Polar碼當(dāng)選5G短碼方案 5G技術(shù)標準中國參與制定

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【觀察者網(wǎng)綜合】據(jù)中國通信網(wǎng)11月18日報道，美國當(dāng)?shù)貢r間11月17日凌晨0點45分，在剛剛結(jié)束的3GPP RAN1 87次會議的5G短碼方案討論中，中國主推的Polar Code（極化碼）方案，從美國主推LDPC，法國主推Turbo2.0兩大競爭對手中脫穎而出，成為5G控制信道eMBB場景編碼方案，而LDPC碼成為數(shù)據(jù)信道的上行和下行短碼方案。此前，5G中長碼編碼確認方案為LDPC。

中國拿下5G短碼方案

中國拿下5G半壁江山

據(jù)了解，由于短碼的討論分為控制信道和數(shù)據(jù)信道，各公司從性能、實現(xiàn)復(fù)雜度，以及可行性等角度對幾個候選編碼進行了全面的分析。有媒體報道稱，會議的討論異常激烈，幾乎所有的公司都參與其中，其中中方提案支持公司有59個之多。而即便是凌晨，關(guān)注編碼方案的與會者仍然爆滿，只能站在一旁關(guān)注著這場沒有硝煙的“戰(zhàn)爭”。

最終對于控制信道，由于不使用HARQ避免了時延大的問題，性能優(yōu)越Polar碼戰(zhàn)勝了LDPC和TBCC，最終成為控制信道上行和下行的編碼方案。而數(shù)據(jù)信道的上行和下行短碼方案則依然花落LDPC碼。

此前10月14日，5G中長碼編碼方案在里斯本確認，最終獲勝方案是LDPC，也標志著3G、4G下使用的Turbo碼結(jié)束了其長達十幾年的統(tǒng)治地位。據(jù)了解5G三大編碼候選技術(shù)的背后是真正的三國之戰(zhàn)：美國以高通領(lǐng)隊主推LDPC，法國主推 Turbo2.0，以及中國主推的Polar code。

5G中長碼編碼確認方案為LDPC

在通信行業(yè)，占據(jù)通信行業(yè)金字塔頂尖的不是設(shè)備制造能力，商用能力，而是標準，一個國家在通信標準中有了話語權(quán)也就意味著這個國家在全球通信行業(yè)中擁有了話語權(quán)以及產(chǎn)業(yè)鏈先發(fā)優(yōu)勢，而編碼與調(diào)制在被譽為通信技術(shù)的皇冠，其也是通信技術(shù)核心的核心，體現(xiàn)著一個國家通信科學(xué)基礎(chǔ)理論的整體實力。

中國通信網(wǎng)稱，3G標準之爭以及商用進程的博弈給國人上了深刻的一課，國際市場WCDMA、CDMA2000的商用化加速，讓我國的TD-SCDMA遭遇到從產(chǎn)業(yè)鏈到市場的重重困難。

有媒體評論認為，TD-SCDMA是中國通信技術(shù)第一次跟上了世界的腳步。而TD-LTE技術(shù)的發(fā)展，中國通信技術(shù)第一次成為了世界的主流技術(shù)之一，但其中的核心長碼編碼Turbo碼和短碼咬尾卷積碼，卻不是中國原創(chuàng)的技術(shù)。

現(xiàn)在，中國主導(dǎo)的Polar碼最終打破了這個天花板，這既是中國在基礎(chǔ)通信領(lǐng)域多年精心研究的回報，也是中國在通信技術(shù)領(lǐng)域綜合實力不斷提升的寫照。

三大編碼候選技術(shù)

由于移動通信存在干擾和衰落，在信號傳輸過程中將出現(xiàn)差錯，故對數(shù)字信號必須采用糾、檢錯技術(shù)，即糾、檢錯編碼技術(shù)，以增強數(shù)據(jù)在信道中傳輸時抵御各種干擾的能力，提高系統(tǒng)的可靠性。對要在信道中傳送的數(shù)字信號進行的糾、檢錯編碼就是信道編碼。

