I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m pu t er   E ng ineering   ( I J E CE )   Vo l.  15 ,   No .   2 A p r il   20 25 ,   p p .   1 7 5 4 ~ 1 7 7 3   I SS N:  2 0 8 8 - 8 7 0 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijece. v 15 i 2 . p p 1 7 5 4 - 1 7 7 3          1754       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   Efficien cy  of chan nel codes   for dif fe rent  fading  mo del s in 5G  enha nced mo bile   bro a dba nd scena rio       M ik ha il K hm elev s k y 1 ,   G enn a dy   K a za k o v 2   1 D e p a r t me n t   o f   N e t w o r k s   a n d   C o mm u n i c a t i o n   S y st e ms,   M o sc o w   Te c h n i c a l   U n i v e r si t y   o f   C o mm u n i c a t i o n a n d   I n f o r ma t i c s,     M o s c o w ,   R u ss i a   2 D e p a r t me n t   o f   T h e o r e t i c a l   R a d i o   En g i n e e r i n g ,   M o s c o w   A v i a t i o n   I n st i t u t e   ( N a t i o n a l   R e sea r c h   U n i v e r si t y ) ,   M o sc o w ,   R u ss i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ma y   2 0 ,   2 0 2 4   R ev is ed   Sep   1 8 ,   2 0 2 4   Acc ep ted   Oct  1 ,   2 0 2 4       In   u r b a n   e n v i r o n m e n ts ,   5 th   g e n e ra t io n   ( 5 G )   si g n a ls   a re   s u b jec t   t o   in t e rfe re n c e ,   m u lt ip le  p ro p a g a ti o n   a n d   th e rm a l   n o ise ,   re su lt i n g   in   a   sig n ifi c a n t   a m o u n t   o f   e rro rs.  In   th is  re g a rd ,   c h a n n e c o d in g   is  a p p li e d ,   wh ich   a ll o ws   to   i n c re a se   th e   re li a b il it y   o th e   tran sm it te d   m e ss a g e .   Th is  wo rk   f o c u se o n   c o m p a rin g   t h e   p e rfo rm a n c e   o lo w - d e n sity   p a rit y   c h e c k   (LDP C)  a n d   p o l a c o d e s   sta n d a rd ize d   b y   t h e   3 rd   g e n e ra ti o n   p a rtn e rsh ip   p r o jec ( 3 G P P fo r   a p p li c a ti o n   in   5 G   n e two rk s   in   p h y sic a d o wn li n k   sh a re d   c h a n n e l   (P DS CH)  u n d e r   m u lt ip a t h   p r o p a g a ti o n   c o n d i ti o n in   e n h a n c e d   m o b il e   b r o a d b a n d   (e M BB)  sc e n a rio .   Th e   p e rfo rm a n c e   o th e   c o d e u n d e stu d y   wa in v e stig a ted   c o n sid e ri n g   a ll   sig n a l   p ro c e ss in g   o p e ra ti o n im p lem e n ted   in   h a rd w a re   in   5 G   c h a n n e ls.  We  u se d   c lu ste re d   d e la y   li n e   (CDL)   a n d   tap p e d   d e lay   l i n e   (TDL m o d e ls  a p ro p a g a ti o n   c h a n n e m o d e ls.  C h a n n e c o n fi g u ra ti o n   a n d   se lec ti o n   o sig n a p a ra m e ters   we re   b a se d   o n   th e   a n a ly sis  o c o m m e rc ially   lau n c h e d   5 G   n e two rk s.   On e   o f   th e   sim u l a ti o n s   re su lt we   o b se r v e d   wa s   th e   h i g h   sig n a l - to - n o ise   ra ti o   (S NR)  re q u i re d   to   tran sm it   th e   sig n a wh i le  e n su rin g   a   g iv e n   b lo c k   e rro r   ra te  (BL ER).   P o lar  c o d e d e m o n stra ted   b o th   a   g a in   in   c o d in g   o v e LDP c o d e a n d   a   lo ss   in   d e c o d i n g   d e lay   o t h e   re c e i v e d   sig n a l   d u e   t o   a   m o re   c o m p le x   d e c o d in g   a lg o rit h m .   K ey w o r d s :   B lo ck   er r o r   r ate    C R C - aid ed   p o lar   co d es    Qu asi cy clic  lo d en s ity   p ar it y   ch ec k   co d es    C lu s ter ed   d elay   lin   T ap p ed   d elay   lin e   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Gen n ad y   Kaz ak o v     Dep ar tm en t o f   T h eo r etica l Rad io   E n g i n ee r in g ,   Mo s co Av i atio n   I n s titu te  ( Natio n al  R esear ch   Un iv er s ity )   Vo lo k o lam s k o Sh o s s 4 ,   1 2 5 9 9 3   Mo s co w,   R u s s ia   E m ail: je e2 @ m ail. r u       1.   I NT RO D UCT I O N   T h 5 th   g e n er atio n   n ew   r ad io   ( 5 NR )   tech n o lo g y   is   r ap id l y   ev o lv in g   an d   im p r o v in g   its   b an d wid th ,   en er g y   ef f icien c y   an d   f lex ib i lity   in   o r d er   to   p r o v id u s er s   with   lar g er   s et  o f   s er v ices  an d   ap p licatio n s .   I n ter n atio n al   T elec o m m u n icat io n   Un io n   ( I T U)   r ec o m m en d a tio n   M. 2 0 8 3   [ 1 ]   h as  d e f in ed   th r ee   5 G   ap p licatio n   s ce n ar io s en h an ce m o b ile  b r o ad b an d   ( eM B B ) ,   m ass iv m ac h in e   ty p c o m m u n icatio n s   ( m MT C )   an d     u ltra - r eliab le  an d   lo laten c y   co m m u n icatio n s   ( UR L L C ) .   T h u s ,   f o r   eM B B ,   th im p o r tan m etr ic  is   th e   u ltima te  tr an s m is s io n   s p ee d UR L L C   r eq u ir es  lo laten cy   ( less   th an   1   m s )   a n d   ex t r em ely   h ig h   r eliab ilit y   ( 9 9 . 9 9 9 %);  m MT C   em p h asizes  h ig h   co n n ec tiv ity   d en s ity   an d   d ev ice  en e r g y   e f f icien cy .   I n   th cu r r e n p h ase   o f   5 d e p lo y m e n t,  th e   f o cu s   is   o n   t h eM B B   u s ag e   s ce n ar io .   Hig h - s p ee d   an d   h ig h - q u ality   m u ltime d ia   s er v ices  lik v ir tu al  r ea lity   ( VR ) ,   au g m en ted   r ea lity   ( AR ) ,   h ig h - r eso lu tio n   v id e o   ar av ailab le  to   u s er s   th r o u g h   t h eM B B   s er v ices.  T h eM B B   s ce n ar io   s h o u ld   s u p p o r a   wid r a n g e   o f   co d r ates,  d if f er e n co d e   len g th s   an d   m o d u latio n   o r d er s .   C o m p ar ed   to   4 th   g e n er atio n   lo n g - ter m   ev o lu tio n   ( 4 L T E ) ,   th d is tin ctiv f ea tu r e   o f   5 NR   is   th e   u s o f   two   n ew  er r o r - co r r ec tin g   ch an n el  co d es.  L o w - d en s ity   p ar ity   ch ec k   ( L DPC )   co d es  h av r ep lace d   t u r b o   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         E fficien cy   o f c h a n n el  co d es fo r   d iffer en t fa d in g   mo d els in   5 en h a n ce d     ( Gen n a d K a z a ko v )   1755   co d es  in   u s er   d ata  ch a n n els  a n d   p o lar   co d es  h av e   r ep lace d   tail - b itin g   co n v o lu tio n al  c o d e s   ( T B C C )   in   co n tr o l   ch an n els  to   im p r o v d ata  r ate   an d   p r o v id e   ac ce p tab le  e r r o r   co r r ec tio n   p e r f o r m an ce   [ 2 ] .   L DPC ,   tu r b o   c o d es   an d   p o la r   co d es  h a v s im ilar   ch an n el  p er f o r m an ce   f o r   d ata  in ten s iv ap p licatio n s ,   w h ile  L DPC   is   le s s   co m p lex   to   im p lem en t.  T h s y s tem 's  p er f o r m an ce   is   im p r o v ed   o v er   o t h er   m o d e r n   ch an n el  co d es  ( T B C C   an d   tu r b o   c o d es)  wh en   c o m b in i n g   cy clic  r ed u n d an cy   ch ec k   ( C R C )   co d es  with   p o lar   co d es  th at  ar d ec o d e d   u s in g   th s u cc ess iv ca n ce llatio n   lis ( SC L )   alg o r ith m .   Nev e r th el ess ,   p o lar   co d in g   is   less   ef f icien th an   L DPC   f o r   h ig h   d ata  r ates.   T h m ain   g o al  o f   th is   wo r k   was  to   co m p ar th p er f o r m a n ce   o f   th s elec ted   ch a n n el  c o d es  u n d e r   p h y s ical  d o wn lin k   s h a r ed   ch an n el  ( PDSC H)   s ig n al  an d   en v ir o n m en tal  p ar am eter s   ap p r o x im atin g   th o s e   r ea lized   b y   t h lead in g   o p e r ato r s   o f   5 c o m m u n icatio n   n etwo r k s .   Fro m   th is ,   it  is   p o s s ib le  to   d er iv e   esti m atio n s   o f   th e   s ig n al - to - n o is r atio   ( SNR )   v alu es   th at  a r e   m o r e   lik ely   to   b e   ex p e r ien ce d   b y   u s er s   f r o m   5 G   s y s tem s .   A s   co m p ar ed   to   th s ig n al  p ar am eter s   th at  h av b ee n   ar b itra r ily   estab lis h ed   b y   o t h er   r esear ch er s .   T h is   p ap er   p r esen ts   an   ev alu atio n   o f   th e   p er f o r m a n ce   o f   p o la r   an d   L DPC   co d es  in   PDSC ch an n el   f o r   s ev er al  in f o r m atio n   b lo c k   s izes.  W wo u ld   lik to   em p h asize  th at  th is   s tu d y   o f   s elec ted   co d es  h as  b ee n   p er f o r m ed   co n s id er i n g   all  s ig n al  p r o ce s s in g   o p er atio n s   p er f o r m ed   in   5 p h y s ical  ch an n el s .   I n   o u r   wo r k ,   we  u s ed   m u ltip ath   p r o p ag atio n   ch an n el  m o d els  s u ch   as  tap p e d   d elay   lin e   ( T DL )   an d   clu s ter e d   d elay   lin ( C DL ) .   