而降低通信过程中的重传次数，提高传输效率。文章提出的改进随机穿孔模式能够提高编码性能，并且在仿真测试中验证了其有效性。通过这种编码方式，可以为每个新编码块确定最优的初始编码速率，而这个速率是基于前一次成功解码的编码块的开销来决定的，这在减少传输开销、提高系统吞吐量方面具有积极意义。 HARQ技术是一种结合自动重传请求（ARQ）和前向纠错编码（FEC）的技术，可以减少因为信道噪声导致的错误，并通过重传来提高信道利用率。本文提出的基于OPCPP编码的速率兼容HARQ方案，可以有效地支持动态变化的信道条件下的可靠通信。 整体上，该论文为未来5G等高速率、动态信道条件下的通信系统提供了一种高效的HARQ方案。该方案的设计和实现，有助于在保证通信质量的同时，提高通信系统的吞吐量和效率，对于进一步推动5G技术的发展具有重要的理论和实际应用价值。