LDPC 码和Turbo 码信道编码的必要性

通信系统的根本目的是为了将消息有效可靠地传递下去。

        在早期研究阶段，研究者们普遍认为提高通信系统的可靠性，必须以降低传输效率为代价。直到1948 年香农在其论文《通信的数学原理》中首次提出了信道编码定理，这种观点才得以改变。

        香农公式或称信道容量公式指出，当信息的传输速率小于信道容量时，可以实现信息无差错传输。但是在实际通信系统中，由于信息在传输的过程中不可避免地受到信道噪声等因素的影响，总会出现传输错误。

一般有两种差错控制技术：

第一种是自动发送请求（Automatic Retransmission reQuest，ARQ）技术，但是ARQ 存在时延大的问题，其不适合用于对时延要求比较高的场景；

另一种是前向纠错（Forward Error Correction，FEC）技术也称之为信道冗余编码技术，它不需要重传信息数据，具有更小的时延。

        信道编码是提高信息传输系统可靠性的一种重要技术手段，其做法是对要传输的信息序列进行编码，将生成的冗余校验信息添加到信息序列后一起发送。
信道编码技术作为无线通信系统中的核心技术之一，在提高信息传输系统的可靠性和有效性方面，发挥着关键作用。

        香农定理虽然从理论上证明了可以通过信道编码的方式接近香农限或者达到香农限，但是没有提及具体的编码构造方法。为此，研究者就尝试寻找出一种能够逼近香农限的信道编码方案。

在信道编码方案中，有两种码都可接近香农限，分别为LDPC 码和Turbo 码。

        已经证实，当LDPC 码的码长非常大时，采用置信传播（Belief-Propagation，BP）译码算法可以获得非常好的译码性能，其距离香农距离只有零点几分贝。

        不仅如此，LDPC 码相比Turbo 码还具备诸多优势，如：LDPC 码的编码复杂度和译码时间延迟更低，以及更适合硬件并行实现，可以更好地支持更高数据速率传输；LDPC 码不需要进行深度交织就可以取得不错的误码性能；LDPC 码相较于Turbo 码具有更低的错误平层，可以用在深空卫星通信以及内存存储业务等对误码率要求严苛的场景。
QC-LDPC 码作为LDPC 码的一种，因其具有适合硬件并行实现的特性和拥有LDPC 码一样优异的纠错性能，已经被许多通信标准所采纳。如IEEE 802.16e、IEEE 802.111n/ac/ax、CCSDS（Consultative Committee for Space Data Systems）、5G-NR（5th-Generation Mobile Communication New Radio）标准等。