5G移動通信中的信道編碼

白寶明

博士，西安電子科技大學通信工程學院教授、博士生導師。
分別於1987年和1990年在西北電訊工程學院（現西安電子科技大學）獲工學學士和工學碩士學位，2000年在西安電子科技大學獲通信與信息系統學科博士學位。
2000到2003年在香港城市大學作博士後，2005年在美國加州大學戴維斯分校（UC Davis）作訪問學者。
主要從事信息與編碼理論、編碼調製技術、無線通信和量子通信方面的教學與科研工作。
曾主持國家973計劃項目和863計劃項目課題，以及國家科技重大專項課題的研究工作。
白寶明博士是中國電子學會會士，中國電子學會信息論分會主任委員，曾任中國通信學會青年工作委員會副主任委員

目錄：
第1章緒論 1
1.1 第五代移動通信系統1
1.1.1 5G願景與性能指標4
1.1.2 5G技術路線及無線傳輸關鍵技術9
1.1.3 5G研究和標準化進展11
1.2 信道編碼技術的發展及其在移動通信中的應用14
1.2.1 信道編碼技術的發展14
1.2.2 信道編碼技術在移動通信中的應用18
1.3 5G中的信道編碼方法與標準化21

第2章信道編碼基礎及典型編碼方法23
2.1 數字通信系統模型23
2.1.1 信號星座與信號映射器26
2.1.2 5G通信系統中的調製信號映射26
2.2 線性分組碼27
2.2.1 線性分組碼的定義與*小漢明距離27
2.2.2 生成矩陣和校驗矩陣28
2.2.3 對一個線性碼簡單修改而構造新碼31
2.3 譯碼方法與性能度量32
2.3.1 *佳譯碼32
2.3.2 線性分組碼的檢錯34
2.3.3 對數似然比35
2.3.4 編碼系統性能度量36
2.4 幾類常用的分組碼37
2.4.1 重複碼和單奇偶校驗碼37
2.4.2 循環冗餘校驗（CRC）碼39
2.4.3 Simplex碼42
2.4.4 Hadamard矩陣與Hadamard碼42
2.5 Reed-Muller碼43
2.5.1 構造方法44
2.5.2 一階RM碼的編碼與譯碼46
2.6 卷積碼49
2.6.1 卷積碼的概念與網格圖表示49
2.6.2 卷積碼的*大似然譯碼：Viterbi 算法51
2.6.3 卷積碼的逐符號MAP譯碼：BCJR算法55
2.6.4 Max-Log-MAP 譯碼算法64
2.7 咬尾卷積碼67
2.7.1 編碼方法與LTE 系統中的咬尾卷積碼67
2.7.2 咬尾卷積碼的譯碼算法70
2.8 Turbo碼76
2.8.1 Turbo 編碼原理76
2.8.2 Turbo碼的迭代譯碼82
2.8.3 面向5G 應用的增強型Turbo 碼84
2.9 編碼系統性能限88
2.9.1 頻譜效率88
2.9.2 信噪比89
2.9.3 信道容量90
2.9.4 有限碼長性能限97
2.10 編碼與擴頻101
2.10.1 擴展頻譜系統101
2.10.2 編碼與擴頻的信道容量104
2.10.3 軟擴頻105

第3章LDPC碼的編譯碼原理與構造方法107
3.1 LDPC碼的概念與因子圖表示107
3.1.1 LDPC 碼的定義與矩陣表示107
3.1.2 因子圖表示110
3.1.3 度分佈113
3.2 LDPC碼的編碼114
3.2.1 QC-LDPC碼的編碼115
3.2.2 單對角結構LDPC 碼的編碼117
3.2.3 雙對角結構LDPC 碼的編碼118
3.2.4 雙對角結構QC-LDPC 碼的編碼119
3.3 LDPC碼的譯碼121
3.3.1 和積算法基本原理122
3.3.2 概率域上的和積算法123
3.3.3 對數域上的和積算法126
3.3.4 低複雜度的簡化和積算法130
3.3.5 分層譯碼算法133
3.4 LDPC 碼的分析與設計135
3.4.1 密度進化135
3.4.2 高斯近似137
3.4.3 外信息轉移（EXIT）圖140
3.4.4 基模圖碼的EXIT 技術146
3.4.5 LDPC 碼的設計148
3.5 LDPC 碼的構造150
3.5.1 基於計算機的構造：PEG 算法150
3.5.2 基模圖LDPC 碼的構造152
3.5.3 LDPC 碼的疊加構造156
3.5.4 基於代數的QC-LDPC 碼疊加構造160
3.6 速率兼容LDPC 碼167
3.6.1 RC-LDPC 碼的基本概念167
3.6.2 基於代數和圖理論結合的方法構造RC-LDPC 碼168
3.6.3 基於代數輔助方法構造信息位長度和碼率同時兼容的LDPC 碼174
3.7 LDPC 編碼調製175
3.7.1 LDPC-BICM 系統175
3.7.2 星座成形178

