5G信道編碼技術(shù)相關(guān)分析

王 鍵

（公誠管理咨詢有限公司，廣州 510610）

1 引言

近年來，5G移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展受到了人們的廣泛關(guān)注。移動(dòng)通信作為現(xiàn)代通信技術(shù)中的重要組成部分，對社會(huì)的發(fā)展有著重要的意義。為了滿足我國人民在移動(dòng)通信方面的需求，我國建設(shè)了基本覆蓋全國范圍的4G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，并正在大力發(fā)展我國自己的5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。在發(fā)展的過程中，5G移動(dòng)通信逐漸暴露出一定的問題和不足。

在5G移動(dòng)通信發(fā)展的過程中，信道編碼技術(shù)發(fā)揮著重要的作用。5G移動(dòng)通信的數(shù)據(jù)傳輸速率峰值可以達(dá)到10Gb/s，對于信道編碼技術(shù)有著特殊性的要求。因此，以現(xiàn)有的信道編碼技術(shù)為基礎(chǔ)，開發(fā)適用于5G移動(dòng)通信的信道編碼技術(shù)受到了人們的重點(diǎn)關(guān)注。

本文擬通過分析信道編碼技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，對5G移動(dòng)通信中的信道編碼技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值和方法進(jìn)行研究探討。

2 5G移動(dòng)通信與信道編碼技術(shù)

目前，5G移動(dòng)通信的核心技術(shù)已經(jīng)基本開發(fā)完成，并正在逐漸進(jìn)入商用的階段。由于技術(shù)等方面的限制，現(xiàn)有的5G移動(dòng)通信距離相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求還有一定的距離。要推動(dòng)5G移動(dòng)通信的未來發(fā)展，需要對5G移動(dòng)通信中的信道編碼技術(shù)進(jìn)行改革。

2.1 信道編碼技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀分析

在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中，編碼器和譯碼器都存在著一定的問題和不足。為了解決理想編碼器和譯碼器中的存在性問題，人們提出了信道編碼技術(shù)。該類技術(shù)的應(yīng)用可以有效解決信道能傳送的最大信息率的可能性和超過這個(gè)最大值時(shí)的傳輸問題。從本質(zhì)上來說，信道編碼技術(shù)的應(yīng)用是為了提高通信的可靠性。這是由于在固定帶寬的信道中，總體能夠傳輸?shù)拇a率也是固定的。如果要增加數(shù)據(jù)量，則會(huì)相應(yīng)地降低擁有信息的傳輸碼率，如圖1所示：

圖1 信道編碼技術(shù)示意圖

目前常用的信道編碼糾錯(cuò)碼主要分為五種，分別是RS編碼、卷積碼、Turbo碼、交織和偽隨機(jī)序列擾碼。每種不同類型的糾錯(cuò)碼都有自己獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用方法。而且，為了充分保證信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，在必要的情況下也可以采用多種糾錯(cuò)碼共同使用的方法。例如，為了克服卷積碼在解碼過程中發(fā)生錯(cuò)誤導(dǎo)致解碼器突發(fā)性錯(cuò)誤的情況，一般會(huì)在卷積碼的上部采用RS碼塊。因此，信道編碼技術(shù)的應(yīng)用研究通常是具有一定的關(guān)聯(lián)性的。

2.2 5G移動(dòng)通信中信道編碼技術(shù)的應(yīng)用意義分析

在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，數(shù)字信號(hào)在傳輸?shù)倪^程中經(jīng)常會(huì)由于各種因素的干擾，導(dǎo)致傳送的數(shù)據(jù)流中出現(xiàn)誤碼。最終導(dǎo)致的結(jié)果是接收端產(chǎn)生圖像跳躍，不連續(xù)，出現(xiàn)馬賽克等現(xiàn)象。而通過信道編碼技術(shù)，則可對數(shù)據(jù)流進(jìn)行相應(yīng)的處理，是的系統(tǒng)具有一定的糾錯(cuò)能力和抗干擾能力。因此，信道編碼技術(shù)的應(yīng)用對提高通信系統(tǒng)的信息傳輸穩(wěn)定性有著很重要的意義。

