王 煒,戴金晟,牛 凱,許 進(jìn)

(1.北京郵電大學(xué) “泛網(wǎng)無線通信”教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100876;2.中興通訊股份有限公司,廣東 深圳 518055)

0 引言

極化碼[1]是一種目前已知的能夠被嚴(yán)格證明達(dá)到二進(jìn)制輸入無記憶信道容量的編碼方法。 極化碼通過編碼將N 個(gè)獨(dú)立信道先進(jìn)行信道合并操作再進(jìn)行信道拆分操作,得到N 個(gè)相互依賴的極化子信道。 當(dāng)碼長(zhǎng)N 趨于無窮大時(shí),一部分子信道的信道容量會(huì)趨于1,另一部分子信道的信道容量會(huì)趨于0。 通過在信道容量為1 的子信道上傳輸信息比特,在信道容量為0 的子信道上傳輸凍結(jié)比特,并采用復(fù)雜度為O(NlogN) 的串行抵消(Successive Cancellation,SC)譯碼算法,可以達(dá)到信道容量。

在通信時(shí)延不敏感的通信系統(tǒng)中,混合自動(dòng)請(qǐng)求重傳(Hybrid Automatic Repeat Request,HARQ)是一種常用的鏈路自適應(yīng)技術(shù)。 通過將糾錯(cuò)碼技術(shù)與重傳技術(shù)相結(jié)合以提高鏈路的吞吐率。 HARQ 方案主要有2 種,一種是蔡司合并(Chase Combining,CC)HARQ,發(fā)送端每次重傳時(shí)都發(fā)送與初傳時(shí)相同的碼字,接收端則將新接收到的信號(hào)與之前接收到的信號(hào)進(jìn)行軟信息合并,根據(jù)合并后的接收信號(hào)軟信息進(jìn)行譯碼;另一種是增量冗余(Incremental Redundancy,IR)HARQ,發(fā)送端每次發(fā)送均采用不同的信道編碼,接收端則將新接收到的信號(hào)與之前所有接收到的信號(hào)組合起來,視為是對(duì)一個(gè)碼長(zhǎng)更長(zhǎng)、碼率更低的碼進(jìn)行譯碼。 它們?cè)趯?shí)際系統(tǒng)中被廣泛采用。

對(duì)于極化碼,文獻(xiàn)[2]提出了CC-HARQ 方案,并給出了吞吐率的界。 文獻(xiàn)[3-4]提出了一種貪婪搜索算法,利用一個(gè)短極化碼作為重傳比特來尋找鑿孔集合。 文獻(xiàn)[5]提出了一種極化碼的IRHARQ 方案,涉及編碼比特的選擇性傳輸和重傳以及未編碼消息比特的傳輸。 與CC-HARQ 相比,IR-HARQ 可以獲得更好的吞吐率性能。 然而,CCHARQ 方案相比較IR-HARQ 方案具有更低的復(fù)雜度。 這是因?yàn)槭褂肐R-HARQ 需要一些額外的信令(例如需要將重傳編號(hào)傳送給接收器),并且IRHARQ 方案需要更大的緩沖區(qū)。 此外,CC-HARQ方案由于每次重傳都是相同的,所以CC-HARQ 方案更容易與其他技術(shù)相結(jié)合,如編碼調(diào)制和空時(shí)編碼。 此外,IR-HARQ 方案的比特選擇算法的復(fù)雜度是比較高的,因?yàn)楸仨氝M(jìn)行多次可靠性評(píng)估,特別是對(duì)于較長(zhǎng)的代碼。

文獻(xiàn)[6]提出了具有增量?jī)鼋Y(jié)(Incremental Freezing,IF)的極化碼HARQ 方案,其中使用較低碼率的極化碼對(duì)早期傳輸中的部分不可靠比特進(jìn)行編碼和重傳。 接收器首先解碼最新接收的代碼塊,并在解碼前一個(gè)接收塊時(shí),將標(biāo)記出下一次的相應(yīng)位為已知比特。 IF-HARQ 可以證明在時(shí)不變信道上是一種不定速率容量可達(dá)的編碼方案,但由于各傳輸之間的信道獨(dú)立性沒有得到充分利用,其在有限碼長(zhǎng)和過衰落信道上的性能有待進(jìn)一步提高。

