在通信系統(tǒng)架構中，信源編碼的功能是實現(xiàn)模擬信號的數(shù)字化傳輸，而信道編碼則主要解決數(shù)字通信的可靠性問題。提高正確識別信號的能力和通信的可靠性，是保證信息高效、可靠傳輸?shù)年P鍵步驟。5G信道編碼技術究竟是怎么回事？本文告訴你。

著名的“香農公式”

在通信領域有一個重要的人物，即香農，其提出并嚴格證明了“在被高斯白噪聲干擾的信道中，計算最大信息傳送速率C公式：

公式中：B是信道帶寬（赫茲），S是信號功率（瓦），N是噪聲功率（瓦）。該式即為著名的香農公式。香農定理指出，在有噪聲環(huán)境下，數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖畲笏俾?，是通信理論基礎和科學依據(jù)，也是近代信息論的基礎。

現(xiàn)代通信系統(tǒng)模型

3GPP（第三代合作伙伴計劃）是移動通信領域的國際標準化組織，其定義了5G三大應用場景：增強移動寬帶(eMBB)、大規(guī)模機器通信(mMTC)和低時延高可靠通信(URLLC)。其中，eMBB場景對應的是3D/超高清視頻等大流量移動寬帶業(yè)務，其技術指標中峰值速率達20Gbit/s；mMTC場景對應的是大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務，其連接數(shù)密度達到106設備/km2；URLLC場景對應的是無人駕駛、工業(yè)自動化等需要低延時、高可靠性連接的業(yè)務，其時延低至1 ms。eMBB是傳統(tǒng)移動通信場景的擴展，而mMTC和URLLC是5G移動通信的新型場景。因此，目前三大場景的標準化研究中，eMBB場景的成果較多。

5G信道編碼技術

對于5G移動通信而言，信道編碼與多址接入技術、多輸入多輸出（MIMO）技術一起構成5G空中接口的三大關鍵技術，成為國際組織、各大公司討論、布局的熱點。2016年5G的標準化進程中，信道編碼方案成為討論的熱點。為此，本文針對5G的三種信道編碼技術做出了詳細介紹。

1. 低密度奇偶校驗碼—LDPC碼

LDPC碼是由MIT的教授Robert Gallager在1962年提出，理論研究表明：1/2碼率的LDPC碼在BPSK調制下的性能距香農極限僅差0.0045dB，是目前距香農極限最近的糾錯碼，也是最早提出的逼近香農極限的信道編碼。

LDPC碼是一種具有稀疏校驗矩陣的線性分組碼，它的特征完全由其奇偶校驗矩陣決定。相對于行、列的長度，校驗矩陣每行、列中非零元素的數(shù)目(又稱行重、列重)非常小。若校驗矩陣H的行重、列重保持不變(或保持均勻)，則稱該LDPC碼為規(guī)則LDPC碼，反之若行重、列重變化較大，則稱其為非規(guī)則LDPC碼。研究表明正確設計的非規(guī)則LDPC碼性能要優(yōu)于規(guī)則LDPC碼性能。

LDPC碼除了用稀疏校驗矩陣表示外，另一重要表示就是Tanner圖，如下圖所示。Tanner圖中，當一條路徑的起始節(jié)點和終止節(jié)點重合時形成的路徑是一條回路，稱之為環(huán)，環(huán)所對應的路徑長度稱為環(huán)長，圖中所有環(huán)中路徑長度最短的環(huán)長為Tanner圖的周長。當采用迭代置信傳播譯碼時，短環(huán)的存在會限制LDPC碼的譯碼性能，阻止譯碼收斂到最大似然譯碼MLD。因此，LDPC碼的Tanner 圖上不能包含短環(huán)，尤其是長為4的環(huán)。