5G移动通信中的信道编码

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*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　*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*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*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