文獻(xiàn)[7]提出一種基于極化矩陣擴(kuò)展的IRHARQ 傳輸方案——極化擴(kuò)展HARQ(Polar Extension HARQ,PE-HARQ)方案。 PE-HARQ 方案可以生成任意數(shù)量的編碼比特來進(jìn)行重傳。 為了充分利用長(zhǎng)碼的編碼增益,在每次請(qǐng)求重傳時(shí)構(gòu)造一個(gè)擴(kuò)展極化碼,總是選擇K 個(gè)最可靠的比特信道來攜帶信息。 該方案首先在下三角結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上對(duì)極化矩陣進(jìn)行擴(kuò)展,以增大每次重傳的碼長(zhǎng)。 通過聯(lián)合解碼多次傳輸,可以實(shí)現(xiàn)與直接生成的極化碼相同的性能。 然而它對(duì)每次傳輸?shù)乃俾蔬m配方案的選擇有一定的限制,例如重傳必須使用鑿孔方案來進(jìn)行速率適配。

極化碼具有良好的理論優(yōu)勢(shì),已列入5G 移動(dòng)通信的控制信道編碼標(biāo)準(zhǔn)。 為滿足6G[8]數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽?、高吞吐率需?基于極化編碼的新型HARQ 方案能夠顯著提高無線傳輸性能,滿足未來移動(dòng)通信系統(tǒng)需求[9]。 本文旨在歸納總結(jié)滿足6G高可靠、高吞吐率傳輸需求的極化編碼HARQ 技術(shù)原理與方案。

1 極化碼的基本原理

給定一個(gè)二進(jìn)制離散無記憶信道(B-DMC),X,Y 為輸入集合和輸出集合。 信道轉(zhuǎn)移概率為W(y| x) ,x ∈X,y ∈Y。 其中輸入集合X 為{0,1} ,輸出集合Y 是任意的。 生成矩陣,其中BN是置換矩陣。 在文獻(xiàn)[1]中,碼長(zhǎng)為N =2n,n = 1,2,3,…,核矩陣F 為：

F?n為核矩陣F 的n 次Kronecker 冪。

將N 個(gè)獨(dú)立的基本B-DMC 信道W 通過信道組合,使得將N 個(gè)獨(dú)立的基本B-DMC 信道轉(zhuǎn)化為新的信道WN：XN→YN,其中N = 2n,n ≥0。 再將信道拆分可以得到N 個(gè)對(duì)稱二進(jìn)制信道, i = 1,2,…,N,信道轉(zhuǎn)移概率為：

2 極化碼速率適配方案

HARQ 極化碼要求速率適配,即編碼的碼率可以通過改變碼長(zhǎng)而進(jìn)行靈活配置,發(fā)送的比特可以隨期望的碼率進(jìn)行靈活選取。 因此,在信道動(dòng)態(tài)變化時(shí),HARQ 極化碼比針對(duì)W：X →Y 最差信道設(shè)計(jì)的固定碼率的極化碼具有更高的效率。 而Ar?kan 提出的極化碼的碼長(zhǎng)需要滿足2 的整數(shù)次冪的條件。

在實(shí)際應(yīng)用中,要傳輸K 個(gè)數(shù)據(jù)位,所需的碼長(zhǎng)M 并不總是2 的冪次方,速率匹配用于將母碼的長(zhǎng)度從N 調(diào)整為系統(tǒng)所需的碼長(zhǎng)M。 在3GPP 標(biāo)準(zhǔn)[12]中,速率匹配方案分為重復(fù)(repetition)、鑿孔(puncturing)和縮短(shortening)3 類。

