牛凱，戴金晟，樸瑨楠

（北京郵電大學“泛網無線通信”教育部重點實驗室，北京 100876）

1 引言

當前5G 已經處于商業(yè)化初期階段，全球移動通信技術的爭奪焦點正在迅速轉向6G。2019 年9月，芬蘭奧盧大學發(fā)布了全球第一個6G 白皮書[1]。2019 年11 月3 日，我國組織召開6G 工作啟動會，標志著6G 研發(fā)正式提上日程。

相對于5G，6G 將在信息處理的廣度、速度、深度這3 個層次進行全面提升。在廣度層次上，6G 將包括衛(wèi)星、空中、地面、水下等通信，構成“空天地海一體化”通信網絡，極大地擴展通信范圍。在速度指標上，相對于5G，6G 峰值速率達到1 Tbit/s。在深度層次上，6G 處理的信息不僅包括聽覺、視覺、嗅覺、味覺、觸覺，還包括腦電波信息，構成全息通信系統(tǒng)。進一步地，6G 通信對象不限于人、機、物等實體對象，還將包括虛擬對象——靈[2]，即真實用戶在虛擬世界中的智能代理。

相關文獻[1-3]列出了6G 的主要性能指標：峰值傳輸速率達到100 Gbit/s～1 Tbit/s；通信時延為50～100 μs；超高可靠性，中斷概率小于10?6；超高密度，連接設備密度達到每立方米超過100 臺；超大容量，采用太赫茲頻段，大幅度提高網絡容量。由此可見，未來6G 需要同時滿足高可靠、低時延、高頻譜效率、高密度、大容量的性能要求。為了應對這些艱巨挑戰(zhàn)，迫切要求6G 信號傳輸理論取得突破。

1948 年，信息論創(chuàng)始人Shannon[4]提出了著名的信道編碼定理。70 多年來，構造逼近信道容量的編碼是信道編碼理論的中心目標。2009 年，土耳其學者Arikan[5]基于信道極化思想，提出了極化碼，首次以構造性方法證明信道容量漸近可達。極化碼提出10 多年來，已成為信道編碼領域的熱門研究方向，其理論基礎已經初步建立。2016 年底，極化碼入選5G 的控制信道編碼候選方案，并最終寫入5G 標準中[6]。

極化碼作為5G 控制信道的編碼標準，這只是其實用化的一小步。為了應對6G 提出的高可靠、低時延、高頻譜效率、高密度、大容量等技術挑戰(zhàn)，極化編碼傳輸將是非常有競爭力的一種候選技術。本文旨在介紹滿足6G 傳輸需求的極化編碼原理與傳輸技術，展望極化碼在6G 數(shù)據(jù)信道中的應用前景。首先基于廣義極化概念，提出了極化處理基本框架，用于設計極化編碼傳輸系統(tǒng)。接著分析了接近有限碼長信道容量的極化編譯碼方案，用于滿足6G 高可靠傳輸需求。然后介紹了極化編碼MIMO的系統(tǒng)架構，論述了提升6G 頻譜效率的基本思想。最后介紹了極化編碼NOMA 的系統(tǒng)架構，提出了提高6G 系統(tǒng)容量的基本方案。

2 極化編碼的6G 無線傳輸系統(tǒng)

本節(jié)首先介紹信道極化基本思想，然后簡述極化編碼原理，最后闡述面向6G 的極化處理框架。

2.1 信道極化

所謂信道極化，是指將一組可靠性相同的二進制對稱輸入離散無記憶信道（B-DMC,binary discrete memoryless channel）采用遞推編碼的方法，變換為一組有相關性的、可靠性各不相同的極化子信道的過程。隨著碼長（即信道數(shù)目）的增加，這些子信道呈現(xiàn)兩極分化現(xiàn)象。

