LDPC 编码的 HARQ, 速率、吞吐量和时延

NR在有效解决块长度缩放和速率兼容性（包括增量冗余（IR： incremental redundancy）HARQ）的同时，有可能在性能和计算复杂性方面改进信道编码。

低密度奇偶校验（LDPC：low-density parity check）码是5G数据信道的编码方式，多边缘LDPC码是标准不规则LDPC集成框架的推广，具有更丰富的自由度来设计接近容量的码。这些代码允许在代码中引入几个边缘类型，而不是在标准的不规则LDPC码集合中引入单个边缘类型。与具有较低复杂度的标准不规则LDPC码相比，这使得能够实现更好的瀑布性能。通过允许奇偶校验位和循环置换矩阵的累加链来定义边缘类型的随机置换，生成的代码也易于编码。具有在一个时钟周期内处理每个边缘类型的硬件能力，允许拥有非常高的吞吐量解码器，以满足5G的数据速率要求。下图给出了多边缘型LDPC码的示例。

LDPC码的基图可以指示部署速率。为了支持多种速率，从在小区边缘观察到的低频谱效率到在小区中心观察到的高频谱效率，应为空口指定多种码率。与LTE Turbo码相反，后者穿孔低速率码以提供更高的部署码率，LDPC码可以用每个操作速率的基图来指定，以减少在发射机处校正过量穿孔的计算开销。LTE Turbo码和802.11n WiFi LDPC码之间的（高速率码）解码复杂度比较示例如图2所示。可以使用密度演化分析在每个码率点获得实现容量的ME LDPC码。然而，描述代码的合成复杂度以及解码到期望BLER的复杂度可能非常高。因此，应通过考虑性能、解码复杂度和描述复杂度来获得码率族。

IR HARQ对于节能数据传输是必要的。IR HARQ可以通过从较高速率的码开始，然后通过添加额外的奇偶校验位扩展到较低速率来有效地支持。这种具有扩展的IR HARQ方案允许在更大的速率范围内具有均匀接近的容量差距。图3描述了一种IR HARQ方案，其中高速率代码对应于嵌入低速率基图中的较小基图。在第一次传输中，解码器对较小的高速率基图进行操作，如果解码失败，则传输额外的奇偶校验位，这允许解码器对较大的低速率基图操作并实现成功解码。图4提供了一个示例，演示了使用ME LDPC的IR HARQ可实现的增益。

多边缘LDPC码是标准不规则LDPC集成框架的推广，具有更丰富的自由度，可用于设计接近容量的码。这些代码允许在代码中引入几个边缘类型，而不是在标准的不规则LDPC码集合中引入单个边缘类型。与具有较低复杂度的标准不规则LDPC码相比，这使得我们能够实现更好的瀑布性能。通过允许奇偶校验位和循环置换矩阵的累加链来定义边缘类型的随机置换，生成的代码也易于编码。具有在一个时钟周期内处理每个边缘类型的硬件能力，允许拥有非常高的吞吐量解码器，以满足5G的数据速率要求。

LDPC码的解码算法本质上是并行的，并且可以允许基于代码结构的高并行化，这将导致高吞吐量解码器。代码块长度是基图中的列数与提升尺寸Z的乘积。通常，Z大于基图中的列数，例如，802.11n在基图中有24列，Z为81以获得1944的码块长度。因此，能够在一个时钟周期内处理Z边缘（对应于提升Z）的解码硬件将允许我们获得高解码吞吐量。规范提供的并行化水平应满足NR所需的要求，并与空口的实现演进向前兼容。因此，应考虑确保初始NR部署可实现合理水平的并行化，以满足高数据吞吐量（如5Gbps）和低延迟要求（如成功解码数据的独立确认所需的15-30us周转时间）。

具有大带宽缩放的NR的更大帧可能保证更大的块长度，例如，在最高速率下，N=6144个编码比特或更多，以获得性能增益（见图1）。单个RB分配可导致更小的块长度，例如，低至N＝384个码位。通过改变循环矩阵的大小（提升大小），可以获得不同的代码块长度。用于产生不同升程尺寸的方案应允许高性能和易于描述。最大块长度应满足峰值吞吐量数据速率要求。在设计代码块长度的范围和粒度时，必须考虑编码（微码描述的大小）和解码复杂性（解码器的面积）以及解码延迟和性能增益之间的权衡。应选择最大提升尺寸，以满足峰值速率下的吞吐量和延迟要求。对于紧周转时间要求，最大代码块长度不能太大。速率匹配还应考虑对穿孔和缩短的支持。