重復(fù)：當(dāng)N ≤M 時(shí)應(yīng)用的重復(fù),通過復(fù)制編碼比特的M - N 位,并將其附加到碼長(zhǎng)為N 的母碼碼字后,形成長(zhǎng)度為M 的序列,接收器接收到信息并將相同編碼比特的對(duì)數(shù)似然值(Log-Likelihood Ratio,LLR)相加,并將得到的長(zhǎng)度為N 的LLR 向量饋送給解碼器。 某位b 的LLR 定義為：

鑿孔：當(dāng)N ＞M 時(shí)應(yīng)用鑿孔[13]方案,其中長(zhǎng)度為N 的碼字的N -M 比特不通過信道發(fā)送。 接收器將對(duì)應(yīng)于這些未傳輸位置的LLR 值設(shè)置為零。

縮短：鑿孔的特例[14]。 利用極化碼結(jié)構(gòu),選擇N - M 個(gè)合成信道固定為零比特,并進(jìn)行編碼,使得編碼比特的N - M 恒為零。 然后,K 個(gè)數(shù)據(jù)位通過其余M 個(gè)信道中最可靠的K 個(gè)信道進(jìn)行傳輸。 在這種情況下,不需要發(fā)送這些N - M 個(gè)零值編碼比特,并且接收機(jī)可以在解碼時(shí)確知這些位置的信息為零,直接將相應(yīng)的LLR 設(shè)置為+ ∞。

速率匹配后,信道的可靠性發(fā)生了變化,因此應(yīng)相應(yīng)地調(diào)整最優(yōu)信息集合A。 然而,在HARQ 過程中,一旦在第一次傳輸時(shí)確定集合A,就沒有機(jī)會(huì)改變它。 因此,這些現(xiàn)有速率匹配方案不能直接應(yīng)用于HARQ 傳輸。

3 極化碼主流HARQ 方案綜述

極化碼HARQ 方案主要分為基于蔡司合并機(jī)制的HARQ 與基于增量冗余機(jī)制的HARQ 兩大類,本節(jié)對(duì)各種主流的極化碼HARQ 方案的原理與優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)闡述。

3.1 基于蔡司合并的HARQ 方案

基于鑿孔速率適配極化(Rate -Compatible Punctured Polar,RCPP)[13]的蔡司合并(Chase Combining,CC)HARQ 傳輸方案[2]如圖1 所示。

圖1 極化碼CC-HARQ 傳輸方案編譯碼圖Fig.1 Coding and decoding of polar-coded CC-HARQ scheme

信息比特序列uA進(jìn)行極化碼編碼得到編碼碼字,經(jīng)過鑿孔之后得到鑿孔極化碼碼字,并將鑿孔極化碼碼字通過信道進(jìn)行傳輸。 接收端進(jìn)行接收并譯碼,如果接收端譯碼失敗的話,將通過反饋信道返回NACK 信號(hào),要求發(fā)送端進(jìn)行重傳。 發(fā)送端將再次傳輸鑿孔后編碼碼字,接收端接收到信號(hào)后,會(huì)將此次接收到的LLR 序列與之前各次傳輸接收到的LLR序列相加進(jìn)行再譯碼。 傳輸過程將一直持續(xù)下去,直到譯碼成功或者達(dá)到系統(tǒng)允許的最大傳輸次數(shù)T。

3.2 基于增量冗余的HARQ 方案

3.2.1 增量冗余HARQ 方案

基于鑿孔速率適配極化碼[13]的增量冗余(Incremental Redundancy,IR)HARQ 傳輸方案[5]如圖2所示,與CC-HARQ 方案類似,信息比特序列uA進(jìn)行極化碼編碼得到編碼碼字,經(jīng)過鑿孔之后得到鑿孔極化碼碼字,并將鑿孔極化碼碼字通過信道進(jìn)行傳輸。 接收端進(jìn)行接收并譯碼。 IR-HARQ 方案與CC-HARQ 方案不同的地方在于,送入發(fā)送端緩存的數(shù)據(jù)并不是鑿孔后的編碼序列,而是信息序列一部分待重傳的信息序列。 若接收端譯碼失敗,則通過反饋鏈路返回NACK 信號(hào),則選擇信息比特集合uA中通過高斯近似計(jì)算出的最容易出錯(cuò)的某些比特,不進(jìn)行任何編碼、直接送入信道進(jìn)行重傳,用重傳的譯碼信息去輔助初傳的譯碼。

