[论文解读] 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 13

一句话总结

该论文提出了一种用于极化码的增量冗余混合ARQ（IR-HARQ）方案，通过在受保护位置复制信息比特来扩展码，从而在合并时保留完整的编码增益，提升重传性能。该方法实现的性能几乎与直接生成的极化码相同，优于现有的IR-HARQ方法（如增量冻结和贪婪打孔），在IR-HARQ条件下，其吞吐量和误码率性能与LTE Turbo码相当或更优。

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.

研究动机与目标

• 为解决在极化码的增量冗余ARQ（IR-HARQ）中实现完整编码增益的挑战，传统打孔或冻结方法无法维持容量可达性能。
• 设计一种适用于极化码的码率兼容IR-HARQ方案，使多次传输的软信息可合并为单一低码率码，类似于LTE Turbo码或Raptor类LDPC码。
• 确保初始传输和重传均能达到与同码率直接生成极化码相当的性能。
• 提升极化码在时变无线信道中IR-HARQ的灵活性与效率，尤其适用于需要增量冗余的系统。

提出的方法

• 所提方案通过在原始极化码后附加一个长度为N的新块来扩展原始码，其中信息比特被复制到基于信道极化度量的高可靠性位置。
• 扩展码的构造方式确保原始部分与扩展部分均基于相同的信道极化排序，从而在多次传输中保持一致的可靠性。
• 信息比特被复制到扩展块中的对称位置，以保持码结构，确保合并后的码表现如同单一低码率极化码。
• 解码过程将初始传输块与重传块的软信息合并为单一集成的低码率码字，通过连续取消列表（SCL）解码实现完整编码增益。
• 该方法通过保持一致的可靠性排序并避免对重传单独解码，确保最终合并码的性能接近同码率直接生成的极化码。
• 该方案要求重传块长度为初始块长度（N）的倍数，且仅当总长度为N × 2^k（k为整数）时才能实现完整性能。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否设计一种极化码的IR-HARQ方案，使得多次传输合并后的码性能与直接生成的极化码相当？
• RQ2 如何在扩展的极化码中复制信息比特，以在增量冗余重传过程中保持编码增益？
• RQ3 与现有方法（如增量冻结或贪婪打孔）相比，所提IR-HARQ方案在BLER和BER方面的性能差距如何？
• RQ4 在IR-HARQ条件下，所提方案与LTE Turbo码在归一化吞吐量和误码率方面的表现如何比较？
• RQ5 所提方案能否通过合并多次传输的软信息实现完整编码增益，而无需对重传进行单独解码？

主要发现

• 当k=1536时，所提IR-HARQ方案的块误码率（BLER）性能与直接生成的极化码几乎完全相同，无显著性能差距。
• 与增量冻结相比，所提方案在k=1536时性能领先1.1 dB，显著保留了编码增益。
• 当k=88时，所提方法性能与直接生成的极化码相当，而贪婪打孔在码率0.685时性能下降2.3 dB。
• 采用SCL解码时，所提极化码在初始传输和重传阶段的性能均优于LTE Turbo码，在最大2次重传条件下，归一化吞吐量提升0.7 dB。
• 采用SC解码的所提极化码在重传前优于LTE Turbo码，但在重传后性能下降，表明SCL解码在所提方案中具有显著优势。
• 该方案仅在总传输长度为初始块长度的倍数（即N × 2^k）时才能实现近似最优性能，虽限制了灵活性，但在重传较少的实际场景中仍可实现完整编码增益。