[论文解读] A H-ARQ scheme for polar codes

Saurabha Tavildar|arXiv (Cornell University)|Jun 28, 2016

Error Correcting Code Techniques参考文献 9被引用 4

一句话总结

该论文提出了一种基于母极化码等价子集构造冗余版本的混合ARQ（H-ARQ）方案，利用极化码构造中的固有对称性，通过贪心删余算法并自适应调整设计参数，使从(4096,1024)母码导出的两个(2048,1024)子集极化码在单独解码时性能接近最优（在1% BLER下差距仅0.2 dB），联合解码时性能完全匹配母码性能。

ABSTRACT

We consider the problem of supporting H-ARQ with polar codes. For supporting H-ARQ, we propose to create redundancy versions based on different, but equivalent, subsets of a polar code. The equivalent subsets are created from an initial subset of a polar code using an inherent symmetry in polar code construction. A greedy construction is used to create the initial subset of a polar code. We demonstrate performance of proposed constructions via simulations for binary input AWGN channel. We demonstrate that a (4096, 1024) polar code can be divided into two disjoint (2048, 1024) subset polar codes, which when decoded individually are within 0.2 dB (at $1 \%$ BLER) of a (2048, 1024) polar code, and achieve performance of a (4096, 1024) polar code when decoded jointly.

研究动机与目标

• 通过在多次传输中保持相同的信息比特集，实现极化码的高效混合ARQ。
• 解决ARQ中重新优化信息比特集的问题，该问题会增加联合解码的复杂度。
• 从低码率母码构造高码率子集极化码，而无需重新优化信息比特。
• 证明子集极化码可实现接近直接设计码的性能，并在联合解码时恢复母码性能。

提出的方法

• 使用基于Bhattacharya界码构造方法并优化ε=0.64，构建一个(4096,1024)母极化码。
• 应用贪心删余算法，通过删除2048个编码比特，从母码中生成两个不相交的(2048,1024)子集极化码。
• 在删余过程中使用自适应设计ε更新，以保持BLER的紧密联合界估计。
• 利用极化码构造中的固有对称性：对于任意子集S，集合T = S ⊕ x^n构成一个等价子集，具有相同的极化通道特性。
• 确保所有传输中使用相同的信息比特集，以支持联合解码。
• 采用CRC辅助的列表解码（L=32）并使用简化的LLR进行解码仿真。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否从母极化码构造出子集极化码，使其保持相同的信息比特集并实现接近最优的性能？
• RQ2 在极化码中使用对称子集是否能实现有效的H-ARQ并获得联合解码增益？
• RQ3 具有自适应ε调整的贪心删余算法是否在BLER性能上优于标准删余方法？
• RQ4 与直接设计的(2048,1024)极化码相比，从(4096,1024)母码构造的(2048,1024)子集极化码的性能差距是多少？
• RQ5 对多个子集极化码进行联合解码，能在多大程度上恢复原始母码的性能？

主要发现

• 两个(4096 ⪰ 2048,1024)子集极化码在单独解码时，其性能与从零开始设计的(2048,1024)极化码相比，在1% BLER下仅相差0.2 dB。
• 当联合解码时，相同的两个(2048,1024)子集极化码相比(2048,1024)极化码获得0.75 dB增益，并与(4096,1024)母码性能完全匹配。
• 与直接设计码相比，子集码的性能损失可通过联合解码恢复，从而实现高效的H-ARQ。
• 删余算法中自适应ε更新提高了BLER估计精度，收紧了联合界，从而提升了性能。
• 理论证明表明，对称子集（S与S ⊕ x^n）产生等价的极化通道，验证了该构造方法的合理性。
• 所提出的方案在所有传输中保持相同的信息比特集，支持H-ARQ系统中实用的联合解码。