圖2 極化碼IR-HARQ 傳輸方案編譯碼圖Fig.2 Coding and decoding of polar-coded IR-HARQ scheme

3.2.2 增量?jī)鼋Y(jié)HARQ 方案

文獻(xiàn)[6]提出一種極化碼增量?jī)鼋Y(jié)HARQ 方案,這是一種增量冗余的編碼方式。 極化碼Incremental Freezing(IF)HARQ 傳輸方案是基于極化碼信道極化的特性,其傳輸方案的示意圖如圖3 所示。IF-HARQ 傳輸方案每次重傳時(shí)都使用與初傳相同的極化碼編碼,但是碼率更低。 在重傳時(shí)將前幾次傳輸時(shí)位于可靠度較低信道上的一部分信息比特放在重傳容量更可靠的信道上進(jìn)行傳輸。 這些重傳位在之前的傳輸中就變成了動(dòng)態(tài)的凍結(jié)位,重傳的譯碼結(jié)果可以用來檢驗(yàn)之前傳輸?shù)淖g碼器,可以提高傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

極化碼IF-HARQ 傳輸方案為不定速率容量可達(dá)的。 初始傳輸可以使用具有很多的信息位和很少的凍結(jié)位的高碼率極化碼來進(jìn)行傳輸。 如果此次傳輸無法解碼,則發(fā)送的信息位太多,凍結(jié)的信息位太少。 第一次傳輸時(shí),在發(fā)送的信息比特中不太可靠的信道上發(fā)送的信息比特會(huì)在將來的傳輸中被重新傳輸。 通過從未來的傳輸中解碼這些比特,這些比特對(duì)應(yīng)于之前傳輸?shù)奈幌喈?dāng)于是被凍結(jié)位,從而允許對(duì)第一次傳輸中發(fā)送的其余信息比特進(jìn)行解碼。因此,這種方案可以稱為增量?jī)鼋Y(jié),因?yàn)槲磥淼膫鬏斨袑?huì)凍結(jié)在先前傳輸中發(fā)送的越來越多的信息比特。

圖3 極化碼IF-HARQ 傳輸方案編譯碼Fig.3 Coding and decoding of polar-coded IF-HARQ scheme

極化碼IF-HARQ 傳輸方案可以證明容量可達(dá),其原因就在于極化碼的嵌套屬性。 極化碼的嵌套屬性是在較差的信道條件下,信息信道集合一定為較好的信道條件下信息信道集合的子集。 在信道條件不變的條件下,每次重傳都比之前傳輸?shù)目煽啃砸?譯碼成功的概率越大。

該方案主要研究了在未知信道條件下的容量可達(dá)的不定速率極化碼的構(gòu)造方法以及理論依據(jù)。 在初傳時(shí)傳輸高碼率的極化碼,利用極化碼的嵌套屬性,在重傳時(shí)利用按照良好信道條件構(gòu)造的極化碼的好極化信道來傳輸部分比特。 仿真結(jié)果表明該方案容量可達(dá),同時(shí)由于速率可變,是一個(gè)具有靈活性的極化碼方案,其思想可以供極化碼HARQ 系統(tǒng)作為參考。 而該方案的缺點(diǎn)在于在重傳次數(shù)有限的情況下,在利用較低碼率的極化碼做重傳時(shí),產(chǎn)生了比較多的冗余,導(dǎo)致吞吐率比較低下。

