Análise de desempenho de códigos polares não-sistemáticos e sistemáticos em cenários para sistemas de quinta geração 5G

Abstract

Os conceitos de teoria da informação, apresentados por Claude E. Shannon em 1948, continuam sendo até hoje, indispensáveis para a compreensão, desenvolvimento e aprimoramento dos esquemas de codificação de canal. Aos dados de interesse são adicionados dados de redundância, a fim de se garantir a integridade dos mesmos, além da busca pela maior capacidade de canal possível. Dentre as técnicas de codificação de canal candidatas à utilização nas aplicações dos sistemas de comunicação de quinta geração (5G) estão os códigos polares, apresentados em 2009 por Erdal Arikan em sua forma não-sistemática, com melhor desempenho em relação a taxa de erro de bit, BER (Bit Error Rate) e menor complexidade que os códigos turbo e LDPC (Low Density Parity Check). Em 2011, Arikan apresentou a forma sistemática dos códigos polares, com o intuito de se obter vantagens em termos de desempenho de BER, pois nesses é possível identificar os bits de informação na mensagem codificada. Dessa forma, neste trabalho será realizado o estudo das estratégias de codificação e decodificação, nas formas não-sistemática e sistemática, dos códigos polares. Além disso, será implementado um algoritmo computacional para comparar o desempenho de ambas em cenários para sistemas de quinta geração. Por fim, os resultados mostraram que o uso dos códigos de verificação de redundância cíclica, CRC (Cyclic Redundancy Check), melhora consideravelmente o desempenho dos códigos polares sistemáticos ao analisar-se a taxa de erro de frame, FER (Frame Error Rate).

The concepts of information theory, presented by Claude E. Shannon in 1948, continue to be, until today, indispensable for understanding, developing and improving channel coding schemes. Redundancy data is added to the data of interest in order to guarantee their integrity, in addition to the pursuit for the best possible channel capacity. Among the channel coding techniques which are candidates for being used on the applications of the fifth generation (5G) of communication systems are the polar codes, presented in 2009 by Erdal Arikan in their non-systematic form, with better performance in relation to BER (Bit Error Rate) and less complexity than the turbo and LDPC (Low Density Parity Check) codes. In 2011, Arikan presented the systematic form of polar codes, seeking advantages in terms of BER performance, as it is possible to identify the bits of information in the encoded message. In such manner, the study of the strategies of coding and decoding of polar codes, on its non-systematic and systematic form will be done in this work. Furthermore, a computational algorithm was implemented to compare the performance of both in scenarios for fifth generation systems. Finally, results showed that the use of CRC (Cyclic Redundancy Check) codes improved considerably the performance of systematic polar codes when analyzing the frame error rate, FER.