5G(NR)中Polar與LDPC碼使用方法

一、信道編碼

從第一代(1G)到第五代(5G)的移動通信技術(shù)都一直把提供快速、安全的通信作為一項挑戰(zhàn)；這是因為數(shù)據(jù)傳輸通常中是在信道存在噪聲的環(huán)境中進行的，經(jīng)常會因放大、失真帶來損傷。為了實現(xiàn)低錯誤概率的快速通信，信道編碼必不可少，而選擇正確信道編碼方案是項困難而重要任務(wù)。

二、5G(NR)信道編碼有兩種不同方式

Polar碼應(yīng)用于PDCCH

LDPC碼應(yīng)用于PDSCH

三、5G應(yīng)用場景及特點

根據(jù)3GPP技術(shù)報告38.913定義5G(NR)的三個主要使用場景是：增強移動寬帶(eMBB)、超可靠低延遲通信(URLLC)和海量機器類通信(mMTC)。與 4G系統(tǒng)相比，這些場景需要更高的吞吐量、延遲和可靠性。另外，5G信道編碼應(yīng)允許用戶數(shù)據(jù)的混合自動重復(fù)請求(HARQ) 以及控制信息和用戶數(shù)據(jù)的可變碼率和長度。基于上述需求，在eMBB場景及注重5G蜂窩通信低延遲的URLLC場景的Release-15技術(shù)規(guī)范中確定:控制信息(PDCCH)使用極性編碼(Polar碼)，而用戶數(shù)據(jù)使用LDPC碼。

四、為什么PDCCH選擇Polar碼，PDSCH選擇LDPC碼？

這要從香農(nóng)說起，如果信息傳輸速率低于或等于特定界限(即通道容量界限)，則在噪聲通道上進行無差錯通信是可能的。因此人們就致力于尋找不同的信道編碼技術(shù)以使速率更接近信道容量。5G部署場景尤其是eMBB場景，需要高達20Gbps的高吞吐量的支持并且需要設(shè)計5G信道碼尤其是數(shù)據(jù)的編碼和解碼過程來處理這一點。

5G中LDPC碼采用準循環(huán)(QC)LDPC碼的結(jié)構(gòu)，天然地實現(xiàn)了編碼和解碼的并行性并且通過這種并行性可以實現(xiàn)高吞吐量的編碼器和解碼器。用于數(shù)據(jù)的5G信道代碼也應(yīng)支持HARQ，5G LDPC代碼旨在有效支持增量冗余 (IR) HARQ。稍后將介紹，5G LDPC碼的這種IR-HARQ設(shè)計有效地減小了高操作碼率時編解碼圖的尺寸，這也有助于高吞吐量的實現(xiàn)。從母碼輸出中選擇任意數(shù)量的傳輸比特速率兼容性和可變碼長是5G信道碼的其他重要功能。

此外，控制信息通常以更少量的信息比特和更短的碼字長度來傳輸，通常也以較低的碼率傳輸，同時需要在較低BLER范圍內(nèi)實現(xiàn)良好的性能。5G中Polar碼就是為了滿足這些要求而設(shè)計的，采用Polar碼作為控制信息是合理的，特別考慮了低BLER應(yīng)用，因為分析表明極性碼不會受到誤碼層的影響。雖然通過簡單SC解碼實現(xiàn)的極化碼的容量很有吸引力，但其通過SC解碼的有限長度性能明顯比其他信道編碼候選要差。5G Polar碼還采用分布式 CRC來支持提前解碼終止，5G Polar和LDPC碼的編碼處理如下圖所示。

圖1、5G中LDPC和Polar碼處理流程圖

審核編輯：劉清