信道編碼方案是5GNR接入技術(shù)的基本問題之一。作為NR-eMBB方案的候選方案，提出了三種信道編碼方案，即Polarcode,Turbocode和LDPCcode。在本文中，主要接受華為給出的三種信道編碼方案的性能比較結(jié)果。Polarcod

信道編碼方案是5G NR接入技術(shù)的基本問題之一。作為NR-eMBB方案的候選方案，提出了三種信道編碼方案，即Polar code, Turbo code 和 LDPC code。在本文中，主要接受華為給出的三種信道編碼方案的性能比較結(jié)果。

Polar code是基于信道極化的可證明容量實(shí)現(xiàn)碼。Polar code的構(gòu)造方法在R1-164309和

R1-167209中有詳細(xì)介紹，由于Polar code的嵌套結(jié)構(gòu)，Polar code很容易支持任意的編碼速率和信息長(zhǎng)度。除了簡(jiǎn)單的SC解碼器外，CA-SCL解碼器也可以達(dá)到很好的性能。

LDPC碼有兩種方法。首先，為了支持多速率，需要準(zhǔn)備許多LDPC碼的協(xié)議，以降低在發(fā)送端過多的穿孔所帶來的復(fù)雜性，同時(shí)還要考慮這些協(xié)議的存儲(chǔ)。第二，采用嵌套矩陣，支持多速率。然而，嵌套矩陣具有較小的提升尺寸，導(dǎo)致高編碼/解碼復(fù)雜度和性能下降。另外，對(duì)于這兩種方法，PCM：parity check matrix（奇偶校驗(yàn)矩陣）應(yīng)設(shè)計(jì)為簡(jiǎn)單的速率自適應(yīng)和HARQ方案。

這里對(duì)極性碼和LDPC碼的性能進(jìn)行了比較，并在eMBB情況下增加了LTE-turbo性能，以供參考。先看兩張模擬參數(shù)表：

根據(jù)這兩個(gè)模擬假設(shè)，模擬了一組富塊長(zhǎng)度和碼率組合。Polar code的譯碼算法是CA-SCL32。對(duì)于LDPC，譯碼算法采用了20次迭代的最小和分層，這里采用了Samsung在R1-164812中LDPC的奇偶校驗(yàn)矩陣和相應(yīng)的最小和分層譯碼算法的歸一化值。對(duì)于turbo，它是max-log-map，比例=0.75，迭代次數(shù)是8。在模擬過程中，對(duì)于所有信息長(zhǎng)度的Turbo碼和LDPC碼不添加CRC位，對(duì)于信息長(zhǎng)度為100和400的Polar code，添加8位CRC位。對(duì)于Polar code的其他情況，使用24位CRC。

調(diào)制 Modulation = {QPSK}

Modulation = {64 QAM}

對(duì)于R1-164812中給出的11n-like 嵌套矩陣，通過縮短和屏蔽1/3奇偶校驗(yàn)矩陣，可以獲得高于1/3的編碼率。因此，對(duì)于較高的編碼速率（例如1/2和2/3），性能損失比編碼速率1/3的性能損失更大。

從圖1和圖2可以看出，在編碼速率為1/3時(shí)，與Polar相比，性能損失約為0.2-0.4dB。然而，對(duì)于編碼率1/2和2/3，損耗大約為1dB。

對(duì)于低于1/3的編碼率，之前只是從1/3奇偶校驗(yàn)矩陣中重新傳輸部分編碼比特。因此，對(duì)于編碼率低于1/3的情況，將沒有編碼增益。

此外，對(duì)于QPSK和64-QAM，LDPC和Turbo碼的性能損失與Polar碼的性能損失趨勢(shì)相同。

結(jié)論是：Polar 和Turbo碼在所有碼率下都優(yōu)于11n-like-LDPC碼。Polar 在所有碼率和塊長(zhǎng)上都比Turbo碼和11n-like-LDPC碼有更好的性能。

細(xì)粒度性能比較

Modulation = {QPSK}

為了支持類似于LTE中Turbo粒度的細(xì)粒度，應(yīng)該仔細(xì)設(shè)計(jì)嵌套矩陣，以避免某些代碼長(zhǎng)度導(dǎo)致性能急劇下降。如圖3所示，這些糟糕的性能點(diǎn)往往發(fā)生在低編碼率區(qū)域。對(duì)于極高的編碼速率區(qū)域，LDPC code有大約0.2-0.4dB的性能損失和更多的波動(dòng)點(diǎn)。

