5G(NR)中Polar与LDPC码使用方法

一、信道编码

从第一代(1G)到第五代(5G)的移动通信技术都一直把提供快速、安全的通信作为一项挑战；这是因为数据传输通常中是在信道存在噪声的环境中进行的，经常会因放大、失真带来损伤。为了实现低错误概率的快速通信，信道编码必不可少，而选择正确信道编码方案是项困难而重要任务。

二、5G(NR)信道编码有两种不同方式

Polar码应用于PDCCH

LDPC码应用于PDSCH

三、5G应用场景及特点

根据3GPP技术报告38.913定义5G(NR)的三个主要使用场景是：增强移动宽带(eMBB)、超可靠低延迟通信(URLLC)和海量机器类通信(mMTC)。与 4G系统相比，这些场景需要更高的吞吐量、延迟和可靠性。另外，5G信道编码应允许用户数据的混合自动重复请求(HARQ) 以及控制信息和用户数据的可变码率和长度。基于上述需求，在eMBB场景及注重5G蜂窝通信低延迟的URLLC场景的Release-15技术规范中确定:控制信息(PDCCH)使用极性编码(Polar码)，而用户数据使用LDPC码。

四、为什么PDCCH选择Polar码，PDSCH选择LDPC码？

这要从香农说起，如果信息传输速率低于或等于特定界限(即通道容量界限)，则在噪声通道上进行无差错通信是可能的。因此人们就致力于寻找不同的信道编码技术以使速率更接近信道容量。5G部署场景尤其是eMBB场景，需要高达20Gbps的高吞吐量的支持并且需要设计5G信道码尤其是数据的编码和解码过程来处理这一点。

5G中LDPC码采用准循环(QC)LDPC码的结构，天然地实现了编码和解码的并行性并且通过这种并行性可以实现高吞吐量的编码器和解码器。用于数据的5G信道代码也应支持HARQ，5G LDPC代码旨在有效支持增量冗余 (IR) HARQ。稍后将介绍，5G LDPC码的这种IR-HARQ设计有效地减小了高操作码率时编解码图的尺寸，这也有助于高吞吐量的实现。从母码输出中选择任意数量的传输比特速率兼容性和可变码长是5G信道码的其他重要功能。

此外，控制信息通常以更少量的信息比特和更短的码字长度来传输，通常也以较低的码率传输，同时需要在较低BLER范围内实现良好的性能。5G中Polar码就是为了满足这些要求而设计的，采用Polar码作为控制信息是合理的，特别考虑了低BLER应用，因为分析表明极性码不会受到误码层的影响。虽然通过简单SC解码实现的极化码的容量很有吸引力，但其通过SC解码的有限长度性能明显比其他信道编码候选要差。5G Polar码还采用分布式 CRC来支持提前解码终止，5G Polar和LDPC码的编码处理如下图所示。

图1、5G中LDPC和Polar码处理流程图

审核编辑：刘清