5G信道编码技术研究

5G信道编码技术研究

刘明明

中国移动通信集团山东有限公司聊城分公司 山东 聊城252000

摘要：5G采用了新的信道编码技术，包括  LDPC码、Polar 码和 Polar 码等。本文首先针对信道编码技术在 5G 移动通信系统中的应用意义进行阐述，并且对重点的信道编码技术应用要点进行阐述，旨在为相关工作人员提供参考。

关键词：5G通信技术；信道编码；应用

5G是一种新的通信网络标准，相比4G网络，5G网络具有更高的传输速率、更大的数据流量和更多的接入终端。为满足5G通信对高速率、高带宽的要求，5G通信系统需要采用更为先进的信道编码技术。在5G移动通信系统中，信道编码是一个重要的组成部分，是提高5G通信系统传输性能的重要手段。在5G移动通信系统中，信道编码是一种常见的纠错技术，能够降低由于信号传输过程中造成的误码率和数据传输错误率。为了使5G通信系统具有更高的传输速率和更大的数据流量，必须提高信道编码技术的性能。

1信道编码技术在 5G 移动通信系统中的应用意义

目前，在5G移动通信系统中所采用的信道编码技术有 LDPC码、 Turbo级联码、码率固定的循环移位寄存器（RLC）等。随着数据流量和数据传输速率的增加，信道编码技术能够显著提高信道带宽，从而提高信道编码技术的性能。5G通信系统需要更大的传输带宽和更高的传输速率，在有限空间内实现更多的接入终端，这对信道编码技术提出了更高的要求。由于 LDPC码具有很好的纠错性能和很低的译码复杂度，因此在5G移动通信系统中被广泛应用。此外，Turbo码具有良好的性能，其复杂度低于 LDPC码，因此，Turbo码在5G移动通信系统中得到了广泛应用，能够有效提高5G移动通信系统性能[1]。

在5G的实际使用过程中中，信道编码技术主要用于以下两个方面：

第一，移动通信系统的物理层信道编码：5G网络主要使用毫米波、毫米波高频段频段，而毫米波频段的高频谱效率极低，因此需要采用新型的信道编码技术来改善无线通信系统的传输性能。5G网络采用了 LDPC码和 Turbo码作为信道编码方案，这两种编码方式具有较强的纠错性能，适合5G网络中对可靠性和系统容量有更高要求的应用场景。

第二，移动通信系统的信息层信道编码：在5G网络中，为满足大容量、低时延和高可靠等要求，需要采用新型的信息层信道编码技术。5G网络中采用了 OFDM技术，该技术具有传输效率高、频谱利用率高、功耗低、可实现多用户并发等特点，适合作为5G网络中信息层信道编码方案。OFDM技术的主要优点包括：频谱利用率高；对多用户并发通信具有很好的支持；用户间干扰小。

为了提高5G通信系统中信息层信道编码方案的性能，5G网络中引入了 Turbo码和 LDPC码作为信道编码方案。目前，这两种信道编码方案在5G网络中应用前景广阔。

2 5G信道编码技术的具体应用策略分析

1.1LDPC 码的应用

5G通信系统不仅要实现更高的数据传输速率和更大的数据流量，还要求具备更高的频谱利用率。LDPC码具有编码增益大、译码复杂度低、纠错性能好等优点，在5G通信系统中具有较大的应用前景。

第一，LDPC码在5G中的应用首先，5G通信系统需要一个可靠、高效的传输机制，来满足高速、低延迟、大带宽等需求。LDPC码具有码率低、编码效率高等特点，是5G通信系统中最有可能实现的传输机制。LDPC码已经成功应用于各种数字通信系统中，比如 LTE、5G和4G蜂窝网络中，并且在各种信道下都能实现较好的性能[2]。