T h ap p licatio n   o f   th ese  m o d els  allo ws  u s   to   o b tain   SNR   esti m ates  clo s er   to   th r ea l   o n e s   th an   wh en   u s in g   R ice/Re illy   ch an n els.  T DL - A   an d   C DL - ch a n n els  wer e   u s ed   in   th ca s o f   lin o f   s ig h t   ( L OS) ,   T DL - a n d   C DL - in   th ca s o f   n o n - lin e - of - s ig h ( NL OS) .   T h e   co m p ar is o n   was  m ad o n   t h tar g et   p ar am eter   o f   b lo ck   er r o r   r ate  ( B L E R )   f r o m   t h s y m b o l SNR .   I n   r ec en y ea r s ,   m an y   o b s er v e d   s h ar p   in cr ea s in   r esear ch   d ev o ted   to   th s tu d y   o f   th ef f ec tiv en ess   o f   L DPC   an d   p o lar   co d es,  a s   well  as  th s ea r ch   f o r   ef f i cien en co d e r s   an d   d ec o d e r s   th at  ca n   p r o v id e   co m p r o m is b etwe en   th e   r e q u ir ed   h ig h   p er f o r m an ce   an d   th r o u g h p u a n d   l o h ar d war c o m p lex ity ,   c o s an d   p o wer   co n s u m p tio n .   Fo r   ex a m p le,   Hu et  a l.   [ 3 ]   d escr ib es L DPC   an d   p o lar   co d es a d o p ted   b y   th s tan d ar d   an d   5 NR ,   th p ec u liar ities   o f   th eir   ap p licatio n .   T h p e r f o r m an ce   ad v an tag es  o f   th n ewly   ap p lied   co d es  ar co m p ar ed   with   t h ch ar ac ter i s tics   o f   th co d es  u s ed   in   th lo n g - ter m   e v o lu tio n   ( LTE ) .   co m p r eh e n s iv r ev iew  o f   th m ain   c h an n el  c o d es  ad o p ted   s in ce   th th ir d   g en er atio n   o f   m o b ile  co m m u n i ca tio n s   is   p r esen ted   in   th b o o k   [ 4 ] ,   w h er th e   r es u lts   o f   th e   s tu d y   o f   th eir   a p p li ca tio n   p er f o r m a n ce   ar e   also   p r esen ted .   R ich ar d s o n   an d   Ku d ek ar   [ 5 ]   r ev iewe d   th e   ch an n el   co d e   r eq u ir em en ts   f o r   5 NR .   I n n o v atio n s   in   L DPC   co d es  th at  f u lf il   th r eq u ir e m en ts   o f   5 NR   ar p r esen ted   an d   ex p lain ed .   E f f icien cy   o f   ch an n el  c o d es  a p p licatio n   is   an aly ze d   in   [ 6 ] ,   wh er d ep en d en ce s   o f   b l o ck   tr an s m is s io n   er r o r   p r o b a b ilit ies  o n   s y m b o l   s ig n al - to - n o is r atio   ar e   p r e s en ted   f o r   n u m b e r   o f   s ets  o f   co d i n g   m eth o d s   ( tu r b o   co d es,  p o lar   co d es  a n d   L DPC )   an d   c o d e - m o d u lati o n   s ch em es  at  a v er ag e   co d e wo r d   len g th   ( a b o u t   th o u s an d s   o f   b its ) .   Č ar ap ić  et  a l [ 7 ]   co n d u cted   co m p ar ed   s im u latio n   s tu d ies  o n   th u s o f   L DPC   an d   p o lar   co d es  f o r   m ess ag tr an s m is s io n   th r o u g h   v ar io u s   ch an n el   m o d els  lik th ad d itiv w h ite  Gau s s ian   n o is ( AW GN)   ch an n el,   R ice  an d   R ay leig h   m o d els.  T h s im u latio n   r esu lts   r ef lect  th ch ar ac ter is tics   o f   L DP C   an d   p o lar   c o d es  in   th ca s o f   ch a n n el  m o d els:   AW GN  ch an n el   with o u f ad in g   an d   AW GN  ch an n el  with   f ad in g .   I n   [ 8 ] ,   an   o v er v iew  o f   th co d in g /d ec o d i n g   p r o ce s s   in   5 N R   is   g iv en   an d   c o m p ar is o n   o f   th ap p lie d   co d es   is   m ad th r o u g h   b it  er r o r   r ate  ( B E R )   an d   B L E R   p er f o r m an ce .   T ah ir   et  a l .   [ 9 ]   e x am in es  h o co n v o lu tio n al   co d es,  tu r b o   c o d es,  L DPC   co d es,  an d   p o lar   co d es  p er f o r m   in   ter m s   o f   b it  er r o r   r ate  f o r   m u ltip le  ap p licatio n   s ce n ar io s   with   v ar y in g   i n f o r m atio n   b lo ck   len g th s   an d   co d r ates.  C o m p ar ativ an aly s i s   o f   p er f o r m an ce   o f   ad v an ce d   tu r b o   c o d es  with   lis t   d ec o d in g   a n d   p o lar   co d es  with   s u p p o r o f   C R C   co d es  wi th   lis d ec o d in g   u n d er   AW GN  co n d itio n s   f o r   s h o r b lo ck s   o f   in f o r m atio n   at  lo co d r ates u s in g   B L E R   as a   m ea s u r o f   ef f icien cy   is   p r esen ted   in   [ 1 0 ] C u et  a l .   [ 1 1 ]   p er f o r m e d   co m p a r ativ a n aly s is   o f   L DPC   an d   p o lar   co d es in   ter m s   o f   th eir   p er f o r m an ce ,   d ef in ed   b y   a n aly zin g   B E R   v er s u s   SNR   in   AW GN  ch an n el.   T h task   o f   m an y   wo r k s   was  to   ev alu ate  a n d   c o m p ar e   th ef f ec tiv en ess   o f   u s in g   o n e   o r   m o r co d in g   tech n o lo g ies  in   th e   co m m u n ic atio n   s y s tem   o f   ce r tain   ty p e   o r   s tan d ar d .   Fo r   ex am p le,   El - E b b asy   et   a l [ 1 2 ]   co n s id er ed   th p o s s ib ilit y   o f   u s in g   p o lar   co d es  with   SC L   d ec o d er s   in   d ig ital   v id eo   b r o ad ca s tin g   ( DVB)   s y s tem s ,   co m p ar ed   th e   ef f icie n cy   o f   p o lar   co d es  a n d   L DPC   co d es  in   te r m s   o f   B E R ,   en co d er /d ec o d er   d elay   an d   th r o u g h p u t.  T h B L E R   m etr ic  was  u s ed   in   [ 1 3 ]   to   ev alu ate  d if f er en ch an n el  co d in g   m eth o d s   th at  ca n   b im p lem en ted   in   I n s titu te  o f   E l ec tr ical  an d   E lectr o n ics  E n g in ee r s   ( I E E E )   s tan d ar d   8 0 2 . 1 1 b .   Am o n g   th m er its   o f   th w o r k   ar b o th   t h co n s id er atio n   o f   ac tu al   co d in g   tech n iq u es  u s ed   i n   o th e r   s tan d ar d s   ( 5 NR   p o lar   co d e   an d   L T E   tu r b o   co d es)  an d   th e   co m p a r is o n   o f   ef f icien cy   b ased   o n   s im u latio n   r es u lts   u n d er   d i f f er en t   p r o p a g atio n   ch a n n el  m o d els.   T h au th o r s   o f   lar g n u m b er   o f   ar ticles  d ev o ted   to   th p ec u liar ities   an d   ef f icien cy   o f   ch an n el  co d in g   ap p licatio n   in   5 N R   n etwo r k s   d well  o n   s p ec if ic  s ce n ar io   o r   ap p licatio n   ar ea .   Fo r   ex am p le,   C h atzo u lis   et  a l.   [ 1 4 ]   s tu d ie d   an d   ev al u ated   th e   ef f ec tiv e n ess   o f   5 NR   tu r b o   c o d es,  p o la r   co d es  a n d   L DPC   co d es  o n   th q u ality   o f   s er v i ce   ( Qo S)  u n d er   th e n v ir o n m en p ar am eter s   ch ar ac ter is tic  o f   th v eh icle - to - ev er y th in g   ( V2 X)   c o m m u n ica tio n   s y s tem .   T h u s ,   in   a d d itio n   to   ev alu atin g   n u m b er   o f   c o d in g   s ch em es  an d   m o d elin g   s ce n ar io s   b ased   o n   t h f r a m er r o r   r ate  ( FER)   p ar am eter   ( s im ilar   to   B L E R ) ,   th e   r esear ch er s   s tu d ie d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   2 Ap r il   20 25 1 7 5 4 - 1 7 7 3   1756   s et  o f   o th er   p ar am eter s   ( m in im u m   r eq u ir e d   SNR ,   an d   tr an s m it  p o wer )   n ec ess ar y   to   r ea lize  Qo o f   ce r tain   q u ality .   I n   th p ap er   [ 1 5 ] ,   b ased   o n   th e   ch ar ac ter is tics   o f   b lo c k   e r r o r   r ate   ( B L E R )   a n d   c o m p u tatio n al   co m p lex ity ,   th ef f ec ti v en ess   o f   n u m b er   o f   ch an n el  co d in g   s ch em es  ( tu r b o ,   L DPC   co d es,  p o lar   an d   co n v o l u tio n al  co d es)  f o r   UR L L C   s ce n ar io   in   5 NR   is   in v e s tig ated .   I n   [ 1 6 ] ,   s tu d y   o f   p o lar   co d e   in   eM B B   5 NR   s ce n ar io   was  ca r r ied   o u f o r   b o th   Up lin k   an d   d o w n lin k   co n tr o in f o r m atio n   ( UC I   an d   DC I )   s ig n als  an d   b r o a d ca s ch an n el,   in   tr an s m is s io n   ch an n el  with   AW G N.   T h r esu lts   o b tain ed   wer p r esen ted   u s in g   th e   B E R   p ar am eter .   s im ilar   s tu d y   was  co n d u cted   in   [ 1 7 ] ,   wh er in   th e   ca s o f   5 G   NR   d o wn lin k   lin s y s tem   f o r   d if f er e n q u a d r atu r e   am p li tu d m o d u latio n   ( QAM )   s ch e m es,  th ef f ec ti v en ess   o f   a p p l y in g   th e   o r t h o g o n al   tim f r eq u en c y   s p ac ( OT F S)  wav ef o r m   to   th o r t h o g o n al  f r eq u en cy - d iv is io n   m u l tip lex in g   ( OFDM)   wav ef o r m   was  co m p ar ed   f o r   T DL   an d   C DL   ch an n el  p r o p ag atio n   m o d els  co n s id er i n g   th ap p licatio n   o f   m in im u m   m ea n   s q u ar e r r o r   ( MM SE)   an d   d ec is io n   f ee d b ac k   eq u alize r s   ( DFE) .   