國之重器齣版工程 5G-NR信道編碼 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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徐俊，袁弋非 著

圖書標籤:

• 5G-NR
• 信道編碼
• 無綫通信
• 通信工程
• 信息技術
• 移動通信
• 國之重器
• 齣版工程
• 技術標準
• 通信原理

齣版社： 人民郵電齣版社

ISBN：9787115479600

版次：01

商品編碼：12349982

包裝：平裝

叢書名： 國之重器齣版工程?5G叢書

開本：小16開

齣版時間：2018-04-01

頁數：291

正文語種：中文

編輯推薦

1.內容係統全麵：涵蓋5G中幾乎所有的主流調製編碼技術，對每一項編碼技術都做瞭較為詳盡的描述。
2.及時性：5G的標準化剛剛啓動，調製編碼技術的研究階段在明年3月結束，與本書的齣版日期基本同步。
3.國傢産業政策的支持∶新型調製編碼被工信部確定為5G物理層的三駕馬車之一，體現國內企業在該技術上傑齣的世界地位。
4.作者係“韆人計劃”國傢特聘專傢，IEEE知名會員，擔任漢斯《無綫通信》期刊主編，《韆人》雜誌編委，被評為信息科技行業的領軍人物。

內容簡介

本書以5G主要應用場景和性能指標為基礎，對適閤5G的幾大編碼技術逐一進行係統的描述。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、性能仿真和算法復雜度分析。

作者簡介

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（後閤並為阿爾卡特-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綫標準技術總監，負責4G和5G的關鍵技術研究和標準推進。興趣方嚮包括：多天綫技術、信道編碼、資源調度、非正交多址、窄帶物聯網等。2010年入選***“韆人計劃”。

目錄

第 1章　背景介紹 1
1．1　前幾代移動通信的演進 3
1．2　第五代移動通信係統（5G-NR）的係統要求 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　捲積碼（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的産生和發展 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）錶格和編碼調製方案（MCS）錶格 75
2．5．8　傳輸塊大小（TBS，Transport Block Size）的確定 78
2．6　復雜度、吞吐量和解碼時延 83
2．6．1　復雜度 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　信道閤並 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　若乾序列介紹 129
3．6．3　序列的特性 136
3．6．4　序列的選擇準則 137
3．6．5　序列的融閤、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　係統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　復雜度、吞吐量與解碼時延 161
3．14．1　計算復雜度 161
3．14．2　（存儲）空間復雜度 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　捲積碼 185
4．1　捲積碼的原理 186
4．1．1　捲積碼原理和解碼算法 186
4．1．2　基本性能 190
4．1．3　解碼復雜度和吞吐量分析 193
4．1．4　咬尾捲積碼（TBCC） 194
4．2　捲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　捲積碼的增強 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輔助的列錶解碼 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　並行級聯捲積碼 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　解碼復雜度分析 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　組閤器與纍加器 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　未來演進方嚮 284
參考文獻 285
縮略語 287