第二，在5G系统中， LDPC码可以用来实现对低复杂度消息传递算法（MPCA）的改进。MPCA是一种能够减少消息传递算法计算量的算法，当消息传递算法中所用到的节点数目增加时，该算法会变得更加复杂。针对该问题，人们提出了多种 MPCA算法，其中最有潜力的是基于矩阵分解和线性变换的 MPCA算法。LDPC码也可以通过在接收端使用高阶调制来提高接收端性能。

第三，在5G系统中， LDPC码可以用于实现对多址接入和中继设备的控制。为了解决多址接入问题，5G系统采用了空口架构，每个用户都有自己的时隙序列，在进行空口资源分配时需要考虑各个用户的时隙序列，如果在接收端使用 LDPC码进行编码的话，系统可以根据时隙序列对每个用户进行信道分配。通过这种方式，可以提高信道利用率，减少传输时延。

1.2Polar 码的应用

Polar码是一种新的 LDPC码的替代方案，可以提供比现有 LDPC码更高的可靠性，在 Polar码的基础上提出了 Turbo码，它是一种迭代编码技术，目前， Polar码已经被成功应用于5G通信中，在5G中， Polar码可以应用于多种场景。Polar码可以用于蜂窝无线系统，因为它与 LDPC码很相似，所以可以直接将其作为 LDPC码的替代方案。对于基站来说，在接收端使用 Polar码进行译码时，不需要对所有比特进行译码器处理，可以在一定程度上降低了计算复杂度，但 Polar码的译码器性能很差，这也是它无法在基站中实现的原因之一。此外，Polar编码还可以用于广播/组播系统中，在广播/组播系统中信号是通过基站发送到用户终端的，如果用户终端与基站之间使用的是 Polar编码器，那么信号会被重新编码以通过基站进行传输；如果用户终端与基站之间使用的是 LDPC编码器，那么信号会被重新编码以通过基站进行传输，但目前对于5G无线系统而言，还没有任何一个合适的码率来满足广播/组播系统中对传输速率和可靠性的要求

[2]。

1.3Turbo 码的应用

Turbo码的优势在于能够在发送端采用较少的编码单元实现更高的纠错能力，在接收端采用较多的编码单元实现更高的信道容量。目前， Turbo码主要应用于以下几个方面：第一，数字通信系统中， Turbo码被用来编码调制（CDMA）信号，以提高系统容量。Turbo码的译码复杂度相对较低，易于硬件实现，因此在数字通信系统中得到了广泛应用。与其他通信网络相比， CDMA系统采用了调制/解调方式。在此系统中，信源编码（Coding）被用来产生不同的编码数据流，这些数据流被调制/解调后传输给信宿。为提高信息传输速率， CDMA系统采用了 Turbo码进行编码调制。由于传感器网络中的信号经常受到环境噪声和其他干扰的影响，因此需要在接收端进行滤波处理[3]。在无线传感器网络中，数据传输速率很低，而且数据量非常大，因此需要使用纠错性能较好的 Turbo码进行编码调制。第二，5G通信系统中， Turbo码可以被用于5G通信系统中的低密度奇偶校验（LDPC）编码，在5G通信系统中，可以利用 Turbo码进行信道编码和数据传输。第三， Turbo码在5G通信系统中的应用主要是通过对 LDPC码和 Turbo码进行联合优化，实现5G通信系统的高效运行。

4结语

综上所述，随着人们生活水平的不断提高，人们对通信技术提出了更高的要求，信道编码技术作为一种重要的通信技术，在未来具有广泛的应用前景，需要引起相关研究人员的充分重视，不断对其进行优化和完善。

参考文献：

[1]王键.5G信道编码技术相关分析[J].数字通信世界,2019(03):39+73.

[2]倪云云,陈伯庆,李刚.5G毫米波通信中的物理层安全预编码[J].中兴通讯技术,2021,27(04):53-59.

[3]王怡轩,薛钰.5G标准必要专利布局分析[J].中国发明与专利,2019,16(09):27-31.

作者简介: 刘明明（1991-6-2），女，汉族，山东聊城人，研究生，主要从事移动通信无线优化方向