C u et  a l [ 1 8 ]   p r esen ted   s im u latio n   r esu lts   in   t h f o r m   o f   n u m b er   o f   B E R   ch ar ac ter is tics   r elate d   t o   tu r b o   co d es,  L DPC   co d es  an d   p o lar   co d es  in   ch an n el  with   ad d itiv wh ite  Gau s s ian   n o is in   th p r esen ce   o f   in ter - s y m b o in ter f er en ce .   Se v er al  ty p es  o f   eq u alize r s   ( ze r o - f o r ci n g   an d   MM SE)   h av b ee n   ap p lied   at  th e   r ec eiv in g   en d   to   elim in ate  th n eg ativ ef f ec ts   o f   in ter f er en c e.   n u m b er   o f   s tu d ies  [ 1 9 ] [ 2 1 ]   wer d e v o ted   to   co m p ar in g   an d   an aly zin g   th e   ef f icien cy   o f   ch an n el  c o d es   ( tu r b o   co d es,  p o lar   c o d es  a n d   o th e r s ) ,   m ain ly   th r o u g h   th B E R   an d   B L E R   ch ar ac ter is tics .   I n   Sh ao   e a l .   [ 2 2 ]   r ef lecte d   m an y   asp ec ts   af f ec tin g   th e   im p lem en tatio n   co m p le x ity   o f   tu r b o   d ec o d er s ,   L DPC   a n d   p o lar   d ec o d er s .   L ater ,   th th r o u g h p u t,   er r o r   co r r ec tio n   ca p a b ilit y ,   f lex ib ilit y ,   ar ea   ef f icien cy   an d   en er g y   ef f icien cy   o f   im p lem en tat io n   o n   ap p licatio n - s p ec if ic  in teg r ated   cir cu it  ( ASI C )   wer co m p ar e d .     d etailed   an aly s is   o f   th f ea t u r es  o f   p o lar   co d es  a p p licatio n   in   5 NR   is   p r esen ted   in   [ 2 3 ] .   Usi n g   B L E R   an d   f alse - alar m - r ate  ( FAR )   ch ar ac ter is tics ,   th co r r ec tiv ab ilit y   was  ev alu ated   an d   th co m p u tatio n al   co m p lex ity   o f   p o lar   c o d es  was  co m p ar ed   with   L DPC   co d es.  B elh ad an d   Ab d elm o u n aim   [ 2 4 ]   ex am in ed   th e   er r o r   co r r ec tio n   p er f o r m an ce   o f   p o lar   a n d   L DPC   co d co d i n g   s ch em es  wh e n   tr a n s m itti n g   s h o r t   an d   m ed iu m   in f o r m atio n   b lo c k s   b y   em p lo y in g   B L E R   an d   B E R   m etr ics.  Kh an   et  a l [ 2 5 ]   in v esti g ate d   L DPC   an d   p o lar   co d es  in   ter m s   o f   th f r a m e   er r o r   r ate  ( FER)  p ar am eter ,   wh ich   is   ess en tially   th s a m as  B L E R ,   wh en   tr an s m itti n g   s h o r an d   m ed iu m   len g th   m ess ag es,  co n s id er e d   m u ltip le  d ec o d in g   im p lem e n tatio n   s ch em es  an d   co m p ar ed   th er r o r   c o r r ec tio n   p er f o r m an ce   o v er   th e   ch an n el  with   AW GN.   I n   m an y   o f   th wo r k s   lis ted   ab o v e,   th s tu d y   o f   th ap p lica tio n   o f   ce r tain   co d es  was  ca r r ied   o u in   th co n d itio n s   o f   t h AW GN  ch an n el  o n ly ,   with o u tak i n g   in to   ac co u n m u ltip ath   ef f ec ts .   I n   n u m er o u s   p u b licatio n s ,   th e f f icien cy   o f   co d es  ap p licatio n   was  m ad th r o u g h   th e   p ar am eter   o f   B E R ,   in   co m p ar is o n   with   wh ich   s u ch   p ar am eter ,   as  B L E R ,   ca n   h a v m o r v a lu e,   b ec au s b its   o n   th r ec eiv in g   s id a r also   d ec o d ed   b y   b lo ck s .   T h r esear ch   p r esen ted   in   t h is   p ap er ,   p ar t icu lar ly   th ca lcu latio n   a n d   s el ec tio n   o f   th b asic   p ar am eter s   o f   th PDSC s ig n al  an d   th s ize  o f   th t r an s m itted   b lo ck s ,   was  co n d u cted   with   r ef er en ce   to   t h e   r ea lized   5 NR   n etwo r k s ,   alth o u g h   with   n u m b e r   o f   ass u m p tio n s .   An o th e r   im p o r tan t d if f er en ce   o f   th is   wo r k   is   th at  th ev alu atio n   o f   th e   e f f icien cy   o f   p o lar   a n d   L DPC   co d es  was  ca r r ied   o u t   with   th ap p licatio n   o f   all  s tan d ar d ized   i n ter leav in g   o p e r atio n s   an d   C R C   ad d itio n ,   p er f o r m e d   at   th lev el   o f   th e   tr an s m is s io n   lin co n n ec tio n   o n   th e   ex am p le  o f   PDSC s ig n al.   I n   th is   s tu d y ,   th e   T DL   an d   C DL   m u l tip ath   p r o p ag atio n   m o d els  r ec o m m en d e d   b y   3 rd   g en er atio n   p ar tn e r s h ip   p r o ject   ( 3 GPP)  in   tech n ical   r ep o r ( T R )   3 8 . 9 0 1   [ 2 6 ]   wer ap p lied   to   ac c o u n t f o r   th e   ef f e cts o f   f ad in g   in   th tr a n s m is s i o n   ch a n n el,   in   a d d itio n   t o   AW GN.   T h r em ain d er   o f   th is   p a p er   is   s tr u ctu r ed   as  f o llo ws.  Sectio n   2   p r esen ts   b r ief   d escr ip tio n   o f   L DPC   an d   p o lar   co d es  an d   t h co d in g   s ch em es  u s ed   i n   5 NR   c h an n els.  Sectio n   3   d escr ib es  t h m etr ics  u s ed   to   ev alu ate  th co d in g   ef f icien c y .   Sectio n   4   is   d ev o te d   to   th d escr ip tio n   o f   th e   5 NR   p r o p a g atio n   c h an n e l   m o d els.  T h e   m eth o d o lo g y   o f   th s tu d y   an d   th ca lcu lati o n s   o f   th p a r am eter s   r eq u ir ed   to   p er f o r m   th e   m o d elin g   ar p r esen ted   i n   d etail  in   s ec tio n   5 ,   wh ile  s ec t io n   6   p r esen ts   th e   m ain   r esu lts   o f   th s tu d y .   A   d is cu s s io n   o f   th r esu lts   an d   c o n clu d in g   co m m en ts   ar f o r m u lated   in   s ec tio n   7 .       2.   CO DING   SCH E M E S AP P L I E I 5 G   NR     T h d ata  lin k   lay er   o f   5 NR   3 GPP  s tan d ar d s   in clu d es  th u s o f   L DPC   co d es  f o r   d o wn l in k   s h ar ed   ch an n el  ( DL - SC H)   an d   u p li n k   s h ar e d   ch a n n el  ( UL - SC H) ,   wh ich   h av e   co r r esp o n d i n g   p h y s ical  lay e r s   o f   p h y s ical  d o wn lin k   s h ar ed   ch a n n el  ( PDSC H)   an d   p h y s ical  u p lin k   s h ar ed   c h an n el  ( PUSC H) .   Po lar   co d es   ar e   u s ed   in   p h y s ical  d o w n lin k   c o n tr o ch a n n el  ( PDC C H)   an d   p h y s ical  u p lin k   co n tr o ch a n n e ( PUC C H) ,   wh er e   in f o r m atio n   b lo c k s   ar s m all   [ 2 ] .   I n   o u r   r esear ch   f o r   th p r o ject io n   o f   th e   ex p e r im en t,   we  lef o u r   c h o ice  o n   th c h an n el   PDSC H.   I is   u s ed   to   tr a n s p o r t   u s er   d ata,   p ag in g   m ess ag es,  an d   r esp o n s es  to   n etwo r k   ac ce s s   r eq u es ts   to   all  co n n ec ted   d ev ices  with in   th s er v ice  ar ea .   PDS C p r o v id es  th p h y s ical  lay er   f o r   tr an s p o r tin g   D L - SC an d   p ag in g   ch an n el   ( PC H)   ch an n els,  ca r r y in g   in f o r m atio n   f r o m   h ig h er   lay er s .   T h m o d u latio n   tech n iq u es  ( f o r   p h y s ical   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         E fficien cy   o f c h a n n el  co d es fo r   d iffer en t fa d in g   mo d els in   5 en h a n ce d     ( Gen n a d K a z a ko v )   1757   ch an n els)  an d   c o d in g   tec h n o lo g ies  ( f o r   tr an s p o r ch an n els  an d   co n tr o in f o r m atio n )   u s ed   in   5 NR   ar s u m m ar ized   in   T a b le  1 .       T ab le  1 .   Mo d u latio n   tec h n iq u es a n d   ch an n el  co d in g   u s ed   i n   d o wn lin k   a n d   u p lin k   Tr a n s p o r t   c h a n n e l /   c o n t r o l   i n f o r ma t i o n   S u p p o r t e d   c h a n n e l   c o d i n g   A p p r o p r i a t e d   p h y s i c a l   c h a n n e l   S u p p o r t e d   m o d u l a t i o n   t y p e s   D o w n l i n k   DL - S C H   LD P C   P D S C H   Q P S K ,   1 6 - Q A M ,   6 4 - Q A M ,     2 5 6 - Q A M ,   1 0 2 4 - QAM   BCH   P o l a r   c o d e   P B C H   Q P S K   P C H   LD P C   P D S C H   Q P S K ,   1 6 - Q A M ,   6 4 - Q A M ,     2 5 6 - Q A M ,   1 0 2 4 - QAM   D C I   P o l a r   c o d e   P D C C H   Q P S K   U p l i n k   DL - S C H   LD P C   P D S C H   Q P S K ,   1 6 - Q A M ,   6 4 - Q A M ,     2 5 6 - Q A M ,   1 0 2 4 - QAM   BCH   P o l a r   c o d e   P B C H   Q P S K   P C H   LD P C   P D S C H   Q P S K ,   1 6 - Q A M ,   6 4 - Q A M ,     2 5 6 - Q A M ,   1 0 2 4 - QAM   U C I   N o   c o d i n g   i s   p e r f o r me d   P U S C H   P U S C H :   π / 2 - B P S K ,   Q P S K ,   1 6 - Q A M ,   64 - Q A M ,   2 5 6 - QAM     B l o c k   c o d e   ( f o r   s h o r t   me ssa g e   l e n g t h s )   P U C C H   P U C C H :   π/ 2 - B P S K ,   B P S K ,   Q P S K       2 . 1 .     L DP co des   L DPC   co d es  wer f ir s p r ese n ted   b y   Gallag er   [ 2 7 ] ,   b u th ey   wer n o u s ed   in   th eir   tim an d   wer f o r g o tte n   f o r   alm o s 4 0   y ea r s .   Du to   th ad v an ce m en o f   c o m p u ter   tech n o lo g ies  an d   n e co m m u n icatio n s   f ac ilit ies,  L DPC   co d es  h av e   b ec o m wid ely   u s ed   f o r   f o r wa r d   er r o r   co r r ec tio n   ( FEC)  co d es  b ec au s o f   th ei r   s u p er io r   er r o r   c o r r ec tio n   f ea t u r es  an d   h i g h   p ar allelis m   in   d ec o d in g   im p le m en tatio n .   R ec en tly ,   L DPC   co d es   h av b ee n   u s ed   in   m an y   m o d er n   telec o m m u n icatio n   tech n o lo g ies,  s u ch   as  DVB - S2 ,   DVB - T 2 ,   DVB - C 2 ,   I E E E   8 0 2 . 3 an ,   I E E E   8 0 2 . 1 1 n   an d   I E E E   8 0 2 . 1 6 e.   L DPC   co d es  d em o n s tr ate  h i g h   e f f icie n cy   in   ter m s   o f   b it  er r o r   p r o b a b ilit y ,   wh ich   is   v e r y   clo s to   th Sh an n o n   lim it ( 0 . 6 - 0 . 8   d B   lo s s   f o r   lo n g er   m ess ag len g th s ) .   L DPC   co d es  ar lin ea r   b lo ck   co d es  ( )   d ef in e d   b y   m ea n s   o f   p ar ity   ch ec k   m atr ix   ( PC M)     ch ar ac ter ized   b y   r elativ ely   s m all  n u m b er   o f   1   in   r o ws an d   co lu m n s .   Sp ar s ity   o f   1   p r o v i d es lo co m p lex ity   o f   c o d in g   an d   d ec o d i n g .   An   e x am p le  o f   th m atr ix     ( 2 ,   4 )   ( 2   is   th n u m b er   o f   1   ( j )   in   ea c h   co lu m n ,   4   is   th n u m b er   o f   1   ( k )   in   ea c h   r o w)   o f   r e g u lar   L DPC   co d is   g iv en :     = [           0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 ]             ( 1 )     I is   o f ten   co n v en ien to   r e p r e s en L DPC   co d es  u s in g   b ip ar tite  g r ap h   o r   T a n n er   g r ap h   [ 2 8 ] .   I co n tain s   two   ty p es  o f   n o d es:  ch ec k   n o d es   ( C N)   co r r esp o n d in g   to   th e   r o w s   o f   th e   m atr ix   H ,   an d   v ar iab l n o d es  ( VN)   o r   b it   n o d es  co r r esp o n d in g   to   th c o lu m n s   o f     an d   b its   o f   th co d ewo r d .   C h ec k   n o d is   co n n ec ted   to   v ar iab le   nod   if   an d   o n ly   if   th e   elem e n    in     is   eq u al   to   1 .   Fo r   ex a m p le,   th e   T an n er   g r ap h   o f   th e   m atr ix     i s   s h o wn   in   Fig u r 1 .           Fig u r 1 .   R ep r esen tatio n   o f   th p ar ity   ch ec k   m atr ix   as a   ta n n er   g r ap h     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   2 Ap r il   20 25 1 7 5 4 - 1 7 7 3   1758   Am o n g   L DPC   co d es  th er a r r eg u lar   a n d   ir r eg u lar   co d es.   T h v er if icatio n   m atr ix   o f   th f o r m er   is   ch ar ac ter ized   b y   th e   f ac t h at  all  co lu m n s   an d   r o ws  c o n tain   th s am e   n u m b er   o f   1   j   an d   k ,   r esp ec tiv ely .   I n   ir r eg u lar   L DPC   co d es  th is   p r o p er ty   is   n o t   o b s er v ed .   Fo r   ir r eg u lar   L DPC   co d e,   we  ca n   s ay   th at   th a v er ag e   n u m b er   o f   1   in   r o an d   t h av er ag n u m b er   o f   1   in   co lu m n   ar s m all  co m p ar e d   to   th n u m b er   o f   co lu m n s   a n d   th n u m b er   o f   r o ws.  C o m p ar ed   to   r eg u lar   L DPC ,   ir r eg u lar   L DPC   h as  m o r d esig n   f lex i b ilit y   an d   o p tim izatio n   p o s s ib ilit ies.  5 NR ,   lik m an y   telec o m m u n icatio n   s tan d ar d s   ( I E E E   8 0 2 . 1 6 ,   I E E E   8 0 2 . 1 1 ,   an d   DVB - S2 ) ,   u tili ze s   f o r m   o f   ir r e g u lar   L DPC   co d es  s u ch   as  q u asi - cy clic  L DPC   ( QC - L DPC )   [ 2 9 ] .   T h e   f o llo win g   tech n ical  ad v an tag e s   o f   QC - L DP C   ca n   b n o ted :   i)   R elativ ely   lo er r o r   r ate,   s u itab le  f o r   s y s tem s   with   h ig h   r eliab ilit y ii)  De co d in g   is   h ig h ly   p a r allelize d ,   wh ich   e n s u r es  f ast  d ec o d in g   an d   h ig h   d ata   th r o u g h p u t iii)   QC - L DPC   co d es  ar r elativ ely   f lex i b le  a n d   ca n   b e   co n s tr u cted   with   m u ltip le  co d e   r ates,  n u m er o u s   o f   b lo ck   len g th s ,   a n d   s ev er al  b lo ck   s izes  [ 3 0 ] .   T h ese  ar im p o r tan in   th c o n s tr u ctio n   o f   m o d e r n   m o b ile  an d   wir eless   co m m u n i ca tio n   s y s tem s an d   iv )   T h d ec o d in g   co m p lex ity   d ec r e ases   as  th co d in g   r ate  in cr ea s es,  wh ich   s atis f ies th r eq u ir em en o f   h i g h   p ea k   d ata  r ate.   T h d ec o d in g   p r o ce s s   o f   L DP C   co d es  is   b ased   o n   an   iter ativ s ch em b etwe en   b it  n o d es  a n d   c o n tr o l   n o d es  in   T a n n er   g r ap h .   T h d ec o d in g   s ch em f o r   L DP C   co d es  is   k n o wn   as  m ess ag p ass in g   alg o r ith m   ( MPA) ,   wh ich   iter ativ ely   p ass es m ess ag es b ac k   an d   f o r th   b e twee n   b it n o d es a n d   co n t r o l n o d es u n til a  r esu lt is   ac h iev ed   ( o r   th p r o ce s s   is   s t o p p ed ) .   T h er ar two   b asic  ap p r o ac h es  f o r   d ec o d in g   L D PC   co d es:  d ec o d in g   with   h ar d   ( b it - f lip p in g   alg o r ith m )   an d   s o f t   d ec is io n s   ( s u m - p r o d u ct,   m in - s u m   alg o r ith m s ) .   Dec o d er s   with   s o f d ec is io n s   ar e   m o r e f f icie n t,  b ec a u s th ey   r ec ei v m o r e   in f o r m atio n ,   b u t   at  th e   s am ti m e,   th e y   ar e   m o r d if f icu lt to   im p lem e n t.   T h b it - f lip p in g   al g o r ith m   is   MPA  with   h ar d   d ec is io n s   f o r   L DPC   co d es  [ 3 1 ] [ 3 3 ] .   E ac h   r ec eiv ed   b it  is   p r o ce s s ed   b y   th d etec to r ,   wh ich   m ak es  b in a r y   d ec is io n   an d   tr an s m its   it  to   th d ec o d er .   Fo r   th b it - f lip p in g   alg o r ith m ,   t h m ess ag es  tr an s m itted   alo n g   th e d g es  o f   th T an n e r   g r a p h   ar b in ar y v ar iab le  n o d e   s en d s   m es s ag d ec lar in g   wh eth er   it  is   a   o n o r   ze r o .   Nex t,  ea ch   ch ec k   n o d p er f o r m s   a   p ar ity   ch ec k   o n   its   ass o ciate d   v ar iab le  n o d es  an d   th en   s en d s   m ess ag to   ea c h   b it - f lip p i n g   n o d ass o ciate d   with   it,  d ec lar in g   wh at  v alu t h b it  h as  b ased   o n   th i n f o r m atio n   a v ailab le  to   th at  ch ec k   n o d e.   I f   o n ( o r   m o r e)   v a r iab le  n o d es  f ail  th p ar ity   ch ec k   th g r ea test   n u m b er   o f   tim es,  th o s n o d es  ch an g ( f lip )   th eir   c u r r en v alu es.  T h is   p r o ce s s   is   r ep ea ted   u n til  all  p ar ity   ch e ck   eq u atio n s   ar e   s atis f ied ,   o r   u n til  th e   m ax im u m   n u m b e r   o f   iter atio n s   h as   b ee n   p er f o r m ed .   Alth o u g h   b it - f lip p i n g   alg o r ith m   is   ea s y   to   im p lem en t,  it  is   n o as  ef f icien t   as  o th er   alg o r i th m s ,   lik e   th s u m - p r o d u ct  alg o r ith m .   T h is   alg o r ith m ,   also   o f ten   r e f er r ed   to   as  th b elief   p r o p a g atio n   ( B P)  alg o r ith m ,   is   MPA  with   s o f s o lu tio n s   [ 3 4 ] [ 3 8 ] .   I is   s im ilar   to   th b it - f lip p in g   alg o r ith m ,   b u th d i f f er en ce   is   th at  th e   m ess ag es  r ep r esen tin g   ea ch   d ec is io n   ar n o p r o b ab ilis tic  r ath er   th an   d is cr ete  ( o r   b in ar y 0   an d   1 ) .   W h ile  b it - f lip p in g   d ec o d i n g   m a k es  an   in itial  h ar d   d ec is io n   o n   t h r ec eiv ed   b its   as  in p u d at a,   th s u m - p r o d u ct   alg o r ith m   is   s o f d ec is io n   alg o r ith m   th at  tak es  th p r o b ab ilit y   o f   ea ch   r ec eiv ed   b it  as  in p u d ata.   T h p r o b a b ilit ies  o f   th r ec eiv ed   in p u b its   ar ca lled   p r io r p r o b ab ilit ies,  an d   th b it  p r o b a b ilit ies  r etu r n ed   b y   th d ec o d e r   ar ca lled   p o s ter io r   p r o b ab ilit ies.  I n   th e   c ase  o f   s u m - p r o d u ct  d ec o d i n g   alg o r ith m ,   th ese  p r o b a b ilit ies ar ex p r ess ed   th r o u g h   l o g   lik elih o o d   r atio s   ( L L R )   [ 3 8 ]      = ln Pr ( = + 1 ) Pr ( = 1 ) = ln 1     ( 2 )     T h ad v a n tag o f   th e   lo g ar ith m ic  r ep r esen tatio n   o f   th p r o b ab ilit ies  is   th at,   in   ca s it  is   n ec ess ar y   to   m u ltip ly   th e   p r o b ab ilit ies,  it  will  b s u f f icien t o   ad d   th e   L L R s ,   wh ich   will  r ed u ce   th e   co m p le x ity   o f   th e   d ec o d er   im p lem e n tatio n .   I n   B alg o r ith m ,   iter ativ ely   tr an s m itted   m ess ag es  b etwe en   n o d es  r ep r esen th e   b elief   lev el  o f   th e   ac ce p ted   co d ewo r d s .   E ac h   v ar ia b le  n o d tr a n s m its   m ess ag to   ea ch   co n tr o n o d co n n ec ted   to   it.  E ac h   co n tr o l   n o d e   tr an s m its   m ess ag e   to   e ac h   b it   n o d c o n n ec ted   to   th at   n o d e.   T h g o al   o f   th is   alg o r ith m   is   to   co m p u te   th m ax im u m   p o s ter io r p r o b ab ilit y   ( MA P)  f o r   ea ch   b i o f   th co d ewo r d   { = 1 } ,   wh ich   is   th p r o b ab ilit y   th a th - th   b it  o f   th e   co d ew o r d   is   eq u al   to   o n e   p r o v id ed   th a all  p ar ity   ch ec k   co n s tr ain ts   ar s atis f ied   in   ev en N.   T h f in al  v alu o f   th d ec o d ed   b it    is   d eter m in ed   b y   co m p ar in g   th s u m   o f   th L L R   o f   th is   b it with   th th r esh o ld   v alu ( ze r o ) .   T h s u m - p r o d u ct  alg o r ith m   [ 3 9 ] ,   w h ich   u s es  p r o b ab ilis tic  ap p r o ac h   t o   d ec o d in g   p r o b l em s ,   h as  b etter   co r r ec tiv e   ab ilit y   co m p ar ed   to   b it - f lip p i n g .   Ho we v er ,   at  its   u s th co m p u tatio n al  co s ts   in cr ea s e,   ca u s ed   b y   n ec ess ity   to   u s c o m p lex   f u n ctio n s   o f   h y p er b o lic  tan g en    an d   ar ctan g e n  1   to   f o r m   m ess ag es  f r o m   c h ec k   n o d es  to   b it - f lip p in g   n o d es.  T h er e f o r e,   f o r   h ar d wa r im p lem e n t atio n ,   th e   m in - s u m   d ec o d in g   alg o r ith m ,   wh ich   u s es  an   ap p r o x im ate   co m p u tatio n   o f   th e   ch ec k   m ess ag es  t o   th e   b it  n o d es,  is   wid ely   u s ed .   T h u s ,   i n s tead   o f   co m p u tin g   th e   p r o d u ct   o f   th    an d    1    an d     o p er atio n s   ar e   u s ed ,   b ec au s o f   wh ich   th d ec o d er   is   s im p ler   in   im p lem e n tatio n   an d   f aster   in   p r o ce s s in g   tim e.   I n   ad d itio n ,   th er is   n o   n ee d   to   m ea s u r t h n o is v ar ia n ce   v alu e   2 ,   wh ich   in   th s u m - p r o d u ct  al g o r it h m   is   in clu d ed   in   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         E fficien cy   o f c h a n n el  co d es fo r   d iffer en t fa d in g   mo d els in   5 en h a n ce d     ( Gen n a d K a z a ko v )   1759   th L L R   ca lcu latio n   f o r m u la   as  s ca lin g   f ac to r .   Fo r   th e s ad v an tag es,   th m in - s u m   d ec o d in g   alg o r ith m   tu r n ed   o u t to   b m o r p r e f er ab le  in   p r ac tical  im p lem en tatio n s .   T h n u m b e r   o f   co m p u tatio n al   o p er atio n s   p er   iter atio n   f o r   th s u m - p r o d u ct  alg o r ith m   co m p ar ed   to   th b it - f lip p in g   an d   m in - s u m   alg o r ith m s   ar ap p r o x im ately   8   an d   3   tim es  g r ea ter ,   r esp ec t iv ely .   At  th s am e   tim e,   d u to   t h s im p lific atio n   o f   ca lcu latio n s ,   th ef f icie n cy   o f   th e   m in - s u m   alg o r ith m   r elativ to   th s u m - p r o d u ct  alg o r ith m   is   r ed u ce d   b y   ab o u 0 . 2 - 0 . 5   d B .   Ho wev er ,   th is   lo s s   ca n   b r ed u ce d   b y   s o m m o d if icatio n s   o f   th m in - s u m   alg o r ith m ,   s u ch   as  th m in - s u m   n o r m ali ze d   an d   m in - s u m   o f f s et  alg o r ith m   [ 3 9 ] [ 4 1 ] .   I t   s h o u ld   b n o ted   th at  t h 3 GPP  tech n ical  s p ec if icatio n   ( T S)  3 8 . 2 1 2   [ 2 ]   d o es  n o im p o s s tr ict  r eq u ir em e n ts   f o r   th u s o f   p ar ticu lar   L DPC   d ec o d in g   alg o r ith m   in   an y   o f   th ch an n els,  leav in g   it  to   t h d is cr etio n   o f   th s y s tem   d esig n er .   I n   th is   p ap er ,   we  d ec id e d   to   f o c u s   o n   th e   B alg o r ith m   as  th e   m o s d e v elo p ed   a n d   wid el y   u s ed .     2 . 2 .     L DP co des   in 5 G   NR   As  alr ea d y   m en tio n e d ,   q u asi - cy clic  lo w - d e n s ity   p ar ity - ch ec k   ( QC - L DPC )   co d es  h av e   b ee n   s elec ted   f o r   u s in   5 NR .   T h L DP C   co d in g   ch ain   is   s h o wn   in   Fig u r 2   an d   in clu d es  co d b lo ck   s eg m en tatio n ,   ad d itio n   o f   C R C   co d e,   L DP C   en co d in g ,   r ate  m atch in g   an d   s y s tem atic  b it  in ter leav in g   [ 2 ] .   B y   s eg m en tin g   co d b l o ck s ,   lar g tr an s p o r t   b lo ck s   ca n   b e   d iv i d ed   i n to   m u ltip le  s m aller   b lo ck s   th a ca n   b e   p r o ce s s ed   ef f icien tly   in   p a r allel  b y   th e   L DPC   en co d er /d ec o d er .             Fig u r 2 .   L DPC   co d in g   ch ain   in   5 NR       T h tr an s p o r b lo ck   is   m o d if i ed   b y   a d d in g   C R C   b its ,   th s am way   f o r   d o wn lin k   an d   u p lin k   lin es  with   th eir   co r r esp o n d i n g   DL - SC an d   UL - SC ch an n els.  I f   th tr a n s p o r b lo ck   s ize  ( T B S)  co r r esp o n d in g   to   th s eq u en ce   o f   in f o r m atio n   s y m b o ls   A   ex ce ed s   3 8 2 4   b its ,   2 4 - b it  C R C   f o r m ed   b y   th f o llo win g   g en er atin g   p o ly n o m ial  is   ad d ed   to   th en d   o f   th e   tr an s p o r b lo ck 24 ( ) = [ 24 + 23 + 18 + 17 + 14 + 11 + 10 + 7 + 6 + 5 + 4 + 3 + + 1 ] I n   o th er   ca s es,  1 6 - b it   C R C   b ased   o n   g en er atin g   p o ly n o m ial     16 ( ) = [ 16 + 12 + 5 + 1 ]   is   ad d ed   to   t h en d   o f   th e   tr an s p o r t b lo ck .   T wo   b ase  g r a p h   ( B G)   m atr ices,  n am ely   B G1   an d   B G2   [ 5 ] [ 4 2 ] ,   wer in tr o d u ce d   in   t h T 3 8 . 2 1 2   [ 2 ]   to   m ain tain   s ca lab ilit y   a n d   co m p atib ilit y   o f   th e   d ata   r ate.   W h en   th T B ex ce e d s   th r esh o ld   v alu e     ( f o r   B 1   th t h r esh o ld   is   8 , 4 4 8   b its ,   f o r   B 2   th th r esh o ld   is   3 , 8 4 0 ) ,   th e   tr an s p o r b lo ck   u n d er g o es   s eg m en tatio n   b y   s p litt in g   i n to   s ev er al  c o d b lo ck s   o f   th e   s am s ize.   At  th e n d   o f   e ac h   co d e   b lo c k ,   a n   ad d itio n al  2 4 - b it  C R C   is   ad d ed   a f ter   s eg m e n tatio n ,   o b tai n ed   u s in g   th e   g e n er atin g   p o ly n o m ial  24 ( ) = [ 24 + 23 + 6 + 5 + + 1 ] .   R ate  m atch in g   p er f o r m ed   b y   th cir cu lar   b u f f er   co n s is ts   o f   ad ju s tin g   th co d ewo r d   len g t h   ( i.e . ,   th e   n u m b er   o f   co d e d   b its   at  th e   o u tp u o f   th cir cu lar   b u f f er )   ac co r d in g   to   t h av ailab le  r ad io   r eso u r ce s   o f   th e   ch an n el.   I n   5 NR   L DPC ,   r o an d   co l u m n   in ter lea v er   is   u s ed   to   in ter leav ea c h   co d e   b lo ck   af ter   t h r ate  m atch er .   T h e   p u r p o s o f   in ter l ea v in g   is   to   p r o tect  a g ain s p a ck et  in ter f er e n ce .   Af ter   i n ter le av in g ,   th e   o r i g in al  lo ca lly   co n ce n tr ate d   in ter f er e n ce   is   d is tr ib u ted   in to   s ep ar at is o lated   in ter f er en ce .   Su b s eq u en tly ,   s m all  er r o r s   o cc u r r in g   d u r in g   d ec o d in g   a r e   ea s ier   to   d etec an d   co r r ec t.  T h in ter leav er   im p r o v es  p er f o r m an ce   b y   m ak in g   s y s tem atic  b its   m o r r eliab le  th an   p ar ity   b its   f o r   in itial  co d b lo ck   tr a n s m is s io n .   Data   is   r eo r d er e d   b ased   o n   th p r in cip le  o f   lin e - by - lin w r itin g   an d   c o lu m n - by - co lu m n   r ea d in g .     2 . 3 .     P o la co des   T h b asic  id ea   o f   p o lar   co d e s ,   f ir s in tr o d u ce d   b y   Ar i k an   in   [ 4 3 ] ,   u n d er ly i n g   th e n c o d in g   a n d   d ec o d in g   alg o r ith m s   o f   p o lar   co d es  is   ch a n n el  p o lar izat io n .   C h an n el  p o la r izatio n   is   th o p er atio n   o f   tr an s f o r m in g   c o m m u n icatio n   ch an n el  in to     in d ep en d e n c o p ies  o f   it  ( v ir tu al  c h an n els  ar cr ea ted   b etwe en   in p u an d   o u tp u b its ) ,   in   wh ic h   th p r o b ab ilit y   o f   er r o r   d u r i n g   d ata  tr an s m is s io n   ten d s   to   0 ,   o r   t o   1   as  th e   len g th   o f   th in f o r m atio n   s eq u en ce   in cr ea s es.  I n f o r m atio n   b its   ar tr an s m itted   th r o u g h   v ir tu al  ch an n els  h av in g   l o er r o r   p r o b a b ilit y   with   h ig h   th r o u g h p u t,  asy m p to tically   r ea ch in g   th Sh a n n o n   lim it.  T h u s ,   it   b ec o m es  p o s s ib le  to   ef f icien tly   u tili ze   th co m m u n icatio n   ch an n el  an d   tr an s m it  m ess ag es  th r o u g h   m u ltip le   ch an n els  p o s s ess in g   lo er r o r   p r o b ab ilit y .   C h an n els  with   er r o r   p r o b a b ilit y   o f   1   ar ca lled   f r o ze n ,   a n d   n o   tr an s m is s io n   is   p er f o r m ed   o v e r   th em .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   2 Ap r il   20 25 1 7 5 4 - 1 7 7 3   1760   T h co n ce p t o f   p o lar   co d f o r m atio n   is   b ased   o n   th A r ik an   k er n el  2 .   T h Ar ik an   k er n el  is   a   m atr ix ,   2   = [ 1 0 1 1 ]   an d   th r o u g h   th v alu = 2   d en o t its   n - th   Kr o n ec k er   d eg r ee   [ 4 3 ] .   T h s eq u en ce   n ee d s   to   b tr an s f o r m ed   s o   th at   th n u m b er   o f   t h n ew   p o s itio n   o f   t h - th   elem en b ec o m es  th e   in v er s o f   ,   wh ich   is   ca lled   p o lar   r ep r esen tatio n ,   to   o b tain   th r e q u ir ed   o u tp u v e cto r .   Fo r   ex am p le ,   1   ( 0   0   0   1 )     ( 1   0   0   0 )     8 .   T h u s ,   th e   p er m u tatio n   m atr i x     m u s b in t r o d u ce d   t o   o b t ain   th e   co r r esp o n d in g   m at r ix .   T h e   r esu ltin g   g en er atin g   m atr ix     is   d ef in ed   b y   th e   f o llo win g   e x p r ess io n   =   2 .   T o   p er f o r m   th p o lar izatio n   o p er atio n ,   it  is   n ec ess ar y   to   p er f o r m   tr an s f o r m atio n   o f   th s ca lar   ch an n el   in to   a   v ec to r   ch an n el,   i d en tify in g   it  with   th co n d itio n al  p r o b a b ilit y   d en s ity   f u n ctio n   o f   th e   o u tp u s y m b o [ 4 3 ] [ 4 4 ] .   T h is   is   ac h iev ed   b y   cr ea tin g   N - co p ies o f   th b in ar y   s y m m etr ic  ch a n n el  in   r ec u r s iv m an n er ,   as p r esen ted   in   Fig u r 3 .           Fig u r 3 .   R ec u r s iv m et h o d   o f   co d v ec t o r   f o r m atio n       T h id ea   o f   th tr ad itio n al  d e co d in g   alg o r ith m   f o r   p o lar   co d es  co n s is ts   in   s eq u en tial  esti m atio n   o f   in f o r m atio n   b its .   Su ch   d ec o d i n g   alg o r ith m   is   k n o wn   as  th s u cc ess iv ca n ce llatio n   ( SC )   alg o r ith m   [ 4 3 ] .   T h e   d is ad v an tag o f   th is   alg o r ith m   co n s is ts   th at  if   o n   s o m s tep   o f   d ec o d in g   t h er is   an   er r o r ,   th en   th esti m atio n   o f   all  o th er   b its   also   will   b er r o n eo u s .   B esid es,  ap p licatio n   o f   SC   alg o r ith m   lead s   to   b ig   d ec o d in g   d elay s .   Fo r   co d ewo r d   o f   len g t h   ,   th e   to tal  d ec o d i n g   d elay   o f   SC   alg o r ith m   is   eq u al   to   ( 2 2 )   clo ck   c y c les,  is   s er io u s   p r o b lem   f o r   a p p licatio n   o f   p o lar   c o d es in   r ea l - tim a p p licatio n s .   C o m p u tatio n al  co m p lex ity   ( e x ec u tio n   tim e)   f o r   en c o d in g   an d   d ec o d i n g   o p er atio n s   o f   p o la r   co d es  b y   SC   alg o r ith m   ca n   b ex p r ess ed   as   (  ) ,   wh er   is   th len g th   o f   in f o r m atio n   s eq u en ce ,   th am o u n o f   m em o r y   r eq u ir ed   is   ( ) .   SC   d ec o d ed   p o lar   co d es  h av w o r s er r o r   co r r ec tio n   p e r f o r m an ce   at  f in ite  co d len g th   co m p a r ed   to   m o d e r n   c h an n el  co d es  s u ch   as  L DPC   an d   tu r b o   c o d es.  T o   im p r o v th p er f o r m an ce   o f   p o lar   co d es,  im p r o v e d   v er s i o n s   o f   th SC   alg o r ith m ,   s u ch   as  s u cc ess iv ca n ce llati o n   lis ( SC L )   an d   s u cc ess iv ca n ce llatio n   s tack   ( SC S),   h av b ee n   d e v elo p e d ,   wh ich   p er f o r m   m u ch   b etter   th an   th SC   d ec o d in g   alg o r ith m ,   alth o u g h   th ey   h av h ig h e r   co m p lex ity   co m p ar e d   to   SC .   Fu r th er m o r e,   C R C   co d es  ar e   co m b i n ed   with   p o lar   co d es  th at  ar d ec o d ed   u s in g   th SC L   alg o r ith m .   T h p er f o r m an ce   o f   co n ca ten ated   s y s tem   o u tp er f o r m s   o th e r   cu ttin g - ed g ch an n el  c o d es.   On o f   way s   to   o v er c o m d ep en d en ce   o n   esti m ates  o f   p r ec e d in g   b its   at  d ec o d in g   o f   p o la r   co d is   to   u s o f   SC L   alg o r ith m   T ala - Var d [ 4 5 ] .   I allo ws  to   in c r ea s ef f icien cy   o f   d ec o d in g   o f   p o lar   co d at   tr an s m is s io n   o f   s m all  an d   m e d iu m   s ize  m ess ag es.  I n   th is   alg o r ith m   f o r   d ec o d in g   o f   i n p u t   b its   o n b y   o n   b est  d ec o d in g   p ath s   ar e   s im u ltan eo u s ly   tr ac k e d ,   u n lik S C   d ec o d in g   m eth o d ,   in   wh ic h   o n ly   o n e   p ath   is   tr ac k ed .   T h is   alg o r ith m   allo w s   to   r ea lize  d ec o d i n g   co m p ar ab le  to   th m a x im u m   lik elih o o d   m eth o d   alr ea d y   f o r   s m all  lis s ize  ( = 16 ) .   T h co m p lex ity   o f   th e   SC L   alg o r ith m   d ep en d s   o n   th s ize  o f   th lis t.  I ts   tim e   co m p lex ity   is   eq u al  t o   (   ) ,   an d   its   m em o r y   co m p le x ity   is   eq u al  t o   (  ) .   An   im p r o v ed   v er s io n   o f   th S C   alg o r ith m   ca lled   s u cc ess iv ca n ce llatio n   s tack   ( SC S)  is   p r o p o s ed   in   [ 4 6 ] .   I u s es  s tack   f o r   s to r a g an d   d eter m in es  th b est  ca n d id ate  p ath   b y   o p tim al  s ea r ch .   W h en ev er   th e   b est  p ath   r ea ch es  m etr ic  v alu e,   th d ec o d in g   o p e r atio n   is   s to p p ed   an d   d ec is io n   is   m ad ab o u th b its   tr an s m itted .   T h len g th   o f   th e   ca n d id ate  p at h s   is   wh at  d is tin g u is h es  SC L   f r o m   SC S.  C an d id ate  p ath s   in   th e   SC L   alg o r ith m   h av e   th s am len g th ,   b u in   th SC alg o r ith m ,   th ey   ca n   v ar y   i n   len g t h .   T h la r g est  s tack   v alu in   th SC d ec o d e r   is   D ,   an d   t h n u m b e r   o f   ex p an d in g   p ath s   is   lim ited   b y   L .   T h e n   th c o m p u tatio n al   an d   m em o r y   co m p le x ity   f o r   SC is   d ef in ed   as  (     )   an d   (  )   r esp ec tiv ely .   T h p ar am eter   L   is   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         E fficien cy   o f c h a n n el  co d es fo r   d iffer en t fa d in g   mo d els in   5 en h a n ce d     ( Gen n a d K a z a ko v )   1761   u s u ally   tak en   s m all  o f   t h o r d er   o f   8 ,   D   s h o u l d   b o f   th o r d e r   o f   th co d len g t h   N .   No te  th at  th e   r ec o m m en d atio n   T 3 8 . 2 1 2   [ 2 ]   s u g g ests   u s in g   in   ch an n els  with   p o lar   co d in g   e x ac tly   d ec o d in g   alg o r ith m   C R C - aid ed   SC L   ( C A - S C L ) ,   s o   in   o u r   wo r k   we  ap p lied   it.     2 . 4 .     CRC - a ided po la co des   in 5 G   NR   Up lin k   an d   d o wn lin k   co n tr o in f o r m atio n   ( UC I   an d   DC I )   is   b ein g   e n co d e d   u s in g   p o lar   co d es  as  th co d in g   s ch em f o r   5 NR   [ 1 ] .   DC I   in v o lv es  co n ca ten atin g   p o lar   co d es  with   d is tr ib u ted   C R C ,   wh ich   b its   ar e   d er iv ed   b y   in ter leav i n g   b its   b etwe en   th C R C   en co d er   an d   th p o lar   e n co d er .   T h u s ,   5 n ew  r ad io   u s es  C R C - aid ed   p o lar   co d in g   s ch e m ( C A - Po lar ) .   T h i n ter leav i n g   d is tr ib u tes  th C R C   b its   in   s u ch   wa y   th at   th C R C   b it  i s   p o s itio n ed   b y   th last   b it  n ee d ed   to   co m p u te  it  [ 4 7 ] .   T h er e f o r e,   d ec o d in g   co m p lex ity   ca n   b e   r ed u ce d   b y   s to p p in g   d ec o d i n g   ea r ly   wh en   a n   in co r r ec t c h ec k   is   d etec ted   [ 4 8 ] ,   [ 4 9 ] .   T h im p licit  C R C   en co d in g   o f   d o wn lin k   ( DC I   o r   B C H)   o r   Up lin k   ( UC I )   m ess ag b its   d i ctate s   th e   u s o f   C R C - aid ed   s er ial  ca n ce lis ( C A - SC L )   d ec o d in g   [ 5 0 ]   as  d ec o d in g   alg o r ith m .   C A - SC L   d ec o d in g   h as  b ee n   k n o w n   to   o u tp er f o r m   L DPC   o r   tu r b o   co d es  [ 5 1 ] ,   lead in g   3 GPP  to   ad o p p o lar   co d es .   C A - S C L   d ec o d in g   will  ex clu d p ath s   th at  h av in v alid   C R C s   wh en   an   in p u m ess ag is   co m b in ed   with   o n e,   as  lo n g   as  at  lea s t   o n p at h   h as  a   v alid   C R C .   T h C A - SC L   d ec o d er   p er f o r m s   b etter   wh en   th is   o p e r atio n   is   u s ed   in   th e   f in al  p ath   s elec tio n   th an   wh en   it  is   u s ed   in   SC L   d ec o d in g .   C R C   o f   2 4   b its   is   u s ed   f o r   th d o wn lin k ,   wh ile  C R C s   o f   6   an d   1 1   b its   ar s p ec if ied   f o r   th u p lin k ,   wh ich   v ar y   d ep e n d in g   o n   th v alu o f   th tr an s m itted   in f o r m atio n   b lo ck   len g th .   T h Fig u r e s   4 ( a)   an d   4 ( b )   s h o th e   co d i n g   ch ain s   o f   5 NR   p o lar   co d es  f o r   u p lin k   a n d   d o wn lin k   [ 2 ] .   So m o f   th e   lis ted   o p er atio n s   a r p er f o r m ed   o n ly   i n   th e   u p lin k   o r   d o wn lin k .   T h m ai n   co m p o n en ts   o f   th e   co d in g   ch ai n s   ar C R C   en co d er ,   p o lar   c o d in g   an d   r ate  m atch in g .         ( a)       ( b )     Fig u r 4 .   Po lar   c o d e n co d i n g   ch ain   in   5 NR   f o r   ( a)   d o wn li n k   an d   ( b )   u p lin k         Seg m en tatio n   in v o l v es  d iv id in g   th o r ig in al  in f o r m atio n   b lo ck   in to   s ev er al  s u b b lo c k s   b ef o r e   p er f o r m in g   p o lar   co d in g   f o r   e ac h   s u b b lo c k .   Seg m e n tatio n   i s   o n ly   p e r f o r m ed   i n   Up lin k   d u r in g   UC I   s ig n alin g   an d   is   o n ly   r eq u ir e d   wh en   th e   in f o r m atio n   b lo c k   s ize  ex ce e d s   ce r tain   len g th   an d   s u f f ici en r ad io   r eso u r ce s   h av b ee n   allo ca ted .   T h C R C   p ar ity   b its   ar u s ed   f o r   er r o r   co r r ec tio n   at  th en d   o f   SC L   d ec o d in g   to   elim in ate  d ec o d in g   p ath s   in   t h lis th at  d o   n o m atch   th C R C   an d   to   s elec th m o s p r o b a b le  co d ew o r d .   Af ter   th at,   th in f o r m atio n   s eq u en ce   is   p o lar ized   f o r   g iv e n   s ize  co d e   = 2 .   Fo r   all  in f o r m atio n   b lo ck   len g th s   in   th PDC C an d   PB C ch an n els,  2 4 - b it C R C   i s   u s e d ,   wh ich   is   o b tain ed   u s in g   g e n er atin g   p o ly n o m ial  C RC 2 4 ( ) = [ 24 + 23 + 21 + 20 + 17 + 15 + 13 + 12 + 8 + 4 + 2 + + 1 ] .   I n   th ca s o f   PUC C ch an n el  with   in f o r m atio n   b lo ck   le n g th   A     [ 1 2 ,   1 9 ] ,   6 - b it  C R C   is   u s ed ,   wh ich   is   o b tain ed   u s in g   a   g en e r atin g   p o ly n o m ial  C RC 6 ( ) = [ 6 + 5 + 1 ] I f   th e   in f o r m atio n   b lo ck   s ize  A     [ 2 0 ,   1 7 0 6 ]   in   th PUC C ch an n el,   th en   th f o llo win g   is   u s ed   1 1 - b it  C R C   f o r m ed   b y   g e n er atin g   p o ly n o m ial  C RC 1 1 ( ) = [ 11 + 10 + 9 + 5 + 1 ] .   C R C   b it  in ter leav in g   is   co m p o n e n o f   th e   co d in g   ch ain   th at  is   p er f o r m e d   o n l y   in   d o wn lin k .   T h e   p u r p o s o f   th C R C   in ter leav er   is   to   d is tr ib u te  t h C R C   b its   with in   a   b lo ck   m o r e v en ly   a m o n g   th e   in f o r m atio n al  an d   f r o ze n   b its .   T o   ca lcu late  th v alu o f   C R C   b it,  it  i s   n ec ess ar y   to   wait  f o r   th in f o r m atio n   b its   th at  co m a f ter   g iv en   C R C   b it,  as  th C R C   in ter lea v er   is   d esig n ed   to   d ep en d   s o l ely   o n   th p r ev io u s   in f o r m atio n   b its   d u r in g   SC /S C L   d ec o d in g .   Dis tr ib u ted   C R C   b its   m ak it  p o s s ib le  to   co n d u ct  C R C   ch ec k s   ea r lier   in   th d ec o d in g   p r o ce s s   an d   s to p   th e   lis t d ec o d in g   p r o ce s s   wh en   all  ca n d id ate  p ath s   f ail  C R C   ch ec k s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   2 Ap r il   20 25 1 7 5 4 - 1 7 7 3   1762   R ate  m atch er ,   wh ich   co n s is ts   o f   s u b b lo c k   in ter leav er   a n d   cir cu lar   b u f f er ,   is   task ed   with   ad ju s tin g   th co d ewo r d   len g th   in   ac c o r d an ce   with   th av ailab le  r ad i o   r eso u r ce s   o f   th c h an n el.   B ef o r b ein g   in s er ted   in to   th cir cu lar   b u f f er ,   th s u b b lo ck   in te r leav er   aim s   to   g r o u p   th co d ed   b its   in   th o r d e r   th ey   ar d is ca r d e d   o r   r ec ei v ed .   C o n ca ten atin g   th b its   o f   ea ch   en co d ed   b lo ck   i s   d o n e   af ter   t h r ate   m atch er ,   an d   th e   o u tp u d ata  is   s en f o r   f u r th er   p r o ce s s in g .   Af ter war d ,   t h c o d ed   b its   ar e   d ed icate d   t o   b tr a n s m itted   b y   th e   r ate   m atch er ,   an d   all  co d ed   b lo ck s   ar m er g ed   to g eth er .   T h o u tp u t b its   ar s en t f o r   m o r p r o ce s s in g .   C h an n el  in ter leav er   is   im p lem en ted   t o   r e d u ce   t h n e g ativ ef f ec ts   o f   f ad in g   in   th e   p r o p ag atio n   ch a n n el  a n d   r eliab ilit y   d if f er e n ce s   b etwe en   in d i v id u al   b its   o f   th e   UC I   s ig n al  o n   tr an s m is s io n   e f f icien cy .   tr ian g u lar   in ter le av er   is   u s ed   f o r   5 G   NR   p o lar   co d es with   l in e - by - lin d ec r ea s in   co lu m n   co u n t p er   r o w.   W h en   u s in g   h ig h   o r d er   m o d u latio n ,   th ef f icien cy   o f   th p o lar   NR   co d ca n   b g r ea tly   im p r o v e d   b y   th is   in ter leav er .       3.   СO DING   P E RF O R M ANC E   M E T RIC   3 . 1 .     Relia bil it y   B E R   an d   B L E R   ar m o s co m m o n ly   u s ed   to   e v alu ate  th e   r eliab ilit y   o f   m ess ag tr an s m is s io n   in   d ig ital  co m m u n icatio n   s y s tem s .   B o th   ar im p o r tan f o r   u n d er s tan d in g   th o v er all  p er f o r m an ce   o f   a   co m m u n icatio n   s y s tem .   B L E R   in d icate s   th q u ality   o f   t h en tire   tr an s m is s io n   ch an n el,   wh ile  B E R   ca n   o n ly   r ef lect  an   esti m ate  o f   th c o d i n g   ef f icie n cy .   T h er ef o r e,   B L E R   is   th p ar am eter   th at   m u s b ac h iev ed   in   o r d er   to   p r o v id p a r ticu lar   s er v ice.   B E R   i s   th r atio   o f   th n u m b er   o f   b its   er r o n e o u s ly   r ec eiv e d   b y   th r ec eiv e r   to   th to tal  n u m b er   o f   b its   tr an s m itted   b y   th tr an s m itter .   B E R   ca n   b d iv id ed   in to   two   ty p es  d ep en d in g   o n   h o it  is   m ea s u r ed .   T h f ir s is   tr an s p o r B E R ,   wh ich   is   th r atio   o f   d etec ted   in co r r e ct  b its   b ef o r er r o r   c o r r ec tio n   to   th to tal  n u m b er   o f   b its   tr an s m itted   ( in clu d in g   r ed u n d an co d b its ) .   T h s ec o n d   o p tio n   is   th in f o r m atio n   B E R ,   wh ich   is   th n u m b er   o f   d ec o d e d   b its   r em ai n in g   in c o r r ec af te r   er r o r   co r r e ctio n   d iv id e d   b y   th to tal  n u m b er   o f   d ec o d ed   b its   ( u s ef u l in f o r m atio n ) .   I t is o f te n   th s ec o n d   v ar ian t t h at  is   u s ed .     T h B L E R   p ar am eter ,   in   s o m e   ca s es  also   d ef in e d   as  f r am e   er r o r   r ate   ( FER ) ,   is   d ef in ed   as  th r atio   o f   th n u m b er   o f   er r o n eo u s   b lo ck s   r ec eiv ed      to   th to tal  n u m b er   o f   b lo c k s   s en t     :      =     ( 3 )     s in g le  b it  er r o r   in   th en ti r f r am is   co n s id er ed   f r a m er r o r ty p ically ,   th f r am is   d is ca r d ed   an d   r etr an s m is s io n   is   r eq u ested .   An   er r o n eo u s   b l o ck   is   d ef in ed   as  tr an s p o r b lo ck   wh o s C R C   ch ec k   is   in co r r ec t.  At  t h lin k   lay er ,   th s y s tem   ca n   wo r k   o n ly   with   wh o le  m ess ag f r am es,   n o wi th   in d iv id u al  b its .   I n   th is   ca s e,   if   tr an s m is s io n   er r o r   o cc u r s ,   th d ata  ca n   b r esto r ed   to   t h o r i g in al  s tate  d u t o   th ef f icien c y   o f   th d ec o d i n g   alg o r ith m .   An   alter n ativ p ar am eter   f o r   ass es s in g   th ef f ec tiv en ess   o f   th ap p licatio n   o f   an   i n ter f er en ce - r esis tan co d ca n   b t h r elati v ch an n el  ca p a city ,   wh ich   is   d ef in ed   as  th r atio   o f   th e   n u m b er   o f   s u cc ess f u lly   tr an s m itted   tr an s p o r b lo ck s       to   th to tal  n u m b e r   o f   tr an s m i tted   b lo ck s    .   B ein g ,   in   f ac t,  an o th er   r ep r esen tatio n   o f   B L E R .   I allo ws  to   o b s er v ac tu ally   av ailab le  in   th ese  co n d itio n s   th r eso u r ce   o f   th r ad io   lin e,   an d ,   if   n ec ess ar y ,   to   b r e d u ce d   to   ab s o lu te  v alu es  o f   th tr an s m is s io n   r ate.     =    = 1    ( 4 )     3 . 2 .     Dela y   T h to tal  s er v ice   d eliv er y   d elay   o f   5 co m m u n icatio n   s y s tem   is   d ef in ed   as  r ad io   in ter f ac d elay ,   p r o ce s s in g   d elay ,   an d   tr an s m i s s io n   d elay   with in   an d   o u ts id e   th 5 s y s tem .   E n d - to - en d   d elay   is   th r eq u ir ed   tim f r o m   th tim th tar g et   in f o r m atio n   is   tr an s m itted   b y   th s o u r ce   to   th tim th in f o r m atio n   is   f u lly   r ec eiv ed   b y   th d esti n atio n ,   wh ich   in clu d es  tr an s m is s io n   d elay ,   q u eu in g   d elay ,   co m p u tatio n   d elay ,   an d   r etr an s m is s io n   d elay .   T h i m p ac o f   d elay   s h o u ld   alwa y s   b co n s id er ed   in   c o d d e s ig n .   W ith o u d elay   lim itatio n ,   ar b itra r y   r eliab ilit y   ca n   b ac h ie v ed   b y   r etr an s m i s s io n   o r   co d r ate  r ed u ctio n .   T h to tal  en d - to - en d   d elay      ca n   b ex p r ess ed   as   ( 5 ) :      =    + +  +  +  +    ( 5 )     wh er    is   th d ec o d in g   d elay ,        an d           ar th b lo ck   tr a n s m is s io n   tim in   th e   en co d er   an d   d ec o d er ,      an d      ar th m o d u latio n   an d   d em o d u latio n   d ela y s ,   an d      is   th p r o p a g atio n   d elay .   At  g iv en   b it  r ate,   th b lo ck   tr an s m is s io n   tim in   th en co d er   an d   d ec o d e r   ca n   b co n s id er ed   th s am e,   th at  is ,   th b u f f er   f ill  tim e.   On   th o th er   h an d ,   t h d ec o d in g   tim is   lim ited   f r o m   ab o v b y   th b lo c k   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         E fficien cy   o f c h a n n el  co d es fo r   d iffer en t fa d in g   mo d els in   5 en h a n ce d     ( Gen n a d K a z a ko v )   1763   tr an s m is s io n   tim to   p r ev en b u f f er   o v e r f lo w.   L et     r ep r esen th b lo ck   tr an s m is s io n   tim e,   an d   th en   th e   ex p r ess io n   ( 5 )   ca n   b r ewr itte n   as:         + 3    +  +  +    ( 6 )     3 . 3 .     Co m pu t a t io na l c o m plex it y   C o m p u tatio n al  co m p le x ity   is   also   v er y   im p o r tan p a r am eter   o f   d ec o d in g .   W ith o u li m itatio n   o f   co m p u tatio n al  c o m p lex ity ,   m ax im u m   lik elih o o d   ( ML )   d ec o d in g   m et h o d   will  alwa y s   b o p tim al  in   ter m s   o f   r eliab ilit y   f o r   an y   co d es.  Hen c e,   th g o al  o f   d esig n in g   a   d ec o d in g   s ch em e   is   to   ac h iev e   d ec o d in g   p er f o r m a n ce   clo s to   ML   with   r ea s o n ab l lev el  o f   co m p lex ity .   Dec o d i n g   co m p lex ity   is   an   im p o r ta n d elay   f ac to r ,   s in ce   th d ec o d i n g   tim is   o n o f   th m ain   p ar ts   o f   th to tal  en d - to - en d   d ela y .   a.   L DPC   co d es :   b elief - p r o p a g atio n   d ec o d in g   alg o r ith m   I n   th B alg o r ith m ,   th d ec o d in g   co m p lex ity   is   co m p o s ed   o f   th n u m b er   o f   ad d itio n   o p e r atio n s   an d   r ef er en ce   tab le  ac ce s s   o p er ati o n s   [ 5 2 ] .   Fo r   h ar d war im p le m en tatio n ,   tab le  ac ce s s   o p er a tio n s   ar d esira b le  b ec au s th ey   ca n   b ac co m p lis h ed   with   s m all  am o u n o f   m em o r y   in   th f o r m   o f   an   ar r ay   in d e x in g   o p er atio n .   Me m o r y   r ea d s   ca n   tak less   p r o ce s s in g   tim th an   co n v e n tio n al  o p er atio n s   s u ch   as  m u ltip licatio n ,   ad d itio n ,   an d   s o   f o r th .   T h c o m p lex ity   o f   a d d in g   an d   ac ce s s in g   th tab le  wh ile  d ec o d in g   ca n   b esti m ated   u s in g   ex p r ess io n s   ( 7 )   an d   ( 8 )   r esp ec tiv ely :     × Ο ( 2 × ×   +   × ( 2 × 1 ) )   ( 7 )     Ο ( × )   ( 8 )     wh e r e     is   th e   m ax im u m   n u m b er   o f   d e c o d in g   it er ati o n s ,     is   le n g t h   o f   L DPC   co d e ,     is   a v e r a g v a lu e   o f   th e   v a r i ab le   n o d e   i n   th PC M,     is   n u m b er   o f   p a r it y   c h e ck   b its ,     is   a v e r a g e   v al u e   o f   c h ec k   n o d i n   t h e   PC M.   b.   Po lar   co d es :   s u cc ess iv ca n ce llatio n   lis t a lg o r ith m   I n   th ca s o f   th SC L   d ec o d i n g   alg o r ith m   [ 5 3 ] .   I ts   co m p lex ity   is   esti m ated   as   ( 9 )     Ο (  2 )   ( 9 )     wh er   is   th d ep th   o f   t h s u cc ess iv ca n ce llatio n   d ec o d in g   lis t,    is   p o lar   co d len g th .       4.   P RO P AG AT I O CH ANN E L   M O D E L S US E I 5 G   N R   B ef o r d esig n in g ,   m o d elin g   a n d   p lan n in g   wir eless   s y s tem s ,   it  is   n ec ess ar y   to   s et   th p ar am eter s   o f   ch an n el  p r o p ag atio n   m o d el .   T h ey   ca n   p r o v id in f o r m atio n   ab o u th e   f u tu r s tr u ctu r e,   p e r f o r m an ce ,   ef f icien cy ,   an d   ac c u r ac y .   Mo s o f   th ab o v e - m en tio n ed   w o r k s   o n   ch an n el  m o d ellin g   i n   5 NR   u s ed   th e   f o llo win g   m o d els,  f o r   wh ich   we  g iv b r ie f   co m p ar is o n   b e lo w.     4 . 1 .     Sto cha s t ic  Ra y leig h   a nd   rice   cha nn el  m o dels   Sto ch asti ch an n el  m o d els  s im u late  th p r o b ab ilit y   d en s ity   f u n ctio n   ( PDF)  o f   th c h an n el  im p u ls r esp o n s ( o r   e q u iv ale n f u n cti o n s ) .   I n s tead   o f   ac cu r ately   p r e d ictin g   th im p u ls r esp o n s a s in g le  lo ca tio n ,   th ese  m eth o d s   aim   to   p r e d ict  th PDF  ac r o s s   lar g ar ea .   Usi n g   s to ch asti m o d els  is   m o r co m m o n   f o r   s y s tem   d esig n   an d   co m p ar is o n .   ch an n el  with   R ay leig h   f a d in g   o cc u r s   wh en   th er e   ar m an y   d if f er en s ig n al  p ath s   b et wee n   th tr an s m itter   an d   r ec eiv er ,   n o n e   o f   wh ich   is   d o m in an ( th ca s o f   NL OS) .   T h m o d el  d escr ib es  wo r s t - ca s e   s ce n ar io   in   th e   s en s th at  th d o m in an co m p o n en o f   t h s ig n al  is   m is s in g   an d   t h er ef o r t h er ar m an y   d ip s   with   f ad es.  T h is   ass u m p tio n   is   u s ef u l   f o r   th e   d esig n   o f   r eliab le  s y s tem s .   T h R ay leig h   PDF  o f   th e   en v el o p o f   th r ec eiv ed   s ig n al  ( 0 )   is   wr itten   as   ( 1 0 ) :     ( 0 ) = 0 2 e xp ( 0 2 2 2 ) ;   0 0   ( 1 0 )     wh er 2 -   av er ag p o wer   o f   th m u ltip ath   s ig n al.   T h r ice   f ad in g   c h an n el   m o d el  is   u s ed   wh e n   th e   r ec eiv e d   s ig n al  is   co m b in atio n   o f   s ig n if ican t   lin e - of - s ig h ( L OS)   p ath   an d   s ev er al  f ad in g   p ath s   b etwe en   th tr an s m itter   an d   r ec eiv er .   Du to   L OS,  th ef f ec o f   R ay leig h   f a d in g   o n   th tr an s m itted   s ig n al  will  b less   th an   in   th ca s o f   R ay lei g h   f ad in g .   T h R ice   p r o b a b ilit y   d en s ity   f u n ctio n   o f   th en v elo p o f   th r ec eiv e d   s ig n al  is   d ef in ed   b y   th e   ex p r ess io n :     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.