《國之重器齣版工程 5G-NR信道編碼》是一本深入剖析第五代移動通信（5G）新無綫（NR）係統核心技術之一——信道編碼的專業著作。本書旨在為讀者提供一個全麵、係統且深入的理解，揭示5G NR在高速率、低時延、大連接等關鍵性能指標背後所依賴的先進編碼理論與實踐。 本書為何重要： 在信息爆炸的時代，無綫通信的容量和效率是衡量一個國傢通信技術水平的關鍵標尺。5G NR作為新一代移動通信的核心，其性能的飛躍離不開信道編碼技術的革新。信道編碼，顧名思義，是在信息傳輸過程中引入冗餘，以對抗信道噪聲和乾擾，從而提高數據傳輸的可靠性和有效性的技術。在5G NR這樣極端追求性能的係統中，信道編碼的優劣直接影響到用戶體驗、網絡容量以及整體通信係統的能效。從高清視頻流的流暢播放，到自動駕駛車輛的實時通信，再到工業互聯網的精準控製，背後都有著高效信道編碼的身影。 本書的齣版，填補瞭國內在5G NR信道編碼領域係統性、深度性研究成果的空白，是“國之重器齣版工程”係列的重要組成部分。它不僅僅是一本技術手冊，更是對中國在5G核心技術研發領域自主創新能力的集中展現，彰顯瞭我國在引領全球下一代通信技術發展方麵的決心與實力。 本書內容概述： 《國之重器齣版工程 5G-NR信道編碼》並非泛泛而談，而是聚焦於5G NR信道編碼的每一個關鍵環節，進行細緻入微的闡述。本書內容結構嚴謹，邏輯清晰，層層遞進，從理論基礎到具體實現，力求為讀者構建一個完整而深刻的知識體係。 第一部分：信道編碼基礎與5G NR背景 在深入探討5G NR的編碼方案之前，本書首先迴顧瞭信道編碼的基本理論。這部分內容將幫助讀者鞏固和深化對糾錯編碼原理的理解，包括： 信息論基礎： 簡要介紹香農信道編碼定理，理解信道容量的極限，以及編碼在理論上能達到的最優性能。 經典編碼技術： 迴顧分組碼（如漢明碼、BCH碼、RS碼）和捲積碼等經典編碼的原理、性能特點及其在通信曆史上的貢獻。 現代編碼技術概述： 引入Turbo碼和LDPC碼等高性能現代編碼技術，介紹它們的設計思想和迭代譯碼機製，為理解5G NR的編碼方案奠定基礎。 5G NR係統概述： 簡要介紹5G NR的整體架構、關鍵性能指標（如峰值速率、時延、連接密度）以及其對信道編碼提齣的更高要求。分析5G NR所麵臨的復雜信道環境，如高速移動、大規模MIMO、密集部署等，這些都對編碼的魯棒性和效率提齣瞭嚴峻挑戰。 第二部分：5G NR LDPC碼詳解 LDPC（Low-Density Parity-Check）碼，即低密度奇偶校驗碼，是5G NR數據信道和控製信道的主要編碼方案之一。本書將對其進行最詳盡的闡述： LDPC碼的數學原理： 深入剖析LDPC碼的定義，包括其稀疏校驗矩陣的設計原則，以及基於圖論的譯碼思想。介紹有限域上的構造方法，如QC-LDPC（Quasi-Cyclic LDPC）的結構和優點。 5G NR LDPC碼的碼字結構與編碼： 詳細介紹5G NR標準中LDPC碼的碼率、碼長、校驗矩陣的構造方式，以及如何根據不同的業務需求（如URLLC、eMBB）選擇和配置LDPC碼參數。解釋其編碼過程，包括如何生成校驗比特。 5G NR LDPC碼的譯碼算法： 這是LDPC碼的核心和難點。本書將重點介紹並分析各種譯碼算法，包括： 消息傳遞算法（Message Passing Algorithm, MPA）： 闡述其基本原理，包括比特節點和校驗節點之間的消息傳遞過程。 和積算法（Sum-Product Algorithm, SPA）： 作為MPA的一種實現，詳細介紹其計算過程，以及在實際係統中的應用。 最小和算法（Min-Sum Algorithm, MSA）及其變種： 分析MSA的近似計算方式，及其在硬件實現中的優勢，如計算復雜度低、功耗小。介紹MSA的改進算法，如偏移MSA（Offset Min-Sum, OMS）等，以提高譯碼性能。 硬件實現考量： 結閤5G NR的實際需求，討論LDPC碼譯碼器在硬件實現方麵麵臨的挑戰，如並行度設計、存儲器帶寬、功耗與延遲的權衡。介紹常見的譯碼器結構，如並行多通道譯碼器等。 LDPC碼的性能分析： 對5G NR LDPC碼在不同信道模型下的性能進行仿真分析和理論評估，包括誤碼率（BER）隨信噪比（SNR）的變化麯綫，與理論極限的接近程度，以及與其他編碼方案的對比。 第三部分：5G NR極性碼（Polar Code）詳解 極化碼（Polar Code）是5G NR信令信道（如RRC信令、MAC控製信息）的首選編碼方案，是首個被證明能夠達到香農容量的編碼。本書將對其進行深入研究： 極化碼的理論基礎： 解釋極化現象的概念，即通過信道極化，可以獲得一部分接近於無噪聲的“可靠”信道和一部分接近於完全噪聲的“不可靠”信道。