Arikan[5]證明，當信道數(shù)目充分大時，極化信道的互信息完全兩極分化為無噪的好信道（互信息趨于1）與完全噪聲的差信道（互信息趨于0），并且好信道占總信道的比例趨于原始B-DMC 的容量I(W)，而差信道比例趨于1 ?I(W)，其中W為B-DMC。

2.2 極化編碼

一般地，對于給定的W，可以采用不同的構造方法[7-8]，評估N個子信道的可靠性。其中K個高可靠的子信道集合A 稱為信息集合，用于承載信息比特；剩余的N?K個低可靠子信道集合 A用于承載收發(fā)兩端都已知的固定比特（一般默認為全0），稱為凍結比特。

給定(N,K)極化碼，信息位長度為K，碼長為N，則編碼器輸入比特序列由信息比特與凍結比特構成，表示為。令表示編碼比特序列，則極化碼的編碼表示為

2.3 極化處理

實際上，一般通信系統(tǒng)中也廣泛存在可靠性差異導致的廣義極化現(xiàn)象。例如星座調制的各個比特具有不同的可靠性；又如多址接入系統(tǒng)中，由于各個用戶經歷了不同的信道衰落，也存在可靠性差異；再如MIMO（multiple input multiple output）系統(tǒng)中，由于每對收發(fā)天線的信道響應不同，因此檢測的可靠性各不相同。這些通信系統(tǒng)中的可靠性差異都可以歸結為廣義極化現(xiàn)象[7]。理論分析表明，采用極化編碼，充分匹配通信系統(tǒng)中普遍存在的廣義極化效應，能夠逼近信道容量極限，大幅提升系統(tǒng)性能。

由此，為了滿足高可靠、低時延、高頻譜效率、高密度、大容量等6G 傳輸需求，本文提出了如圖1所示的極化處理框架。需要強調的是，這一框架并不是極化碼、非正交多址接入（NOMA,non-orthogonal multiple access）與多天線的簡單技術組合，而是充分利用廣義極化效應整體設計的框架。其中，多天線傳輸利用了各天線可靠性的差異，可以看作空間極化。非正交多址利用了多用戶之間的可靠性差異，可以看作多用戶極化。而極化碼采用編碼的方法，充分適配多用戶極化與空間極化，從而構成了整體極化的系統(tǒng)框架。

圖1 面向6G 的極化處理框架

3 接近于有限碼長容量極限的極化編譯碼

Arikan[5]最早提出了串行抵消（SC,successive cancellation）極化碼譯碼算法，這一算法具有良好的漸近性能。但在有限碼長下，單獨采用極化編碼以及SC 譯碼性能較差，遠遜于低密度奇偶校驗（LDPC,low density parity check）碼、Turbo 碼。為了提高極化碼有限碼長的性能，人們采用了循環(huán)冗余校驗（CRC,cyclic redundancy check）碼級聯(lián)極化碼及高性能譯碼算法，在有限碼長條件下，相對于LDPC 碼、Turbo 碼有顯著的性能增益[8]。為了滿足6G 超高可靠性要求，需要進一步探索極化碼在有限碼長下的極限性能。

3.1 有限碼長容量極限

經典意義上的信道容量只適用于評估無限碼長條件下信道編碼的極限性能，雖然具有重要的理論意義，但對于工程應用而言，碼長往往有限，這一容量極限是不可達的。為了評估有限碼長條件下的信道容量，文獻[9]提出了修正信道容量計算式，如式(2)所示。

其中，C是信道容量，V是信道擴散函數(shù)，Pe是差錯概率。式(2)是在信道容量基礎上添加了修正項得到的近似式，稱為正態(tài)近似（NA,normal approximation）。式(2)可以方便地評估有限碼長N下特定信道的容量，是近年來信息論的重大進展。本文利用這一計算式評估極化碼的短碼性能。

3.2 高性能極化碼構造

本文設計的高性能極化碼編譯碼方案如圖2 所示，發(fā)送端包括CRC 編碼器與極化碼編碼器，信號經過AWGN 信道后，接收端采用一種混合譯碼算法接收信號，該算法由CRC 輔助的自適應串行抵消列表（SCL,successive cancellation list）譯碼算法與CRC 輔助的球譯碼（SD,sphere decoding）算法組成。

