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徐俊袁弋非 编

图书标签:

• 5G NR
• 信道编码
• 无线通信
• 移动通信
• 5G
• 通信工程
• 信息技术
• 无线技术
• 编码技术
• 通信系统

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出版社： 人民邮电

ISBN：9787115479600

商品编码：29734832447

开本：16

出版时间：2018-04-01

基本信息

• 商品名称：5G-NR信道编码/5G丛书
• 作者：徐俊//袁弋非
• 定价：98
• 出版社：人民邮电
• ISBN号：9787115479600

其他参考信息（以实物为准）

• 出版时间：2018-04-01
• 印刷时间：2018-04-01
• 版次：1
• 印次：1
• 开本：16开
• 包装：平装
• 页数：291
• 字数：342千字

内容提要

徐俊、袁弋非著的《5G-NR信道编码/5G丛书》以 5G主要应用场景和性能指标为基础，对适合5G的几大 编码技术逐一进行系统的描述。本书介绍的编码技术 主要包含低密度校验码（LDPC）、极化码（Polar Code）、咬尾卷积码（TBCC）和Turbo码。除此之外 ，对外层编码和其他的编码都有专门的章节介绍。每 一种编码技术的描述包括码的结构、编解码算法、性 能仿真和算法复杂度分析。
     本书适合从事无线通信的科技人员、大学授课教 师和研究生阅读，同时也适合作为工程技术及科研教 学的参考书。
    

作者简介

袁弋非，清华大学硕士毕业，美国卡内基-梅隆大学博士毕业，2000-2008年在朗讯（后合并为阿尔卡特-朗讯）从事3G和4G关键技术研究。2008年至今在中兴通讯担任无线标准技术总监，负责4G和5G的关键技术研究和标准推进。兴趣方向包括：多天线技术、信道编码、资源调度、非正交多址、窄带物联网等。2010年入选中组部“千人计划”。

目录

第1章 背景介绍
1.1 前几代移动通信的演进
1.2 第五代移动通信系统（5G-NR）的系统要求
1.2.1 主要场景
1.2.2 关键性能指标和评估方法
1.2.3 调制编码的性能仿真参数
1.3 信道编码的主要方案
1.3.1 低密度校验码（LDPC）
1.3.2 极化码（Polar Code）
1.3.3 卷积码（Convolutional Code）
1.3.4 Turbo码
1.3.5 外层编码（Outer Code）
1.3.6 其他*级编码方案
1.4 本书的目的和篇章结构
参考文献
第2章 低密度校验码（LDPC）
2.1 LDPC的产生和发展
2.2 LDPC码的基本原理
2.2.1 Gallager码
2.2.2 规则LDPC和非规则
2.2.3 置信度传播的基本原理及其应用
2.2.4 实用的解码方法
2.2.5 性能的理论分析
2.3 准循环LDPC码（QC-LDPC）
2.3.1 扩展矩阵
2.3.2 基础矩阵的基本结构
2.3.3 编码算法
2.3.4 准循环LDPC码的多码长设计
2.3.5 基于QC-LDPC码的多码率设计
2.3.6 基于QC-LDPC码的精细码率调整
2.3.7 一般LDPC码的短圈特性
2.3.8 QC-LDPC码的短圈特性
2.4 QC-LDPC码的译码结构
2.4.1 全并行译码（Full-parallel）
2.4.2 行并行译码（Row-parallel）
2.4.3 块并行译码（Block-parallel）
2.5 LDPC在5G-NR中的标准进展
2.5.1 提升值设计
2.5.2 紧凑型基本图设计
2.5.3 基本图
2.5.4 速率匹配
2.5.5 交织
2.5.6 分段
2.5.7 信道质量指示（CQI）表格和编码调制方案（MCS）表格
2.5.8 传输块大小（TBS，Transport Block Size）的确定
2.6 复杂度、吞吐量和解码时延
2.6.1 复杂度
2.6.2 吞吐量
2.6.3 解码时延
2.7 链路性能

