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5G标准专题:Polar码——移动通信领域皇冠上的宝石(2)

2018-09-04 17:03:23 网络整理 阅读:109 评论:0

1967年,维特比解码算法被发明。它代表了第一代信道编码技术的巅峰之作。该算法使解码更简单,并在解码过程中提供了更好的性能。它使卷积码广泛用于信息和通信行业。该算法于1988年用于2G GSM网络,并用于随后的3G网络。

1991年,法国教授克劳德·贝鲁(Claude Berrou)发现了turbo码,这是第一个接近香农极限的编码方案。这为第二代信道编码技术打开了大门。1999年,3GPP采用turbo码作为3G UMTS系统的信道编码。它也被用于4G LTE系统。基于turbo码原则,科学界对1962年由罗伯特·加拉格尔(Robert Gallager) 教授发现的LDPC码有了新的理解。人们意识到,凭借现代计算能力,LDPC码也可以接近香农极限。在随后的几十年中,LDPC码已广泛应用于存储和广播领域。

2008年,Erdal Arikan教授发表了关于Palor码的论文。Palor码成为唯一理论证明可以达到香农极限的编码方案。它们开创了第三代信道编码技术。Palor码和LDPC都被采用为5G标准。

2016年底,在3G PPRAN1 87 次会议的5G方案讨论中,Polar码方案在与LDPC和Turbo2.0方案竞争中胜出,成为5G控制信道 eMBB 场景编码最终方案。自此,Polar码成功进入5G基础通信框架协议。

在这段信道编码的发展历史中我们看到,三代信道编码技术中的每一代都需要10到20年才能从学术发现发展到行业标准。科学研究从理论转向实际应用是一个充满无数工程障碍的过程。

Palor码——移动通信领域皇冠上的宝石

达到香农极限的Polar码,有着低的编码和译码复杂度,解决了香农信息论领域尘封近60年的难题。

Palor码构造的核心是通过“信道极化”的处理,在编码侧,采用编码的方法使各个子信道呈现出不同的可靠性,当码长持续增加时,一部分子信道将趋向于容量接近于1的可靠信道(无误码),另一部分子信道趋向于容量接近于0的纯噪声信道,选择在容量接近于1的子信道上直接传输信息以逼近信道容量。在译码侧,极化后的信道可用简单的逐次干扰抵消译码的方法,以较低的实现复杂度获得与最大似然译码相近的性能。

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