Что такое код Polar в связи 5G?
Полярный код — это схема кодирования с прямым исправлением ошибок (FEC), предложенная турецким профессором Эрдалом Ариканом в 2008 году. Это линейный блочный код, рассматриваемый как метод достижения пропускной способности канала, особенно в случае высокого отношения сигнал/шум (SNR). ). Полярные коды привлекли большое внимание благодаря своей математической элегантности и исключительной производительности в определенных условиях и были выбраны в качестве одной из схем кодирования канала управления для стандартов связи 5G.
Основные принципы полярных кодов
Основная идея полярных кодов состоит в том, чтобы «поляризовать» набор независимых и одинаково распределенных (iid) каналов в новый набор виртуальных каналов посредством определенного преобразования. Некоторые из этих виртуальных каналов будут иметь очень хорошие свойства канала (близкие к чистому шуму), тогда как другие части будут иметь очень плохие свойства канала (близкие к чистому шуму). Благодаря этому эффекту поляризации хорошие каналы могут быть выбраны для передачи информационных битов, тогда как плохие каналы могут использоваться для передачи фиксированных избыточных битов (например, нулевых битов), тем самым достигая эффективного кодирования.
Ключевые особенности полярных кодов
lПоляризация канала: полярные коды используют технологию поляризации канала для идентификации каналов с высокой пропускной способностью среди большого количества виртуальных каналов для передачи информации.
lМасштабируемость: длина кодов Polar равна степени 2, что позволяет легко расширять их в соответствии с требованиями различных приложений.
lДекодирование низкой сложности: полярные коды можно декодировать с помощью алгоритма, называемого декодированием вероятности успеха (SCD), который имеет низкую сложность.
l Близко к пределу Шеннона: при длине блока и высоком отношении сигнал/шум полярные коды могут приближаться к пропускной способности канала, то есть к пределу Шеннона.
Применение полярного кода в 5G
В стандарте связи 5G в качестве схемы кодирования канала управления выбран полярный код, который в основном используется для передачи небольших пакетов. Вместе с другой схемой кодирования, кодом LDPC (код проверки четности низкой плотности), он использовался для замены турбокода, использовавшегося в ранних стандартах связи.
Недостатки полярных кодов в приложениях
Хотя полярные коды имеют много преимуществ в теории, они по-прежнему сталкиваются с некоторыми проблемами при практическом применении, например:
lОграниченная длина блока. В реальных системах из-за ограничений сложности декодирования и задержки нельзя использовать очень длинные кодовые слова, что может повлиять на способность полярных кодов приближаться к пределу Шеннона.
lОценка канала. Производительность кодов Polar во многом зависит от точного знания информации о состоянии канала (CSI), поэтому требуется точная оценка канала.
lАлгоритм декодирования. Хотя алгоритм SCD имеет низкую сложность, для дальнейшего повышения производительности обычно требуются более сложные алгоритмы декодирования, такие как декодирование списка.
Подведем итог
Полярные коды имеют хороший баланс между производительностью и сложностью и более выгодны в случае коротких и средних длин кода. Короче говоря, теория полярного кодирования может иметь широкие перспективы применения в реальных системах связи, и существует большое количество проблем применения, заслуживающих изучения, таких как исходное кодирование, многопользовательская связь, безопасная связь на физическом уровне и т. д. Некоторые из этих проблем привлекли внимание некоторых ученых, но даже по этим вопросам большая часть исследований по ним все еще находится лишь на теоретической стадии. Для того, чтобы осуществить фактическое развертывание и применение в будущих системах связи, все еще сложно провести большую исследовательскую работу.