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5G信道编码
【摘 要】 信道编码是通信系统可靠运行的必不可少的部分.如今如火如荼发展中的5G 通信,即第五代移动通信技术是如今移动通信中的热点研究方向,而信道编码是保证移动通信可靠性的基石.本文就5G 信道编码进行了论述,并对未来5G 信道编码研究做了展望.
【关键词】 移动通信 5G 信道编码
一、引言
自从上世纪五十年代香农发明创立了编码理论之后,在移动通信不可靠信道上的应用的信道编码研究得到了更加广泛的深入研究.为了提高通信系统的稳定工作,可以通过各种方式去提高信号的稳定性.信道编码就是起到这样的作用来降低出错率的.信道编码方向的研究主要是集中在网络的容量以及稳定性上面的,该领域有两个重要的理论基础：香农定理以及奈奎斯特定理.奈奎斯特定律指出了在理想的信道中,信道容量和信道的带宽的关系,然而理想的即是不可达到的,香浓定理便是指出了在非理想情况下的,信道容量和带宽以及噪声的关系.近几十年来科学家及技术人员一直在寻求着能够无限逼近于香浓容量的信道编码方式.[1]
二、5G 移动通信网络架构
对于5G 移动通信而言,它包括了许多弯路过架构,比如蜂窝、基站、局域网等等.如何管理众多类型的网络,保证众多用户在高速的网络环境中的体验.为了达到此目的,5G 的网络架构可以从两个方向入手,第一,研究新的技术,比如软件定义网络,将网络层次和功能通过软件去约束,分配资源,按照客户需求以及容量等统一智能化管理；第二,对接入层以及功能核心层进行优化,在接入层,提供更多形式的接口方式,虽然会使得整个网络层次变得很复杂,但是这种形式可以提供多方面的支持,对于核心网络层则是将其功能进行深入的下沉,使得该功能实现按需分配等.
三、5G 信道编码概述
1、卷积码（Turbo）.在卷积码的诞生之前,科学家们设计出来的通信系统的增益总是比香浓定理的极限要差几个dB 的距离.卷积码也可以成为并行卷积码,信号的发送方通过使得编码器和交织器进行迭送码元.通过这种方式,可以得到,在采用BPSK 的方式编码的情况下,卷积码在一定的条件之下可以十分接近香浓定理的理论极限.卷积码在移动网络的领域得到了极大的推广和发展,从之前的3G、4G,一直都在使用这种方式进行信道编码.能否保证移动通信的稳定运行,译码器必须要有较高的性能,由于译码器较编码器而言,算法更加复杂和困难.香农定理的第二定理是采用了无限码元的随机序列,即最大似然译码算法,.这种译码方式十分复杂,因为码元的长度会给设计带来很大的困难.卷积码的译码方式是采用了迭代进行的来大致等于最大似然算法,因此比香浓第二定理的假设更加可行.
2、低密度奇偶校验码（LDPC）.在上世纪的六十年代,提出了LDPC 的编码方式[2],然而由于当时的科技水平落后、条件无法满足实施该编码方.一直到接近21 世纪,两位科学家发现在长编码方式下,如果采用LDPC 来设计会比卷积码更加接近香农定理的极限.通过计算说明,如果码元长度无限大的话,在一定的条件下,可以距离香浓极限仅仅0.0045dB[3] 的差距.因此,通过这种方式可以比卷积码更加优秀.通过和卷积码对比而言,如果系统采用LDPC 的编码方式,会有许多优点：1. 可以有较好的误码判断性能；2. 系统复杂度较卷积码低而且实现更容易；3. 错误率降低,能够满足高精度系统的需求；4. 译码器耗能降低,使得数据吞吐量变大.LDPC 早期是针对于二元领域的,但是随着科学家们对LDPC 研究的深入,如今的LDPC 已经被推广到多元了,而且在移动通信等领域得到了广泛的应用.
3、极化码（Polar）.2016 年11 月18 日,在美国内华达州里诺召开的3GPP RAN1 #87 次会议,确定Polar Code 作为5G eMBB（增强移动宽带）场景下控制信道编码方案.2008 年,Erdal Arikan 在国际信息论ISIT 会议上首次提出了信道极化（Channel Polarization）的概念；2009 年在“IEEETransaction on Information Theory”期刊上发表了一篇长达23页的论文更加详细地阐述了信道极化,并基于信道极化给出了一种新的编码方式,名称为极化码（Polar Code）.极化码具有确定性的构造方法,并且是已知的唯一一种能够被严格证明“达到”信道容量的信道编码方法.从代数编码和概率编码的角度来说,极化码具备了两者各自的特点.首先,只要给定编码长度,极化码的编译码结构就唯一确定了,而且可以通过生成矩阵的形式完成编码过程,这一点和代数编码的常见思维是一致的.其次,极化码在设计时并没有考虑最小距离特性,而是利用了信道联合（Channel Combination）与信道分裂（Channel Splitting）的过程来选择具体的编码方案,而且在译码时也是采用概率算法,这一点比较符合概率编码的思想.
结语：现在研究人员对于信道编码的研究集中在上述几种编码上,随着5G 的发展,编码技术会有一个统一性,各个编码方式对于5G 的应用都会有取舍,希望通过对该领域的研究能够加快对于5G 编码技术统一化的推进.
参 考 文 献
[1] 信道编码技术新进展[J]. 白宝明, 孙成, 陈佩瑶, 张冀. 无线电通信技术. 2016(06)
[2] 赵元苏. 5G 通信信道编码研究综述[J/OL]. 北京工业职业技术学院学报,2017,16(01):36-38.
[3] 张碧军, 陈大庚, 王光健, 沈辉, 王俊. 中国5G 测试——极化码[J]. 电信网技术,2016,(11):22-27. [2017-09-10].
编码论文范文结:
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