圖2 高性能極化碼編譯碼方案

針對CRC 級聯(lián)極化碼，本文在短碼N=128情況下進行了優(yōu)化設計。短碼條件下，CRC 的結構非常重要，會顯著影響整個級聯(lián)碼的最小漢明距離與重量譜分布。經過精確計算與枚舉搜索，文獻[10]得到了各種碼率下最優(yōu)的CRC 生成多項式，如表1所示。

表1 中，R表示級聯(lián)碼的碼率，當N=128、時，信息位長度K=64；dmin表示級聯(lián)碼的最小漢明距離；Admin表示對應最小距離的重量譜。通過優(yōu)化CRC 生成多項式，可以顯著提高級聯(lián)碼的整體性能。

3.3 混合譯碼算法

高性能譯碼算法是提升極化碼有限碼長性能的關鍵。文獻[11-12]同時提出了SCL 算法，另外，還提出了SCS（successive cancellation stack）譯碼算法[13]。相比于SC 譯碼，這些算法性能有顯著改進。進一步地，Niu 等[14]提出的 CRC 輔助的SCL/SCS 譯碼算法（CA-SCL/SCS）及Li 等[15]提出的自適應CA-SCL 算法，極大地增強了譯碼性能。對于短碼極化碼，文獻[16-17]中提出了低復雜度的球譯碼算法，達到了最大似然（ML,maximum likelihood）譯碼性能。

表1 短碼條件下最優(yōu)的CRC 生成多項式

為了探索級聯(lián)極化碼的極限性能，本文提出了CRC 輔助混合譯碼（CA-HD,CRC aided hybrid decoding）算法。其基本思想是，譯碼器首先啟動自適應CA-SCL 算法，假設未達到預設最大列表規(guī)模Lmax，已經有路徑通過CRC，則提前結束譯碼；反之，如果L=Lmax時還沒有路徑通過CRC，則說明當前錯誤較惡劣，此時利用SCL 譯碼結果重新計算CRC 比特并設置初始半徑，進行CA-SD 譯碼，得到最終結果。

這種混合譯碼算法在大多數(shù)情況下，只執(zhí)行CA-SCL 譯碼；而在極少數(shù)情況下，需要啟動CA-SD譯碼。CA-SCL 譯碼復雜度較低，但性能受限，而CA-SD 譯碼能達到理論最優(yōu)的ML 譯碼，但復雜度較高。由于對球譯碼初始半徑進行了優(yōu)化，通過有機組合2 種譯碼機制，能夠以較低的譯碼復雜度趨近于ML 譯碼性能。

3.4 仿真結果與分析

在AWGN 信道下，針對表1 的級聯(lián)極化碼，圖3給出了誤塊率（BLER,block error rate）的仿真結果。

圖3 各種譯碼算法的性能比較

圖3 中，碼長N=128，碼率R分別為，譯碼算法包括混合譯碼（CA-HD）、自適應CA-SCL譯碼（ADSCL）、固定列表譯碼（CA-SCL），實線表示仿真結果，虛線表示基于正態(tài)近似（NA）的差錯性能下界。其中ADSCL 與CA-HD 的最大列表規(guī)模都為1 024。

由圖3 可知，不同碼率條件下，當采用固定的列表L=32時，相比于NA 下界，各種譯碼算法都有明顯的性能損失。ADSCL 雖然列表規(guī)模達到了1 024，但性能仍然比CA-HD 略差。并且在各種碼率下，CA-HD 的譯碼性能都接近了理論極限，例如當，BLER=10?3時，CA-HD與NA只差0.025 dB，幾乎達到了有限碼長容量極限。

Arikan[18]在2019 年的Shannon Lecture 講演中提到，為了達到有限碼長容量極限，需要采用卷積碼與極化碼的級聯(lián)方案，并且要采用序列譯碼算法，這就是所謂的 PAC（polarization-adjusted convolutional）編碼。本文的結果表明，采用經過優(yōu)化的CRC-Polar 級聯(lián)編碼與混合譯碼算法，也能夠逼近容量極限，與PAC 方案性能類似。并且PAC碼的碼率難以靈活調整，而CRC-Polar 級聯(lián)編碼適用于多種碼率，具有更強的普適性，能夠適應6G高可靠性傳輸需求。

4 高頻譜效率的極化編碼MIMO

如前所述，MIMO 傳輸可以看作廣義極化變換，利用極化碼匹配不同可靠性的空間傳輸信道，能夠顯著提升系統(tǒng)整體頻譜效率，稱為極化編碼MIMO（PC-MIMO,polar coded MIMO）[19]。文獻[20]進一步研究了極化編碼大規(guī)模MU-MIMO 的性能。

4.1 PC-MIMO 架構

文獻[19]提出了PC-MIMO 的系統(tǒng)方案，如圖4所示。發(fā)送端包括一個或多個極化碼編碼器，編碼比特序列經過交織，送入星座調制進行極化映射，最后將調制符號序列分別送入多個發(fā)送天線，進行MIMO 極化映射得到發(fā)送信號序列。在接收端，可以采用2 種檢測譯碼算法，一種是串行檢測，MIMO檢測器按照一定順序逐天線輸出軟信息，并且在極化碼譯碼器與MIMO 檢測器之間串行交互信息，譯碼器反饋支路如圖4 中虛線所示；另一種是并行檢測，MIMO 檢測并行輸出全部天線的軟信息，再分別進行軟解調與極化碼譯碼。

需要注意的是，上述方案并不是極化編碼與MIMO 傳輸?shù)暮唵谓M合。整個系統(tǒng)需要從極化觀點出發(fā)，進行聯(lián)合設計與優(yōu)化，包括編碼極化、調制極化與空間極化三級的極化分解與映射。其中，空間極化利用天線間的可靠性差異，進行天線信號的極化變換，將MIMO 信道分解為空間極化信道；調制極化利用星座信號各個比特之間的可靠性差異，通過比特極化變換，分解為比特極化信道；編碼極化進一步放大了比特極化信道的差異，得到最終的編碼極化信道。通過這樣的三級極化，能夠顯著增強自然存在的空間與調制極化效應，最終實現(xiàn)PC-MIMO 系統(tǒng)的整體極化。

圖4 PC-MIMO 方案

理論分析表明，在無限碼長條件下，這種三級極化的PC-MIMO 系統(tǒng)能夠達到信道容量極限[19]，換言之，PC-MIMO 的整體極化方案是一種提升系統(tǒng)頻譜效率、滿足6G 高效率傳輸?shù)闹匾夹g手段。

4.2 空間極化特性

假設MIMO 系統(tǒng)有S個發(fā)天線、M個收天線，采用2m進制的星座調制，一幀包含N個符號。則接收信號模型可以表示為

根據(jù)文獻[19]的分析，利用互信息鏈式法則，MIMO 信道的互信息分解為

其中，I(Wk)表示第k個發(fā)送天線對應的極化信道的互信息，它可以進一步分解為m個調制比特子信道Wk,j，其相應的互信息為I(Wk,j)。

圖5 空間與調制信道極化示例

4.3 檢測算法

如前所述，PC-MIMO 系統(tǒng)的檢測方案需要集成MIMO 檢測、軟解調及極化碼譯碼算法。其中MIMO 檢測采用MMSE（minimum mean square error）、QR 分解等算法，極化碼譯碼采用SC 或CA-SCL 譯碼算法。PC-MIMO 檢測方案有2 種結構，一種是串行檢測譯碼，另一種是并行檢測譯碼。

