Введение

Выбор полярных кодов как метод кодирования канала для каналов управления для 5G система связи NR доказала достоинства Арикэна [1] открытие и установит их приложение в коммерческих системах [6]. На основе концепции поляризации канала это новое семейство кодирований является полным достижением в противоположность только полному приближению. С лучше или сопоставимая эффективность, чем LDPC и турбокоды, это заменяет кусающие хвост сверточные коды, используемые в системах LTE для каналов управления. Это применяется для нисходящей и восходящей управляющей информации (DCI/UCI) для расширенной мобильной широкополосной связи (eMBB) вариант использования, а также канал телевизионного вещания (BCH). В качестве альтернативы схема кодирования канала каналов данных для eMBB задана, чтобы быть гибким LDPC для всех размеров блока.

Этот пример подсвечивает компоненты, чтобы включить полярную симуляцию нисходящего канала кодирования с помощью модуляции QPSK по каналу AWGN. В следующих разделах далее детализированы отдельные полярные компоненты кодирования.

s = rng(100);       % Seed the RNG for repeatability

Задайте параметры кода, используемые для симуляции.

% Code parameters
K = 54;             % Message length in bits, including CRC, K > 30
E = 124;            % Rate matched output length, E <= 8192

EbNo = 0.8;         % EbNo in dB
L = 8;              % List length, a power of two, [1 2 4 8]
numFrames = 10;     % Number of frames to simulate
linkDir = 'DL';     % Link direction: downlink ('DL') OR uplink ('UL')

Полярное кодирование

Следующие схематические детали обработка конца передачи для нисходящего канала, с соответствующими компонентами и их параметрами подсвечены.

Для нисходящего канала входные биты чередованы до полярного кодирования. Биты CRC, добавленные в конце информационных битов, таким образом распределяются для Полярной CA схемы. Это перемежение не задано для восходящего канала.

Полярное кодирование использует независимый от ОСШ метод, где надежность каждого подканала вычисляется оффлайн и упорядоченная последовательность, сохраненная для максимальной разрядности кода [6]. Вложенное свойство полярных кодов позволяет этой последовательности использоваться для любой скорости кода и всех разрядностей кода, меньших, чем максимальная разрядность кода.

Эта последовательность вычисляется в течение данной соответствующей уровню продолжительности выхода, E, и продолжительность информации, K, функциональным nrPolarEncode, который реализует несистематическое кодирование входа K биты.

if strcmpi(linkDir,'DL')
    % Downlink scenario (K >= 36, including CRC bits)
    crcLen = 24;      % Number of CRC bits for DL, Section 5.1, [6]
    poly = '24C';     % CRC polynomial
    nPC = 0;          % Number of parity check bits, Section 5.3.1.2, [6]
    nMax = 9;         % Maximum value of n, for 2^n, Section 7.3.3, [6]
    iIL = true;       % Interleave input, Section 5.3.1.1, [6]
    iBIL = false;     % Interleave coded bits, Section 5.4.1.3, [6]
else
    % Uplink scenario (K > 30, including CRC bits)
    crcLen = 11;
    poly = '11';
    nPC = 0;
    nMax = 10;
    iIL = false;
    iBIL = true;
end

Следующие схематические детали обработка конца передачи для восходящего канала, для размера полезной нагрузки, больше, чем 19 биты и никакая сегментация блока кода, с соответствующими компонентами и их параметрами подсвечены.

Уровень, соответствующий и восстановление уровня

Полярный закодированный набор битов (N) являются соответствующими уровню, чтобы вывести конкретное количество битов (E) для элемента ресурса, сопоставляющего [7]. Закодированные биты являются подблоком, чередованным и переданным кольцевому буферу длины N. В зависимости от желаемой скорости кода и выбранных значений KE, и N, любое из повторения (E >= N), и прокалывание или сокращение (E < N) понят путем чтения выходных битов из буфера.

Для нисходящего канала выбранные биты передаются картопостроителю модуляции, в то время как для восходящего канала, они далее чередованы до отображения. Совпадающая с уровнем обработка реализована функциональным nrRateMatchPolar.

В конце приемника восстановление уровня выполняется для каждого из случаев

Обработка восстановления уровня реализована функциональным nrRateRecoverPolar.

R = K/E;                          % Effective code rate
bps = 2;                          % bits per symbol, 1 for BPSK, 2 for QPSK
EsNo = EbNo + 10*log10(bps);
snrdB = EsNo + 10*log10(R);       % in dB
noiseVar = 1./(10.^(snrdB/10));

% Channel
chan = comm.AWGNChannel('NoiseMethod','Variance','Variance',noiseVar);

Полярное декодирование

Неявное кодирование CRC нисходящего канала (DCI или BCH) или восходящий канал (UCI) биты сообщения диктует использование помогшего CRC Последовательного Списка Отмен, Декодирующего (CA-SCL) [3] как алгоритм декодера канала. Известно, что декодирование CA-SCL может превзойти по характеристикам турбо или коды LDPC [4], и это было одним из основных факторов в принятии полярных кодов 3GPP.