下面給出了更多的細(xì)粒度模擬結(jié)果。

• Coding Rate = 1/3

• Coding Rate = 1/2

• Coding Rate = 5/6

從圖4、圖5和圖6可以看出，在編碼率為1/3時(shí)，存在一些比編碼率為5/6時(shí)性能損失更大的缺點(diǎn)。然而，在編碼率為5/6時(shí)，有更多的波動(dòng)點(diǎn)。在圖5中，與Polar碼相比，LDPC碼在所有信息長(zhǎng)度上都有大約1dB的性能損失。

結(jié)論是：為了支持細(xì)粒度，LDPC可能有一些性能急劇下降的缺點(diǎn)，這意味著應(yīng)該仔細(xì)設(shè)計(jì)縮短和穿孔方案。Polar碼沒有這樣的問題。

關(guān)于Polar解碼器的設(shè)計(jì)，有如下方案：

SC list (SCL) decoding ：SC解碼器通過在每個(gè)解碼步驟保持候選列表來概括SC解碼，其中列表大小為L(zhǎng)。在列表解碼期間，保留具有最佳路徑度量的L條路徑。最后，選擇具有最佳路徑度量的路徑作為最終解碼結(jié)果。

SC stack (SCS) decoding：stack譯碼器是SC譯碼器的另一個(gè)推廣，與SCL類似，它在譯碼過程中產(chǎn)生了許多候選碼。不同之處在于，SCS不是保持所有候選路徑的長(zhǎng)度相同，而是開發(fā)具有最可能路徑的路徑。如果某個(gè)長(zhǎng)度的路徑數(shù)達(dá)到L，則從堆棧中刪除所有較短的路徑。當(dāng)L被設(shè)置為與SCL中的相同并且使用足夠大的Q時(shí)，SCS具有與SCL相同的性能。

由于分割率很低，解碼路徑通常不需要推送到隊(duì)列或從隊(duì)列中彈出，這意味著一種高度并行的內(nèi)存組織和高效率的PE利用率。在這種情況下，解碼路徑的行為與獨(dú)立SC解碼器相同。這種類型的多個(gè)路徑可以并行開發(fā)，如下圖所示

在框圖中，有八個(gè)并行處理單元，每個(gè)并行處理單元包含用于存儲(chǔ)LLR表的RAM單元和用于計(jì)算LLR的處理元件（PE： processing element）。如果處理單元到達(dá)一個(gè)分割點(diǎn)，新生成的兩條路徑將被推送到優(yōu)先級(jí)隊(duì)列中。同時(shí)，緩沖器中的路徑將被填充到空出的處理單元中以進(jìn)行進(jìn)一步處理。隨后，將彈出一條具有最佳路徑度量的路徑來填充路徑緩沖區(qū)。這樣，在等待隊(duì)列操作的結(jié)果時(shí)，PE將永遠(yuǎn)不會(huì)空閑。

極Polar解碼器最消耗的區(qū)域是存儲(chǔ)路徑度量和LLR表，它們占據(jù)了大約80%的RAM。華為給出的數(shù)據(jù)證明，在適當(dāng)?shù)闹匦略O(shè)計(jì)下，它們可以大大減少。

新的路徑度量：可以利用先驗(yàn)知識(shí)和后驗(yàn)知識(shí)來定義一個(gè)在PPD（Prioritized parallel decoder）中更有效的路徑度量。該先驗(yàn)知識(shí)用于補(bǔ)償路徑擴(kuò)展過程中的平均代價(jià)。改進(jìn)的路徑度量不僅加快了譯碼速度，而且大大減小了所需的優(yōu)先級(jí)隊(duì)列大小Q。

LLR表存儲(chǔ)：在SCL中，LLR表是最消耗空間的部分。與SCL需要L個(gè)并行處理單元（包括RAM和PE）不同，PPD只需要 l個(gè)并行處理單元（l）。我們利用所有路徑的LLR表都是高度冗余的這一觀察結(jié)果。兩條具有公共分割點(diǎn)的路徑（在解碼樹上）在該分割點(diǎn)之前共享相同的LLR。