《噴泉碼在5G通信中的研究和套用》是依託電子科技大學,由陳虹擔任醒目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：噴泉碼在5G通信中的研究和套用
- 依託單位：電子科技大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：陳虹
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
通信業界已經展開5G通信技術的研究，提出了超高數據傳輸率和綠色通信網的基本目標。噴泉碼具有無限碼率的特性，能夠在任意信道條件下提供編碼冗餘，其強大的糾錯能力成為實現5G通信目標的有力支撐。本項目將噴泉碼套用於5G通信的物理層傳輸中，綁定自動重傳請求技術和中繼網技術，期望能大幅提高4G現有的數據速率，同時減少傳輸能耗，實現綠色通信。. 文獻調研發現，當噴泉碼用作信道編碼時存在著誤碼平台過高的問題。 本項目通過Tanner圖分析，找出了造成此問題的原因是Tanner圖的三個結構缺陷，並提出了主動彌補結構缺陷而提升噴泉碼性能的解決方案。本項目接著將改良噴泉碼綁定自適應混合重傳請求HARQ，設計出接近信道容量的HARQ流程。最後，本項目考慮了噴泉碼中繼網中啟動解碼時機的問題。依賴於EXIT表開通道，在預測到解碼將會成功的前提下啟動解碼，避免了現有嘗試解碼方式帶來的巨大能量浪費。
結題摘要
從模擬信號到數字通訊，通信產業現已發展到了5G階段。5G的基本目標在於實現超高數據傳輸率，進一步降低通信過程的能源消耗，構造綠色通信網。為實現這樣的目標，我們應從通信技術的各個層面進行研究和提升，而信道編碼是其中重要的一環。基於上述背景，本項目著眼於研究新型的信道編碼技術，聚焦具有無限碼率的噴泉碼，利用其在任意信道條件下，均能提供任意數量編碼冗餘的特性，結合自動重傳請求技術和中繼網技術，推動實現5G基本目標。本項目主要研究內容包括：（1）噴泉碼能提供無限碼率，理論上具有達到信道容量的解碼能力，但在實際套用中卻出現高誤碼平台現象。本項目通過分析噴泉碼的Tanner圖結構，確定高誤碼平台出現的原因，從編碼端主動彌補Tanner圖的三個缺陷，設計出一種改進的噴泉碼信道編碼技術，並通過仿真進行驗證。（2）實際通信中，信道編碼往往是與自動重傳請求（ARQ）技術結合使用的，本項目探索在HARQ過程中，改進的噴泉碼技術在每次傳輸過程中的最佳碼率，並設計出噴泉碼HARQ的最佳化流程。（3）將改進的噴泉碼與中繼網結合，噴泉碼解碼時可接收任意編碼端的編碼數據，進行組合解碼，因而中繼節點無需解碼、直接轉發，降低了能耗。經過理論推導和仿真驗證，得出改進的噴泉碼方案確實具有更最佳化的性能。通過對104bit、1008bit、4992bit三種不同包長度的蒙特卡洛仿真計算丟包率，改進噴泉碼在中、短長度的包傳輸中，可獲得最低的丟包率，同時擁有極低的複雜度；而在4992bit的長包傳輸時，儘管丟包率略高於傳統Raptor碼，但複雜度卻降低了6倍。本項目還對比了改進噴泉碼HARQ和LTE自適應Turbo編碼HARQ，兩者在丟包率和傳輸吞吐率上具有相似的性能，但改進噴泉碼HARQ在處理吞吐率和時延上具有更大的優勢。此外，噴泉碼輔助的中繼網可達到更低的複雜度，反應出更低的解碼能耗，支持綠色傳輸。本項目研究的改進噴泉碼信道編碼技術，經仿真驗證能達到極低掉包率、更高吞吐量，同時具有低複雜度。可在5G通信的產業化套用中進一步驗證、推廣，助力5G通信目標的實現。
