华为工程师纯技术解读5G编码标准

（7,4）线性分组码的Tanner图

通常有两类LDPC码，一类是随机码，它由计算机搜索得到，优点是具有灵活的结构和良好的性能。但是，长的随机码通常由于生成矩阵没有明显的特征，因而编码复杂度高。另一类是结构码，它由几何、代数和组合设计等方法构造。随机方法构造LDPC码的典型代表有Gallager和Mackay，用随机方法构造的 LDPC码的码字参数灵活，具有良好性能，但编码复杂度与码长的平方成正比。后续，提出采用几何、图论、实验设计、置换方法来设计LDPC编码，极大地降低了编码的复杂度，使编码复杂度与码长接近线性关系。

2. 极化码—Polar码

Polar码是由土耳其比尔肯大学教授E. Arikan在2007年提出，2009年开始引起通信领域的关注。Polar码是一种新的信道编码方案，它是基于信道极化理论提出的一种线性分组码。理论上，它在低译码复杂度下能够达到信道容量且无错误平层，而且当码长N增大时，其优势会更加明显。

信道极化理论是Polar编码理论的核心，包括信道组合和信道分解部分。信道极化过程本质上是一种信道等效变换的过程。信道计划过程如下图所示，当组合信道的数目趋于无穷大时，则会出现极化现象：一部分信道将趋于无噪信道，另外一部分则趋于全噪信道，这种现象就是信道极化现象。无噪信道的传输速率将会达到信道容量I (W)，而全噪信道的传输速率趋于零。Polar码的编码策略正是应用了这种现象的特性，利用无噪信道传输用户有用的信息，全噪信道传输约定的信息或者不传信息。

信道极化过程示意图

根据上述信道极化理论，Polar码选择I (W )接近于1的完全无噪声比特信道发送信源输出的K位信息比特，而在I (W)接近于0的全噪声比特信息上发送（N-K）位冻结比特。通过这种编码构造方式，保证了信息集中在较好的比特信道中传输，从而降低了信息在信道传输过程中出现错误的可能性，保证了信息传输的正确性。

3. Turbo码

Turbo码是由法国科学家C.Berrou和A.Glavieux发明。从1993年开始，通信领域开始对其研究。随后，Turbo码被3G和4G标准采纳，开始了长达十几年的统治。

Turbo码由两个二元卷积码并行级联而成。Turbo编译码器采用流水线结构，其编译码基本思想是，采用软输入/软输出的迭代译码算法，编码时将短码构成长码，译码时再将长码转为短码。Turbo码的编码结构如图所示。Turbo编码器的结构包括两个并联的相同递归系统卷积码编码器，二者之间用一个交织器分隔。编码器Ⅰ直接对信源的信息序列分组进行编码，编码器Ⅱ为经过交织器交织后的信息序列分组进行编码。编码的全过程是，信息位一路直接进入复接器，另一路经两个编码器后得到两个信息冗余序列，再经恰当组合，在信息位后通过信道。为了使编码器初始状态置于全零状态，需在信息序列后添加mbit尾信息（未必全是0）；但由于交织器的存在，编码器Ⅱ在数据块结束时不能回到零状态（要使两个编码器同步置零，必须设计合适的交织器）。