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极化(Polar)码是第一类被证明可达二进制输入离散无记忆信道(B-DMC)对称容量的信道编码方案,其诞生伊始就受到了学术界与工业界的广泛关注。先进译码算法以及各种级联Polar码方案的提出,包括循环冗余校验Polar(CRC-Polar)码、奇偶校验Polar(PC-Polar)码、Hash-Polar码等,有效地提升了Polar码的误码率(BLER)性能,使其能够比肩低密度校验(LDPC)码、Turbo码等先进信道编码方案。本文结合5G增强移动带宽(eMBB)场景控制信道级联Polar码标准方案的演化进程,以及低时延高可靠(uRLLC)场景对信道编码方案的不同需求,对5G通信系统中的级联Polar码展开研究,工作内容可概括为以下几点:1.较为全面地介绍了Polar码的基本原理以及经典级联Polar码方案,并给出了常用构造方法,译码算法,速率匹配方案,以及级联Polar码方案的误码率性能仿真图。2.搭建了5G eMBB场景控制信道物理层级联Polar码标准方案的软件仿真平台,给出了上下行链路级联Polar码误码率性能仿真图,并针对现有5G eMBB场景级联Polar码标准方案的不足之处进行改进:提出具有更高并行度的并行分组交织器代替现有的三角交织器,同时其误码率性能不退化;提出一种分段译码策略,在现有的速率匹配方案下,以少量的额外运算量为代价提升长码长级联Polar码的误码率性能。3.针对控制信道对级联Polar码虚警率(FAR)性能的严格要求以及对串行抵消列表译码算法(SCL)早停功能的需求,首先基于5G eMBB场景限定的交织器结构设计了一种基本符合FAR性能要求的分布式CRC-Polar(DCRC-Polar)码,并将这种结构进行了扩展。然后研究了基于扩展结构的DCRC-Polar码中影响FAR性能与早停增益(ET gain)的因素,提出一种设计符合FAR要求的分布式级联Polar码的理论方法,并基于此方法设计了符合5G eMBB场景FAR性能要求的DCRC-Polar码与分段Hash Polar(Segmented Hash-Polar)码,仿真表明增加分段数有助于提高早停增益,且基于扩展结构的Segmented Hash-Polar码具有更高的早停增益。4.针对5G uRLLC场景对信道编码方案的低时延译码要求,研究了Polar码构造方法对并行置信传播列表(BPL)译码算法误码率性能的影响,给出了不同码长与构造方法下的性能仿真图;然后将BPL译码算法应用到LDPC-Polar级联码译码中,进一步提升了其误码率性能;最后提出了一种基于LDPC-Polar码的混合译码策略,根据不同场景对误码率及译码时延的不同要求切换译码算法,以期达到最优的译码性能。