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摘要：由于极化码在5G标准化中起到的重要作用，本文基于第五代移动通信在三大场景的关键技术方法，研究了系统极化码在联合信源信道编码中的使用，并通过网络传输，对数据压缩量进行研究。结果表明，系统极化码可以实现分布式压缩，其速率接近理论界限，对于较弱的压缩和较长的块长度可以降低误码率，同时对于更强的压缩和更短的块长度，可以更好地减小传输中发生的错误。
关键词：第五代移动通信：eMBB：uRLLC;mMTC;系统极化码
0引言
随着通讯需求的日益增长与全球移动通讯技术发展的日新月异，第四代移动通信已无法满足人们在工作生活中对于移动网络通讯的需要。工信部2018年11月底信息记录，现如今4G用户达11.5亿，宽带用户总数达4.05亿。用户数量的增长导致第四代通讯网络极高负荷，第五代移动通讯应运而生。1TU针对第五代移动通讯定义了三大应用场景：eMBB（enhanced Mobile Broadband）场景、mMTC（Massive Machine Type Communications）场景和uRLLC（Ultra Reliaue Low Latency Communications）场景。本文基于三大场景的第五代移动通信技术，进行其传输信道，即高斯信道建模，将高斯信道建模构造成实际现实系统的简化方案。其中JSCC信源信道联合编码系统基于系统极化码设计，满足第五代移动通信（5G）的最新技术。本研究可以投射到网络环境中，其中无线传感器网络将观测数据传输到中心节点进行解码。经过仿真环境设置，研究结果表明，系统极化码可以实现分布式压缩，其速率接近理论界限，对于较弱的压缩和较长的块长度可以获得更低的误码率，更强的压缩和更短的块长度可以更好抵抗传输错误。
1第五代移动通信标准
1.1eMBB场景
关于增强的移动宽带（eMBB），场景的业务指标，在3GPP的技术文件TR22.891和TR38.913中给出了相应的描述。eMBB旨在显著改善移动宽带接人的数据速率、延迟、用户密度、容量和覆盖范围。有助于满足对更快传输数据速度和不断增长的移动数据量的需求。随着科技的不断发展，應用对于宽带的要求只会越来越大，也必定会超过当前应用对宽带的需求。而eMBB将有助于车辆与车辆千兆位连接，数据密集型等较新应用的实现。即使在智能高速公路等较为拥挤的环境中，也能够实现AR/VR应用的实时数据流传输。这些应用的实现提升了用户体验性能，eMBB场景的目标是人与人之间极致的通信体验。考虑到人们对于经济方式的要求，5G网络也必须用更低的每比特成本传递数据。
1.2mMTC场景
海量机器类型通信（mMTC），又称大规模物联网，是指跨越大量设备的服务。mMTC实现了设备装置或技术在数量上尽可能多的参与到物联网中，满足人们对于覆盖区域，连接支持，功耗成本，网络带宽等一系列因素的需求，保证大量相邻设备同时享受顺畅的通信连接。例如，传感器这种设备，尽管每个传感器产生的数据量通常非常小，对移动通信网络的总体流量所具有的影响也非常微弱。可一旦部署数百万甚至数十亿个传感器，就会产生重大影响。就技术要求而言，mMTC并没有过高的要求非常低的延迟。虽然制动器的成本同样有限，但其可能具有不同的能量，范围从非常低到中等的能量消耗。然而，连接设备的绝对数量严重挑战了网络提供信令和连接管理的能力。为了解决这个问题，同时满足不损害设备所需的安全功能。移动网络可通过短程无线电接人技术提供设备连接，例如Wi-Fi、蓝牙、6LoWPAN等。连接设备后，移动网络经由网关提供超出本地区域的无线连接，从而实现尽可能多处理不同的应用。mMTC与现有网络共存，更加侧重人与物之间的信息交互。具有广覆盖、多连接、大速率、低成本、低功耗、优架构等特点。使得许多设备支持嵌入式高速传感器、停车传感器和智能电表等应用。
