專題：新型調制編碼技術

特邀策劃人

西安電子科技大學通信工程學院教授、博士生導師,中國電子學會會士,IEEE 高級會員,現任中國電子學會信息論分會主任委員。 分別于1987 年和1990 年在西北電訊工程學院(現西安電子科技大學)獲工學學士和工學碩士學位;2000 年在西安電子科技大學獲通信與信息系統學科博士學位;2000—2003 年在香港城市大學作博士后;2005 年在美國加州大學戴維斯分校(UC Davis)作訪問學者。 主持完成了國家“973”“863”計劃項目以及“新一代寬帶無線移動通信網”國家科技重大專項課題的研究工作。 2012 年榮獲國家科技進步二等獎。 出版譯著《信道編碼：經典與現代》、專著《5G 移動通信中的信道編碼》。 主要研究方向：信息與編碼理論、編碼調制技術、無線通信等。

畢業于西安電子科技大學信息與通信工程專業,獲工學學士、碩士和博士學位,日本靜岡大學聯合培養博士,加拿大蒙特利爾大學博士后,先后任職西安電子科技大學副教授、蒙特利爾大學及麥吉爾大學高級研究員。 現任華僑大學教授,中國電子學會高級會員,中國電子學會信息論專委會委員,IEEE 學會會員,長期擔任國內外重要期刊及會議論文評審人。 主持完成國家自然科學基金面上項目和省自然科學基金面上項目等10 余項,參加國家和省部級項目10 余項。 主要研究方向：信道編碼和物理層安全通信。

內容導讀

現代通信系統的發展總是伴隨著信道編碼技術的突破與變革,例如在地面移動通信中,從2G 使用卷積碼、3G 與4G 使用Turbo 碼和多天線MIMO 編碼,發展到5G 使用LDPC 碼和Polar 碼。 面向下一代移動通信系統,包括高效抗干擾數據鏈、無人機通信、與6G 融合的衛星通信等,研究新型編碼調制方法是當前國際信息編碼領域關注的重點,也是我國實現無線通信技術從跟跑、并跑到領跑的重大需求。我國已經正式啟動6G 技術研發,IMT-2020 新技術工作組也已組織開展了新一代移動通信技術研究,新型編碼調制仍然是其中一項關鍵技術。 目前,適用于數據信道的Polar 編碼調制、低復雜度大維空時傳輸等還是具有挑戰性的研究問題。 就編碼技術本身而言,從Turbo 碼的發明與LDPC 碼的再發現以來,以逼近Shannon 容量限為目標的現代編碼技術得到了快速發展,人們相繼提出了多種稀疏圖碼、LDPC 卷積碼、噴泉碼和Polar 碼等,最終獲得了能夠達到容量限的實用編譯碼方法。 在工程實踐中,這些編碼方法具有各自的特點和適用范圍,需要根據應用場景、編碼參數、時延、復雜度等要求綜合選擇。 為了更好地研究與應用這些新型編碼方法,我們組織了本專題,主要討論它們的編譯碼原理、高效譯碼算法、編碼調制技術等。

論文“FEC 編碼的空間調制方案綜述”討論了多天線系統中的空間調制技術,它在實現復雜度與系統譜效率之間提供了一種較好的折中。 該文系統論述了信道編碼與空間調制相結合的相關技術方案,分析了它們的特點,并對空間調制中的問題及以后的研究方向進行了總結和討論。

噴泉碼最初是為了實現網絡中理想的廣播與多播傳輸而設計的一類糾刪碼。 對于給定的信息序列,噴泉碼能夠根據需要產生任意多的編碼比特,因此也稱為無速率(rateless)碼。 論文“無速率編碼及其應用綜述”系統介紹了幾種無速率碼的編譯碼原理與研究狀況,包括LT 碼、Raptor 碼、在線噴泉碼和BATS 碼,討論了它們在無線網絡以及分布式計算等場景中的應用潛力。

Polar 碼已被3GPP 采納為5G 控制信道編碼方案,但是目前其HARQ 傳輸方法還不夠靈活,低時延譯碼算法與用于迭代接收機的軟輸出算法還需要研究。 論文“極化碼混合自動請求重傳技術綜述”面向數據信道的編碼需求,介紹了Polar 碼速率適配方案和幾種典型的Polar 編碼HARQ 技術方案,總結了其關鍵技術及未來研究方向。 論文“5G 通信中的極化碼在高階調制下的應用”基于3GPP 5G編碼標準中給出的Polar 碼極化重量構造方法構造了Polar 碼,并與高階調制技術相結合,仿真給出了誤碼性能。 論文“SCMA 場景下的極化碼編解碼方案改進研究”針對SCMA 場景下的Polar 碼編譯碼方案,提出了2 種降低譯碼復雜度的方法,并基于簡化的SCAN 算法改進了迭代聯合檢測譯碼算法。

LDPC 卷積碼可以看作是將一些標準LDPC 分組碼以鏈的形式耦合在一起而得到的,因而也被稱為空間耦合LDPC(spatially-coupled LDPC,SC-LDPC)碼,它可以通過基于滑窗結構的迭代譯碼器進行譯碼,適宜于不需要將數據分塊的連續數據傳輸系統。 論文“空間耦合LDPC 碼在AWGN 信道下的性能分析”對SC-LDPC 碼的構造及其置信傳播譯碼算法進行了闡述,并在AWGN 下進行了性能仿真和分析。

連續相位調制是一種帶寬有效編碼調制技術,具有較高的功率效率與頻譜效率。 論文“一種高效的串行級聯非遞歸GMSK 系統設計”針對LDPC 編碼的串行級聯GMSK 系統,提出了一種利用少量(低至2 個)導頻符號輔助的準相干解調算法,可以達到接近于相干解調的性能。

綜上所述,本專題能夠反映LDPC 分組碼、空間耦合LDPC 碼、無速率碼和Polar 碼等新型編碼傳輸技術的當前研究狀況,希望能夠給廣大讀者提供有益的啟示和參考。 衷心感謝各位作者精心撰稿!