1948年，現(xiàn)代信息論的奠基人香農(nóng)發(fā)表了《通信的數(shù)學(xué)理論》，標志著信息與編碼理論這一學(xué)科的創(chuàng)立。根據(jù)香農(nóng)定理，要想在一個帶寬確定而存在噪聲的信道里可靠地傳送信號，無非有兩種途徑：加大信噪比或在信號編碼中加入附加的糾錯碼。

香農(nóng)

而Turbo碼是Claude.Berrou等人在1993年首次提出的一種級聯(lián)碼。基本原理是編碼器通過交織器把兩個分量編碼器進行并行級聯(lián)，兩個分量編碼器分別輸出相應(yīng)的校驗位比特；譯碼器在兩個分量譯碼器之間進行迭代譯碼，分量譯碼器之間傳遞去掉正反饋的外信息，這樣整個譯碼過程類似渦輪（Turbo）工作。因此，這個編碼方法又被形象地稱為Turbo碼。Turbo碼具有卓越的糾錯性能，性能接近香農(nóng)極限，而且編譯碼的復(fù)雜度不高。

Turbo編碼器結(jié)構(gòu)

LDPC碼即低密度奇偶校驗碼（Low Density Parity Check Code，LDPC），它是由Robert G.Gallager博士于1963年提出的一類具有稀疏校驗矩陣的線性分組碼，不僅有逼近香農(nóng)極限的良好性能，而且譯碼復(fù)雜度較低、結(jié)構(gòu)靈活，是近年信道編碼領(lǐng)域的研究熱點，目前已廣泛應(yīng)用于深空通信、光纖通信、衛(wèi)星數(shù)字視頻和音頻廣播等領(lǐng)域。LDPC碼已成為無線通信系統(tǒng)強有力的競爭者，而基于LDPC碼的編碼方案已經(jīng)被下一代衛(wèi)星數(shù)字視頻廣播標準DVB-S2所采納。

極化碼是由土耳其畢爾肯大學(xué)（bilkent）Erdal Arikan教授于2008年首次提出，其論文從理論上第一次嚴格證明了在二進制輸入對稱離散無記憶信道下，極化碼可以“達到”香農(nóng)容量，并且有著低的編碼和譯碼復(fù)雜度。

目前，極化碼是唯一可理論證明達到香農(nóng)極限，并且具有可實用的線性復(fù)雜度編譯碼能力的信道編碼技術(shù)。極化碼構(gòu)造的核心是通過“信道極化”的處理，在編碼側(cè)，采用編碼的方法使各個子信道呈現(xiàn)出不同的可靠性，當(dāng)碼長持續(xù)增加時，一部分信道將趨向于容量接近于1的完美信道（無誤碼），另一部分信道趨向于容量接近于0的純噪聲信道，選擇在容量接近于1的信道上直接傳輸信息以逼近信道容量。在譯碼側(cè)，極化后的信道可用簡單的逐次干擾抵消譯碼的方法，以較低的實現(xiàn)復(fù)雜度獲得與最大自然譯碼相近的性能。

中國通信網(wǎng)報道稱，早在3GPP討論前，Polar Code（極化碼）便在中國IMT-2020 (5G)推進組5G第一階段外場測試中進行了測試，包括靜止和移動場景的性能。

測試結(jié)果顯示，通過極化編碼的使用和譯碼算法的動態(tài)選擇，同時實現(xiàn)了短包（大連接物聯(lián)網(wǎng)場景）和長包（高速移動場景，如自動駕駛等低時延要求）場景中穩(wěn)定的性能增益，使現(xiàn)有的蜂窩網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率提升10%，還與毫米波結(jié)合達到27Gbps的速率，實測結(jié)果證明極化碼可以同時滿足ITU的超高速率、低時延、大連接的移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)三大類應(yīng)用場景需求。

更值得注意的是LDPC碼由于提出時間最早，其相關(guān)的專利已紛紛到期或接近到期，而極化碼最為年輕，它的相關(guān)專利更是中方一枝獨秀。

綜合自中國通信網(wǎng)等