为满足5G三种场景eMBB, mMTC和URLLC下高速率和高容量的需求，引入高效、灵活的信道编码是NR网络接入基础因素之一；在RAN1#中，3GPP对多种信道编码convolutional , turbo , polar和LDPC进行了讨论和评估；
3GPP最终采用Polar为5G/NR网络中eMBB的上、下行控制信道的编码；为了提高Polar码的性能，提出了级联编码和组合译码方案。整理：kangguoying20200603
1.什么是Polar码？
Polar码可以渐近地(码长无穷大)达到任何二进制输入对称无记忆信道的容量，其编码和解码复杂度为O (N log N) , 其中 N 是代码长度。 目前，他们是唯一的一类信道码，可证明的容量实现与明确的结构。整理：kangguoying20200603
2.5G/NR中的Polar码类型
为了提高Polar码的性能，提出了级联编码和组合译码方案。整理：kangguoying20200603
3.Polar码的结构
一个Polar码是递归地应用一个线性极化变换到二进制输入对称和无记忆W 表示为2乘2矩阵。 重复使用转换，n = log2(N) 次，得到一个N 乘N的矩阵，表示N层 Kronecker。 Polar码利用一种称为通道极化的现象。 上述转换结合一个连续的取消解码器结构，将N个可用信道(N个信道使用)转换成另一组N个位信道，称为合成信道，使得这些位信道的容量趋于0(完全不可靠)或1(完全可靠) ，当N 变为无穷大时。整理：kangguoying20200603
事实上，可靠信道的比例,K,趋向于原始通信信道的容量。 数据通过在K可靠信道上放置信息位和在 N-K 不可靠信道上放置固定位(通常为零)来进行通信。 不可靠信道上的这些比特被称为冻结比特，它们的位置集被称为冻结集 F的大小为 N-K 。 冻结的比特和冻结的集合被编码器和解码器都知道。 通过这种方式，构造了码长N、信息字长K 和码率 RK /N的Polar码。整理：kangguoying20200603
Polar码结构允许根据冻结集F的大小选择不同的速率。整理：kangguoying20200603
它只允许长度为2的幂，也就是 N= 2n。整理：kangguoying20200603
其他长度的Polar码码可以通过打孔或缩短来构造。 在屏蔽过程中，一些码位不被传输，而在缩短过程中，一些系统码位被设置为零而不被传输。整理：kangguoying20200603
4.信道编码方案演变整理：kangguoying20200603
Polar码的一个优点是，对于同一个编码器，可能存在不同类型的解码器。 因此，Polar编码适用于各种不同需求的场合。 相比之下，其他候选方案，如Turbo编码、LDPC 编码和(TB)CC不能提供这种灵活性。 当增加块大小时，Turbo译码器的功率和面积效率迅速恶化。LDPC码通常在大块和高速率情况下表现良好，但是，低于1 / 2的性能很差。 值得注意的是，这样的码率范围可能是最常见的情况下eMBB的情况。 下表总结了不同信道编码方案的适用性。 灰度方块表示信道编码方案不能满足该应用的要求。整理：kangguoying20200603
| Polar Codes | Turbo Codes | LDPC | (TB)CC |
eMBB:Large Block >8K | Small-list decoder or SC decoder | Low power/area efficiency; | Good power/area efficiency | Not considered |
Good power and area efficiency | Good performance only when code rate is higher than ½. |
eMBB: | Medium-List decoder; | Good performance | Poor Performance for lower code rates lower than ½ | Not considered |
1K~8K blocks | Good performance for all code rates; | Support a fine granularity of code rates and code lengths | Difficulty to support fine granularity of code rates and code lengths |
Fine granularity of code rates and code lengths | Support any code rates and code lengths |
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URLLC/Control-CH/MTC-UL: | Large-List decoder; | Poor performance with small block à not considered | Poor Performance with small block and low code rates | VA decoder has poorer performance than SCL Polar |
Small block High-reliability | Very good performance; | Error Floor | HARQ required for high-reliability | LVA decoder has much higher complexity than Polar List decoder. |
| Support very low code rate | HARQ required for high-reliability |
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MTC-DL: | Small-list decoder or SC decoder for low-power realization | Poor Performance with small block à not considered | Poor Performance with small block à not considered | Viterbi Decoder for low-power realization; |
Small block Low Power | Performance is worse than SCL decoder |
此外，Polar码的性能随着SCL解码器列表大小的增加而不断提高。 根据模拟，直到2048年我们还没有观察到任何性能饱和。 相比之下，我们观察到turbo码和LDPC码的性能随着译码迭代次数的增加而饱和。 因此，运营商可以不断提高系统容量与新的ASIC技术。 例如，当列表大小从32增加到128时(译码复杂度增加约4倍) ，对于某些控制信道，链路的性能将增加0.5 ~ 0.7 db。 因此，系统的容量可以简单地增加了新的Polar解码芯片的可用性。
Reference: R1-164039 and R1-1700979
原文来自：http://www.techplayon.com/5gnr-channel-codes-evolution-consideration-3gpp-recommendation-polar-codes/
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