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(dòng)通信技術(shù)都一直把提供快速、安全的通信作為一項(xiàng)挑戰(zhàn)；這是因?yàn)閿?shù)據(jù)傳輸通常中是在信道存在噪聲的環(huán)境中進(jìn)行的，經(jīng)常會(huì)因放大、失真帶來(lái)?yè)p傷。為了實(shí)現(xiàn)低錯(cuò)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(xiàng)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(chǎng)景及特點(diǎn)

根據(jù)3GPP技術(shù)報(bào)告38.913定義5G(NR)的三個(gè)主要使用場(chǎng)景是：增強(qiáng)移動(dòng)寬帶(eMBB)、超可靠低延遲通信(URLLC)和海量機(jī)器類通信(mMTC)。與 4G系統(tǒng)相比，這些場(chǎng)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(dòng)重復(fù)請(qǐng)求(HARQ) 以及控制信息和用戶數(shù)據(jù)的可變碼率和長(zhǎng)度。基于上述需求，在eMBB場(chǎng)景及注重5G蜂窩通信低延遲的URLLC場(chǎng)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(shuō)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(jìn)行無(wú)差錯(cuò)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(chǎng)景尤其是eMBB場(chǎng)景，需要高達(dá)20Gbps的高吞吐量的支持并且需要設(shè)計(jì)5G信道碼尤其是數(shù)據(jù)的編碼和解碼過(guò)程來(lái)處理這一點(diǎn)。

5G中LDPC碼采用準(zhǔn)循環(huán)(QC)LDPC碼的結(jié)構(gòu)，天然地實(shí)現(xiàn)了編碼和解碼的并行性并且通過(guò)這種并行性可以實(shí)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(jì)有效地減小了高操作碼率時(shí)編解碼圖的尺寸，這也有助于高吞吐量的實(shí)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(zhǎng)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(zhǎng)度來(lái)傳輸，通常也以較低的碼率傳輸，同時(shí)需要在較低BLER范圍內(nèi)實(shí)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(jì)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?yàn)榉治霰砻鳂O性碼不會(huì)受到誤碼層的影響。雖然通過(guò)簡(jiǎn)單SC解碼實(shí)現(xiàn)的極化碼的容量很有吸引力，但其通過(guò)SC解碼的有限長(zhǎng)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(lái)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