《5G-NR信道编码：深度解析与实践指南》 前言 第五代移动通信技术（5G）的到来，标志着移动通信领域一次划时代的飞跃。相较于前几代技术，5G在速率、时延、连接密度等方面都实现了指数级的提升，为物联网、自动驾驶、虚拟现实等新兴应用场景的普及奠定了坚实的基础。而实现这些突破性性能的关键之一，便是5G新空口（NR）在信道编码方面所进行的创新与优化。 信道编码，作为通信系统中最核心、最基础的组成部分之一，其主要任务是通过在发送端添加冗余信息，以检测和纠正在传输过程中由于噪声、干扰等因素引入的错误，从而保证信息传输的可靠性。在5G NR的设计中，信道编码的复杂度和先进性达到了前所未有的高度，引入了多种新型编码方案，并对原有方案进行了大量的改进，以应对5G所面临的严峻挑战。 本书《5G-NR信道编码：深度解析与实践指南》旨在为读者提供一个全面、深入且实用的5G NR信道编码技术解析。我们将从信道编码的基本原理出发，逐步深入到5G NR特有的编码方案，包括其背后的数学原理、设计理念、关键技术细节以及在实际通信系统中的应用。本书的编写力求做到严谨性与易读性的结合，既能满足研究人员对技术细节的深入探究，也能为工程师和开发者提供切实的工程实践指导。 第一章：通信系统基础回顾与信道编码的重要性 在正式展开5G NR信道编码的探讨之前，我们有必要对传统的通信系统模型以及信道编码在其中的作用进行回顾。本章将从以下几个方面展开： 经典通信系统模型： 梳理发送端、信道、接收端的基本构成，以及信息源、信源编码、信道编码、调制、信道、解调、信道译码、信源译码、信息宿等环节的功能。 噪声与误差的来源： 深入分析通信过程中可能遇到的各种噪声和干扰，如热噪声、阻性噪声、干扰噪声、多径衰落、多普勒效应等，以及它们对信号传输造成的损害。 信道编码的基本概念： 阐述错误检测与纠正的原理，介绍线性分组码、卷积码等经典编码方式的基本思想，包括码率、码重、汉明距离、最小码距等关键参数的定义及其意义。 信道编码的性能指标： 探讨评估信道编码性能的常用指标，如纠错能力、编码增益、解码复杂度等，并解释这些指标如何影响通信系统的整体性能。 为何5G NR需要更先进的信道编码： 强调5G NR所面临的严苛性能指标（如极高的峰值速率、极低的时延、大规模连接）对信道编码提出了更高的要求，传统的编码方案已难以满足需求，因此需要引入更强大的编码技术。 第二章：5G NR概述与信道编码框架 本章将介绍5G NR的整体架构，并重点聚焦其信道编码在整个协议栈中的位置和作用，为后续章节的深入分析打下基础。 5G NR系统架构概览： 简要介绍5G NR的网络架构，包括核心网（5GC）和无线接入网（RAN）的组成，以及用户设备（UE）、基站（gNB）在通信中的角色。 5G NR的物理层设计理念： 阐述5G NR在物理层设计上的一些关键特性，如灵活的帧结构、大规模MIMO、波束赋形等，以及这些特性与信道编码的相互关系。 5G NR的信道类型： 区分5G NR中存在的不同逻辑信道和传输信道，例如用于传输用户数据的PDSCH/PUSCH，以及用于控制信息的PDCCH/PUCCH等，理解不同信道对编码要求差异。 5G NR的信道编码框架： 详细介绍5G NR中信道编码的整体框架，包括物理层传输的三个主要信道编码器：LDPC（Low-Density Parity-Check）码、Polar码和Turbo码（用于eMBB场景）。 不同编码方案的应用场景： 解释LDPC码、Polar码和Turbo码在5G NR中分别适用于哪些传输信道以及其选用的原因，例如LDPC码用于数据信道，Polar码用于控制信道，Turbo码用于增强移动宽带（eMBB）数据信道。 第三章：LDPC码在5G NR中的应用与原理 LDPC码是5G NR中应用最广泛的信道编码方案之一，特别是在数据传输信道上。本章将深入剖析LDPC码的设计原理、结构特性以及其在5G NR中的具体实现。 LDPC码的基本理论： 介绍LDPC码作为一种现代纠错码的起源和发展，强调其稀疏校验矩阵的特性。 