5G通信信道编码技术研究综述

王 嘉

（河北远东通信系统工程有限公司，石家庄　050200）

1　通信信道编码技术发展历程

1948年香农信道编码定理最早指出了信道编码的存在性，该定理认为可通过构造长码、采用最大似然译码实现好码的构造，但由于二者之间存在物理途径的不可兼得，这就使得低误码率编码系统在设计中必须关注编译码方法的易于实现性、最大释然译码采用中保证误码率满足要求，而受香农信道编码定理影响，1949年出现了第一个完备纠多个差错的纠错码Golay码。

随着学界对信道编码的重视程度不断提升，Hamming码、Forney级连码、Elias卷积码、R ateless码、Polar码相继出现，Turbo码、Polar码、LDPC码属于现阶段学界最为重视的信道编码技术。其中，Turbo码提出于1993年，随机编码思想属于其核心，LDPC码的重新研究于1996年起步，现已广泛应用于各通信系统，Polar码提出于2009年，信道极化属于其源头，现已证明其性能可达到香农限。

2　5G通信信道编码技术研究现状分析

考虑到学界研究重点，本文仅围绕Turbo码、LDPC码、Polar码开展5G通信信道编码技术研究现状分析。

2.1　Turbo码

Turbo码具备编码复杂度低、在通信系统联合设计方面优势明显等特点，这类特点与Turbo码入选5G候选编码方案联系紧密，而为了保证Turbo码可较好服务于5G移动通信，近年来学界围绕提高吞吐率的并行译码、影响译码性能的结尾处理、影响性能的打孔和交织的联合优化等领域开展了大量研究，如Shannon等人基于Turbo码研究的并行译码结构便属于其中代表，该研究将N长数据块分为M子块，由此每个字块均包含独立SISO译码模块，这一研究在增加硬件成本的前提下实现了数据速率的大幅提升，具体提升可达到原数据速率的M倍；而在Hussami等人的研究中，该研究围绕归零法、咬尾法、直接截尾法3种卷积码格栅终止策略在5G移动通信中的应用性能进行了对比，由此确定了咬尾卷积码可实现更高效编码且在全球微波接入互操作性方面表现较为优秀；而在Hocquenghem等人的研究中，该研究分析了Turbo码的未来发展趋势，并提出了LTE Turbo在特殊情况下出现的Error Floor将直接影响传输业务的可靠性，这也是近年来5G标准化重点关注的问题；而在Mac Kay的研究中，其认为改进后Turbo2.0可较好服务于5GURLLC等场景，虽然3GPP的eMBB场景中Turbo码没有得到应用[1]。

2.2　LDPC码

作为具有稀疏校验矩阵的线性分组码，LDPC码具备校验矩阵每行、列非零元素数目非常小的特征，这使得LDCO码可分为规则与不规则两类，其中不规则的LDCO码在多数时候拥有着更为优秀的性能。虽然LDCO码本身具备多方面优势，但在5G移动通信领域的应用中，其却面临着结构设计、性能优化方面的难题。在李世银等人的研究中，该研究认为LDPC码低复杂度的硬件实现、码的性能分析方法优化、校验矩阵优化设计属于其在5G移动通信系统中应用的关键；而在RICHA R DSON的研究中，研究认为LDPC码的三角和准循环结构在5G移动通信系统领域具备一定优势，而这一过程必须重点关注最小距离、陷阱集、度分布序列等重要性能因素；高通在近年来的研究也多次提到LDPC码的5G应用，如建议多边LDPC码高度关注设计灵活性、时延、吞吐率；三星则在研究中指出准循环结构LDPC码在大范围变化情况下具备显著优势，这也是近年来学界更多将LDPC码研究集中在硬件实现方法、译码算法、码调制联合优化等方面的原因所在。

2.3　Polar码

作为可达到香农容量限的信道编码方法，Polar码在5G领域有着较为广阔的应用空间，由于信道极化是Polar码的基本原理，因此近年来学界的研究重点更多集中在信道极化的可靠性方面，如Vardy在研究中提到可使用输入输出近似为有限的等效信道有效降低密度进化方法计算复杂程度；而在白宝明等人的研究中，研究选择了提升有限码长极化码性能作为研究对象，并围绕CRC辅助SCL译码开展了大量分析，这一分析揭示了5G应用中Polar码面临的联合优化、时延和吞吐率、信道信息强依赖性等问题，这些都必须得到国内外学界的关注。值得注意的是，虽然Polar码本身尚存在一定问题，但其在5G领域的应用价值不容忽视。

总之，不同的5G通信信道编码技术具备不同特色，为保证相关技术可满足5G移动通信发展需要，通信与编码界必须结合5G需求开展针对性研究，而现阶段5G领域尚需开展的大量讨论、编码方式的具体应用同样需要得到高度关注，5G商业化的实现将直接受到信道编码技术影响。

3　结束语

综上所述，围绕5G通信信道编码技术的研究具备较高现实意义。而在此基础上，本文涉及的Shannon、Hocquenghem、李世银、高通、Vardy、三星等实例成果，则证明了研究具备的较高学术价值。因此，在5G通信信道编码技术相关的理论研究和实践探索中，本文内容可以发挥一定参考作用。

[1]王忱.浅谈5G通信中的MIMO和LDPC关键技术[J].数字通信世界，2017（11）.