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LTE与LTE-A:4G网络无线接口技术

作者: [英] 安德烈·佩雷斯（André Perez）著 , 李争平译 , 黄明译

出版社: 机械工业出版社

出版时间: 2020-04

ISBN: 9787111645658

定价: 99.00

装帧: 平装

开本: 16开

纸张: 胶版纸

页数: 221页

分类: 工程技术

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本书系统论述了 5G 移动通信系统中的 LDPC 码与 Polar 码等信道编码技术，包括码设计、构造、编译码算法等。本书首先介绍了信道编码的基本原理与移动通信中典型的编码方法，讨论了编码系统性能限的计算；然后重点论述了LDPC 码与 Polar 码的编码原理、译码算法与构造方法，介绍了 3GPP 确定的 5G 数据信道 NR LDPC 码的设计、性能与编码链路组成，以及 5G 控制信道编码标准、Polar 码的设计与速率适配方法等。为便于读者开发与使用 5G 系统，本书附录给出了 NR LDPC 码、Polar 码的技术规范与性能曲线。

本书适合信息与通信工程领域的工程技术人员与有关专业的本科生和研究生阅读，对从事无线通信与信道编码研究的人员也有重要的参考价值。白宝明：博士，西安电子科技大学通信工程学院教授、博士生导师。分别于1987年和1990年在西北电讯工程学院（现西安电子科技大学）获工学学士和工学硕士学位，2000年在西安电子科技大学获通信与信息系统学科博士学位。2000至2003年在香港城市大学作博士后，2005年在美国加州大学戴维斯分校（UC Davis）作访问学者。主要从事信息与编码理论、编码调制技术、无线通信和量子通信方面的教学与科研工作。曾主持国家973计划项目和863计划项目课题，以及国家科技重大专项课题的研究工作。白宝明博士是中国电子学会会士，中国电子学会信息论分会主任委员，曾任中国通信学会青年工作委员会副主任委员第 1章绪论 1

