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LDPC 編碼的 HARQ, 速率、吞吐量和時延

2023-02-21 10:23 作者:余網優(yōu)化  | 我要投稿

NR在有效解決塊長度縮放和速率兼容性(包括增量冗余(IR?incremental redundancy)HARQ)的同時,有可能在性能和計算復雜性方面改進信道編碼。

低密度奇偶校驗(LDPClow-density parity check)碼5G數據信道的編碼方式,多邊緣LDPC碼是標準不規(guī)則LDPC集成框架的推廣,具有更豐富的自由度來設計接近容量的碼。這些代碼允許在代碼中引入幾個邊緣類型,而不是在標準的不規(guī)則LDPC碼集合中引入單個邊緣類型。與具有較低復雜度的標準不規(guī)則LDPC碼相比,這使得能夠實現更好的瀑布性能。通過允許奇偶校驗位和循環(huán)置換矩陣的累加鏈來定義邊緣類型的隨機置換,生成的代碼也易于編碼。具有在一個時鐘周期內處理每個邊緣類型的硬件能力,允許擁有非常高的吞吐量解碼器,以滿足5G的數據速率要求。下圖給出了多邊緣型LDPC碼的示例。

LDPC碼的基圖可以指示部署速率。為了支持多種速率,從在小區(qū)邊緣觀察到的低頻譜效率到在小區(qū)中心觀察到的高頻譜效率,應為空口指定多種碼率。與LTE Turbo碼相反,后者穿孔低速率碼以提供更高的部署碼率,LDPC碼可以用每個操作速率的基圖來指定,以減少在發(fā)射機處校正過量穿孔的計算開銷。LTE Turbo碼和802.11n WiFi LDPC碼之間的(高速率碼)解碼復雜度比較示例如圖2所示。可以使用密度演化分析在每個碼率點獲得實現容量的ME LDPC碼。然而,描述代碼的合成復雜度以及解碼到期望BLER的復雜度可能非常高。因此,應通過考慮性能、解碼復雜度和描述復雜度來獲得碼率族。

IR HARQ對于節(jié)能數據傳輸是必要的。IR HARQ可以通過從較高速率的碼開始,然后通過添加額外的奇偶校驗位擴展到較低速率來有效地支持。這種具有擴展的IR HARQ方案允許在更大的速率范圍內具有均勻接近的容量差距。圖3描述了一種IR HARQ方案,其中高速率代碼對應于嵌入低速率基圖中的較小基圖。在第一次傳輸中,解碼器對較小的高速率基圖進行操作,如果解碼失敗,則傳輸額外的奇偶校驗位,這允許解碼器對較大的低速率基圖操作并實現成功解碼。圖4提供了一個示例,演示了使用ME LDPC的IR HARQ可實現的增益。

多邊緣LDPC碼是標準不規(guī)則LDPC集成框架的推廣,具有更豐富的自由度,可用于設計接近容量的碼。這些代碼允許在代碼中引入幾個邊緣類型,而不是在標準的不規(guī)則LDPC碼集合中引入單個邊緣類型。與具有較低復雜度的標準不規(guī)則LDPC碼相比,這使得我們能夠實現更好的瀑布性能。通過允許奇偶校驗位和循環(huán)置換矩陣的累加鏈來定義邊緣類型的隨機置換,生成的代碼也易于編碼。具有在一個時鐘周期內處理每個邊緣類型的硬件能力,允許擁有非常高的吞吐量解碼器,以滿足5G的數據速率要求。

LDPC碼的解碼算法本質上是并行的,并且可以允許基于代碼結構的高并行化,這將導致高吞吐量解碼器。代碼塊長度是基圖中的列數與提升尺寸Z的乘積。通常,Z大于基圖中的列數,例如,802.11n在基圖中有24列,Z為81以獲得1944的碼塊長度。因此,能夠在一個時鐘周期內處理Z邊緣(對應于提升Z)的解碼硬件將允許我們獲得高解碼吞吐量。規(guī)范提供的并行化水平應滿足NR所需的要求,并與空口的實現演進向前兼容。因此,應考慮確保初始NR部署可實現合理水平的并行化,以滿足高數據吞吐量(如5Gbps)和低延遲要求(如成功解碼數據的獨立確認所需的15-30us周轉時間)。

具有大帶寬縮放的NR的更大幀可能保證更大的塊長度,例如,在最高速率下,N=6144個編碼比特或更多,以獲得性能增益(見圖1)。單個RB分配可導致更小的塊長度,例如,低至N=384個碼位。通過改變循環(huán)矩陣的大?。ㄌ嵘笮。?,可以獲得不同的代碼塊長度。用于產生不同升程尺寸的方案應允許高性能和易于描述。最大塊長度應滿足峰值吞吐量數據速率要求。在設計代碼塊長度的范圍和粒度時,必須考慮編碼(微碼描述的大小)和解碼復雜性(解碼器的面積)以及解碼延遲和性能增益之間的權衡。應選擇最大提升尺寸,以滿足峰值速率下的吞吐量和延遲要求。對于緊周轉時間要求,最大代碼塊長度不能太大。速率匹配還應考慮對穿孔和縮短的支持。


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