简介

选择极码作为5G NR通信系统控制信道的信道编码技术，证明了Arikan的[1发现并将建立它们在商业系统中的应用[6］．基于信道极化的概念，这个新的编码族是实现容量而不仅仅是接近容量。它具有比LDPC和turbo码更好或相当的性能，取代了LTE系统中用于控制通道的咬尾卷积码。它适用于增强型移动宽带(eMBB)用例的下行和上行控制信息(DCI/UCI)，以及广播信道(BCH)。或者，eMBB的数据通道的通道编码方案被指定为适用于所有块大小的灵活LDPC。

本例着重介绍了在AWGN信道上使用QPSK调制实现极性编码下行模拟的组件。在下面的小节中，将进一步详细介绍各个极性编码组件。

s = rng (100);%为RNG的可重复性播种

指定用于模拟的代码参数。

%代码参数K = 54;消息的比特长度，包括CRC, K > 30E = 124;%匹配输出长度，E <= 8192EbNo = 0.8;% EbNo in dBL = 8;%列表长度，2的幂，[1 2 4 8]numFrames = 10;要模拟的帧数linkDir =“DL”；链路方向:下行('DL')或上行('UL')

极性编码

下面的原理图详细介绍了下行链路的发送端处理，并突出显示了相关组件及其参数。

对于下行链路，输入位在极性编码之前进行交错。因此，附加在信息位末尾的CRC位被分配给CA-Polar方案。上行链路未指定此交错。

极性编码使用一种与信噪比无关的方法，其中每个子信道的可靠性离线计算，并存储最大码长的有序序列[6］．极性码的嵌套特性允许此序列用于任何码率和小于最大码长的所有码长。

这个序列是根据给定的速率匹配输出长度计算的，E，信息长度，K，由函数nrPolarEncode，实现输入的非系统编码K位。

如果strcmpi (linkDir“DL”）%下行场景(K >= 36，包括CRC位)crcLen = 24;DL的CRC位的百分比，章节5.1，[6]保利=“24 c”；% CRC多项式人大= 0;%奇偶校验位个数，章节5.3.1.2，[6]nMax = 9;n的最大值，对于2^n，第7.3.3节，[6]iIL = true;交错输入，第5.3.1.1节，[6]iBIL = false;交错编码位，第5.4.1.3节，[6]其他的%上行场景(K > 30，含CRC位)crcLen = 11;保利=“11”；人大= 0;nMax = 10;iIL = false;iBIL = true;结束

下面的原理图详细说明了上行链路的传输端处理，对于负载大小大于19位和无代码块分割，并突出显示相关组件及其参数。

速率匹配与速率恢复

位的极性编码集(N)以输出指定数目的位(E)进行资源元素映射[7］．编码的位是交错的子块，并传递到一个长度的循环缓冲区N．的所需码率和所选值K,E,N，重复(E > = N)，以及刺穿或缩短(E < N)是通过从缓冲区读取输出位来实现的。

对于下行链路，所选位被传递到调制映射器，而对于上行链路，它们在映射之前进一步交错。速率匹配处理由函数实现nrRateMatchPolar．

在接收端，速率恢复是针对每个情况完成的

速率恢复处理由函数实现nrRateRecoverPolar．

R = K / E;有效代码率%个基点= 2;每个符号%位，1用于BPSK, 2用于QPSKEsNo = EbNo + 10*log10(bps);snrdB = EsNo + 10*log10(R);在dB %noiseVar = 1. / (10 ^ (snrdB / 10));%的通道陈= comm.AWGNChannel (“NoiseMethod”,“方差”,“方差”, noiseVar);

极地解码

下行(DCI或BCH)或上行(UCI)消息位的隐式CRC编码规定使用CRC辅助连续取消列表解码(CA-SCL) [3.为信道解码器算法。众所周知，CA-SCL解码性能优于turbo码或LDPC码[4]这也是3GPP采用极坐标编码的主要原因之一。