1．1　第五代移动通信系统　1

1．1．1　5G愿景与性能指标　4

1．1．2　5G技术路线及无线传输关键技术　9

1．1．3　5G研究和标准化进展　11

1．2　信道编码技术的发展及其在移动通信中的应用　14

1．2．1　信道编码技术的发展　14

1．2．2　信道编码技术在移动通信中的应用　18

1．3　5G中的信道编码方法与标准化　21

第　2章信道编码基础及典型编码方法　23

2．1　数字通信系统模型　23

2．1．1　信号星座与信号映射器　26

2．1．2　5G通信系统中的调制信号映射　26

2．2　线性分组码　27

2．2．1　线性分组码的定义与最小汉明距离　27

2．2．2　生成矩阵和校验矩阵　28

2．2．3　对一个线性码简单修改而构造新码　31

2．3　译码方法与性能度量　32

2．3．1　最佳译码　32

2．3．2　线性分组码的检错　34

2．3．3　对数似然比　35

2．3．4　编码系统性能度量　36

2．4　几类常用的分组码　37

2．4．1　重复码和单奇偶校验码　37

2．4．2　循环冗余校验（CRC）码　39

2．4．3　Simplex码　42

2．4．4　Hadamard矩阵与Hadamard码　42

2．5　Reed-Muller码　43

2．5．1　构造方法　44

2．5．2　一阶RM码的编码与译码　46

2．6　卷积码　49

2．6．1　卷积码的概念与网格图表示　49

2．6．2　卷积码的最大似然译码：Viterbi 算法　51

2．6．3　卷积码的逐符号MAP译码：BCJR算法　55

2．6．4　Max-Log-MAP 译码算法　64

2．7　咬尾卷积码　67

2．7．1　编码方法与 LTE 系统中的咬尾卷积码　67

2．7．2　咬尾卷积码的译码算法　70

2．8　Turbo码　76

2．8．1　Turbo 编码原理　76

2．8．2　Turbo码的迭代译码　82

2．8．3　面向 5G 应用的增强型 Turbo 码　84

2．9　编码系统性能限　88

2．9．1　频谱效率　88

2．9．2　信噪比　89

2．9．3　信道容量　90

2．9．4　有限码长性能限　97

2．10　编码与扩频　101

2．10．1　扩展频谱系统　101

2．10．2　编码与扩频的信道容量　104

2．10．3　软扩频　105

第3章　LDPC码的编译码原理与构造方法　107

3．1　LDPC码的概念与因子图表示　107

3．1．1　LDPC 码的定义与矩阵表示　107

3．1．2　因子图表示　110

3．1．3　度分布　113

3．2　LDPC码的编码　114

3．2．1　QC-LDPC码的编码　115

3．2．2　单对角结构 LDPC 码的编码　117

3．2．3　双对角结构 LDPC 码的编码　118

3．2．4　双对角结构 QC-LDPC 码的编码　119

3．3　LDPC码的译码　121

3．3．1　和积算法基本原理　122

3．3．2　概率域上的和积算法　123

3．3．3　对数域上的和积算法　126

3．3．4　低复杂度的简化和积算法　130

3．3．5　分层译码算法　133

3．4　LDPC 码的分析与设计　135

3．4．1　密度进化　135

3．4．2　高斯近似　137

3．4．3　外信息转移（EXIT）图　140

3．4．4　基模图码的 EXIT 技术　146

3．4．5　LDPC 码的设计　148

3．5　LDPC 码的构造　150

3．5．1　基于计算机的构造：PEG 算法　150

3．5．2　基模图 LDPC 码的构造　152

3．5．3　LDPC 码的叠加构造　156

3．5．4　基于代数的 QC-LDPC 码叠加构造　160

3．6　速率兼容 LDPC 码　167

3．6．1　RC-LDPC 码的基本概念　167

3．6．2　基于代数和图理论结合的方法构造 RC-LDPC 码　168

3．6．3　基于代数辅助方法构造信息位长度和码率同时兼容的 LDPC 码　174

3．7　LDPC 编码调制　175

3．7．1　LDPC-BICM 系统　175

3．7．2　星座成形　178

第4章　5G 数据信道 LDPC 编码方案　187

4．1　5G 数据信道编码的需求与标准化建议　187

4．2　5G LDPC 编码参数与码设计　191

4．2．1　校验矩阵的基本结构　192

4．2．2　矩阵散列　195

4．2．3　基矩阵设计　196

4．2．4　循环移位矩阵的设计　198

4．3　5G LDPC 码的构造　200

4．3．1　可支持多个移位尺寸的准循环 LDPC 码　200

