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5G移动通信技术——信道编码-380页

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5G移动通信技术——信道编码简介

本书系统论述了 5G 移动通信系统中的 LDPC 码与 Polar 码等信道编码技术,包括码设计、构造、编译码算法等。本书首先介绍了信道编码的基本原理与移动通信中典型的编码方法,讨论了编码系统性能限的计算;然后重点论述了 LDPC 码与 Polar 码的编码原理、译码算法与构造方法,介绍了 3GPP 确定的 5G 数据信道 NR LDPC 码的设计、性能与编码链路组成,以及5G 控制信道编码标准、Polar 码的设计与速率适配方法等。为便于读者开发与使用 5G 系统,本书附录给出了 NR LDPC 码、Polar 码的技术规范与性能曲线。

目录

第 1 章 绪论 1

1.1 第五代移动通信系统 1

1.1.1 5G 愿景与性能指标 4

1.1.2 5G 技术路线及无线传输关键技术 9

1.1.3 5G 研究和标准化进展 11

1.2 信道编码技术的发展及其在移动通信中的应用 14

1.2.1 信道编码技术的发展 14

1.2.2 信道编码技术在移动通信中的应用 18

1.3 5G 中的信道编码方法与标准化 21

第 2 章 信道编码基础及典型编码方法 23

2.1 数字通信系统模型 23

2.1.1 信号星座与信号映射器 26

2.1.2 5G 通信系统中的调制信号映射 26

2.2 线性分组码 27

2.2.1 线性分组码的定义与最小汉明距离 27

2.2.2 生成矩阵和校验矩阵 28

2.2.3 对一个线性码简单修改而构造新码 31

2.3 译码方法与性能度量 32

2.3.1 最佳译码 32

2.3.2 线性分组码的检错 34

2.3.3 对数似然比 35

2.3.4 编码系统性能度量 36

2.4 几类常用的分组码 37

2.4.1 重复码和单奇偶校验码 37

2.4.2 循环冗余校验(CRC)码 39

2.4.3 Simplex 码 42

2.4.4 Hadamard 矩阵与 Hadamard 码 42

2.5 Reed-Muller 码 43

2.5.1 构造方法 44

2.5.2 一阶 RM 码的编码与译码 46

2.6 卷积码 49

2.6.1 卷积码的概念与网格图表示 49

2.6.2 卷积码的最大似然译码:Viterbi 算法 51

2.6.3 卷积码的逐符号 MAP 译码:BCJR 算法 55

2.6.4 Max-Log-MAP 译码算法 64

2.7 咬尾卷积码 67

2.7.1 编码方法与 LTE 系统中的咬尾卷积码 67

2.7.2 咬尾卷积码的译码算法 70

2.8 Turbo 码 76

2.8.1 Turbo 编码原理 76

2.8.2 Turbo 码的迭代译码 82

2.8.3 面向 5G 应用的增强型 Turbo 码 84

2.9 编码系统性能限 88

2.9.1 频谱效率 88

2.9.2 信噪比 89

2.9.3 信道容量 90

2.9.4 有限码长性能限 97

2.10 编码与扩频 101

2.10.1 扩展频谱系统 101

2.10.2 编码与扩频的信道容量 104

2.10.3 软扩频 105

第 3 章 LDPC 码的编译码原理与构造方法 107

3.1 LDPC 码的概念与因子图表示 107

3.1.1 LDPC 码的定义与矩阵表示 107

3.1.2 因子图表示 110

3.1.3 度分布 113

3.2 LDPC 码的编码 114

3.2.1 QC-LDPC 码的编码 115

3.2.2 单对角结构 LDPC 码的编码 117

3.2.3 双对角结构 LDPC 码的编码 118

3.2.4 双对角结构 QC-LDPC 码的编码 119

3.3 LDPC 码的译码 121

3.3.1 和积算法基本原理 122

3.3.2 概率域上的和积算法 123

3.3.3 对数域上的和积算法 126

3.3.4 低复杂度的简化和积算法 130

3.3.5 分层译码算法 133

3.4 LDPC 码的分析与设计 135

3.4.1 密度进化 135

3.4.2 高斯近似 137

3.4.3 外信息转移(ExIT)图 140

3.4.4 基模图码的 ExIT 技术 146

3.4.5 LDPC 码的设计 148