對于串行檢測譯碼，首先逐天線進行MIMO 信號檢測，得到第一路天線信號后進行軟解調，將比特似然比序列送入解交織器，進行SC/CA-SCL 譯碼，獲得第一路極化碼譯碼結果。然后將譯碼比特反饋到MIMO 檢測器，進行干擾重建與抵消后，接著檢測第二路天線信號，再進行軟解調與極化碼譯碼，以此類推，最終完成所有天線信號的檢測、解調與譯碼。并行檢測譯碼的結構比較簡單，在此不再贅述。相比于串行檢測譯碼，并行檢測譯碼是一種次優(yōu)算法，但并行結構可以降低整個檢測的處理時延，因此也具有一定的實用價值。

4.4 仿真結果與分析

本文比較了（1 × 1、2 × 2、4 × 4、8 × 8）MIMO、64QAM 調制、BLER=10?4條件下，不同碼長碼率PC-MIMO 與Turbo 編碼MIMO（TC-MIMO）、LDPC編碼MIMO（LC-MIMO）的頻譜效率，如圖6 所示。極化碼編碼采用文獻[19]的構造方法，譯碼采用CA-SCL 算法。Turbo 碼編碼采用LTE 標準，譯碼采用Log-MAP 算法。LDPC 碼編碼采用5G 新空口（NR,new radio）標準，譯碼采用BP（belief propagation）算法?？梢钥吹?，PC-MIMO 相對于TC-MIMO 和LC-MIMO 有1～2 dB 的性能增益。這說明，由于采用整體極化，PC-MIMO 能夠達到更高的頻譜效率，非常適合6G 高頻譜效率傳輸?shù)男枨蟆?/p>

圖6 PC-MIMO 與TC-MIMO 和LC-MIMO 的頻譜效率比較

5 大容量的極化NOMA

NOMA 是一類提高多用戶通信系統(tǒng)容量的有效方法，特別是稀疏碼多址接入（SCMA,sparse code multiple access）、圖樣分割多址接入（PDMA,pattern division multiple access）等方案[21-22]。每個用戶分配不同的碼本向量，在占用同等時頻資源條件下，相比于正交多址接入，能夠增加接入用戶數(shù)量。由于NOMA 系統(tǒng)各個用戶的檢測可靠性存在差異，因此也可以看作廣義極化，采用極化編碼的NOMA 方案，能夠顯著提升系統(tǒng)的可靠性與接入容量，是滿足6G 大容量接入的重要候選技術。

5.1 極化編碼NOMA 架構

文獻[23]提出了極化編碼NOMA 的基本框架，如圖7 所示。PC-NOMA 系統(tǒng)針對的是多址接入信道，在發(fā)送端，每個用戶的數(shù)據(jù)分別進行極化編碼、交織、星座調制與多用戶碼本映射，然后送入信道。在接收端，接收信號首先在多用戶因子圖上進行“軟入軟出”檢測，產生每一路用戶數(shù)據(jù)的軟信息；然后送入軟解調單元，得到比特似然比信息；最后送入各個用戶的極化碼譯碼器進行糾錯。

圖7 極化編碼NOMA 的基本框架

類似于PC-MIMO 系統(tǒng)，PC-NOMA 系統(tǒng)的極化變換也可以劃分為三級極化：用戶極化、調制極化和編碼極化。其中，調制極化和編碼極化與PC-MIMO 類似，在此不再贅述。用戶極化充分利用了用戶可靠性的差異，將NOMA 的多用戶碼本映射過程看作廣義的極化變換，采用極化編碼調制進行充分匹配，從而獲得系統(tǒng)的整體優(yōu)化。

PC-NOMA 系統(tǒng)的檢測結構也包括2 種，串行檢測和并行檢測。對于串行檢測，多用戶檢測算法按照一定的順序輸出某個用戶的軟信息，進行軟解調、解交織與極化譯碼后，將判決結果反饋到多用戶檢測單元，進行干擾抵消后，再對下一個用戶繼續(xù)進行檢測、解調與譯碼。對于并行檢測，則同時輸出各用戶軟信息，分別進行檢測、解調與譯碼?；趶V義極化變換分析可以發(fā)現(xiàn)，在串行檢測中，用戶檢測順序是影響PC-NOMA 性能的關鍵配置。

