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5.5 Polar码和LDPC码的博弈过程

由于5G的目标是实现10 Gbit/s级别的空口传输速率,以及毫秒级的空口单向传输时延,这就要求数据的编码/解码具有很高的效率和更低的时延。所以,5G空口设计对信道编码提出了更高的要求,要求信道编码/译码的复杂度能够在发送端和接收端均衡,同时信道编码/译码的时间要尽可能短,如能支持并行译码等。因此,性能可以逼近香农极限的LDPC码 [6,7] 和Polar码 [8,9] 与Turbo码之间展开了激烈的竞争。

LDPC 码是美国麻省理工学院教授 Gallager提出的,其基本专利 1999年到期,但相关的实用和延伸专利还有很多。LDPC码是一种具有逼近香农极限性能(最好情况下差0.0045)的编码,因为技术实现比较简单,已经广泛应用在WiFi、WiMAX上。

Polar码是土耳其比尔肯大学教授E.A rikan提出的,是迄今发现的唯一一种能够达到香农极限的编码方法,但存在复杂度高的问题。另外,Polar码提出时间比较短,尚无实际应用。华为公司在Polar码方面的专利主要在于基本码字的优化设计、码率匹配方案、高效解码算法等方面。

因为3GPP是一个纯粹的技术性组织,为了保证技术的先进性和竞争力,它的工作流程并不是票多者胜出,而是没有公司反对才能通过,因此联署文稿、投票相差一票或两票对最后的结论并无决定性的影响,在Polar码和LDPC码的决策上也不例外。这里简要回顾一下Polar码和LDPC的博弈过程。

阶段一:2017年4—9月,编码方案提出阶段,LPDC码由于比较成熟,因此产业支持度高。各公司都在提信道编码的技术方案,并分别给出自己对方案性能的分析,供参与标准讨论的各个公司了解判断。此时逐步形成 3 个技术阵营:LDPC码方,主要以诺基亚、高通、三星、英特尔等公司为主,还有十几家小公司;Turbo码方(3G/4G中广泛应用),主要包括爱立信、法国电信公司及一些法国的编码企业;Polar码方:以华为、联发科公司为主。技术阵营的形成基于各公司在相关技术领域的技术积累、对技术的理解及各自的核心竞争力。

阶段二:2017年10月,3GPP RAN1第86次会议,第一次决策,LDPC码作为长码方案得到共识。第一时段(所谓的“惜败”),首先3个阵营都提出自己的建议,LDPC码方的文稿(R1-1610767)由三星公司牵头,要求LDPC码作为唯一的信道编码,共有29家公司联署;Polar码方的文稿(R1-1610850)由华为公司牵头,要求LDPC作长码,Polar码作短码,共有28家公司联署;Turbo码方有少数几家联署。事实上,联署公司差一两家,并不造成所谓的“Polar惜败”的影响。这个时段中,LDPC 码也没有胜出。第二时段(所谓的“二次投票”),主席提出几种可能方案,征求各方意见,经过两次投票来看各公司态度。方案一,即LDPC码用于唯一数据信道编码,反对者众多(包括中国移动);方案二和方案三,即 LDPC 码用于长码,Polar码用于短码或Turbo码用于短码,反对者也比较多,所以没有通过。第三时段形成共识,LPDC用于长码,短码另行讨论。

阶段三:2017年11月,第二次决策,LPDC码作为数据信道方案,Polar码作为控制信道。第一时段,Polar码作短码的联署文稿以华为公司牵头,共有55家公司支持(包括中国移动和联想公司/摩托罗拉公司),但是由于有14家公司反对,因此不能直接通过。LDPC码作短码的联署文稿以三星公司牵头,共有31家公司联署,少于 Polar 码的支持公司,也不可能直接通过。为避免陷入僵局,影响标准进程,中国移动联合沃达丰、德国电信等运营商提出了 LDPC 码作数据信道编码、Polar码作控制信道编码的方案建议,最终说服所有反对者进而使方案得以通过。 AMfYOHO6E5+WFymRmEwzrdVeZJcSuSOCfwIkmW2uzBreNlYgSrTNIkEElpy+fCfS

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