3.5 LDPC 码的构造 150

3.5.1 基于计算机的构造:PEG 算法 150

3.5.2 基模图 LDPC 码的构造 152

3.5.3 LDPC 码的叠加构造 156

3.5.4 基于代数的 QC-LDPC 码叠加构造 160

3.6 速率兼容 LDPC 码 167

3.6.1 RC-LDPC 码的基本概念 167

3.6.2 基于代数和图理论结合的方法构造 RC-LDPC 码 168

3.6.3 基于代数辅助方法构造信息位长度和码率同时兼容的

LDPC 码 174

3.7 LDPC 编码调制 175

3.7.1 LDPC-BICM 系统 175

3.7.2 星座成形 178

第 4 章 5G 数据信道 LDPC 编码方案 187

4.1 5G 数据信道编码的需求与标准化建议 187

4.2 5G LDPC 编码参数与码设计 191

4.2.1 校验矩阵的基本结构 192

4.2.2 矩阵散列 195

4.2.3 基矩阵设计 196

4.2.4 循环移位矩阵的设计 198

4.3 5G LDPC 码的构造 200

4.3.1 可支持多个移位尺寸的准循环 LDPC 码 200

4.3.2 5G LDPC 码循环移位矩阵的代数辅助构造 204

4.4 5G LDPC 码编译码方法与性能 211

4.4.1 5G LDPC 码的编码 211

4.4.2 5G LDPC 码的译码 216

4.4.3 基图选择 218

4.5 5G LDPC 编码链 221

4.5.1 CRC 添加 223

4.5.2 码块分段 225

4.5.3 速率适配 227

4.5.4 码块内交织 230

第 5 章 Polar 码的编译码原理与构造方法 233

5.1 Polar 码的概念与基本原理 233

5.1.1 信道极化 234

5.1.2 Polar 码 243

5.2 Polar 码的编码 244

5.3 Polar 码的译码 246

5.3.1 SC 译码算法 246

5.3.2 SCL 译码 253

5.3.3 因子图表示与 BP 译码 258

5.4 Polar 码的构造 262

5.4.1 Bhattacharyya 参数构造 263

5.4.2 蒙特卡罗构造 263

5.4.3 密度进化构造 264

5.4.4 高斯近似构造 265

5.5 级联 Polar 码 267

5.5.1 级联 Polar 码的重量谱 269

5.5.2 级联 Polar 码的近似最大似然译码性能 270

5.6 Polar 编码调制 271

5.6.1 多层 Polar 编码调制 273

5.6.2 比特交织 Polar 编码调制 277

第 6 章 5G 控制信道 Polar 编码方案 283

6.1 控制信道编码的标准化建议 283

6.1.1 概述 283

6.1.2 5G 控制信道编码建议方案与性能评估 284

6.2 5G NR Polar 码的设计与典型编码方案 287

6.2.1 CRC-Polar 码 288

6.2.2 PC-Polar 码 288

6.2.3 DCRC-Polar 码 290

6.2.4 Hash-Polar 码 294

6.2.5 分段 Hash-Polar 码 295

6.3 5G 控制信道链路传输方案及性能 297

6.3.1 上行控制信道 298

6.3.2 下行控制信道 300

6.3.3 5G Polar 码的性能 301

6.4 5G Polar 码的构造与编码 301

6.4.1 NR Polar 码的编码 301

6.4.2 NR Polar 码的构造 303

6.5 Polar 码的速率适配 307

6.5.1 子块交织 309

6.5.2 比特选择 310

6.6 信道交织器设计 312

6.7 上行链路控制信息分段方案 313

6.8 物理广播信道(PBCH)编码 315

6.8.1 编码方案与性能评估 315

6.8.2 Polar 码比特重复 317

6.8.3 时间索引指示方式 319

6.8.4 PBCH 域映射 319

附录 A 有限域基本知识 321

附录 B 5G NR LDPC 码移位值 331

附录 C 5G NR LDPC 码性能 339

附录 D 5G NR Polar 码序列 345

参考文献 347

后记 367

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