國之重器出版工程 5G-NR 通道編碼 精裝版

本書以5G主要應用場景和性能指標為基礎，對適合5G的幾大編碼技術逐一進行系統的描述。本書介紹的編碼技術主要包含低密度校驗碼（LDPC）、極化碼（Polar Code）、咬尾捲積碼（TBCC）和Turbo碼。除此之外，對外層編碼和其他的高級編碼都有專門的章節介紹。每一種編碼技術的描述包括碼的結構、編解碼算法、性能模擬和算法復雜度分析。

徐俊
南京郵電大學本科和碩士畢業，高級工程師，2003年至今在中興通訊主要負責4G和5G的編碼和調製的研究和標準推動，是4G WiMAX和5G NR標準中LDPC碼的主要貢獻者之一。

袁弋非
清華大學本科和碩士畢業，美國卡內基-梅隆大學博士畢業，2000-2008年在朗訊（後合併為阿爾卡特-朗訊）從事3G和4G關鍵技術研究。
2008年至今在中興通訊擔任無線標準技術總監，負責4G和5G的關鍵技術研究和標準推進。興趣方向包括：多天線技術、信道編碼、資源調度、非正交多址、窄帶物聯網等。2010年入選***“千人計劃”。

第1章背景介紹1
1．1前幾代移動通信的演進3
1．2第五代移動通信系統（5G-NR）的系統要求5
1．2．1主要場景5
1．2．2關鍵性能指標和評估方法7
1．2．3調製編碼的性能仿真參數9
1．3信道編碼的主要方案9
1．3．1低密度校驗碼（LDPC） 9
1．3．2極化碼（Polar Code） 10
1．3．3卷積碼（Convolutional Code） 10
1．3．4 Turbo碼11
1．3．5外層編碼（Outer Code） 11
1．3．6其他高級編碼方案12
1．4本書的目的和篇章結構13
參考文獻14

第2章低密度校驗碼（LDPC） 17
2．1 LDPC的產生和發展18
2．2 LDPC碼的基本原理20
2．2．1 Gallager碼20
2 ．2．2規則LDPC和非規則LDPC 22
2．2．3置信度傳播的基本原理及其應用23
2．2．4實用的解碼方法27
2．2．5性能的理論分析29
2．3準循環LDPC碼（QC-LDPC） 32
2．3．1擴展矩陣33
2．3．2基礎矩陣的基本結構38
2．3．3編碼算法39
2．3．4準循環LDPC碼的多碼長設計42
2．3．5基於QC-LDPC碼的多碼率設計45
2．3．6基於QC-LDPC碼的精細碼率調整46
2．3．7一般LDPC碼的短圈特性46
2．3．8 QC-LDPC碼的短圈特性48
2．4 QC-LDPC碼的譯碼結構50
2．4．1全並行譯碼（Full-parallel） 52
2．4．2行並行譯碼（Row-parallel） 54
2．4．3塊並行譯碼（Block-parallel） 57
2．5 LDPC在5G-NR中的標準進展59
2．5．1提升值設計59
2．5．2緊湊型基本圖設計62
2．5．3基本圖63
2．5．4速率匹配69
2．5．5交織71
2．5．6分段73
2．5．7信道質量指示（CQI）表格和編碼調製方案（MCS）表格75
2．5．8傳輸塊大小（TBS，Transport Block Size）的確定78
2．6複雜度、吞吐量和解碼時延83
2．6．1複雜度83
2．6．2吞吐量84
2．6．3解碼時延84
2．7鏈路性能85
2．7．1短碼85
2．7．2中長碼86
2．7．3長碼86
2．8 LDPC碼在3GPP中的應用87
2．9未來發展94
2．10小結94
參考文獻95

第3章極化碼99
3 ．1 Polar碼的起源101
3．2 Polar碼在國內外的研究狀況102
3．3 Polar碼的基本原理106
3．3．1信道106
3．3．2信道合併107
3．3．3信道分離109
3．3．4信道極化110
3．4極化碼基本的編碼和解碼方法112
3．4．1編碼簡介112
3．4．2解碼簡介113
3．5 Polar碼構造116
3．5． 1錯誤檢測117
3．5．2編碼矩陣生成123
3．6 Polar碼序列127
3．6．1基本概念127
3．6．2若干序列介紹129
3．6．3序列的特性136
3．6． 4序列的選擇準則137
3．6．5序列的融合、3GPP最終選擇的序列及未來發展138
3．6．6速率匹配對序列的預凍結139
3．7 Polar碼的速率匹配140
3．8交織141
3．8．1等腰直角三角形交織141
3．8．2雙矩形交織143
3．8．3速率匹配過程中的交織143
3．9 Polar碼的重傳145
3．10分段147
3．11系統Polar碼148
3．12 2D Polar碼151
3．13 Polar碼解碼算法153
3．13．1 SC算法153
3．13．2 SC-L算法154
3．13．3基於統計排序的譯碼算法156
3．13．4置信度傳播（BP）算法158
3．13．5 Polar碼並行解碼159
3．14複雜度、吞吐量與解碼時延161
3．14．1計算複雜度161
3．14．2 （存儲）空間複雜度162
3．14．3吞吐量163
3．14．4解碼時延163
3．15 Polar碼的性能164
3．15．1最小漢明距離164
3．15．2誤塊率164
3．15．3虛警率166
3．15．4與其他碼的性能比較167
3．16 3GPP協議中的Polar碼171
3．17 Polar碼的優點、缺點及未來發展174
參考文獻175

第4章卷積碼185
4．1卷積碼的原理186
4．1．1卷積碼原理和解碼算法186
4．1．2基本性能190
4．1．3解碼複雜度和吞吐量分析193
4．1．4咬尾卷積碼（TBCC） 194
4．2卷積碼在蜂窩標準中的應用198
4．2．1 3G UMTS（WCDMA）中的捲積碼198
4．2．2 LTE中的捲積碼199
4． 3卷積碼的增強200
4．3．1支持多種版本冗餘200
4．3．2支持更低碼率201
4．3．3性能更優的生成多項式202
4．3．4 CRC輔助的列表解碼204
參考文獻206

第5章Turbo碼209
5．1 Turbo碼原理210
5．1．1 Turbo碼之前的級聯碼211
5．1．2並行級聯卷積碼212
5．1．3解碼算法213
5．1．4基本性能219
5．2 LTE的Turbo碼221
5．2．1 LTE的Turbo碼的結構221
5．2．2 LTE Turbo碼的QPP交織器222
5．2．3鏈路性能226
5．2．4解碼複雜度分析227
5．3 Turbo碼2．0 229
5．3．1更長的碼長229
5．3．2更低的碼率229
5．3．3咬尾Turbo碼231
5．3．4新的打孔方式233
5．3．5新的交織器233
參考文獻234

第6章外碼237
6．1信道特性與外碼238
6．2顯式外碼239
6．2．1常用外碼239
6．2．2包編碼（Packet Coding） 241
6．3隱式外碼256
6．4小結256
參考文獻256

第7章其他高級編碼方案259
7．1多元域LDPC碼260
7．1．1概念260
7．1．2多元LDPC碼比特交織編碼調製（BICM）方案261
7．1．3多元碼調製映射方案262
7．2多元域RA碼266
7．2．1交織器268
7．2．2加權器270
7．2．3組合器與累加器271
7．2．4譯碼271
7 ．3格碼271
7．4基於無速率碼的自適應編碼279
7．5階梯碼281
7．5．1編碼282
7．5．2解碼283
7．5．3性能283
7．5．4未來演進方向284
參考文獻285

縮略語287
索引293