3.2.3 極化擴(kuò)展HARQ 方案

文獻(xiàn)[7]提出一種基于極化矩陣擴(kuò)展的自適應(yīng)增量冗余HARQ 傳輸方案,即極化擴(kuò)展(Polar Extension)HARQ 方案。 PE-HARQ 方案可以生成任意數(shù)量的編碼比特來進(jìn)行重傳。 為了充分利用長(zhǎng)碼的編碼增益,在每次請(qǐng)求重傳時(shí)構(gòu)造一個(gè)擴(kuò)展極化碼,總是選擇K 個(gè)最可靠的比特信道來攜帶信息。該方案首先在下三角結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上對(duì)極化矩陣進(jìn)行擴(kuò)展,以增大每次重傳的碼長(zhǎng)。 信息比特信道是根據(jù)由擴(kuò)展碼計(jì)算的比特信道可靠性進(jìn)行更新,而不是根據(jù)較短碼計(jì)算更新的。 為了提高比特信道的可靠性,一些信息比特從較短碼的部分分配到擴(kuò)展部分,重傳的信息位值是從先前傳輸中的信息位復(fù)制得到的,它們之間建立了一對(duì)一的奇偶校驗(yàn)(Parity Check,PC)關(guān)系。 重傳編碼比特可以與先前發(fā)送的編碼比特串接以形成碼率較低的、碼長(zhǎng)較長(zhǎng)的極化碼。 該方案既具有長(zhǎng)碼的編碼增益,又具有多重傳輸?shù)姆旨鲆妗?仿真結(jié)果表明,與CC-HARQ 方案相比,該方案具有額外的編碼增益。

PE-HARQ 傳輸方案如圖4 所示,該方案最關(guān)鍵的一步是擴(kuò)展碼長(zhǎng),并重建一個(gè)低碼率的極化碼。擴(kuò)展極化碼時(shí),首先恢復(fù)先前的鑿孔位。 如果需要更多位,則應(yīng)擴(kuò)展母碼長(zhǎng)度。 在重構(gòu)極化碼時(shí),可以采用DE-GA 或其他算法確定擴(kuò)展部分的新信息位集和原始部分的冗余(不可靠信息)位,將冗余位復(fù)制到新信息位,然后將冗余位作為PC 凍結(jié)位處理。在解碼器側(cè),基于SC 解碼順序,新的信息比特將在冗余比特之前被解碼,并且將解碼信息比特值作為相應(yīng)位的凍結(jié)比特值。 這意味著所有信息位都在最可靠的位信道上。

圖4 極化碼PE-HARQ 方案編譯碼圖Fig.4 Coding and decoding of polar-coded PE-HARQ scheme

3.3 極化碼的HARQ 方案性能對(duì)比

CC-HARQ 方案在BI-AWGN 信道上的吞吐率如圖5 所示。 RCPP 碼的信息塊長(zhǎng)度K=1 024,采用SC算法進(jìn)行譯碼。 最大傳輸次數(shù)T = 6,其配置如表1所示。 圖中給出了基于速率適配的鑿孔turbo 碼(RCPT)、速率適配的不規(guī)則重復(fù)累積碼(RCIRA)的HARQ 方案的吞吐率曲線和IR-HARQ 方案性能。

圖5 AWGN 信道CC-HARQ 方案吞吐率Fig.5 Throughput of CC-HARQ scheme over AWGN channel

表1 AWGN 信道上的CC-HARQ 配置表Tab.1 Configuration of CC-HARQ over AWGN channel

如圖5 所示,CC-HARQ 方案比turbo 碼和LDPC碼的IR-HARQ 方案的效果稍差。 在低SNR 情況下,極化編碼CC-HARQ 相比較turbo/LDPC 編碼IRHARQ 的性能損失約為1.0 dB。 隨著SNR 的增加,該方案與turbo/LDPC 編碼方案的性能差距變小。 當(dāng)SNR 大于4.0 dB 時(shí),該方案比turbo 編碼方案具有更好的吞吐率。 在高信噪比情況下性能優(yōu)勢(shì)的一個(gè)原因是RCPP 碼的碼長(zhǎng)可以在僅1 bit 的步進(jìn)中精確地調(diào)整。 利用準(zhǔn)確的BLER 值和吞吐量邊界,極化編碼方案可以得到很好的優(yōu)化。 雖然turbo 碼的性能很難評(píng)估,但是turbo 碼的候選碼速率的選擇通常被限制在一個(gè)有限大小的集合內(nèi)。 在低SNR 和高SNR 兩種情況下,turbo 編碼方案都很難進(jìn)行優(yōu)化。 與極化編碼IR-HARQ 方案相比,極化編碼CC-HARQ 方案遭受輕微的性能惡化,其中IR-HARQ 方案受益于額外的編碼增益,但CC-HARQ 的復(fù)雜度要低。