4．3．2　5G LDPC 码循环移位矩阵的代数辅助构造　204

4．4　5G LDPC 码编译码方法与性能　211

4．4．1　5G LDPC 码的编码　211

4．4．2　5G LDPC 码的译码　216

4．4．3　基图选择　218

4．5　5G LDPC 编码链　221

4．5．1　CRC 添加　223

4．5．2　码块分段　225

4．5．3　速率适配　227

4．5．4　码块内交织　230

第5章　Polar码的编译码原理与构造方法　233

5．1　Polar 码的概念与基本原理　233

5．1．1　信道极化　234

5．1．2　Polar 码　243

5．2　Polar 码的编码　244

5．3　Polar 码的译码　246

5．3．1　SC 译码算法　246

5．3．2　SCL 译码　253

5．3．3　因子图表示与 BP 译码　258

5．4　Polar 码的构造　262

5．4．1　Bhattacharyya 参数构造　263

5．4．2　蒙特卡罗构造　263

5．4．3　密度进化构造　264

5．4．4　高斯近似构造　265

5．5　级联Polar码　267

5．5．1　级联 Polar 码的重量谱　269

5．5．2　级联 Polar 码的近似最大似然译码性能　270

5．6　Polar 编码调制　271

5．6．1　多层 Polar 编码调制　273

5．6．2　比特交织 Polar 编码调制　277

第6章　5G 控制信道 Polar 编码方案　283

6．1　控制信道编码的标准化建议　283

6．1．1　概述　283

6．1．2　5G 控制信道编码建议方案与性能评估　284

6．2　5G NR Polar 码的设计与典型编码方案　287

6．2．1　CRC-Polar 码　288

6．2．2　PC-Polar 码　288

6．2．3　DCRC-Polar 码　290

6．2．4　Hash-Polar 码　294

6．2．5　分段 Hash-Polar 码　295

6．3　5G 控制信道链路传输方案及性能　297

6．3．1　上行控制信道　298

6．3．2　下行控制信道　300

6．3．3　5G Polar 码的性能　301

6．4　5G Polar 码的构造与编码　301

6．4．1　NR Polar 码的编码　301

6．4．2　NR Polar 码的构造　303

6．5　Polar 码的速率适配　307

6．5．1　子块交织　309

6．5．2　比特选择　310

6．6　信道交织器设计　312

6．7　上行链路控制信息分段方案　313

6．8　物理广播信道（PBCH）编码　315

6．8．1　编码方案与性能评估　315

6．8．2　Polar 码比特重复　317

6．8．3　时间索引指示方式　319

6．8．4　PBCH 域映射　319

附录A　有限域基本知识　321

附录B　5G NR LDPC 码移位值　331

附录C　5G NR LDPC 码性能　339

附录D　5G NR Polar 码序列　345

参考文献　347

后记
内容简介:
本书系统论述了 5G 移动通信系统中的 LDPC 码与 Polar 码等信道编码技术，包括码设计、构造、编译码算法等。本书首先介绍了信道编码的基本原理与移动通信中典型的编码方法，讨论了编码系统性能限的计算；然后重点论述了LDPC 码与 Polar 码的编码原理、译码算法与构造方法，介绍了 3GPP 确定的 5G 数据信道 NR LDPC 码的设计、性能与编码链路组成，以及 5G 控制信道编码标准、Polar 码的设计与速率适配方法等。为便于读者开发与使用 5G 系统，本书附录给出了 NR LDPC 码、Polar 码的技术规范与性能曲线。

本书适合信息与通信工程领域的工程技术人员与有关专业的本科生和研究生阅读，对从事无线通信与信道编码研究的人员也有重要的参考价值。
作者简介:
白宝明：博士，西安电子科技大学通信工程学院教授、博士生导师。分别于1987年和1990年在西北电讯工程学院（现西安电子科技大学）获工学学士和工学硕士学位，2000年在西安电子科技大学获通信与信息系统学科博士学位。2000至2003年在香港城市大学作博士后，2005年在美国加州大学戴维斯分校（UC Davis）作访问学者。主要从事信息与编码理论、编码调制技术、无线通信和量子通信方面的教学与科研工作。曾主持国家973计划项目和863计划项目课题，以及国家科技重大专项课题的研究工作。白宝明博士是中国电子学会会士，中国电子学会信息论分会主任委员，曾任中国通信学会青年工作委员会副主任委员
目录:
第 1章绪论 1

