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全球无线通信领域的研究热点已转向面向2020年及更远未来需求的第五代移动通信系统(5G)。5G将在更广阔的时空环境下融入更多的领域,最终实现“信息随心至,万物触手及”的愿景。面向未来多样化、高动态、大容量的业务需求引领,5G将面对复杂环境下超高速可靠传输的严峻挑战,高效信道编码技术成为重要的研究方向之一。近期提出的极化码,是一种理论上能逼近香农容量限的新型信道编码,同时其具有较低的编译码复杂度,获得了学界和业界的极大关注。但关于极化码的实用化研究尚未成熟,极化码在实用场景下还有一系列需要研究的工作,故本文在对现有极化码编译码算法深入研究的基础上,设计了一种快速的译码简化算法,可有效降低译码复杂度。同时本文将极化码与多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)通信系统相结合,设计了一种基于极化码-空时编码级联的信道编码方案,初步探索了该方案在MIMO通信系统中应用的可能性。本文主要研究工作分为以下三个方面:首先,推导得到极化码编码的生成矩阵。通过对信道组合和信道分离模型的分析,推导计算其中各分离信道的容量,分析信道容量极化产生的原因。分析说明极化码的编码原理,根据信道容量极化的特点,分析极化码构造方法,研究根据Bhattacharyya参数以及根据密度进化进行极化码的构造。然后,设计了基于树图剪枝的极化码简化译码算法。对极化码经典译码算法连续删除(Successive Cancellation,SC)译码和置信传播(Belief Propagation,BP)译码算法进行建模分析,证明原有的译码流程中存在冗余计算,导致存在较大的计算复杂度和译码时延。基于对冗余计算的删除与替换,设计简化译码算法,在保证误码性能不变的前提下,明显降低了现有译码算法的计算复杂度。最后,提出了基于极化码级联空时编码系统(Polar-STBC)的信道编码方案。将极化码与空时编码系统进行结合,设计Polar-STBC系统。基于对空时编码分别在瑞利衰落和莱斯衰落MIMO信道下的分析,使得Polar-STBC系统可以等效为单一传输信道,并由此构造与Polar-STBC系统匹配的极化码,使系统性能获得较大提升,完成了极化码在MIMO通信系统中应用的初步探索。