PE-HARQ 方案的性能如圖6 所示,為QPSK調(diào)制的AWGN 信道的誤塊率(BLER)性能。 采用QUP 作為速率適配方法,采用DE-GA 算法計(jì)算各比特信道的可靠性。 SC list(SCL)解碼器的列表大小為32 的極化碼BLER 性能。 在初始發(fā)送時(shí),以1/2 的碼率發(fā)送具有1 024 個(gè)信息位(包括24 個(gè)CRC 位)的極化碼。 在每次重發(fā)時(shí),產(chǎn)生并發(fā)送1 024 個(gè)增量編碼比特,其碼率分別為1/3,1/4,1/5,直到1/8 的碼率,對(duì)應(yīng)于7 個(gè)傳輸。 值得注意的是,每次重傳中產(chǎn)生的新信息比特信道的數(shù)目與碼長(zhǎng)、碼率和比特信道可靠性排序方法等密切相關(guān)。在本次仿真中,新信息比特信道在所有6 次重傳中的百分比分別為11.3%,0.5%,3.4%,0%,0%,0%。需要注意的是,隨著編碼率的提高,會(huì)產(chǎn)生更多的新的信息比特通道,從而帶來更多的編碼增益。 由此可見,該方案對(duì)所有的傳輸都表現(xiàn)出穩(wěn)定的性能。

圖6 極化碼的HARQ 方案性能圖Fig.6 BLER performance of polar-coded HARQ

由于在AWGN 信道中,CC-HARQ 只能獲得傳輸增益,因此當(dāng)碼長(zhǎng)增加一倍時(shí),其在第一次傳輸中的重傳性能增益應(yīng)為3 dB。 由圖6(a)可以看出,與CC-HARQ 和IF-HARQ 相比,PE-HARQ 方案可以獲得穩(wěn)定的附加編碼增益。 例如,當(dāng)碼長(zhǎng)是第一次傳輸?shù)? 倍時(shí),第3 次傳輸?shù)男阅茉鲆鏋?.9 dB,這意味著在CC-HARQ 上獲得了0.9 dB 的額外編碼增益。 此外,在圖6(b)中還可以觀察到,PE-HARQ方案在具有55.6 Hz 多普勒頻率的ETU 衰落信道中獲得了額外的編碼增益。

4 極化碼HARQ 關(guān)鍵技術(shù)與未來研究方向

4.1 極化碼HARQ 方案對(duì)比

共介紹了4 種主流極化碼HARQ 方案的基本原理,這幾種極化碼HARQ 方案機(jī)制的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如圖7 所示。

圖7 主流極化碼HARQ 方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比Fig.7 Comparison of advantages and disadvantages of mainstream polar-coded HARQ schemes

極化碼CC-HARQ 每次重傳的都是同一個(gè)碼字,因此更容易與其他信號(hào)處理技術(shù)(如調(diào)制、多天線傳輸?shù)?進(jìn)行組合,實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。 與CC-HARQ 方案相比,IR-HARQ 方案可以獲得額外的編碼增益,吞吐率更高,且實(shí)現(xiàn)靈活。 但是CC-HARQ 方案相比IRHARQ 方案復(fù)雜度較低一些,所需要的存儲(chǔ)空間也較小,在譯碼器緩存、譯碼時(shí)延、反饋鏈路負(fù)荷以及與其他技術(shù)的兼容性等方面具有一定的優(yōu)勢(shì)。