第4章5G 數據信道LDPC 編碼方案187
4.1 5G 數據信道編碼的需求與標準化建議187
4.2 5G LDPC 編碼參數與碼設計191
4.2.1 校驗矩陣的基本結構192
4.2.2 矩陣散列195
4.2.3 基矩陣設計196
4.2.4 循環移位矩陣的設計198
4.3 5G LDPC 碼的構造200
4.3.1 可支持多個移位尺寸的準循環LDPC 碼200
4.3.2 5G LDPC 碼循環移位矩陣的代數輔助構造204
4.4 5G LDPC 碼編譯碼方法與性能211
4.4.1 5G LDPC 碼的編碼211
4.4.2 5G LDPC 碼的譯碼216
4.4.3 基圖選擇218
4.5 5G LDPC 編碼鏈221
4.5.1 CRC 添加223
4.5.2 碼塊分段225
4.5.3 速率適配227
4.5.4 碼塊內交織230

第5章Polar碼的編譯碼原理與構造方法233
5.1 Polar 碼的概念與基本原理233
5.1.1 信道極化234
5.1.2 Polar 碼243
5.2 Polar 碼的編碼244
5.3 Polar 碼的譯碼246
5.3.1 SC 譯碼算法246
5.3.2 SCL 譯碼253
5.3.3 因子圖表示與BP 譯碼258
5.4 Polar 碼的構造262
5.4.1 Bhattacharyya 參數構造263
5.4.2 蒙特卡羅構造263
5.4.3 密度進化構造264
5.4.4 高斯近似構造265
5.5 級聯Polar碼267
5.5.1 級聯Polar 碼的重量譜269
5.5.2 級聯Polar 碼的近似*大似然譯碼性能270
5.6 Polar 編碼調製271
5.6.1 多層Polar 編碼調製273
5.6.2 比特交織Polar 編碼調製277

第6章5G 控制信道Polar 編碼方案283
6.1 控制信道編碼的標準化建議283
6.1.1 概述283
6.1.2 5G 控制信道編碼建議方案與性能評估284
6.2 5G NR Polar 碼的設計與典型編碼方案287
6.2.1 CRC-Polar 碼288
6.2.2 PC-Polar 碼288
6.2.3 DCRC-Polar 碼290
6.2.4 Hash-Polar 碼294
6.2.5 分段Hash-Polar 碼295
6.3 5G 控制信道鏈路傳輸方案及性能297
6.3.1 上行控制信道298
6.3.2 下行控制信道300
6.3.3 5G Polar 碼的性能301
6.4 5G Polar 碼的構造與編碼301
6.4.1 NR Polar 碼的編碼301
6.4.2 NR Polar 碼的構造303
6.5 Polar 碼的速率適配307
6.5.1 子塊交織309
6.5.2 比特選擇310
6.6 信道交織器設計312
6.7 上行鏈路控制信息分段方案313
6.8 物理廣播信道（PBCH）編碼315
6.8.1 編碼方案與性能評估315
6.8.2 Polar 碼比特重複317
6.8.3 時間索引指示方式319
6.8.4 PBCH 域映射319
附錄A 有限域基本知識321
附錄B 5G NR LDPC 碼移位值331
附錄C 5G NR LDPC 碼性能339
附錄D 5G NR Polar 碼序列345
參考文獻347
後記