5.2 多用戶極化特性

對于上行NOMA 系統(tǒng)，假設有J個用戶，第v個用戶的碼本向量為xv=(xv,1,xv,2,… ,xv,F)，對應的信道衰落向量為hv=(hv,1,hv,2,…,hv,F)。則接收信號向量y=(y1,y2,…,yF)可以表示為

其中，()T表示向量轉置，diag(hv)表示以向量hv的衰落系數(shù)為對角線元素的對角矩陣，zT表示加性噪聲向量。

假設每個用戶采用2m進制調制，發(fā)送N個符號，根據(jù)文獻[23]的分析，利用互信息鏈式法則，PC-MIMO 信道的序列互信息可表示為

其中，bv表示第v個用戶發(fā)送的信息序列，yl表示第l個時刻接收到的信號向量，Wv,j,i表示經過用戶/調制/編碼三級極化后對應的第v個用戶、第j個比特、第i個極化子信道，其互信息為I(Wv,j,i)。

圖8 給出了采用PDMA 碼本（配置為3 個用戶共享2 個單元，即2 × 3，參見式(8)）、二進制調制、每個用戶碼長為N=256，AWGN 信道的極化信道容量計算示例。

圖8 PC-NOMA 的廣義極化效應示例

由圖8 可知，3 個用戶內部的各個子信道，存在可靠性顯著差異，互信息越大（接近1），則可靠性越高；反之，互信息越?。ń咏?），則可靠性較差，這是由編碼極化導致的。同時，3 個用戶高可靠子信道的比例也存在明顯差異，用戶1 對應的高可靠子信道較多，用戶2 次之，用戶3 最少，3 個信道構成了顯著的用戶極化效應。

5.3 檢測算法

如前所述，PC-NOMA 系統(tǒng)有2 種檢測算法：串行檢測與并行檢測。對于多用戶檢測，在NOMA 碼本構成的因子圖上，一般采用軟入軟出的迭代算法。對于極化碼譯碼，采用SC或CA-SCL算法。

在串行檢測中，用戶檢測順序對于系統(tǒng)性能有直接影響。傳統(tǒng)觀點認為，多用戶串行抵消（SIC,successive interference cancellation）檢測的最優(yōu)檢測順序是按照信號強度從大到小進行，稱為強者優(yōu)先準則（BGF,best-goes-first），即首先檢測信號最強的用戶，然后檢測次強用戶，以此類推。但是文獻[23]中的BGF 只是不考慮信道編碼，單獨進行多用戶檢測時的最優(yōu)順序。

對于PC-NOMA 系統(tǒng)，考慮到用戶/信號/編碼三級極化，則BGF 并不是最優(yōu)的檢測順序；相反的順序，即基于最差優(yōu)先準則（WGF,worst-goesfirst）性能反而更好。對于WGF 順序，首先檢測最差用戶信號，進行解調與譯碼，然后再檢測第二差用戶解調與譯碼，以此類推。表面上看，這樣的檢測不符合多用戶從強到弱的檢測過程。但PC-NOMA 是整體極化，最差用戶的極化碼有更多凍結位輔助譯碼，從系統(tǒng)優(yōu)化觀點來看，這樣的檢測順序才是最佳的。

采用并行結構的PC-NOMA 檢測接收，結構比較簡單，多用戶檢測單元多次迭代后，并行輸出多個用戶的軟信息，分別送入各自的解調譯碼單元進行處理即可，在此不再贅述。

5.4 仿真結果與分析

為了考察不同編碼方式的NOMA 系統(tǒng)性能，本文仿真了AWGN 信道下，PC-SCMA、PC-PDMA、TC-SCMA 與TC-PDMA 系統(tǒng)的性能。每個用戶的極化碼或Turbo 碼長N=1024，所有用戶的平均碼率。極化碼采用CA-SCL 譯碼算法，Turbo碼采用Log-MAP（logarithmic maximum a posteriori probability）譯碼算法。

