5G-NR 信道编码

  

本书以5G主要应用场景和性能指标为基础，对适合5G的几大编码技术逐一进行系统的描述。本书介绍的编码技术主要包含低密度校验码（LDPC）、极化码（Polar Code）、咬尾卷积码（TBCC）和Turbo码。除此之外，对外层编码和其他的不错编码都有专门的章节介绍。每一种编码技术的描述包括码的结构、编解码算法、性能仿真和算法复杂度分析。

  

章 背景介绍 1
1.1 前几代移动通信的演进 3
1.2 第五代移动通信系统（5G-NR）的系统要求 5
1.2.1 主要场景 5
1.2.2 关键性能指标和评估方法 7
1.2.3 调制编码的性能仿真参数 9
1.3 信道编码的主要方案 9
1.3.1 低密度校验码（LDPC） 9
1.3.2 极化码（PolarCode） 10
1.3.3 卷积码（ConvolutionalCode） 10
1.3.4 Turbo码 11
1.3.5 外层编码（OuterCode） 11
1.3.6 其他不错编码方案 12
1.4 本书的目的和篇章结构 13
参考文献 14
第2章低密度校验码（LDPC） 17
2.1 LDPC的产生和发展 18
2.2 LDPC码的基本原理 20
2.2.1 Gallager码 20
2.2.2 规则LDPC和非规则LDPC 22
2.2.3 置信度传播的基本原理及其应用 23
2.2.4 实用的解码方法 27
2.2.5 性能的理论分析 29
2.3 准循环LDPC码（QC-LDPC） 32
2.3.1 扩展矩阵 33
2.3.2 基础矩阵的基本结构 38
2.3.3 编码算法 39
2.3.4 准循环LDPC码的多码长设计 42
2.3.5 基于QC-LDPC码的多码率设计 45
2.3.6 基于QC-LDPC码的精细码率调整 46
2.3.7 一般LDPC码的短圈特性 46
2.3.8 QC-LDPC码的短圈特性 48
2.4 QC-LDPC码的译码结构 50
2.4.1 全并行译码（Full-parallel） 52
2.4.2 行并行译码（Row-parallel） 54
2.4.3 块并行译码（Block-parallel） 57
2.5 LDPC在5G-NR中的标准进展 59
2.5.1 提升值设计 59
2.5.2 紧凑型基本图设计 62
2.5.3 基本图 63
2.5.4 速率匹配 69
2.5.5 交织 71
2.5.6 分段 73
2.5.7 信道质量指示（CQI）表格和编码调制方案（MCS）表格 75
2.5.8 传输块大小（TBS，TransportBlockSize）的确定 78
2.6 复杂度、吞吐量和解码时延 83
2.6.1 复杂度 83
2.6.2 吞吐量 84
2.6.3 解码时延 84
2.7 链路性能 85
2.7.1 短码 85
2.7.2 中长码 86
2.7.3 长码 86
2.8 LDPC码在3GPP中的应用 87
2.9 未来发展 94
2.10 小结 94
参考文献 95
第3章 极化码 99
3.1 Polar码的起源 101
3.2 Polar码在国内外的研究状况 102
3.3 Polar码的基本原理 106
3.3.1 信道 106
3.3.2 信道合并 107
3.3.3 信道分离 109
3.3.4 信道极化 110
3.4 极化码基本的编码和解码方法 112
3.4.1 编码简介 112
3.4.2 解码简介 113
3.5 Polar码构造 116
3.5.1 错误检测 117
3.5.2 编码矩阵生成 123
3.6 Polar码序列 127
3.6.1 基本概念 127
3.6.2 若干序列介绍 129
3.6.3 序列的特性 136
3.6.4 序列的选择准则 137
3.6.5 序列的融合、3GPP最终选择的序列及未来发展 138
3.6.6 速率匹配对序列的预冻结 139
3.7 Polar码的速率匹配 140
3.8 交织 141
3.8.1 等腰直角三角形交织 141
3.8.2 双矩形交织 143
3.8.3 速率匹配过程中的交织 143
3.9 Polar码的重传 145
3.10 分段 147
3.11 系统Polar码 148
3.12 2DPolar码 151
3.13 Polar码解码算法 153
3.13.1 SC算法 153
3.13.2 SC-L算法 154
3.13.3 基于统计排序的译码算法 156
3.13.4 置信度传播（BP）算法 158
3.13.5 Polar码并行解码 159
3.14 复杂度、吞吐量与解码时延 161
3.14.1 计算复杂度 161
3.14.2 （存储）空间复杂度 162
3.14.3 吞吐量 163
3.14.4 解码时延 163
3.15 Polar码的性能 164
3.15.1 最小汉明距离 164
3.15.2 误块率 164
3.15.3 虚警率 166
3.15.4 与其他码的性能比较 167
3.16 3GPP协议中的Polar码 171
3.17 Polar码的优点、缺点及未来发展 174
参考文献 175
第4章 卷积码 185
4.1 卷积码的原理 186
4.1.1 卷积码原理和解码算法 186
4.1.2 基本性能 190
4.1.3 解码复杂度和吞吐量分析 193
4.1.4 咬尾卷积码（TBCC） 194
4.2 卷积码在蜂窝标准中的应用 198
4.2.1 3GUMTS（WCDMA）中的卷积码 198
4.2.2 LTE中的卷积码 199
4.3 卷积码的增强 200
4.3.1 支持多种版本冗余 200
4.3.2 支持更低码率 201
4.3.3 性能更优的生成多项式 202
4.3.4 CRC辅助的列表解码 204
参考文献 206
第5章 Turbo码 209
5.1 Turbo码原理 210
5.1.1 Turbo码之前的级联码 211
5.1.2 并行级联卷积码 212
5.1.3 解码算法 213
5.1.4 基本性能 219
5.2 LTE的Turbo码 221
5.2.1 LTE的Turbo码的结构 221
5.2.2 LTETurbo码的QPP交织器 222
5.2.3 链路性能 226
5.2.4 解码复杂度分析 227
5.3 Turbo码2.0 229
5.3.1 更长的码长 229
5.3.2 更低的码率 229
5.3.3 咬尾Turbo码 231
5.3.4 新的打孔方式 233
5.3.5 新的交织器 233
参考文献 234
第6章 外码 237
6.1 信道特性与外码 238
6.2 显式外码 239
6.2.1 常用外码 239
6.2.2 包编码（PacketCoding） 241
6.3 隐式外码 256
6.4 小结 256
参考文献 256
第7章 其他不错编码方案 259
7.1 多元域LDPC码 260
7.1.1 概念 260
7.1.2 多元LDPC码比特交织编码调制（BICM）方案 261
7.1.3 多元码调制映射方案 262
7.2 多元域RA码 266
7.2.1 交织器 268
7.2.2 加权器 270
7.2.3 组合器与累加器 271
7.2.4 译码 271
7.3 格码 271
7.4 基于无速率码的自适应编码 279
7.5 阶梯码 281
7.5.1 编码 282
7.5.2 解码 283
7.5.3 性能 283
7.5.4 未来演进方向 284
参考文献 285
缩略语 287
索引 293