塔尔&瓦尔迪[2]描述了SCL解码算法的可能性(概率)。然而，由于下溢的存在，固有计算在数值上不稳定。为了克服这个问题，Stimming等人。［5]提供仅在对数似然比(LLR)域中的SCL解码。列表解码的特征是l参数，该参数表示保留的最可能解码路径的数量。在解码结束时，最可能的代码路径l路径是解码器的输出。作为l增加时，解码器的性能也会提高，但是会产生递减的回报效应。

对于与CRC连接的输入消息，如果至少有一条路径具有正确的CRC, CA-SCL解码将删除CRC无效的任何路径。与SCL解码相比，最终路径选择中的这一额外特性进一步提高了性能。对于下行链路，使用24位的CRC;对于上行链路，指定6位和11位的CRCK．

解码器由函数实现nrPolarDecode，它支持所有三种CRC长度。解码器功能还考虑到在输出已解码位之前，在发射机为下行链路指定的输入位交错。

%错误计数量= comm.ErrorRate;

框架处理循环

本节展示如何在块错误率(BLER)模拟中使用先前描述的极性编码组件。下面的示意图突出显示了模拟链接。

对于处理的每一帧，执行以下步骤:

在仿真结束时，报告了两个性能指标，BLER和BER。

numferr = 0;为我= 1:numFrames生成一个随机消息msg = randi([0 1]，K-crcLen,1);%将CRCmsgcrc = nrCRCEncode(味精,保利);%极性编码encOut = nrPolarEncode (iIL msgcrc E nMax);N =长度(encOut);%的速度匹配modIn = nrRateMatchPolar (encOut K, E, iBIL);%调节modOut = nrSymbolModulate (modIn,“正交相移编码”）;%添加高斯白噪声陈rSig = (modOut);%软解调rxLLR = nrSymbolDemodulate (rSig,“正交相移编码”, noiseVar);%的速度恢复decIn = nrRateRecoverPolar (rxLLR K N, iBIL);%极地解码decBits = nrPolarDecode (decIn K、E、L、nMax iIL, crcLen);比较msg和已解码位errStats = ber(double(decBits(1:K-crcLen))， msg);numferr = numferr + any(decBits(1:K-crcLen)~=msg);结束disp ([“块错误率:”num2str (numferr / numFrames).．.'，误码率:'num2str (errStats (1)).．.'，在信噪比= 'num2str (snrdB)“数据库”)提高(年代);%恢复RNG

块错误率:0，误码率:0，在信噪比= 0.20002 dB时

结果

为了得到有意义的结果，模拟必须运行更长的时间。使用脚本将上述处理封装到支持c代码生成的函数中，对于使用QPSK调制的两个链接方向，给出了不同码率和消息长度的以下结果。

以上结果是通过模拟生成的，对于每个信噪比点，最多1000帧错误或最多100e3帧，以先发生的为准。

BLER的性能结果表明了极性码在通信链路中的适用性，以及它们在位级粒度上对速率兼容性的隐含支持。

对组件使用c代码生成工具可以减少执行时间，这是模拟的一个关键问题。c代码生成由MATLAB Coder™支持。

总结与进一步探索

这个例子强调了3GPP为新无线电控制信道信息(DCI, UCI)和广播信道(BCH)指定的一种极性编码方案(CRC-Aided polar)。它展示了处理的所有阶段(编码、速率匹配、速率恢复和解码)的组件的使用，并在AWGN信道上与QPSK的链接中使用它们。不同码率和消息长度的突出显示的性能结果与公布的趋势一致，在参数和模拟假设的变化中。

探索简单的参数变化(K,E,l)及其对BLER性能的影响。极性编码函数作为开放的MATLAB®代码实现，以使其应用于下行/上行控制信息和广播频道。CA-Polar方案适用于这两种情况

指下行控制信息建模而且NR Cell搜索、MIB和SIB1恢复举例，分别在DCI和BCH函数中使用极性编码函数。

突出显示的极性编码函数还支持奇偶校验极性编码的构造和编码。这适用于UCI有效载荷范围内的上行链路18 <= k <= 25．上行控制编码功能支持此功能nrUCIEncode而且nrUCIDecode的适当值，包括代码块分割K而且E．

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