5G通信系统区别于前几代通信系统的最大特点在于“万物互联”。5G的三大应用场景:移动增强宽带(eMBB),超可靠低时延通信(URLLC)以及大规模机器通信(mMTC)分别侧重人与人之间的通信,人与物之间的通信以及物与物之间的通信。这些通信场景下的数据传输有着不同的关键性能指标,其中eMBB主要对数据传输的效率有着较高的要求,URLLC更关注数据传输的时延和可靠性,而mMTC则侧重于物联网下的网络覆盖能力。信道编码作为数字通信中的关键技术,其性能的好坏不仅直接影响数据传输效率,还将影响整个通信系统的网络覆盖以及吞吐能力。极化码作为目前唯一一种被严格证明可以达到信道容量的信道编码,从首次提出到正式成为5G标准中eMBB场景下的控制信道编码方案仅用了不到十年的时间,这体现了其巨大的实用价值。然而作为一种新兴的编码技术,极化码在不同场景中的应用依然有待研究。本学位论文主要对极化码在eMBB,URLLC以及mMTC等5G场景下的编译码策略进行了研究,现将研究内容概述如下:第一,极化码作为eMBB场景中控制信道的编码策略,需要用中等长度甚至更短的码长以满足对编码粒度灵活性的要求,然而这些长度的极化码在SC译码器下的性能依然有待提升。为此,本文第三章提出了一种基于关键集合的递进式比特翻转译码器来对SC译码过程中产生的个独立的硬判决错误进行递进式地翻转。第三章首先研究了SC译码过程中的首错分布,并提出了一个能以高概率包含SC译码过程中首个硬判决错误的关键集合。通过不断地对该关键集合进行改进,本文在第三章中还构造了一棵深度为的搜索树,该搜索树的最大深度对应于可以纠正的独立的错误数。特别地,当={1,2,3}时,该策略可以逼近神谕比特翻转译码算法的性能。同时,第三章还对该算法提出了低复杂度的实施策略,在性能损失不大的前提下大幅降低了译码复杂度。仿真结果表明所提算法能够获得与目前CA-SCL算法相同的译码性能,却能够在中高信噪比下保持和SC译码几乎一致的平均译码复杂度和译码时延。第二,URLLC对误码率和译码时延有着极高的要求。传统基于SC算法的译码器在译码当前比特时必须等待之前的所有比特都译码结束后才能继续译码,这导致其译码时延不可避免地随着码长的增加而增加。为了在保证译码性能的同时获取更低的译码时延,本文第四章利用高度并行化的分阶统计译码算法提出了一种低时延的自适应分阶统计译码策略。第四章首先对每个备选码字都设计了一个搜索准则,并证明能够最小化该搜索准则的码字恰好可以小化译码错误。基于此,如果一个码字在译码过程中具有较大的搜索准则值,则该码字很大程度上是没有前途的,应该被跳过不检测。此外,第四章还提出了一种级联的自适应分阶统计译码策略,通过将当前的备选序列分解为若干个具有相同码长的子码,并且通过级联多个自适应分阶统计译码器的方式对这些子码进行译码,来实现译码复杂度和译码时延之间的良好折中。仿真结果表明在短码长和高码率下,所提策略可以获得比传统CA-SCL译码器更低的译码时延和更好的译码性能。从这个角度来看,所提策略更适合译码URLLC场景中高码率的短包。第三,编码调制技术对于提高eMBB场景下的频谱效率至关重要。然而高阶调制所产生的比特信道既不相同也不相互独立,这导致直接将极化码应用于编码调制中会产生一些问题,因为极化码是针对独立同分布的比特信道而设计的。与传统基于极化码的多级编码策略和比特交织编码调制策略不同,本文在第五章从极化码构造的角度提出了一种称为卷积极化编码调制的策略。本文首先研究了在相互独立但不相同的比特信道下的编码问题,并指出在物理信道端通过两两结合不同类型的信道往往可以产生更低的误码率。基于此,本文提出了一种卷积极化编码结构,通过将同一个符号产生的比特信道映射到不同的极化码中使得每个极化码使用的比特信道都相互独立。仿真结果表明,在相同硬件资源的条件下所提策略可以进一步提高现有基于极化码的编码调制策略的频谱效率。第四,如何提升IoT的网络覆盖能力是5G的mMTC场景关注的主要问题。具有极高编码增益的基于极化调节的卷积码(PAC码)可以忍受更多的传输损耗,这为提高IoT的网络覆盖能力提供了一个可行的解决思路。PAC码可以看作是一种不规则树码,因此可以通过树搜索算法进行译码。然而传统无记忆信道下的树搜索算法并不能直接用于PAC码的译码,因为PAC码利用了有记忆的极化信道。为此,本文在第六章首先介绍了不规则树码在无记忆信道下的堆栈译码过程,随后本文将无记忆信道替换为有记忆的极化信道,并相应地对该信道下堆栈译码的分支度量准则进行了设计。基于此,本文提出了一种PAC码的堆栈译码算法,并对其译码性能以及复杂度性能进行了研究。仿真结果表明,对不同码率的PAC码,所提算法几乎可以逼近有限码长下随机编码的最佳译码性能。此外,当信噪比高于截止率对应的译码门限时,所提算法译码每个比特所需的复杂度几乎是一个不变的常数,同时本文还指出在相同计算复杂度下,PAC码在堆栈译码下的性能要优于现有极化码在CA-SCL译码下的性能。