3、為何5G采納了Polar碼?

　　這個小標題應(yīng)該叫：5G為何采納了Polar碼和LDPC碼?又為何放棄了Trubo碼?

　　先從什么叫信道編碼說起。當我們拿起手機刷朋友圈時，數(shù)據(jù)通過無線信號在手機和基站間傳送。由于受到無線干擾、弱覆蓋等原因影響，我們手機發(fā)送的數(shù)據(jù)和基站接收到數(shù)據(jù)有時會不一致，比如，我們手機發(fā)送的1 0 0 1 0，而基站接收到的卻是1 1 0 1 0，為了糾錯，移動通信系統(tǒng)就引入了信道編碼技術(shù)。

　　信道編碼，簡單的講，就是我們在有K比特的數(shù)據(jù)塊中插入冗余比特，形成一個更長的碼塊，這個碼塊的長度為N比特位，N>K，N-K就是用于檢測和糾錯的冗余比特，編碼率R就是K/N。一個好的信道編碼，是在一定的編碼率下，能無限接入信道容量的理論極限。

　　在過去幾十年里，出現(xiàn)了兩種接近容量極限的信道編碼技術(shù)：LDPC和Turbo碼，分別被3G和4G通信標準和WiFi標準采納。2007年，土耳其教授E. Arikan提出了Polar碼，被稱為是迄今發(fā)現(xiàn)的唯一一類能夠達到香農(nóng)限的編碼方法。

　　所以，這三種優(yōu)秀的編碼技術(shù)均進入5G編碼標準的法眼，并引發(fā)了一場爭奪賽。

　　為何這場爭奪賽這么激烈?

　　都是KPI惹的禍。

　　5G NR(New Radio)的KPI里，明確規(guī)定：峰值速率20Gbps、用戶面時延0.5ms(URLLC)。

　　這個KPI定的太高，在4G基礎(chǔ)上提升了20倍。報告領(lǐng)導(dǎo)，不好完成。

　　有多難呢?5G NR的下行峰值速率要求是20Gbps，由于手機(或基站)接收到的每一bit都要經(jīng)過信道譯碼器，20Gbps就相當于譯碼器每秒鐘要處理幾十億bit數(shù)據(jù)。

　　舉個例子，20 Gbps就意味著譯碼吞吐量T為20 Gbps，假設(shè)譯碼迭代次數(shù)I為10次，處理器的時鐘頻率F為500 MHz，那么，I *T /F = 10*20G/500M=400，也就是說需要400個處理器并行工作。

　　(備注：譯碼器是信道編碼最難實現(xiàn)的一環(huán))

　　這也是為何很多人選擇放棄3G和4G時代使用的Turbo碼的原因之一，因為4G的最大速率不過1Gbps，傳統(tǒng)Turbo碼通過迭代譯碼，本質(zhì)上源于串行的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，所以，有人認為Turbo遇上更高速率的5G時就遇到了瓶頸。比如LDPC譯碼器是基于并行的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這意味著譯碼的時候可以并行同時處理，不但能處理較大的數(shù)據(jù)量，還能減少處理時延。盡管可以采用外部并行的方式，但又帶來了時延問題。