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我院江涛、屈代明提出的极化码方案正式被采纳为5G新空中接口标准

Author:电信学院Time:2017-12-28Hits:

201712月发布的5G新空中接口标准《复用与信道编码》(《Multiplexing and channel coding(Release 15))正式采纳了华中科技大学电信学院江涛教授领衔的科研团队在信道编码(极化编码)方向的研究成果——校验级联极化码(Parity-Check-Concatenated Polar Codes)作为标准组成部分。


信道编码是保障通信容量和可靠性的核心环节。自香农1948年创立信息论以来,探索纠错性能可达香农极限,兼具有低的编译码复杂度的编码方案成为信道编码领域“皇冠上的明珠”。60年来,各种信道编码方案被提出,其中,Turbo码和LDPC码均以逼近香农极限的纠错性能而引起学术界和工业界广泛关注。Turbo码更被入选为3G4G移动通信信道编码技术标准。尽管如此,学术界在对Turbo码、LDPC码长达十多年的研究中,并不能严格证明这两类编码具有理论上逼近香农极限的性能,且译码复杂度高。直到2009年,土耳其学者Erdal Arikan提出的极化码(Polar Codes)给信道编码领域带来历史性突破——极化码是唯一理论上能够达到香农极限的结构化编码方法,且编译码具有较低的实现复杂度。优良的纠错性能和低编译码复杂度使得极化码在通信领域占有极为重要的地位。


2016年,在美国Reno召开的3GPP会议中,极化码被确定为5G控制信道标准发展方向。尽管极化码开始被工业界接纳,但是极化码达到理论性能的前提条件是:码长趋于无穷大,从而极化效果趋于完全极化,通信可靠性无限提高。然而,在实际应用中,尤其在短码情况下,因为信道极化难以充分,无法达到理想效果。


针对信道编码这一重大课题和5G编码新需求,电信学院江涛领衔的科研团队数十年磨一剑,潜心研究,提出了校验级联极化码编码,该方案参与编码的信息比特之外,引入一定数量的校验比特,并将这些校验比特分散在极化码的信息比特序列之中;在译码过程中,校验比特提供的额外信息能够有效提升极化码在短码长下的纠错性能。该方案是在极化码短码长下利用未被充分极化的信道资源的普适性方法,理论和实验均论证了该方案的有效性。相关研究成果发表于Parity-Check-Concatenated Polar CodesIEEE Communications Lettersvol. 20, no. 12, pp. 2342-2345, Dec. 2016,并在20174月被3GPP提案《Polar codes for control channels》(Nokia, RAN1 #88, Spokane, U.S.A.)所引用。201712月发布的3GPP TS 38.212 V1.2.1 (2017-12) 3GPP“复用与信道编码标准文档”采纳了该团队的研究成果——校验级联极化码——作为5G新空中接口标准组成部分。


江涛、屈代明的科研团队在该成果的基础上,申请了系列国家专利和国际专利,其中,专利《一种极化码和多比特奇偶校验码级联的纠错编码方法》(专利号:201510995761.XPCT专利PCT/CN2016/108511)获得了国家专利局授权,作者为:屈代明、王涛、江涛。研究论文成果为“校验级联极化码”(Parity-Check-Concatenated Polar Codes),作者为:王涛、屈代明、江涛。


该研究得到国家863计划(2015AA01A710国家杰出青年科学基金(61325004、国家自然科学基金(612712286157120061771216等项目资助。


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