極化碼IF-HARQ 傳輸方案是經(jīng)典IR-HARQ 方案的改進(jìn),IF-HARQ 方案每次重傳都會(huì)對(duì)重傳比特再次進(jìn)行極化碼編碼,提高了重輸?shù)目煽啃浴?極化碼IF-HARQ 方案在重傳過程優(yōu)先選擇低可靠比特進(jìn)行重傳,并利用了極化碼子信道的嵌套性質(zhì),具有比較高的系統(tǒng)吞吐率。 由于速率可變,它是一個(gè)具有靈活性的極化碼方案。 在碼長(zhǎng)趨近無限時(shí),極化碼IFHARQ 傳輸方案可以嚴(yán)格證明漸進(jìn)容量可達(dá)。

極化碼PE-HARQ 方案是IR-HARQ 方案的進(jìn)一步改進(jìn),可以提高有限碼長(zhǎng)下的傳輸性能,相對(duì)于IF-HARQ 方案在有限碼長(zhǎng)下進(jìn)一步提高編碼增益,提升吞吐率。 但該方案編碼過程需要額外的模二加操作,造成復(fù)雜度增加。

4.2 未來研究方向展望

目前,極化碼HARQ 在實(shí)用化過程中還有以下幾個(gè)問題需要解決：

① 通用構(gòu)造問題：目前的主流方案均基于GA或序列(如Polarization Weight,PW)構(gòu)造,GA 在線實(shí)時(shí)計(jì)算復(fù)雜度高,序列構(gòu)造無法感知信道動(dòng)態(tài)變化特性。 因此,需要研究一種“半離線半在線”式的通用編碼構(gòu)造方案,降低計(jì)算復(fù)雜度的同時(shí)與信道特征形成一定耦合,綜合GA 與序列構(gòu)造的優(yōu)勢(shì)。

② 自解碼特性設(shè)計(jì)問題：實(shí)際HARQ 傳輸過程要求接收端在初傳信道質(zhì)量很差的同時(shí)可以單獨(dú)依賴重傳數(shù)據(jù)包進(jìn)行解碼得到全部信源數(shù)據(jù),稱之為HARQ 的自解碼(self-decoding)特性。 目前,主流的幾類IR-HARQ 方案均沒有考慮自解碼特性的設(shè)計(jì),有待后續(xù)研究。

③ 聯(lián)合譯碼問題：接收端如何高效利用重傳信息與初傳信息進(jìn)行聯(lián)合譯碼是HARQ 中一直待改進(jìn)的方向,在極化碼HARQ 中繼續(xù)有待研究。

④ 與調(diào)制、多天線等信號(hào)傳輸技術(shù)的聯(lián)合設(shè)計(jì)問題：極化碼可以在“信道極化”思想下與各種信號(hào)處理技術(shù)進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化,獲得顯著性能增益。 由此,極化碼HARQ 與其他信號(hào)處理技術(shù)的聯(lián)合設(shè)計(jì)是未來主流研究方向之一。

5 結(jié)束語

未來的B5G 及6G 對(duì)移動(dòng)通信系統(tǒng)的可靠性和頻譜效率有著更高的要求,對(duì)編碼調(diào)制技術(shù)提出了巨大的挑戰(zhàn)。 總結(jié)了基于極化編碼的鏈路自適應(yīng)技術(shù)框架,介紹了幾種典型的極化碼HARQ 技術(shù)方案。 對(duì)各種方案的優(yōu)勢(shì)與不足進(jìn)行了綜合對(duì)比和分析,相較于傳統(tǒng)HARQ 方案,這些基于極化編碼的新型HARQ 方案能夠顯著提高無線傳輸性能,滿足6G 移動(dòng)通信系統(tǒng)需求。 最后對(duì)極化碼HARQ 的未來研究方向進(jìn)行了展望,總結(jié)了實(shí)用化過程中幾個(gè)主要的待解決問題。 由此可見基于極化碼的HARQ傳輸技術(shù)不僅有著優(yōu)越性能,可以滿足未來移動(dòng)通信系統(tǒng)的需求,還擁有廣闊的應(yīng)用前景。