介紹極化碼的構造原理，如何根據信道容量對信息比特進行分配。 5G NR極化碼的碼字結構與編碼： 詳細介紹5G NR標準中極化碼的碼長、碼率、信息比特位置的確定方法（如基於SC-FFDC的生成）。闡述其編碼過程。 5G NR極化碼的譯碼算法： 極化碼的譯碼主要基於串行削除（Successive Cancellation, SC）及其改進算法。本書將深入講解： SC譯碼算法： 詳細描述SC譯碼的遞歸過程，如何逐比特地進行判決。 SC-List（SCL）譯碼算法： 介紹SCL譯碼的原理，即在譯碼過程中保留多個（L個）候選碼字，以提高譯碼性能，降低誤碼率。 SC-Flip（SCF）譯碼算法： 介紹SCF譯碼，它通過在SCL譯碼的基礎上進行一些翻轉操作，進一步提升譯碼的準確性。 硬件實現考量： 分析極化碼譯碼器在硬件實現上的特點，包括並行度、復雜度以及存儲器的需求。討論不同譯碼算法在硬件實現中的摺衷。 極化碼的性能分析： 對5G NR極化碼在不同信道條件下的性能進行仿真和理論分析，特彆是其在短碼長下的優越性，以及與LDPC碼在不同應用場景下的性能對比。 第四部分：5G NR多碼聯閤與切換機製 5G NR係統並非隻使用單一的編碼方案，而是根據不同的業務需求、傳輸場景和信道條件，靈活地在LDPC碼和極化碼之間進行選擇，甚至進行聯閤優化。本書將探討： LDPC碼與極化碼的適用性分析： 深入分析LDPC碼和極化碼在不同碼長、碼率、信道條件下的性能優劣勢，解釋為何5G NR會采用這兩種碼作為數據和信令的編碼方案。 5G NR的碼族選擇機製： 介紹5G NR係統中如何根據業務類型（如eMBB, URLLC, mMTC）、傳輸模式（如TDD/FDD）、信道質量指示（CQI）等信息，動態選擇LDPC碼或極化碼，以及具體的碼參數配置。 不同碼方案的切換與協同： 探討在實際網絡運行中，如何實現不同碼方案之間的平滑切換，以及是否存在協同工作的可能性。 第五部分：未來發展趨勢與挑戰 本書的最後一部分將展望5G NR信道編碼技術的未來發展方嚮，並分析當前和未來可能麵臨的挑戰： 先進編碼理論的演進： 探討可能超越LDPC和極化碼的新型編碼技術，如網絡編碼、 Fountain Codes、低延遲編碼等，及其在下一代通信係統中的潛在應用。 AI與編碼的融閤： 分析機器學習、深度學習等人工智能技術在信道編碼設計、譯碼算法優化、參數自適應選擇等方麵的應用前景。 麵嚮6G的編碼挑戰： 展望6G通信係統對信道編碼提齣的新需求，如太赫茲通信、空天地一體化網絡、量子通信等，以及由此帶來的編碼理論與實現上的新挑戰。 標準演進與自主創新： 討論國際通信標準組織在信道編碼方麵的最新進展，以及我國在下一代通信技術領域持續保持自主創新優勢的重要性。 本書特色： 權威性與前瞻性： 作為“國之重器齣版工程”的一部分，本書匯集瞭國內頂尖的通信領域專傢學者，內容經過嚴格審校，既有紮實的理論基礎，又緊跟技術前沿。 係統性與深度性： 並非孤立的技術介紹，而是將LDPC碼和極化碼置於5G NR的整體框架下進行深入剖析，從原理到實現，從理論到實踐，麵麵俱到。 圖文並茂與案例豐富： 配備大量示意圖、仿真麯綫和實際案例，幫助讀者更直觀地理解復雜的編碼概念和算法。 理論與實踐結閤： 關注編碼算法的理論性能，也深入探討瞭在實際硬件係統中實現時的挑戰和優化方案。 《國之重器齣版工程 5G-NR信道編碼》是一本麵嚮通信工程師、科研人員、高校師生以及對5G NR核心技術感興趣的廣大讀者的重要參考書。它將幫助讀者深刻理解5G NR強大的通信能力背後的“硬核”支撐，為我國在下一代通信技術領域的持續領先提供堅實的理論和技術儲備。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對前沿科技充滿熱情的學生，我一直在努力跟上技術發展的步伐。5G技術無疑是當前最熱門、最具影響力的技術之一，而信道編碼則是5G性能的關鍵所在，我對此一直抱有濃厚的興趣。盡管在學校的學習中接觸過一些基礎的編碼理論，但對於5G-NR這樣復雜的係統，我深知需要更深入、更專業的知識。我非常渴望瞭解，在5G-NR標準中，是如何設計和優化這些信道編碼的？例如，它們在處理高速數據流、保證超低時延、以及支持大規模連接等方麵，是如何實現如此卓越的錶現的？書中是否會介紹一些具體的編碼流程、參數設置，以及與硬件實現相關的考量？我希望能通過這本書，係統地學習5G-NR信道編碼的知識體係，理解其背後的邏輯和設計哲學，從而為我將來投身通信行業打下堅實的基礎。對我而言，這本書不僅是一本技術書籍，更是一扇通往未來通信世界的大門。

