Обзор современных методов реализации помехоустойчивого кодирования в мобильной связи

Обложка

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Представлен обзор стандарта 3GPP 38.212 и известных реализаций двух важных классов кодов − полярных и кодов LDPC (Low-Density Parity-Check), – широко применяемых в современных системах хранения данных и связи вообще и мобильной связи в частности. В первой части статьи рассматриваются основные принципы работы кодов LDPC, их структура и методы кодирования. Указывается, что LDPC-коды являются одними из ключевых в стандартах сетей 5G и других беспроводных коммуникационных систем. Во второй части фокус сделан на полярные коды. Произведен обзор их математических основ, структур и принципов декодирования. Произведено сравнение эффективности алгоритмов кодирования и декодирования.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. Л. Портной

НИУ ВШЭ

Автор, ответственный за переписку.
Email: sportnoy@hse.ru

д.т.н., проф. Московского института электроники и математики им. А. Н.Тихонова

Россия

С. Е. Никитин

НИУ ВШЭ

Email: snikitin@hse.ru

старший преподаватель МИЭМ

Россия

А. Д. Волошин

НИУ ВШЭ

Email: advoloshin@edu.hse.ru

студент 4-го курса

Россия

Г. Д. Антошкин

НИУ ВШЭ

Email: gdantoshkin@edu.hse.ru

студент 3-го курса

Россия

Список литературы

  1. Gallager R. Low-density parity-check codes // IRE Transactions on Information Theory. 1962. Vol. 8. No. 1. PP. 21−28.
  2. Shannon C.E. A mathematical theory of communication // The Bell System Technical Journal. 1948. Vol. 27. No. 3. PP. 379–423.
  3. Овинников А.А. Способ идентификации циклов в графах Таннера LDPC-кодов на основе пересечений коротких замкнутых структур в протографах // Цифровая обработка сигналов. 2016. № 4. С. 26−30.
  4. Солтанов А.Г. Схемы декодирования и оценка эффективности LDPC-кодов. Применение, преимущества и перспективы развития. Безопасность информационных технологий // 2010. Т. 17. № 2. С. 61–67.
  5. Ле В.Ш. Оптимизация алгоритма декодирования min-sum для кодов с низкой плотностью проверок на четность // Труды МФТИ. 2021. Т. 13. № 1. С. 16−23.
  6. 3GPP TS 38.212. Multiplexing and channel coding (Release 18). 2023.
  7. Hui D. et al. Channel Coding in 5G New Radio: A Tutorial Overview and Performance Comparison with 4G LTE // IEEE Vehicular Technology Magazine. 2018. Vol. 13. No. 4. PP. 60−69.
  8. Sarkis G. et al. Fast List Decoders for Polar Codes // IEEE Journal on Selected Areas in Communications. 2016. Vol. 34. No. 2. PP. 318–328.
  9. Hashemi S.A. et al. Partitioned List Decoding of Polar Codes: Analysis and Improvement of Finite Length Performance // GLOBECOM 2017 − 2017 IEEE Global Communications Conference, Singapore. 2017. PP. 1−7.
  10. Ercan F. et al. On error-correction performance and implementation of polar code list decoders for 5G // 55th Annual Allerton Conference on Communication, Control and Computing. 2017. PP. 443−449.
  11. Hashemi S.A. et al // Fast Simplified Successive-Cancellation List Decoding of Polar Codes // IEEE Wireless Communications and Networking Conference Workshops (WCNCW). 2017. PP. 1−6.
  12. Hashemi S.A. et al // Simplified Successive-Cancellation List decoding of polar codes // IEEE International Symposium on Information Theory (ISIT). 2016. PP. 815−819.
  13. Arıkan E. Channel polarization: A method for constructing capacity achieving codes for symmetric binary-input memoryless channels // IEEE Transactions on Information Theory. 2009. Vol. 55. No. 7. PP. 3051−3073.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рис.1. Порождающая и базовая матрицы LDPC-кода. Источник: ResearchGate

Скачать (269KB)
3. Рис.2. Базовый граф LDPC-кода

Скачать (324KB)
4. Рис.3. Сложность оптимизационных алгоритмов для Min-sum [5]

Скачать (184KB)
5. Рис.4. Этапы кодирования NR LDPC [7]

Скачать (287KB)
6. Рис.5. Структура базовой матрицы в 5G NR

Скачать (22KB)
7. Рис.6. Базовая матрица BG1

Скачать (238KB)
8. Рис.7. Базовая матрица BG2

Скачать (191KB)
9. Рис.8. Схема кодирования полярного кода из двух бит

Скачать (43KB)
10. Рис.9. Схема кодирования полярного кода из восьми бит

Скачать (114KB)
11. Рис.10. Дерево декодирования SC для восьми бит

Скачать (266KB)
12. Рис.11. Оценка эффективности LDPC-кода длины 8000 при R = 1/3

Скачать (186KB)
13. Рис.12. Оценка эффективности LDPC-кода длины 8000 при R = 1/2

Скачать (186KB)
14. Рис.13. Оценка эффективности LDPC кода длины 8000 при R = 2/3

Скачать (194KB)
15. Рис.14. Зависимость вероятности ошибки на блок от длины блока [7]

Скачать (350KB)
16. Рис.15. Оценка эффективности Fast SSCL и SSCL

Скачать (162KB)
17. Рис.16. Количество временных шагов для разных алгоритмов

Скачать (199KB)
18. Рис.17. Оценка эффективности алгоритма PSCL

Скачать (220KB)
19. Рис.18. Оценка эффективности PSCL при различных значениях сигнал-шум

Скачать (218KB)
20. Рис.19. Оценка эффективности PSCL с добавлением CRC

Скачать (269KB)
21. Рис.20. Сравнение эффективности алгоритмов SCLи PSCL с использованием CRC. R = 1/6. Длина кода равна 256 и 512 на левом и правом графиках соответственно

Скачать (240KB)
22. Рис.21. Сравнение эффективности алгоритмов SCL и PSCL с использованием CRC. R = 1/3 для первых двух графи- ков, R = 2/3 для вторых двух графиков. Длина кода равна 256 на первом и третьем и 512 на втором и четвертом графиках соответственно

Скачать (462KB)
23. Рис.22. Сравнение эффективности алгоритмов SCL и PSCL с использованием CRC. R = 1/2. Длина кода равна 256 и 512 на левом и правом графиках соответственно

Скачать (245KB)

© Портной С.Л., Никитин С.Е., Волошин А.Д., Антошкин Г.Д., 2024

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах