Soft decoders for 5G polar codes

The main goal of this thesis is to meet the stringent requirments of 5G NR features specially supporting the low latency. The Polar Codes are, defined in 2009 by professor E. Arikan, which can achieve the channel Shannon capacity of any given Binary-input Discrete Memoryless Channel (B-DMC). There are different decoding techniques for decoding polar codes. This thesis is based on the work that has been done in a previous thesis. The previous thesis was analysing the performance of different decoding techniques starting from Successive Cancellation (SC) and Successive Cancellation List (SCL) to Belief Propagation (BP), studying also Non Binary Belief Propagation (NB BP)which is the base of our new decoding technique "NB BP trellis-based". The first part of this thesis is a recap on all the previous decoding techniques that were implemented in the previous thesis and why we are looking forward to a new decoding technique that is a good trade-off between all of them in terms of the performance and the computational complexity. At the end of the first part, we will explain the theory of our new decoding technique and how it is related to the standard NB BP. The second part will speak about the implementation of our decoding technique and will show comparisons between our decoding technique with the previous ones with respect to the computational complexity. The last part will show the performance of our decoding techniques compared to the previous ones and show also how the computational complexity is improved which was one of the most important targets of this thesis to have a fast decoder that would support the low latency feature of 5G NR.

L’obiettivo principale di questa tesi é quello di soddisfare i severi requisiti delle funzionalitá 5G NR che supportano in particolare la bassa latenza. I Polar Codes sono, definiti nel 2009 dal professor E. Arikan, che possono raggiungere la capacitá di Shannon del canale di ogni dato B-DMC. Esistono diverse tecniche di decodifica per decodificare i codici polari. Questa tesi si basa sul lavoro che é stato fatto in una tesi precedente. La tesi precedente stava analizzando le prestazioni di diverse tecniche di decodifica a partire da SC e SCL a BP, studiando anche ac NB BP che é la base della nostra nuova tecnica di decodifica "NB BP traliccio-based". La prima parte di questa tesi é un riassunto su tutte le precedenti tecniche di decodifica implementate nella tesi precedente e sul perché attendiamo una nuova tecnica di decodifica che sia un buon compromesso tra tutti in termini di performance e la complessitá computazionale. Alla fine della prima parte, spiegheremo la teoria della nostra nuova tecnica di decodifica e come é correlata allo standard NB BP. La seconda parte parlerá dell’implementazione della nostra tecnica di decodifica e mostrerá i confronti tra la nostra tecnica di decodifica con i precedenti rispetto alla complessitá computazionale. L’ultima parte mostrerá le prestazioni delle nostre tecniche di decodifica rispetto alle precedenti e mostrerá anche come é migliorata la complessitá computazionale che é stato uno dei bersagli piú importanti di questa tesi per avere un decoder veloce che supportasse la funzione a bassa latenza di 5G NR.