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Polar码当选5G短码方案 5G核心技术标准中国参与制定!  

2016-11-18 15:48:43|  分类: 科技 |  标签: |举报 |字号 订阅

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Polar码当选5G短码方案 5G核心技术标准中国参与制定!

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2016-11-18 12:10:56字号:A- A A+来源:观察者网综合
关键字:5G香农极限5G中长码编码5G短码

【观察者网综合】据中国通信网11月18日报道,美国当地时间11月17日凌晨0点45分,在刚刚结束的3GPP RAN1 87次会议的5G短码方案讨论中,中国主推的Polar Code(极化码)方案,从美国主推LDPC,法国主推Turbo2.0两大竞争对手中脱颖而出,成为5G控制信道eMBB场景编码方案,而LDPC码成为数据信道的上行和下行短码方案。此前,5G中长码编码确认方案为LDPC。

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中国拿下5G短码方案

中国拿下5G半壁江山

据了解,由于短码的讨论分为控制信道和数据信道,各公司从性能、实现复杂度,以及可行性等角度对几个候选编码进行了全面的分析。有媒体报道称,会议的讨论异常激烈,几乎所有的公司都参与其中,其中中方提案支持公司有59个之多。而即便是凌晨,关注编码方案的与会者仍然爆满,只能站在一旁关注着这场没有硝烟的“战争”。

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最终对于控制信道,由于不使用HARQ避免了时延大的问题,性能优越Polar码战胜了LDPC和TBCC,最终成为控制信道上行和下行的编码方案。而数据信道的上行和下行短码方案则依然花落LDPC码。

此前10月14日,5G中长码编码方案在里斯本确认,最终获胜方案是LDPC,也标志着3G、4G下使用的 Turbo 码结束了其长达十几年的统治地位。据了解5G 三大编码候选技术的背后是真正的三国之战:美国以高通领队主推 LDPC,法国主推 Turbo2.0,以及中国主推的Polar code。

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5G中长码编码确认方案为LDPC

在通信行业,占据通信行业金字塔顶尖的不是设备制造能力,商用能力,而是标准,一个国家在通信标准中有了话语权也就意味着这个国家在全球通信行业中拥有了话语权以及产业链先发优势,而编码与调制在被誉为通信技术的皇冠,其也是通信技术核心的核心,体现着一个国家通信科学基础理论的整体实力。

中国通信网称,3G标准之争以及商用进程的博弈给国人上了深刻的一课,国际市场WCDMA、CDMA2000的商用化加速,让我国的TD-SCDMA遭遇到从产业链到市场的重重困难。

有媒体评论认为,TD-SCDMA是中国通信技术第一次跟上了世界的脚步。而TD-LTE技术的发展,中国通信技术第一次成为了世界的主流技术之一,但其中的核心长码编码Turbo码和短码咬尾卷积码,却不是中国原创的技术。

现在,中国主导的Polar码最终打破了这个天花板,这既是中国在基础通信领域多年精心研究的回报,也是中国在通信技术领域综合实力不断提升的写照。

三大编码候选技术

由于移动通信存在干扰和衰落,在信号传输过程中将出现差错,故对数字信号必须采用纠、检错技术,即纠、检错编码技术,以增强数据在信道中传输时抵御各种干扰的能力,提高系统的可靠性。对要在信道中传送的数字信号进行的纠、检错编码就是信道编码。

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1948年,现代信息论的奠基人香农发表了《通信的数学理论》,标志着信息与编码理论这一学科的创立。根据香农定理,要想在一个带宽确定而存在噪声的信道里可靠地传送信号,无非有两种途径:加大信噪比或在信号编码中加入附加的纠错码。

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香农

而Turbo码是Claude.Berrou等人在1993年首次提出的一种级联码。基本原理是编码器通过交织器把两个分量编码器进行并行级联,两个分量编码器分别输出相应的校验位比特;译码器在两个分量译码器之间进行迭代译码,分量译码器之间传递去掉正反馈的外信息,这样整个译码过程类似涡轮(Turbo)工作。因此,这个编码方法又被形象地称为Turbo码。Turbo码具有卓越的纠错性能,性能接近香农极限,而且编译码的复杂度不高。

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Turbo编码器结构

LDPC码即低密度奇偶校验码(Low Density Parity Check Code,LDPC),它是由Robert G.Gallager博士于1963年提出的一类具有稀疏校验矩阵的线性分组码,不仅有逼近香农极限的良好性能,而且译码复杂度较低、结构灵活,是近年信道编码领域的研究热点,目前已广泛应用于深空通信、光纤通信、卫星数字视频和音频广播等领域。LDPC码已成为无线通信系统强有力的竞争者,而基于LDPC码的编码方案已经被下一代卫星数字视频广播标准DVB-S2所采纳。

极化码是由土耳其毕尔肯大学(bilkent)Erdal Arikan教授于2008年首次提出,其论文从理论上第一次严格证明了在二进制输入对称离散无记忆信道下,极化码可以“达到”香农容量,并且有着低的编码和译码复杂度。

目前,极化码是唯一可理论证明达到香农极限,并且具有可实用的线性复杂度编译码能力的信道编码技术。极化码构造的核心是通过“信道极化”的处理,在编码侧,采用编码的方法使各个子信道呈现出不同的可靠性,当码长持续增加时,一部分信道将趋向于容量接近于1的完美信道(无误码),另一部分信道趋向于容量接近于0的纯噪声信道,选择在容量接近于1的信道上直接传输信息以逼近信道容量。在译码侧,极化后的信道可用简单的逐次干扰抵消译码的方法,以较低的实现复杂度获得与最大自然译码相近的性能。

中国通信网报道称,早在3GPP讨论前,Polar Code(极化码)便在中国IMT-2020 (5G)推进组5G第一阶段外场测试中进行了测试,包括静止和移动场景的性能。

测试结果显示,通过极化编码的使用和译码算法的动态选择,同时实现了短包(大连接物联网场景)和长包(高速移动场景,如自动驾驶等低时延要求)场景中稳定的性能增益,使现有的蜂窝网络的频谱效率提升10%,还与毫米波结合达到27Gbps的速率,实测结果证明极化码可以同时满足ITU的超高速率、低时延、大连接的移动互联网和物联网三大类应用场景需求。

更值得注意的是LDPC码由于提出时间最早,其相关的专利已纷纷到期或接近到期,而极化码最为年轻,它的相关专利更是中方一枝独秀。

综合自中国通信网等

标签5G
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