1.3uRLLC场景
超可靠和低延迟通信（uRLLC）将有助于支持关键任务应用程序，使用户和设备能够以最低延迟与其它设备进行双向通信，同时保证高网络可用性。与当前移动通信系统相比，一些设想的5G用例，例如交通安全、关键基础设施、行业过程的控制，可能需要更低的延迟。虽然传输到设备和从设备传输的数据的平均量不大，但是更大的瞬时带宽将有助于满足对于容量和延迟要求。由于应用程序级框架的要求和媒体编解码器限制可能会导致实际应用中更高的延迟，而为了支持这种对延迟至关重要的应用程序，5G允许应用程序端到端延迟1毫秒。uRLLC主要体现物与物之间的通信需求。因许多服务将在靠近空中接口的地方分配计算容量和存储，这将为实时通信创造新功能，并将在娱乐、自动驾驶车辆、工业过程控制等各种场景中实现超高的服务可靠性。
2三大场景关键技术
2.1编码技术
2.1.1极化码基础
极化码是由Arikan教授在2008ISlT国际信息大会上提出，是目前唯一一种可以证明达到信道容量极限的信道编码方法。分为系统极化码与非系统极化码，是一种新的高效编码技术。具体实现过程为N个信道组合和分离，获得相关性，当N接近无穷大时，子信道发生信道极化，一部分的信道容量趋近于1并且另一个子信道的容量趋近于0。
针对极化码编码结构的解码方案，Arikan提出了连续消除（SC）解码算法，另一种就是置信传播方法，但二者相比，前者拥有较低的复杂度，
本文将应用系统极化码以及系统极性译码器算法进行模拟仿真。
2.1.2香农极限
极化码与Turbo码、LDPC码相比，具有更好的性能和更低的复杂度，与香农极限相近。
Claude Elwood Shannon于1948年首次提出香农定理，该定理是在信号处理等领域的研究中，计算信号在白噪声干扰信道中，经过一段距离，信号衰减后得出的公式： 其中，Rmax为最大传输速率bit/s;B为频谱宽带;S为信号功率（W）;V為信息速率（bit/s）;n0为噪声功率谱密度;N为噪声功率（W）;S/N为信噪比（dB）。
香农定理表明，如果V≤Rmax.则理论上存在一种方法使得信息以一种任意小的错误概率通过该信道。
如果信息速率V
关键词：第五代移动通信：eMBB：uRLLC;mMTC;系统极化码
0引言
随着通讯需求的日益增长与全球移动通讯技术发展的日新月异，第四代移动通信已无法满足人们在工作生活中对于移动网络通讯的需要。工信部2018年11月底信息记录，现如今4G用户达11.5亿，宽带用户总数达4.05亿。用户数量的增长导致第四代通讯网络极高负荷，第五代移动通讯应运而生。1TU针对第五代移动通讯定义了三大应用场景：eMBB（enhanced Mobile Broadband）场景、mMTC（Massive Machine Type Communications）场景和uRLLC（Ultra Reliaue Low Latency Communications）场景。本文基于三大场景的第五代移动通信技术，进行其传输信道，即高斯信道建模，将高斯信道建模构造成实际现实系统的简化方案。其中JSCC信源信道联合编码系统基于系统极化码设计，满足第五代移动通信（5G）的最新技术。本研究可以投射到网络环境中，其中无线传感器网络将观测数据传输到中心节点进行解码。经过仿真环境设置，研究结果表明，系统极化码可以实现分布式压缩，其速率接近理论界限，对于较弱的压缩和较长的块长度可以获得更低的误码率，更强的压缩和更短的块长度可以更好抵抗传输错误。
1第五代移动通信标准
1.1eMBB场景
