通信 @Codex 2026·07·04 ·

NRChannel-CodingLDPCPolarCRCRate-MatchingHARQ3GPP-38-212

通信 Codex 2026·07·04

NR信道编码

1. 定位

NR信道编码由3GPP TS 38.212定义，负责把MAC提供的transport block或L1 control information变成可映射到physical channel的coded bits。与LTE以Turbo code为主不同，NR采用两套主编码：

承载类型	主要编码	典型物理信道
User data / DL-SCH / UL-SCH	LDPC	PDSCH、PUSCH
Control / BCH	Polar	PDCCH、PUCCH、PBCH
部分短控制信息	Repetition / block code / Polar	UCI、DCI、PBCH payload

NR选择LDPC和Polar的核心原因是支持更高吞吐、更低译码时延和更灵活的码率匹配。工程分析时要把“编码方式”“rate matching”“HARQ redundancy version”分开看。

2. 总体处理链

flowchart TB
    A["Transport block / control bits"] --> B["CRC attachment"]
    B --> C{"Large data block?"}
    C -->|DL-SCH / UL-SCH| D["Code block segmentation + CB CRC"]
    D --> E["LDPC encoding"]
    C -->|DCI / BCH / UCI| F["Polar encoding"]
    E --> G["Rate matching"]
    F --> G
    G --> H["Code block concatenation / bit interleaving"]
    H --> I["Scrambling and modulation"]

3. CRC

CRC用于error detection和false alarm控制。NR会在不同层级添加不同CRC：

CRC位置	作用	工程含义
Transport block CRC	判断整个TB是否正确	HARQ ACK/NACK主要依据
Code block CRC	大TB分段后定位CB错误	LDPC分段传输时减少误判
DCI CRC	PDCCH blind decoding时验证候选	CRC还会被RNTI scrambling
PBCH / UCI CRC	控制信息可靠性	短包中CRC开销占比高

常见CRC长度包括CRC24A、CRC24B、CRC24C、CRC16、CRC11、CRC6。实际选择由channel type、payload size和TS 38.212规则决定。

CRC多项式一般写成：

g_{\mathrm{CRC}}(D)=D^L+g_{L-1}D^{L-1}+\cdots+g_1D+g_0

其中L是CRC长度。接收侧重新计算CRC，若syndrome非零，则认为解码失败。

4. LDPC用于PDSCH/PUSCH

4.1 Base Graph选择

NR LDPC有两个Base Graph：

Base Graph	适用直觉	特点
`BG1`	大TBS、较高码率	支持高吞吐，适合eMBB大包
`BG2`	小TBS、较低码率	低码率性能更好，适合覆盖受限或小包

选择逻辑由TS 38.212根据A（TB payload bits）、目标码率R等确定。工程上可简化理解：

flowchart LR
    A["TBS and target code rate"] --> B{"Large block / high rate?"}
    B -->|yes| C["LDPC Base Graph 1"]
    B -->|no| D["LDPC Base Graph 2"]

4.2 Code Block Segmentation

当TB过大时，NR会把TB分成多个code blocks。每个CB独立进行LDPC编码和rate matching，最后再concatenation。

B = A + L_{\mathrm{TBCRC}}

若需要分段：

C = \left\lceil \frac{B}{K_{\mathrm{cb}} - L_{\mathrm{CBCRC}}} \right\rceil

其中：

符号	含义
`A`	MAC提供的transport block size
`B`	添加TB CRC后的bits
`C`	code block数量
`K_cb`	code block最大输入长度，取决于Base Graph
`L_CBCRC`	code block CRC长度

分段的工程影响：

影响	说明
BLER统计	一个TB内任一CB失败，整个TB失败
译码复杂度	多CB可并行译码，但调度和buffer管理更复杂
HARQ soft buffer	CB数量、lifting size和RV会影响soft combining内存