評分☆☆☆☆☆

作為一名通信領域的普通愛好者，我對5G的速度和普及感到驚嘆，但我對它背後的具體技術細節，尤其是信道編碼，一直感到有些神秘。我瞭解到，信道編碼就像是為信息穿上瞭一層“保護衣”，讓它在傳輸過程中不易齣錯。但具體是什麼樣的“保護衣”？在5G-NR這樣高速、復雜的網絡中，需要什麼樣的“保護衣”纔能應對各種挑戰？我希望能通過這本書，以一種相對易懂的方式，瞭解5G-NR信道編碼的基本原理。比如，它和我們之前熟悉的4G有哪些不同？它又是如何做到在更快的速度下，保證信號質量的？書裏會不會有一些生動的比喻或者圖示，來幫助我這個非專業人士理解那些復雜的數學公式？我希望這本書能夠讓我對5G-NR的信道編碼有一個清晰的認識，不再僅僅停留在“快”和“好”的錶麵感受，而是能初步理解其技術內涵。

評分☆☆☆☆☆

一直以來，我都對國傢在基礎科學和關鍵技術領域取得的成就感到自豪。《國之重器齣版工程》這個係列本身就代錶瞭國傢在重要技術領域深耕的決心和成果，而《5G-NR信道編碼》這本分冊，更是聚焦於當今最具戰略意義的通信技術之一。從信息安全到國傢競爭力，5G技術的重要性不言而喻，而信道編碼作為其核心組成部分，其自主可控和技術領先性更是至關重要。我期望這本書能夠不僅提供純粹的技術理論，更能展現齣我國在5G-NR信道編碼領域的研究深度和工程實踐能力。書中是否會包含一些中國科學傢和工程師的原創性貢獻？是否會討論我國在這一領域的標準製定和技術突破？我希望能從這本書中，感受到國傢在通信技術自主創新方麵的強大實力，並理解這些技術成果如何支撐國傢的戰略發展目標，為我國在全球科技競爭中贏得優勢。

評分☆☆☆☆☆

作為一個技術愛好者，我對《國之重器齣版工程》係列一直充滿期待，特彆是當得知其中涵蓋瞭5G-NR信道編碼這個尖端領域時，更是難以抑製內心的激動。我一直關注著通信技術的飛速發展，從2G到4G，每一次技術的迭代都極大地改變瞭我們的生活。而5G，更是承載著萬物互聯、智能時代的巨大願景，其背後蘊含的深厚技術支撐，尤其是信道編碼，無疑是實現這些願景的關鍵。我深知，信道編碼技術直接決定瞭數據傳輸的可靠性和效率，它需要在有限的帶寬和復雜的無綫環境下，最大限度地減少誤碼率，保證信息的準確傳遞。想象一下，在高速移動的列車上，在人群密集的體育場館，或者在復雜的工業生産環境中，5G網絡都能提供穩定、高速的連接，這背後離不開精妙絕倫的信道編碼算法。我迫切地想瞭解，在5G-NR標準中，究竟采用瞭哪些前沿的編碼方案？它們是如何在性能和復雜度之間取得平衡的？這本書的齣版，無疑為我們揭開5G神秘麵紗提供瞭一個絕佳的窗口，讓我能夠深入理解這項改變世界的關鍵技術。

評分☆☆☆☆☆

我是一名在通信領域工作多年的工程師，每天都在與無綫通信的各種挑戰打交道。深知在實際的網絡部署和優化過程中，信道編碼的性能直接影響著用戶體驗和網絡整體效率。每一次新技術的齣現，都意味著對現有編碼理論的挑戰和突破。5G-NR作為新一代移動通信的核心，其信道編碼的設計更是匯聚瞭全球頂尖智慧的結晶。我對書中可能涉及到的LDPC（低密度奇偶校驗碼）和Polar碼（極化碼）等先進編碼方案的理論基礎、編碼/解碼算法、以及它們在不同場景下的性能錶現充滿瞭好奇。我希望這本書能夠詳細闡述這些編碼方案的數學原理，並提供一些實際應用的案例分析，例如在高清視頻傳輸、低時延通信（URLLC）和海量物聯網接入（mMTC）等場景下，這些編碼技術是如何發揮作用的。我相信，通過閱讀這本書，我不僅能鞏固和深化對信道編碼的理解，更能從中汲取新的靈感，為我日後的工作帶來更多創新思路，提升解決實際工程問題的能力。