新型调制编码专题组技术报告_93页_3mb

5G系统新型调制编码技术总结

核心内容

本文档由IMT-2020(5G)推进组新型调制编码专题组成员单位起草，旨在探讨适用于未来5G系统的各种新型调制编码技术及其性能评估方法。文档涵盖链路级与系统级的仿真方法、多元域编码、中短码长编码、超奈奎斯特调制等技术方案，以及它们在不同信道条件下的表现和优化策略。

主要观点

• 编码调制与链路自适应技术 是无线通信系统物理层的关键技术之一，其演进显著提升了数据吞吐量、传输质量、时延和能耗。
• 5G系统需要支持多样化的应用场景，包括高吞吐量、高可靠性、低时延和高移动性等，因此需要差异化的编码调制方案。
• 新型调制编码技术包括多元域编码、中短码长编码、超奈奎斯特调制、网络级编码、自适应编码调制和HARQ增强等，旨在提升系统性能与频谱效率。

关键信息

1. 性能评估方法

2.1 链路级仿真

• 仿真参数：包括载波频率（2 GHz）、系统带宽（10 MHz）、PRB分配（50 PRBs）、调制方式（QPSK/16QAM/64QAM）、码率（1/3, 1/2, ¾）等。
• 结果统计方法：使用BER或BLER作为评估指标，绘制频谱效率曲线以评估系统性能。

2.2 系统级仿真

• 同构网仿真参数：采用3GPP UMa信道模型，信息位数为10 UE，码率为1/2，调制方式为16QAM，带宽为10 MHz。
• 异构网仿真参数：采用Type1 Relay模型，设定宏基站、中继节点和用户设备之间的距离、路径损耗、阴影衰落等参数，以模拟复杂网络环境。
• 结果统计方法：使用吞吐率CDF曲线评估系统性能，关注平均吞吐率和边缘吞吐率。

2. 链路级调制编码技术

3.1 多元域编码

• 多元LDPC码：定义在伽罗华域GF(q)上，具有q个码字，相较于二元LDPC码，具有更好的纠错性能和抗突发错误能力。
• 多元LDPC码BICM方案：通过交织映射（IM）和IQ映射（IQ2）等方法，实现星座图分集增益，提升系统性能。仿真结果显示，在ETU和EPA信道下，优化映射方案相较于Turbo码有0.2-0.7 dB的增益。
• 成形映射方法：将几何成形与Gallager映射结合，形成新的成形映射方案，如12-QAM和44-QAM，以提升频谱效率和系统性能。
• 自适应编码调制系统：通过接收端反馈选择码率和映射方式，实现更高效的传输，性能更接近Shannon限。

3.2 中短码长编码

• TBCC码：通过不同的码率（如1/8、1/3）和重复机制，优化中短码长的编码性能。
• 性能比较：在AWGN和EPA信道下，1/8码率的TBCC码相较于1/3码率的TBCC码有0.25-1.5 dB的增益。在ETU信道下，1/8码率的TBCC码同样表现优于1/3码率的TBCC码，但1/16码率的TBCC码未带来显著性能提升。

3.3 超奈奎斯特调制

• 定义与优势：超奈奎斯特调制（FTN）允许信号传输速率超过Nyquist速率，从而提高频谱效率（最高可达25%提升），同时降低峰均比（PAPR）。
• 滤波器设计：采用不同的成型脉冲（如矩形、高斯、EGF、IOTA等）以适应不同信道条件，优化系统性能。
• 译码算法简化：通过将超奈奎斯特调制解调解码过程视为卷积译码过程，简化译码算法，提升系统效率。

技术方案与性能评估

3.1 多元域编码

• 性能增益：在不同信道条件下，多元LDPC码通过优化映射方式（如IM和IQ2）可获得显著增益，最高可达0.7 dB。
• 校验矩阵设计：通过交织器和加权器设计，避免小环（如4环、6环），提高纠错性能。

3.2 中短码长编码

• 性能表现：在信息位长度为40比特时，1/8码率的TBCC码相较于1/3码率的TBCC码在EPA信道下有1.3 dB增益。
• 优化建议：推荐使用1/8码率的TBCC码作为中短码长的编码方案，因其在低码率下仍能提供良好的性能。

3.3 超奈奎斯特调制

• 频谱效率提升：通过调整时域相关因子 $\tau$，可实现25%以上的频谱效率提升。
• 成型脉冲选择：根据实际信道特性选择合适的成型脉冲，如EGF或IOTA，以优化系统性能。

结论

• 技术方向：多元域编码、中短码长编码、超奈奎斯特调制等技术是未来5G系统的重要发展方向。
• 性能提升：这些技术在不同信道环境下均能提供显著的性能提升，特别是在高吞吐量、低时延和高移动性场景下。
• 工程优化：通过合理设计交织器、加权器、成型脉冲和译码算法，可有效提升系统性能和复杂度控制。

附注

• 本报告由IMT-2020推进组成员共同撰写，旨在为5G国际标准制定和产业化提供技术参考。
• 文档中提供了详细的仿真参数和结果统计方法，以支持不同编码调制方案的性能评估。