4.3 Lifting、编码与校验矩阵

LDPC编码基于base graph扩展。通过lifting size Z_c把base matrix中的每个元素扩展为Z_c x Z_c的circulant permutation matrix。

K = k_b Z_c

其中k_b由Base Graph和payload大小决定。Z_c选择会影响：

维度	影响
编码块长度	决定LDPC内部块大小
译码并行度	硬件常按`Z_c`组织并行处理
填充bits	lifting不匹配会引入filler bits

4.4 Rate Matching与HARQ RV

LDPC编码后不会总是全部发送，而是从circular buffer中按目标码率抽取E个bits。HARQ不同RV改变起始位置，使重传携带不同冗余。

flowchart LR
    A["LDPC encoded bits"] --> B["Circular buffer"]
    B --> C["RV0 extract E bits"]
    B --> D["RV2 extract E bits"]
    B --> E["RV3 extract E bits"]
    B --> F["RV1 extract E bits"]

常见RV顺序是0,2,3,1。工程含义：

RV	作用直觉
RV0	首传，通常包含systematic bits较多
RV2/RV3/RV1	重传提供不同parity bits，支持incremental redundancy

如果调度、MCS、TBS或HARQ process错误，会出现“PDSCH/PUSCH功率正常但BLER异常高”的现象。

5. Polar用于PBCH/PDCCH/PUCCH

Polar code基于channel polarization，把bit positions分成可靠集合和冻结集合。待传信息放入可靠bit positions，冻结位填固定值。

flowchart TB
    A["Information bits + CRC"] --> B["Reliability sequence mapping"]
    B --> C["Frozen bits insertion"]
    C --> D["Polar transform"]
    D --> E["Sub-block interleaving"]
    E --> F["Rate matching"]

5.1 DCI与RNTI

PDCCH上的DCI使用Polar编码。DCI CRC会被RNTI scrambling，因此UE在blind decoding时不仅要找到正确aggregation level和search space，还要用正确RNTI解CRC。

RNTI	典型用途
`SI-RNTI`	SIB1 / SI调度
`P-RNTI`	Paging
`RA-RNTI`	Random Access Response
`C-RNTI`	UE-specific data scheduling
`TC-RNTI`	Random access过程中的临时调度

5.2 PBCH

PBCH承载MIB和相关payload，使用Polar编码并通过SSB周期广播。PBCH可靠性直接影响初始接入。

5.3 UCI

PUCCH/PUSCH上的UCI包括HARQ-ACK、SR、CSI等。不同payload size会采用不同编码和rate matching路径。工程上要注意：

问题	检查点
HARQ-ACK误判	PUCCH format、UCI bits、code rate、power control
CSI上报失败	CSI report size、PUCCH/PUSCH multiplexing
SR不触发调度	SR resource、PUCCH BWP、DRX状态

6. 与LTE Turbo Code对比

维度	LTE	NR
Data channel	Turbo code	LDPC
Control channel	Tail-biting convolutional / block code	Polar
高吞吐硬件并行	较受限	LDPC更适合并行
短控制信息	多种传统码	Polar统一性更强
HARQ	Chase / IR	LDPC rate matching + RV支持IR

7. 工程排查速查

现象	优先检查
PDSCH BLER高	MCS/TBS、LDPC BG选择、RV顺序、HARQ soft combining、DM-RS信道估计
PUSCH BLER高	UL grant、transform precoding、power headroom、LDPC rate matching、timing advance
PDCCH漏检	CORESET/SearchSpace、aggregation level、RNTI、Polar DCI size、CCE-to-REG mapping
PBCH解不出	SSB beam、PBCH DM-RS、MIB payload、frequency offset
UCI误码	PUCCH resource、UCI payload size、PUCCH power、BWP切换

8. 参考资料

3GPP TS 38.212: NR Multiplexing and channel coding.
3GPP TS 38.211: NR Physical channels and modulation.
3GPP TS 38.213: NR Physical layer procedures for control.
3GPP TS 38.214: NR Physical layer procedures for data.

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