4 × 6SCMA 碼本矩陣、2 × 3與3 × 6PDMA 碼本矩陣分別定義為

其中，SCMA 碼本對應的負載為150%，PDMA 碼本對應的負載分別為150%與200%。

AWGN 信道下4 種配置的NOMA 方案BLER性能如圖9 所示。由圖9 可知，無論是采用PDMA還是SCMA 碼本，極化編碼系統(tǒng)都比Turbo 編碼系統(tǒng)有顯著的性能增益。例如，采用3 × 6PDMA 碼本，當BLER=10?4時，PC-PDMA 比TC-PDMA 可以獲得3 dB 的性能增益，并且TC-SCMA 和TC-PDMA都出現(xiàn)了明顯的錯誤平臺現(xiàn)象，而PC-SCMA 和PC-PDMA 都沒有這一現(xiàn)象。進一步觀察到，PC-SCMA 和PC-PDMA 采用BGF 與WGF 這2 種多用戶檢測順序，也存在性能差異。在不同碼本與負載條件下，WGF 都優(yōu)于BFG，這一結果符合前述分析。WGF更匹配整體極化結構，因此相比BGF，能夠進一步提升系統(tǒng)性能。

圖9 AWGN 信道下4 種配置的NOMA 方案BLER 性能比較

通過上述比較可以看出，極化編碼NOMA 系統(tǒng)是一種提高系統(tǒng)容量的有效手段，文獻[24-25]也進行了進一步研究。另外，廣義極化思想也可以應用于波形設計，本文將極化編碼應用于GFDM（generalized frequency division multiplexing）系統(tǒng)中，也有顯著的性能優(yōu)勢，具體方案參考文獻[26]，在此不再贅述。對于滿足6G 大容量接入而言，這些方案都是有競爭力的候選方案。

6 結束語

未來6G 系統(tǒng)需要滿足高可靠、低時延、高頻譜效率、高密度、大容量的傳輸需求，對于編碼調制設計提出了巨大的技術挑戰(zhàn)。本文將極化碼的設計思想進一步推廣到編碼傳輸系統(tǒng)，提出了極化處理框架。6G 系統(tǒng)中，應用極化編碼傳輸技術的優(yōu)勢集中體現(xiàn)在以下3 個方面。

1) 超高可靠性

極化碼可以嚴格證明沒有錯誤平臺，這一點是極化碼相對于Turbo 碼、LDPC 碼最重要的性能優(yōu)勢。同時，在中短碼長（100～2 000 bit）下，極化碼性能要顯著優(yōu)于Turbo 碼、LDPC 碼。通過優(yōu)化CRC，簡單的CRC 級聯(lián)極化碼能夠逼近有限碼長容量極限，是滿足6G 超高可靠數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾夹g方案。

2) 高頻譜效率

極化編碼MIMO 方案，集成了編碼、調制與空間三級極化結構。對比Turbo 碼、LDPC 編碼MIMO系統(tǒng)，PC-MIMO 由于充分挖掘了空間極化效應，具有顯著的性能增益，極大提升頻譜效率，滿足6G系統(tǒng)高頻譜效率傳輸需求。

3) 大系統(tǒng)容量

極化編碼NOMA 方案，包含了編碼、信號與用戶三級極化結構。理論上，PC-NOMA 能夠逼近多址接入信道容量極限，具有優(yōu)越的漸近性能。工程上，這一方案能夠以低復雜度多用戶檢測算法顯著提高接入用戶容量，滿足6G 大容量接入需求。

綜上所述，基于極化處理思想，設計極化編碼傳輸系統(tǒng)，是滿足未來6G 需求的重要候選技術，具有廣闊的應用前景。