為滿足5G三種場景eMBB, mMTC和URLLC下高速率和高容量的需求，引入高效、靈活的信道編碼是NR網絡接入基礎因素之一；在RAN1#中，3GPP對多種信道編碼convolutional , turbo , polar和LDPC進行了討論和評估；
3GPP最終采用Polar為5G/NR網絡中eMBB的上、下行控制信道的編碼；為了提高Polar碼的性能，提出了級聯(lián)編碼和組合譯碼方案。整理：kangguoying20200603
1.什么是Polar碼？
Polar碼可以漸近地(碼長無窮大)達到任何二進制輸入對稱無記憶信道的容量，其編碼和解碼復雜度為O (N log N) , 其中 N 是代碼長度。 目前，他們是唯一的一類信道碼，可證明的容量實現(xiàn)與明確的結構。整理：kangguoying20200603
2.5G/NR中的Polar碼類型
為了提高Polar碼的性能，提出了級聯(lián)編碼和組合譯碼方案。整理：kangguoying20200603
3.Polar碼的結構
一個Polar碼是遞歸地應用一個線性極化變換到二進制輸入對稱和無記憶W 表示為2乘2矩陣。 重復使用轉換，n = log2(N) 次，得到一個N 乘N的矩陣，表示N層 Kronecker。 Polar碼利用一種稱為通道極化的現(xiàn)象。 上述轉換結合一個連續(xù)的取消解碼器結構，將N個可用信道(N個信道使用)轉換成另一組N個位信道，稱為合成信道，使得這些位信道的容量趨于0(完全不可靠)或1(完全可靠) ，當N 變?yōu)闊o窮大時。整理：kangguoying20200603
事實上，可靠信道的比例,K,趨向于原始通信信道的容量。 數(shù)據通過在K可靠信道上放置信息位和在 N-K 不可靠信道上放置固定位(通常為零)來進行通信。 不可靠信道上的這些比特被稱為凍結比特，它們的位置集被稱為凍結集 F的大小為 N-K 。 凍結的比特和凍結的集合被編碼器和解碼器都知道。 通過這種方式，構造了碼長N、信息字長K 和碼率 RK /N的Polar碼。整理：kangguoying20200603
Polar碼結構允許根據凍結集F的大小選擇不同的速率。整理：kangguoying20200603
它只允許長度為2的冪，也就是 N= 2n。整理：kangguoying20200603
其他長度的Polar碼碼可以通過打孔或縮短來構造。 在屏蔽過程中，一些碼位不被傳輸，而在縮短過程中，一些系統(tǒng)碼位被設置為零而不被傳輸。整理：kangguoying20200603
4.信道編碼方案演變整理：kangguoying20200603
Polar碼的一個優(yōu)點是，對于同一個編碼器，可能存在不同類型的解碼器。 因此，Polar編碼適用于各種不同需求的場合。 相比之下，其他候選方案，如Turbo編碼、LDPC 編碼和(TB)CC不能提供這種靈活性。 當增加塊大小時，Turbo譯碼器的功率和面積效率迅速惡化。LDPC碼通常在大塊和高速率情況下表現(xiàn)良好，但是，低于1 / 2的性能很差。 值得注意的是，這樣的碼率范圍可能是最常見的情況下eMBB的情況。 下表總結了不同信道編碼方案的適用性。 灰度方塊表示信道編碼方案不能滿足該應用的要求。整理：kangguoying20200603
| Polar Codes | Turbo Codes | LDPC | (TB)CC |
eMBB:Large Block >8K | Small-list decoder or SC decoder | Low power/area efficiency; | Good power/area efficiency | Not considered |
Good power and area efficiency | Good performance only when code rate is higher than ½. |
eMBB: | Medium-List decoder; | Good performance | Poor Performance for lower code rates lower than ½ | Not considered |
1K~8K blocks | Good performance for all code rates; | Support a fine granularity of code rates and code lengths | Difficulty to support fine granularity of code rates and code lengths |
Fine granularity of code rates and code lengths | Support any code rates and code lengths |
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URLLC/Control-CH/MTC-UL: | Large-List decoder; | Poor performance with small block à not considered | Poor Performance with small block and low code rates | VA decoder has poorer performance than SCL Polar |
Small block High-reliability | Very good performance; | Error Floor | HARQ required for high-reliability | LVA decoder has much higher complexity than Polar List decoder. |
| Support very low code rate | HARQ required for high-reliability |
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MTC-DL: | Small-list decoder or SC decoder for low-power realization | Poor Performance with small block à not considered | Poor Performance with small block à not considered | Viterbi Decoder for low-power realization; |
Small block Low Power | Performance is worse than SCL decoder |
此外，Polar碼的性能隨著SCL解碼器列表大小的增加而不斷提高。 根據模擬，直到2048年我們還沒有觀察到任何性能飽和。 相比之下，我們觀察到turbo碼和LDPC碼的性能隨著譯碼迭代次數(shù)的增加而飽和。 因此，運營商可以不斷提高系統(tǒng)容量與新的ASIC技術。 例如，當列表大小從32增加到128時(譯碼復雜度增加約4倍) ，對于某些控制信道，鏈路的性能將增加0.5 ~ 0.7 db。 因此，系統(tǒng)的容量可以簡單地增加了新的Polar解碼芯片的可用性。
Reference: R1-164039 and R1-1700979
原文來自：http://www.techplayon.com/5gnr-channel-codes-evolution-consideration-3gpp-recommendation-polar-codes/
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