LDPC码的构造方法： 讲解LDPC码的构造方法，包括随机构造法和规避构造法，以及这些方法如何影响码的性能。 LDPC码的校验矩阵与图表示： 详细阐述校验矩阵（H矩阵）与Tanner图之间的对应关系，理解Tanner图如何直观地表示LDPC码的编码和解码过程。 LDPC码的译码算法： 重点介绍LDPC码最常用的译码算法——消息传递算法（Message Passing Algorithm），包括其基本原理、迭代过程以及不同版本的变体（如和积算法Sum-Product Algorithm）。 5G NR中的LDPC码设计： LDPC码的参数设置： 详细介绍5G NR规范中LDPC码的各种参数，如码长（码块大小）、校验矩阵的稀疏度、码率等，并解释这些参数的选择如何影响性能和复杂度。 LDPC码的内部交织： 讲解LDPC码内部交织的作用，以及5G NR中采用的交织方式，以提高编码的随机性和纠错能力。 LDPC码的码族（Code Family）设计： 介绍5G NR中LDPC码的码族概念，以及不同码族的设计目标和特性。 LDPC码在5G NR中的优势： 分析LDPC码在高码率、大规模数据传输场景下的优越性能，以及其相对较低的解码复杂度。 第四章：Polar码在5G NR中的应用与原理 Polar码是5G NR引入的一项重要创新，是第一个被证明能够达到香农极限的编码方案，尤其适用于控制信道。本章将系统讲解Polar码的理论基础、构造方法及在5G NR中的应用。 Polar码的诞生与香农极限： 回顾Polar码的发明背景，强调其理论上的重要意义——能够接近香农极限。 信道极化（Channel Polarization）的概念： 深入解释信道极化现象，即通过重复和组合，可以产生一些“完美”信道（能够完美传输信息）和一些“灾难”信道（无法传输信息）。 Polar码的构造过程： 基本单元操作（Bit-flipping）： 讲解Polar码的基本编码操作，如何通过递归地将n个独立信道组合成2n个信道。 信息位与冻结位（Frozen Bits）： 解释Polar码中信息位和冻结位的概念，以及如何根据信道特性选择冻结位。 SC（Successive Cancellation）译码算法： 详细介绍Polar码最基础的译码算法——SC算法，包括其串行译码的原理。 SSC（Successive Cancellation List）译码算法： 介绍SC的改进算法——SSC算法，通过维护一个候选项列表来提高译码性能。 5G NR中的Polar码设计： Polar码的参数选择： 分析5G NR规范中Polar码的码长、信息比特数等关键参数的设定。 Polar码的信道列表（Channel List）与可靠性排序： 阐述如何根据信道增益或信道对称性来计算和排序信道的可靠性，以确定冻结位的选择。 Polar码在控制信道的应用： 重点分析Polar码为何非常适合用于5G NR的物理下行控制信道（PDCCH）和物理上行控制信道（PUCCH），例如其对小分组、低速率的适应性。 Polar码的优势与挑战： 探讨Polar码在小码长下的高性能以及其译码复杂度问题。 第五章：Turbo码在5G NR中的应用（eMBB场景） Turbo码是第三代移动通信（3G）中的一项革命性技术，在5G NR的增强移动宽带（eMBB）场景下，它依然扮演着重要角色，尤其是在处理高吞吐量的数据传输时。 Turbo码的基本原理： 回顾Turbo码作为一种迭代码的基本思想，即通过并行级联两个或多个简单的卷积码（或更通用的非系统码），并引入随机交织器。 Turbo码的译码算法： BCJR算法（Bahl, Cocke, Jelinek, and Raviv）： 介绍BCJR算法作为Turbo码最优译码算法的基础，理解其前向-后向（Forward-Backward）计算过程。 软输入软输出（SISO）译码器： 强调Turbo码译码器的SISO特性，即能够输出每个比特的对数似然比（LLR）。 迭代译码： 详细阐述Turbo码的迭代译码过程，以及信息在两次译码器之间的传递与更新。 