Tal & Vardy [2] описывает SCL декодирование алгоритма в терминах вероятностей (вероятности). Однако должный потерять значимость, свойственные расчеты численно неустойчивы. Преодолеть эту проблему, Stimming et.al. [5] предлагают SCL, декодирующий только в области отношения логарифмической правдоподобности (LLR). Декодирование списка характеризуется L параметр, который представляет количество наиболее вероятных сохраненных путей к декодированию. В конце декодирования, наиболее вероятного пути выполнения кода среди L пути являются декодером выход. Как L увеличен, эффективность декодера также улучшается, однако, с эффектом убывающей доходности.

Для входного сигнала, который конкатенирован с CRC, чернослив декодирования CA-SCL любой из путей, для которых CRC недопустим, если по крайней мере один путь имеет правильный CRC. Это дополнительное понимание в итоговом выборе пути улучшает производительность далее, когда по сравнению с декодированием SCL. Для нисходящего канала используется CRC 24 битов, в то время как для восходящего CRCs 6 и 11 битов заданы, которые варьируются на значении K.

Декодер реализован функциональным nrPolarDecode, который поддерживает все три продолжительности CRC. Функция декодера также составляет входное чередование битов, заданное в передатчике для нисходящего канала до вывода декодируемых битов.

% Error meter
ber = comm.ErrorRate;

Структурируйте цикл обработки

Этот раздел показывает, как предшествующие описанные компоненты для полярного кодирования используются в Частоте появления ошибочных блоков (BLER) симуляция. Ссылка симуляции подсвечена в следующем схематическом.

Для каждого обработанного кадра выполняются следующие шаги:

В конце симуляции сообщают об этих двух показателях эффективности, BLER и BER.

numferr = 0;
for i = 1:numFrames

    % Generate a random message
    msg = randi([0 1],K-crcLen,1);

    % Attach CRC
    msgcrc = nrCRCEncode(msg,poly);

    % Polar encode
    encOut = nrPolarEncode(msgcrc,E,nMax,iIL);
    N = length(encOut);

    % Rate match
    modIn = nrRateMatchPolar(encOut,K,E,iBIL);

    % Modulate
    modOut = nrSymbolModulate(modIn,'QPSK');

    % Add White Gaussian noise
    rSig = chan(modOut);

    % Soft demodulate
    rxLLR = nrSymbolDemodulate(rSig,'QPSK',noiseVar);

    % Rate recover
    decIn = nrRateRecoverPolar(rxLLR,K,N,iBIL);

    % Polar decode
    decBits = nrPolarDecode(decIn,K,E,L,nMax,iIL,crcLen);

    % Compare msg and decoded bits
    errStats = ber(double(decBits(1:K-crcLen)), msg);
    numferr = numferr + any(decBits(1:K-crcLen)~=msg);

end

disp(['Block Error Rate: ' num2str(numferr/numFrames) ...
      ', Bit Error Rate: ' num2str(errStats(1)) ...
      ', at SNR = ' num2str(snrdB) ' dB'])

rng(s);     % Restore RNG

Block Error Rate: 0, Bit Error Rate: 0, at SNR = 0.20002 dB

Результаты

Чтобы получить значимые результаты, симуляции должны быть запущены на более долгое время. Используя скрипты, которые инкапсулируют вышеупомянутую обработку в функцию, которая поддерживает генерацию кода C, следующие результаты для различных скоростей кода и длин сообщения представлены для обоих направлений ссылки с модуляцией QPSK.

Вышеупомянутые результаты были сгенерированы путем симуляции, для каждой точки ОСШ, до 1 000 ошибок системы координат или максимума 100e3 системы координат, какой бы ни произошел сначала.

Результаты эффективности BLER показывают на пригодность полярных кодов в линии связи и их неявной поддержке совместимости уровня при гранулярности битного уровня.

Использование инструментов генерации кода C для компонентов уменьшает время выполнения, ключевое беспокойство о симуляциях. Генерация кода C включена MATLAB Coder™.

Итоговое и дальнейшее исследование

Этот пример подсвечивает одну из полярных схем кодирования (помогший CRC Полярный) заданный 3GPP для Новой информации о канале Радиоуправления (DCI, UCI) и канал телевизионного вещания (BCH). Это показывает использование компонентов для всех этапов обработки (кодирование, соответствие уровня, восстановление уровня и декодирование) и использует их в ссылке с QPSK по каналу AWGN. Подсвеченные результаты эффективности для различных скоростей кода и длин сообщения показывают соглашение с опубликованными трендами в параметрическом и изменениях предположения симуляции.

Исследуйте простые изменения параметра (KEL) и их эффект на эффективности BLER. Полярные функции кодирования реализованы как открытый код MATLAB®, чтобы включить их приложение и для нисходящей/восходящей управляющей информации и для канала телевизионного вещания. Полярная CA схема применима для обоих

Обратитесь к Моделированию Нисходящей Управляющей информации и Поиска Ячейки NR и MIB и примеров Восстановления SIB1 для использования полярных функций кодирования в DCI и функций BCH соответственно.

Подсвеченные полярные функции кодирования также поддерживают Проверку четности полярная конструкция кодирования и кодирование. Это применимо для восходящего канала с полезными нагрузками UCI в области значений 18 <= K <= 25. Это поддерживается восходящим управлением, кодирующим функции nrUCIEncode и nrUCIDecode, которые включают сегментацию блока кода также для соответствующих значений K и E.

Выбранные ссылки