面向关键业务通信的短码长编码分阶统计译码器研究

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超高可靠低时延通信(Ultra-reliable Low Latency Communication,URLLC)通过保障10-5~10-9的超低误块率(Block Error Rate,BLER)和小于1 ms的端到端时延,成为实现多种关键任务通信的应用基础。为了兼顾可靠性和时延的严格要求,设计健壮的短码长编码和有效的译码算法尤其重要。分阶统计译码器(Ordered Statistic Decoder,OSD)能够接近最大似然译码性能,并相对MLD具有较低的译码复杂度,具有成为短码长通用译码器的潜力。但是,目前OSD译码复杂度仍然较高,译码算法的改进设计缺乏理论支撑。面向u RLLC对可靠度和复杂度的要求,对OSD译码性能进行了深入的理论分析,创新性地提出了减小OSD译码复杂度的相关定理。基于理论分析,设计了基于门限值的OSD算法,根据仿真结果,进一步设计了基于分段的参数可调OSD(adjustable-OSD)算法。具体研究内容如下:针对超高可靠性要求,结合OSD译码流程,推导了OSD译码基于不同的信道模型的BLER上界,分析了不同信道条件下OSD的译码性能。仿真结果验证了OSD算法在加性高斯白噪声信道和衰落信道均有优越的性能。针对低复杂度要求,推导了与TEP跳过准则和WHD停止准则有关的相关定理,分别为正确错误图样(Test Error Patterns,TEP)的似然度分布、所有TEP的似然度分布、正确码字对应的加权汉明距离(Weighted Hamming Distance,WHD)分布和错误码字对应的WHD分布。仿真结果验证了四个定理的推导正确性,为设计OSD译码的TEP跳过准则和WHD停止准则提供了理论依据。基于对OSD译码算法的可靠性和复杂性的理论分析,设置了TEP跳过准则门限值和WHD停止准则门限值,并推导了基于门限值的OSD算法BLER上界。仿真结果表明,基于门限值的OSD算法在高信噪比区间显著降低了译码复杂度,并保持译码BLER几乎不变。为了减小低信噪比区间的译码复杂度,解决在低信噪比区间内原有的WHD停止准则可能失效的问题,进一步对最可靠基(Most Reliable Basis,MRB)进行分段操作,设计了基于分段MRB的TEP跳过准则和WHD停止译码准则。仿真结果表明,相比于其他OSD的改进方案,adjustable-OSD算法可以达到最小的译码复杂度,并保证译码BLER与原始OSD算法相比几乎不变,在短码长条件下可以满足高可靠性要求。此外,与其他u RLLC候选编译码方案相比,adjustable-OSD译码的有限长高进制Raptor码方案可以达到最好的BLER性能。
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