但信道編碼技術(shù)的應(yīng)用也存在著一定的局限性。為了提高信號(hào)的穩(wěn)定性，需要在原有的數(shù)據(jù)流信號(hào)中加入一定量的糾錯(cuò)碼。這相當(dāng)于在信道中增加了需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。付出的代價(jià)就是需要降低一定的有用信息碼率的傳輸。因此，信道編碼技術(shù)的應(yīng)用并不是無節(jié)制，而是需要根據(jù)實(shí)際的情況進(jìn)行選擇。而具體的信道編碼方案則要根據(jù)實(shí)際需求情況進(jìn)行選擇。

3 信道編碼技術(shù)在5G移動(dòng)通信中的應(yīng)用發(fā)展

經(jīng)過多年發(fā)展，信道編碼技術(shù)在應(yīng)用方面已經(jīng)取得了一定的成果。本文通過分析多方資料，對5G移動(dòng)通信中的Turbo碼、LDPC碼和Polar碼的應(yīng)用方法進(jìn)行了研究。

3.1 Turbo碼在5G移動(dòng)通信中的應(yīng)用

5G移動(dòng)通信要達(dá)到自己最高10Gb/s的數(shù)據(jù)傳輸速率要求，在信道編碼技術(shù)上有特殊的要求性。為了保證數(shù)據(jù)傳輸速率，所采用的信道編碼技術(shù)在復(fù)雜性上不能過高。Turbo碼最大的技術(shù)特點(diǎn)是編碼的復(fù)雜度比較低，符合5G移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展要求。因此，Turbo碼在5G移動(dòng)通信中發(fā)揮著重要的作用。

目前，相關(guān)技術(shù)人員已經(jīng)認(rèn)識(shí)到這一問題，正在大力推動(dòng)Turbo碼的改革，使其更加符合5G移動(dòng)通信的要求。其中，具體的研究目標(biāo)主要包括歸零法、咬尾法、直接截尾法等多種方法的研究應(yīng)用。根據(jù)技術(shù)資料分析，經(jīng)過創(chuàng)新的Turbo碼，即Turbo2.0可以很好地為5G移動(dòng)通信提供技術(shù)服務(wù)。

3.2 LDPC碼在5G移動(dòng)通信中的應(yīng)用

LDPC碼又被稱為低密度奇偶校驗(yàn)碼。LDPC碼的提出時(shí)間比較早，但由于相關(guān)理論和技術(shù)的不完善，直到上世紀(jì)90年代，LDPC碼的研究才逐漸興起。與其它信道編碼技術(shù)相比，LDPC碼具有逼近香農(nóng)限的良好特性。而且，LDPC碼的譯碼復(fù)雜度比較低，結(jié)構(gòu)也比較靈活，更加適合在移動(dòng)通信技術(shù)中應(yīng)用。

LDPC碼的研究已經(jīng)取得了比較大的突破。目前常用的LDPC碼譯碼算法主要包括硬判決譯碼、軟判決譯碼和混合譯碼三類。具體譯碼方法的選擇則可以根據(jù)實(shí)際的需要情況進(jìn)行判斷。可以預(yù)見，LDPC碼將會(huì)在信道編碼技術(shù)中繼續(xù)大放異彩。

3.3 Polar碼在5G移動(dòng)通信中的應(yīng)用

Polar碼，即極化碼，屬于近年來發(fā)展起來的一種新型編碼方式。Polar碼最大的特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)對稱二進(jìn)制輸入離散無記憶信道和二進(jìn)制擦除信道的容量的代碼構(gòu)造。根據(jù)資料分析，Polar碼是現(xiàn)在惟一一種可以在理論上達(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)。因此，Polar碼也被認(rèn)為是5G移動(dòng)通信中信道編碼方案的強(qiáng)有力候選者。具體編碼技術(shù)在移動(dòng)通信中的應(yīng)用如表1所示：

目前，華為公司推出的5GeMBB場景的信道編碼技術(shù)方案已經(jīng)被完全確定。而其中的信道編碼方案即采用的Polar碼。

4 結(jié)束語

信道編碼技術(shù)對5G移動(dòng)通信的未來發(fā)展有著重要的意義。為了推動(dòng)5G移動(dòng)通信的應(yīng)用發(fā)展，本文通過分析信道編碼技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，對其在5G移動(dòng)通信中的應(yīng)用價(jià)值進(jìn)行了研究。同時(shí)，本文結(jié)合時(shí)代技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)，對5G移動(dòng)通信中的Turbo碼、LDPC碼和Polar碼的應(yīng)用進(jìn)行了探討。這些研究對5G移動(dòng)通信的應(yīng)用和信道編碼技術(shù)的發(fā)展有很好的幫助。