关于增强的移动宽带（eMBB），场景的业务指标，在3GPP的技术文件TR22.891和TR38.913中给出了相应的描述。eMBB旨在显著改善移动宽带接人的数据速率、延迟、用户密度、容量和覆盖范围。有助于满足对更快传输数据速度和不断增长的移动数据量的需求。随着科技的不断发展，應用对于宽带的要求只会越来越大，也必定会超过当前应用对宽带的需求。而eMBB将有助于车辆与车辆千兆位连接，数据密集型等较新应用的实现。即使在智能高速公路等较为拥挤的环境中，也能够实现AR/VR应用的实时数据流传输。这些应用的实现提升了用户体验性能，eMBB场景的目标是人与人之间极致的通信体验。考虑到人们对于经济方式的要求，5G网络也必须用更低的每比特成本传递数据。
1.2mMTC场景
海量机器类型通信（mMTC），又称大规模物联网，是指跨越大量设备的服务。mMTC实现了设备装置或技术在数量上尽可能多的参与到物联网中，满足人们对于覆盖区域，连接支持，功耗成本，网络带宽等一系列因素的需求，保证大量相邻设备同时享受顺畅的通信连接。例如，传感器这种设备，尽管每个传感器产生的数据量通常非常小，对移动通信网络的总体流量所具有的影响也非常微弱。可一旦部署数百万甚至数十亿个传感器，就会产生重大影响。就技术要求而言，mMTC并没有过高的要求非常低的延迟。虽然制动器的成本同样有限，但其可能具有不同的能量，范围从非常低到中等的能量消耗。然而，连接设备的绝对数量严重挑战了网络提供信令和连接管理的能力。为了解决这个问题，同时满足不损害设备所需的安全功能。移动网络可通过短程无线电接人技术提供设备连接，例如Wi-Fi、蓝牙、6LoWPAN等。连接设备后，移动网络经由网关提供超出本地区域的无线连接，从而实现尽可能多处理不同的应用。mMTC与现有网络共存，更加侧重人与物之间的信息交互。具有广覆盖、多连接、大速率、低成本、低功耗、优架构等特点。使得许多设备支持嵌入式高速传感器、停车传感器和智能电表等应用。
1.3uRLLC场景
超可靠和低延迟通信（uRLLC）将有助于支持关键任务应用程序，使用户和设备能够以最低延迟与其它设备进行双向通信，同时保证高网络可用性。与当前移动通信系统相比，一些设想的5G用例，例如交通安全、关键基础设施、行业过程的控制，可能需要更低的延迟。虽然传输到设备和从设备传输的数据的平均量不大，但是更大的瞬时带宽将有助于满足对于容量和延迟要求。由于应用程序级框架的要求和媒体编解码器限制可能会导致实际应用中更高的延迟，而为了支持这种对延迟至关重要的应用程序，5G允许应用程序端到端延迟1毫秒。uRLLC主要体现物与物之间的通信需求。因许多服务将在靠近空中接口的地方分配计算容量和存储，这将为实时通信创造新功能，并将在娱乐、自动驾驶车辆、工业过程控制等各种场景中实现超高的服务可靠性。
2三大场景关键技术
2.1编码技术
2.1.1极化码基础
极化码是由Arikan教授在2008ISlT国际信息大会上提出，是目前唯一一种可以证明达到信道容量极限的信道编码方法。分为系统极化码与非系统极化码，是一种新的高效编码技术。具体实现过程为N个信道组合和分离，获得相关性，当N接近无穷大时，子信道发生信道极化，一部分的信道容量趋近于1并且另一个子信道的容量趋近于0。
针对极化码编码结构的解码方案，Arikan提出了连续消除（SC）解码算法，另一种就是置信传播方法，但二者相比，前者拥有较低的复杂度，
本文将应用系统极化码以及系统极性译码器算法进行模拟仿真。
2.1.2香农极限
极化码与Turbo码、LDPC码相比，具有更好的性能和更低的复杂度，与香农极限相近。
Claude Elwood Shannon于1948年首次提出香农定理，该定理是在信号处理等领域的研究中，计算信号在白噪声干扰信道中，经过一段距离，信号衰减后得出的公式： 其中，Rmax为最大传输速率bit/s;B为频谱宽带;S为信号功率（W）;V為信息速率（bit/s）;n0为噪声功率谱密度;N为噪声功率（W）;S/N为信噪比（dB）。
香农定理表明，如果V≤Rmax.则理论上存在一种方法使得信息以一种任意小的错误概率通过该信道。
如果信息速率V