5G NR中的Turbo码设计（eMBB场景）： Turbo码的码率与码长： 介绍5G NR针对eMBB场景下，Turbo码的码率范围和码长选择。 Turbo码的交织器设计： 讲解5G NR规范中Turbo码所使用的交织器类型和参数。 Turbo码的迭代次数： 讨论迭代次数对Turbo码性能和复杂度的影响，以及5G NR中的典型配置。 Turbo码的性能特点： 分析Turbo码在高码率下接近香农极限的性能，以及其译码复杂度相对较高的特点。 第六章：信道编码与5G NR其他关键技术协同 信道编码并非孤立存在，它与5G NR的其他关键技术紧密协同，共同实现卓越的通信性能。本章将探讨这种协同关系。 信道编码与MIMO（多输入多输出）技术： 空间复用（Spatial Multiplexing）与编码的结合： 分析如何将信道编码应用于多流数据传输，以提高空间利用率。 分集合并（Diversity Combining）与编码的配合： 讲解信道编码如何增强分集合并带来的分集效果，提高信号的鲁棒性。 大MIMO（Massive MIMO）对信道编码的要求： 探讨大MIMO场景下，海量天线如何影响信道特性，以及对信道编码的挑战和机遇。 信道编码与波束赋形（Beamforming）： 波束赋形对信道特性的影响： 分析波束赋形如何改变用户所经历的信道，并探讨其对信道编码选择的影响。 定向传输与编码的协同优化： 探讨如何在定向传输的条件下，对信道编码进行优化，以获得最佳的传输效率和可靠性。 信道编码与先进调制方案（如高阶QAM）： 调制与编码的联合设计（MCL）： 介绍调制和编码联合优化的理念，以及在5G NR中如何通过选择合适的调制阶数和编码参数来平衡性能与复杂度。 自适应调制与编码（AMC）： 讲解AMC机制如何根据信道条件动态调整调制阶数和编码率，以最大化吞吐量。 信道编码与时延敏感性（如URLLC）： 低时延场景下的编码选择： 分析低时延场景（如URLLC）对编码方案的要求，例如较低的编解码延迟。 Polar码在URLLC中的优势： 再次强调Polar码在低时延、低吞吐量场景下的适应性。 第七章：5G NR信道编码的实现与优化 本章将从工程实现的视角，探讨5G NR信道编码在实际硬件和软件中的实现挑战，以及相关的优化策略。 硬件实现考量： DSP（数字信号处理器）与FPGA（现场可编程门阵列）的应用： 分析在不同应用场景下，DSP和FPGA在实现信道编码算法的优劣势。 ASIC（专用集成电路）的设计： 探讨为高吞吐量场景下，ASIC在信道编码加速器设计中的作用。 并行化与流水线技术： 讲解如何通过并行计算和流水线技术，提高编解码器的吞吐量和处理速度。 软件实现考量： 算法优化与复杂度降低： 介绍一些常见的算法优化技术，以降低编解码算法的计算复杂度，使其能在资源受限的设备上运行。 高性能计算库与并行框架： 探讨如何利用现有的高性能计算库（如Intel MKL, OpenBLAS）和并行计算框架（如OpenMP, MPI）来加速软件实现。 性能测试与验证： 仿真平台与工具： 介绍常用的通信系统仿真工具（如MATLAB/Simulink, NS-3, Veins）在信道编码性能评估中的作用。 实际系统测试： 探讨在真实5G NR网络环境下进行的性能测试与验证。 未来发展趋势： AI/ML在信道编码中的应用： 展望人工智能和机器学习技术在优化信道编码算法、自适应编码参数选择等方面的潜力。 新的编码方案研究： 简要提及一些正在研究的、可能应用于未来通信系统的新型编码方案。 结论 5G NR信道编码是构建高性能、高可靠性移动通信系统的基石。本书通过对LDPC码、Polar码和Turbo码在5G NR中的深入剖析，结合其理论原理、设计细节和工程实践，旨在为读者构建一个清晰、全面的技术图景。理解和掌握这些先进的信道编码技术，对于从事5G NR相关的研发、设计、测试和优化的专业人士至关重要。我们希望本书能够激发读者对5G NR信道编码技术的进一步研究兴趣，并为推动下一代通信技术的进步贡献一份力量。 参考文献 （此处应列出本书引用过的相关学术论文、标准文档、技术报告等，以增强本书的学术严谨性。）

