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科普|华为和高通竞争5G国际标准的信道编码方案是什么?

来源:0 2018-05-14 15:04

上周在某社交平台上有传言称,在3GPP举办的有关5G标准的表决会议上,联想集团及旗下摩托罗拉站队高通,针对华为主导的5G标准Polar短码方案投票投了反对票,致使Polar方案失败。此传言迅速传播,各大网站论坛上吸引众多网友讨论。联想针对此传言发布声明,称纯属谣言,并且明确表示联想及摩托罗拉将票投给了华为。联想的声明并没有终结此事件,经过两天的发酵,网上出现很多联想不投票给华为的分析文章,最终华为针对此事件发表声明明确联想和摩托罗拉给华为投了赞成票。

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可能很多网友都好奇,Polar码是什么?LDPC码又是什么?5G标准中的信道编码方案到底是什么?今天小编结合网上的资料,为您答疑解惑。

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。

信道分为数据信道和控制信道,控制信道传输控制信息,数据信道传输数据,控制信道和数据信道可以分别采用不同方案。编码层面,根据码长可以分为长码和短码,短码较为常用,长码使用频次相对低,长码和短码也可以使用不同的编码方案。 

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中美法竞争5G标准

参与此次5G标准角逐的信道编码分别为LDPC(美国高通)、Polar(中国华为)和Turbo(法国爱立信)。三种编码方案均是由数学家提出,并非产业链上的厂商。华为和高通等都只是按照数学家的思路进行深度产业研究。

LDPC码即低密度奇偶校验码(Low Density Parity Check Code,LDPC),它由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Shannon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。高通、三星和英特尔为代表,美国主推的LDPC码在2016年10月14日,3GPP RAN1会议上确定5G通信将使用LDPC码作为移动宽带(eMBB)业务数据信息的长码块编码方案。

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,性能接近香农限,而且编译码的复杂度不高。

由法国主推的Turbo码在3G和4G标准中已获得采纳。有评论认为,5G标准成为LDPC和Polar的竞争战场,Turbo码在5G标准上的竞争力非常微弱。主要是因为在话语权的较量中法国不敌中国和美国;另从技术角度上看,5G标准要求峰值速率达到20Gbps相关消息指出,Turbo码能否满足这样的速率要求尚存疑。

Polar码则是编码界新星,于2008年由土耳其毕尔肯大学Erdal Arikan教授首次提出,是学术界研究热点之一。由华为领头,中国企业主导推动的Polar码被3GPP采纳为5G eMBB控制信道标准方案。

华为在中国IMT-2020(5G)推进组5G第一阶段外场的信道编码实际测试中,测试了Polar码在静止和移动场景下的性能,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)场景中的稳定的性能增益,使现有的蜂窝网络的频谱效率有近10%的提升,还与毫米波结合达到27Gbps的速率,实测结果证明Polar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。

新空口技术是5G区别于传统通信技术最革命性的创新,华为通过多种新空口技术(F-OFDM,Polar Code,SCMA,GrantFree,ShortTTI)的组合,总体可使5G空口提升3倍频谱效率,为5G关键技术选型做好了充分的准备工作。

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5G国际标准要在2018年6月才公布,预计2019年投入使用。届时各国电信运营厂商都将根据5G标准来部署战局。

5G的商业价值不止局限于提高网络速率,而是将人与人之间的通信扩展到万物连接,打造全移动和全连接的数字化社会,人们的生活将更加便利,助力国家的军事战略。5G应用不再只是手机,它将面向未来VR/AR、智慧城市、智慧农业、工业互联网、车联网、无人驾驶、智能家居、智慧医疗、无人机、应急安全等等。

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