Polar碼當(dāng)選5G短碼方案 5G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中國(guó)參與制定

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【觀察者網(wǎng)綜合】據(jù)中國(guó)通信網(wǎng)11月18日?qǐng)?bào)道，美國(guó)當(dāng)?shù)貢r(shí)間11月17日凌晨0點(diǎn)45分，在剛剛結(jié)束的3GPP RAN1 87次會(huì)議的5G短碼方案討論中，中國(guó)主推的Polar Code（極化碼）方案，從美國(guó)主推LDPC，法國(guó)主推Turbo2.0兩大競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手中脫穎而出，成為5G控制信道eMBB場(chǎng)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(zhǎng)碼編碼確認(rèn)方案為L(zhǎng)DPC。

中國(guó)拿下5G短碼方案

中國(guó)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(shí)現(xiàn)復(fù)雜度，以及可行性等角度對(duì)幾個(gè)候選編碼進(jìn)行了全面的分析。有媒體報(bào)道稱，會(huì)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(gè)之多。而即便是凌晨，關(guān)注編碼方案的與會(huì)者仍然爆滿，只能站在一旁關(guān)注著這場(chǎng)沒(méi)有硝煙的“戰(zhàn)爭(zhēng)”。

最終對(duì)于控制信道，由于不使用HARQ避免了時(shí)延大的問(wèn)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(zhǎng)碼編碼方案在里斯本確認(rèn)，最終獲勝方案是LDPC，也標(biāo)志著3G、4G下使用的Turbo碼結(jié)束了其長(zhǎng)達(dá)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(guó)之戰(zhàn)：美國(guó)以高通領(lǐng)隊(duì)主推LDPC，法國(guó)主推 Turbo2.0，以及中國(guó)主推的Polar code。

5G中長(zhǎng)碼編碼確認(rèn)方案為L(zhǎng)DPC

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(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)國(guó)家在通信標(biāo)準(zhǔn)中有了話語(yǔ)權(quán)也就意味著這個(gè)國(guó)家在全球通信行業(yè)中擁有了話語(yǔ)權(quán)以及產(chǎn)業(yè)鏈先發(fā)優(yōu)勢(shì)，而編碼與調(diào)制在被譽(yù)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(gè)國(guó)家通信科學(xué)基礎(chǔ)理論的整體實(shí)力。

中國(guó)通信網(wǎng)稱，3G標(biāo)準(zhǔn)之爭(zhēng)以及商用進(jìn)程的博弈給國(guó)人上了深刻的一課，國(guó)際市場(chǎng)WCDMA、CDMA2000的商用化加速，讓我國(guó)的TD-SCDMA遭遇到從產(chǎn)業(yè)鏈到市場(chǎng)的重重困難。

有媒體評(píng)論認(rèn)為，TD-SCDMA是中國(guó)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(guó)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(zhǎng)碼編碼Turbo碼和短碼咬尾卷積碼，卻不是中國(guó)原創(chuàng)的技術(shù)。

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

三大編碼候選技術(shù)

由于移動(dòng)通信存在干擾和衰落，在信號(hào)傳輸過(guò)程中將出現(xiàn)差錯(cuò)，故對(duì)數(shù)字信號(hào)必須采用糾、檢錯(cuò)技術(shù)，即糾、檢錯(cuò)編碼技術(shù)，以增強(qiáng)數(shù)據(jù)在信道中傳輸時(shí)抵御各種干擾的能力，提高系統(tǒng)的可靠性。對(duì)要在信道中傳送的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行的糾、檢錯(cuò)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(biāo)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(gè)帶寬確定而存在噪聲的信道里可靠地傳送信號(hào)，無(wú)非有兩種途徑：加大信噪比或在信號(hào)編碼中加入附加的糾錯(cuò)碼。

香農(nóng)

而Turbo碼是Claude.Berrou等人在1993年首次提出的一種級(jí)聯(lián)碼。基本原理是編碼器通過(guò)交織器把兩個(gè)分量編碼器進(jìn)行并行級(jí)聯(lián)，兩個(gè)分量編碼器分別輸出相應(yīng)的校驗(yàn)位比特；譯碼器在兩個(gè)分量譯碼器之間進(jìn)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(gè)譯碼過(guò)程類似渦輪（Turbo）工作。因此，這個(gè)編碼方法又被形象地稱為Turbo碼。Turbo碼具有卓越的糾錯(cuò)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(yàn)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(yàn)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(diǎn)，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(wú)線通信系統(tǒng)強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)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(biāo)準(zhǔn)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(yán)格證明了在二進(jìn)制輸入對(duì)稱離散無(wú)記憶信道下，極化碼可以“達(dá)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(dá)到香農(nóng)極限，并且具有可實(shí)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(guò)“信道極化”的處理，在編碼側(cè)，采用編碼的方法使各個(gè)子信道呈現(xiàn)出不同的可靠性，當(dāng)碼長(zhǎng)持續(xù)增加時(shí)，一部分信道將趨向于容量接近于1的完美信道（無(wú)誤碼），另一部分信道趨向于容量接近于0的純?cè)肼曅诺溃�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(jiǎn)單的逐次干擾抵消譯碼的方法，以較低的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度獲得與最大自然譯碼相近的性能。

中國(guó)通信網(wǎng)報(bào)道稱，早在3GPP討論前，Polar Code（極化碼）便在中國(guó)IMT-2020 (5G)推進(jìn)組5G第一階段外場(chǎng)測(cè)試中進(jìn)行了測(cè)試，包括靜止和移動(dòng)場(chǎng)景的性能。

測(cè)試結(jié)果顯示，通過(guò)極化編碼的使用和譯碼算法的動(dòng)態(tài)選擇，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了短包（大連接物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景）和長(zhǎng)包（高速移動(dòng)場(chǎng)景，如自動(dòng)駕駛等低時(shí)延要求）場(chǎng)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(dá)到27Gbps的速率，實(shí)測(cè)結(jié)果證明極化碼可以同時(shí)滿足ITU的超高速率、低時(shí)延、大連接的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)三大類應(yīng)用場(chǎng)景需求。

更值得注意的是LDPC碼由于提出時(shí)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(dú)秀。

綜合自中國(guó)通信網(wǎng)等