评分☆☆☆☆☆

从一个项目经理的角度来看，我需要快速掌握新技术栈的关键风险点和技术成熟度。在评估是否将某项新技术引入我们的产品线时，我们需要了解其可靠性、标准化进度和潜在的专利壁垒。我希望这本书能提供关于当前主流信道编码技术在商业化进程中的现状分析。例如，在不同厂商的设备中，对LDPC的解码器实现是否存在显著的性能差异？Polar码在控制信道上的标准化进程是否已经完全稳定，是否存在被未来标准迭代的风险？此外，一个关键的考量是算法的复杂度和延时对芯片设计成本的影响。如果这本书能够包含一个关于不同编码方案在相同处理能力芯片上，实现吞吐量和延迟的量化比较，那将是无价之宝。遗憾的是，这本书似乎完全避开了这些商业和工程落地层面的讨论，它专注于“是什么”，而不是“如何最好地用”以及“使用它需要付出什么代价”。这使得它更像是一份纯粹的技术参考资料，而不是一份能够指导我们做出关键技术选型的决策支持文档。

评分☆☆☆☆☆

这本书，说实话，我是冲着封面和名字去的，希望能找到一些关于现代无线通信技术，特别是未来网络架构的深入探讨。我手头有一些关于LTE和早期4G优化的资料，但现在市场和技术讨论都转向了更前沿的领域。我期望这本书能给我带来对下一代通信系统在物理层和链路层设计上的宏观视角和具体实现细节。理想中，我希望看到对信道编码理论在实际高频段传输中面临的新挑战，比如大规模MIMO带来的复杂度和低延迟需求下的编码优化策略的深入剖析。例如，LDPC码的迭代解码过程在高吞吐量场景下的硬件实现效率分析，或者Polar码在控制信道上的性能优势及其编码结构设计。更重要的是，我期待作者能结合实际的标准化进展，比如3GPP Release 16/17中对特定场景（如URLLC或eMBB）的编码方案是如何演进和优化的，而不是停留在教科书式的理论介绍。如果内容能涵盖一些具体的仿真结果或者实际系统验证的案例，那就更好了，这能让我更好地理解理论与工程实践之间的桥梁是如何搭建起来的。遗憾的是，这本书的内容似乎更侧重于对基础概念的罗列和对既有技术的概述，缺乏对前沿研究热点和工程实现难点的深度挖掘，读起来感觉像是一本比较全面的技术手册，但对于需要突破现有认知瓶颈的研究人员来说，深度略显不足。

评分☆☆☆☆☆

我最近正在着手一个关于提升物联网设备功耗效率的项目，这让我对底层信号处理和信道保护机制非常感兴趣。我本来以为这本书能提供一些在低功耗广覆盖（LPWA）场景下，如何权衡编码增益与解码复杂度的新思路。比如，针对极低信噪比环境下的信道估计和纠错码联合优化，或者在超低速率传输时，如何设计更具鲁棒性的编码结构以最大限度地延长电池寿命。我尤其关注那些能够适应动态环境变化的“智能”编码方案，即编码率或调制阶数可以根据实时信道质量反馈进行快速调整的机制。然而，通读全书下来，我的主要印象停留在对标准定义中那些经典编码技术的复述上。虽然它详细描述了基础的Turbo码结构和LDPC码的校验矩阵构造，但对于如何将这些通用算法“瘦身”或“强化”以适应特定垂直行业（如工业互联网或车联网）的特殊需求，书中的着墨非常少。这使得我在试图将书中学到的知识应用到我的具体工程问题时，感到缺乏足够的“工具箱”来应对实际的复杂性，更像是在翻阅一份技术规范的注解，而不是一本富有启发性的技术前沿探索之作。

评分☆☆☆☆☆

我是一名刚刚进入通信行业的研究生，对于学习复杂的编码理论非常感兴趣，我更倾向于那种能够深入挖掘数学原理，展示算法优雅性的著作。我希望能看到从信息论的基础出发，推导出为什么某些编码结构（如低密度奇偶校验码的稀疏性）能够逼近香农极限，并且对这些证明过程进行清晰的图示和推导。我非常欣赏那些能够把复杂的代数结构用直观的方式解释清楚的书籍。这本书在介绍LDPC和Polar码的构造时，确实提及了它们背道之处的理论基础，但似乎很快就跳到了标准的具体实现细节，对这些理论的“美感”挖掘不够充分。比如，对于Polar码的2项极化现象的数学证明过程，书中的阐述显得比较简略，让人感觉像是直接引用了结论而没有展示推导的乐趣。如果能在保持严谨性的前提下，增加更多关于编码设计与信息论前沿（如网络编码或量子信息论的交叉点）的探讨，这本书的学术价值会大大提升。目前的版本，对于初学者来说可能略显晦涩，而对于资深研究者来说，又缺乏足够的深度和新意。

评分☆☆☆☆☆

作为一名网络规划工程师，我更看重的是系统级的性能指标和不同技术模块之间的协同优化。在部署5G网络时，信道编码的选择直接影响到频谱效率和系统吞吐量。我希望这本书能够提供一个清晰的对比框架，不仅展示不同编码方案（比如LDPC对数据，Polar对控制）的理论性能曲线，更重要的是，能分析它们在实际网络部署中，比如在多小区干扰、负载均衡、以及与波束赋形技术配合使用时的实际表现差异。我关注的是实际部署中的“陷阱”和“最佳实践”。例如，在覆盖边缘，信道模型会发生显著变化，此时如何动态调整编码块大小和迭代次数，以避免引入过多的处理延迟，同时保证误码率目标，这是非常实际的问题。但这本书给我的感觉是，它将信道编码部分孤立地看待了，更多地是停留在对单个物理信道参数的介绍，缺乏将这些编码参数置于整个物理层和MAC层交互的宏大背景下进行系统性评估的分析。这种孤立的视角，让我在试图形成一个全面的网络优化策略时，觉得书中的信息碎片化且不够具有指导意义。