[論文レビュー] An Incremental Redundancy HARQ Scheme for Polar Code

Liang Ma, JieXiong+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 31, 2017

Error Correcting Code Techniques参考文献 14被引用数 13

ひとこと要約

本稿では、保護された位置にある情報ビットをコピーしてコードを拡張することで、結合時に完全なコーディングゲインを維持する、極性符号向けのインクリメンタルレジュンダンシー混合ARQ（IR-HARQ）方式を提案する。この方法により、再送時の性能が向上し、直接生成された極性符号とほぼ同一の性能を達成する。既存のIR-HARQ手法（インクリメンタルフリーズやグリーディパUNCTURING）を上回り、IR-HARQ条件下でのスループットおよび誤り率においてLTEターボ符号と同等またはそれを上回る性能を実現する。

ABSTRACT

A polar code extension method which supports incremental redundancy hybrid ARQ(IR-HARQ) is proposed in this paper. By copying information bits to proper positions of the extend part, the extended polar code can give additional protection for the bits weakly protected by the first transmission. A comparison between the proposed algorithm with directly generated polar code, LTE turbo code, and some other IR-HARQ supporting polar code is given. Simulation results show that the proposed algorithm has nearly the same performance as directly generated polar code, which is chosen as base line for comparison.

研究の動機と目的

• 従来のパッチングやフリーズ手法では容量を達成する性能を維持できない、極性符号におけるインクリメンタルレジュンダンシーHARQ（IR-HARQ）における完全なコーディングゲインを達成する課題に対処すること。
• 複数回の送信から得られるソフト情報が1つの低レートコードとして結合可能となる、レート互換性のある極性符号向けIR-HARQ方式を設計すること。これは、LTEターボ符号やラプター型LDPCと同様の動作を想定する。
• 初期送信および再送信の両方が、同じレートの直接生成された極性符号と同等の性能を達成することを保証すること。
• 時間変動する無線チャネルにおいて、極性符号を基盤とするIR-HARQの柔軟性と効率を向上させること。特に、インクリメンタルレジュンダンシーを必要とするシステムに焦点を当てる。

提案手法

• 提案手法は、元の極性符号に長さNの新しいブロックを付加することで拡張する。この際、チャネルの極性度量に基づき高い信頼性を持つ位置に情報ビットをコピーする。
• 拡張コードは、元の部分と拡張部分が両方とも同一のチャネル極性順序に基づいて構築されるように設計され、送信間で一貫した信頼性が保たれる。
• 拡張ブロック内の対称的な位置に情報ビットをコピーすることで、構造を維持し、結合コードが1つの低レート極性符号として動作するように保証する。
• 復号プロセスでは、初期送信ブロックと再送信ブロックからのソフト情報が1つの統合された低レート符号語として統合され、逐次キャンセレーションリスト（SCL）復号により完全なコーディングゲインが達成される。
• 再送信の別々の復号を避けることで、一貫した信頼性順序を維持し、性能損失を回避することで、最終的な結合コードが同じレートの直接生成された極性符号とほぼ同等の性能を達成する。
• 本手法では、再送信ブロック長が初期ブロック長（N）の倍数でなければならない。また、全性能は、総長が整数kについてN × 2^kとなる場合にのみ達成される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 複数回の送信からの結合コードが、直接生成された極性符号と同等の性能を発揮するような、極性符号向けIR-HARQ方式を設計できるか？
• RQ2 インクリメンタルレジュンダンシー再送中にコーディングゲインを維持するため、拡張極性符号に情報ビットをどのようにコピーすべきか？
• RQ3 BLERおよびBERの観点から、本手法とインクリメンタルフリーズやグリーディパUNCTURINGといった既存手法との性能ギャップはどの程度か？
• RQ4 IR-HARQ条件下での正規化スループットおよび誤り率の観点から、本手法はLTEターボ符号と比較してどの程度の性能を示すか？
• RQ5 別々に再送信を復号せず、複数回の送信からのソフト情報の結合によって完全なコーディングゲインを達成できるか？

主な発見

• k=1536の場合、提案手法は直接生成された極性符号とほぼ同一のブロック誤り率（BLER）性能を達成し、測定可能な性能ギャップは認められない。
• インクリメンタルフリーズと比較すると、k=1536の時点で1.1 dBの優位性を示し、顕著なコーディングゲインの維持が確認された。
• k=88の場合、提案手法は直接生成された極性符号の性能と一致するが、グリーディパUNCTURINGでは0.685のレートで2.3 dBの性能劣化を示した。
• SCL復号を用いる場合、初期送信および再送信の両フェーズでLTEターボ符号を上回り、最大2回の送信条件下で正規化スループットに0.7 dBの利点を示した。
• SC復号を用いた極性符号では、提案手法は再送信前の段階でLTEターボ符号を上回るが、再送信後には劣化する。これは、提案手法におけるSCL復号の利点を示している。
• 本手法は、総送信長が初期ブロック長（N）の倍数（N × 2^k）である場合にのみ、近似最適性能を達成する。これは柔軟性を制限するが、再送信がまれな大多数の実用的状況では完全なコーディングゲインを実現可能である。