1．1　第五代移动通信系统　1

1．1．1　5G愿景与性能指标　4

1．1．2　5G技术路线及无线传输关键技术　9

1．1．3　5G研究和标准化进展　11

1．2　信道编码技术的发展及其在移动通信中的应用　14

1．2．1　信道编码技术的发展　14

1．2．2　信道编码技术在移动通信中的应用　18

1．3　5G中的信道编码方法与标准化　21

第　2章信道编码基础及典型编码方法　23

2．1　数字通信系统模型　23

2．1．1　信号星座与信号映射器　26

2．1．2　5G通信系统中的调制信号映射　26

2．2　线性分组码　27

2．2．1　线性分组码的定义与最小汉明距离　27

2．2．2　生成矩阵和校验矩阵　28

2．2．3　对一个线性码简单修改而构造新码　31

2．3　译码方法与性能度量　32

2．3．1　最佳译码　32

2．3．2　线性分组码的检错　34

2．3．3　对数似然比　35

2．3．4　编码系统性能度量　36

2．4　几类常用的分组码　37

2．4．1　重复码和单奇偶校验码　37

2．4．2　循环冗余校验（CRC）码　39

2．4．3　Simplex码　42

2．4．4　Hadamard矩阵与Hadamard码　42

2．5　Reed-Muller码　43

2．5．1　构造方法　44

2．5．2　一阶RM码的编码与译码　46

2．6　卷积码　49

2．6．1　卷积码的概念与网格图表示　49

2．6．2　卷积码的最大似然译码：Viterbi 算法　51

2．6．3　卷积码的逐符号MAP译码：BCJR算法　55

2．6．4　Max-Log-MAP 译码算法　64

2．7　咬尾卷积码　67

2．7．1　编码方法与 LTE 系统中的咬尾卷积码　67

2．7．2　咬尾卷积码的译码算法　70

2．8　Turbo码　76

2．8．1　Turbo 编码原理　76

2．8．2　Turbo码的迭代译码　82

2．8．3　面向 5G 应用的增强型 Turbo 码　84

2．9　编码系统性能限　88

2．9．1　频谱效率　88

2．9．2　信噪比　89

2．9．3　信道容量　90

2．9．4　有限码长性能限　97

2．10　编码与扩频　101

2．10．1　扩展频谱系统　101

2．10．2　编码与扩频的信道容量　104

2．10．3　软扩频　105

第3章　LDPC码的编译码原理与构造方法　107

3．1　LDPC码的概念与因子图表示　107

3．1．1　LDPC 码的定义与矩阵表示　107

3．1．2　因子图表示　110

3．1．3　度分布　113

3．2　LDPC码的编码　114

3．2．1　QC-LDPC码的编码　115

3．2．2　单对角结构 LDPC 码的编码　117

3．2．3　双对角结构 LDPC 码的编码　118

3．2．4　双对角结构 QC-LDPC 码的编码　119

3．3　LDPC码的译码　121

3．3．1　和积算法基本原理　122

3．3．2　概率域上的和积算法　123

3．3．3　对数域上的和积算法　126

3．3．4　低复杂度的简化和积算法　130

3．3．5　分层译码算法　133

3．4　LDPC 码的分析与设计　135

3．4．1　密度进化　135

3．4．2　高斯近似　137

3．4．3　外信息转移（EXIT）图　140

3．4．4　基模图码的 EXIT 技术　146

3．4．5　LDPC 码的设计　148

3．5　LDPC 码的构造　150

3．5．1　基于计算机的构造：PEG 算法　150

3．5．2　基模图 LDPC 码的构造　152

3．5．3　LDPC 码的叠加构造　156

3．5．4　基于代数的 QC-LDPC 码叠加构造　160

3．6　速率兼容 LDPC 码　167

3．6．1　RC-LDPC 码的基本概念　167

3．6．2　基于代数和图理论结合的方法构造 RC-LDPC 码　168

3．6．3　基于代数辅助方法构造信息位长度和码率同时兼容的 LDPC 码　174

3．7　LDPC 编码调制　175

3．7．1　LDPC-BICM 系统　175

3．7．2　星座成形　178

第4章　5G 数据信道 LDPC 编码方案　187

4．1　5G 数据信道编码的需求与标准化建议　187

4．2　5G LDPC 编码参数与码设计　191

4．2．1　校验矩阵的基本结构　192

4．2．2　矩阵散列　195

4．2．3　基矩阵设计　196

4．2．4　循环移位矩阵的设计　198

4．3　5G LDPC 码的构造　200

4．3．1　可支持多个移位尺寸的准循环 LDPC 码　200

4．3．2　5G LDPC 码循环移位矩阵的代数辅助构造　204

4．4　5G LDPC 码编译码方法与性能　211

4．4．1　5G LDPC 码的编码　211

4．4．2　5G LDPC 码的译码　216

4．4．3　基图选择　218

4．5　5G LDPC 编码链　221

4．5．1　CRC 添加　223

4．5．2　码块分段　225

4．5．3　速率适配　227

4．5．4　码块内交织　230

第5章　Polar码的编译码原理与构造方法　233

5．1　Polar 码的概念与基本原理　233

5．1．1　信道极化　234

5．1．2　Polar 码　243

5．2　Polar 码的编码　244

5．3　Polar 码的译码　246

5．3．1　SC 译码算法　246

5．3．2　SCL 译码　253

5．3．3　因子图表示与 BP 译码　258

5．4　Polar 码的构造　262

5．4．1　Bhattacharyya 参数构造　263

5．4．2　蒙特卡罗构造　263

5．4．3　密度进化构造　264

5．4．4　高斯近似构造　265

5．5　级联Polar码　267

5．5．1　级联 Polar 码的重量谱　269

5．5．2　级联 Polar 码的近似最大似然译码性能　270

5．6　Polar 编码调制　271

5．6．1　多层 Polar 编码调制　273

5．6．2　比特交织 Polar 编码调制　277

第6章　5G 控制信道 Polar 编码方案　283

6．1　控制信道编码的标准化建议　283

6．1．1　概述　283

6．1．2　5G 控制信道编码建议方案与性能评估　284

6．2　5G NR Polar 码的设计与典型编码方案　287

6．2．1　CRC-Polar 码　288

6．2．2　PC-Polar 码　288

6．2．3　DCRC-Polar 码　290

6．2．4　Hash-Polar 码　294

6．2．5　分段 Hash-Polar 码　295

6．3　5G 控制信道链路传输方案及性能　297

6．3．1　上行控制信道　298

6．3．2　下行控制信道　300

6．3．3　5G Polar 码的性能　301

6．4　5G Polar 码的构造与编码　301

6．4．1　NR Polar 码的编码　301

6．4．2　NR Polar 码的构造　303

6．5　Polar 码的速率适配　307

6．5．1　子块交织　309

6．5．2　比特选择　310

6．6　信道交织器设计　312

6．7　上行链路控制信息分段方案　313

6．8　物理广播信道（PBCH）编码　315

6．8．1　编码方案与性能评估　315

6．8．2　Polar 码比特重复　317

6．8．3　时间索引指示方式　319

6．8．4　PBCH 域映射　319

附录A　有限域基本知识　321

附录B　5G NR LDPC 码移位值　331

附录C　5G NR LDPC 码性能　339

附录D　5G NR Polar 码序列　345

参考文献　347

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