歡迎關(guān)注“創(chuàng)事記”的微信訂閱號(hào)：sinachuangshiji

　　文 / 冰川松鼠

　　2016年11月18日，在美國內(nèi)華達(dá)州里諾剛剛結(jié)束的3GPP RAN1#87次會(huì)議上，經(jīng)過與會(huì)公司代表多輪技術(shù)討論，國際移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP最終確定了5G eMBB（增強(qiáng)移動(dòng)寬帶）場(chǎng)景的信道編碼技術(shù)方案，其中：Polar Code碼作為控制信道的編碼方案；LDPC碼作為數(shù)據(jù)信道的編碼方案。

　�。〞�(huì)議最終結(jié)論）

　　中國標(biāo)準(zhǔn)研究新進(jìn)展

　　編碼和調(diào)制是無線通信技術(shù)中最核心最深?yuàn)W的部分，被譽(yù)為通信技術(shù)的皇冠。有媒體評(píng)論認(rèn)為，TD-SCDMA是中國通信技術(shù)第一次跟上了世界的腳步。而TD-LTE技術(shù)的發(fā)展，中國通信技術(shù)第一次成為了世界的主流技術(shù)之一，但其中的核心長碼編碼Turbo碼和短碼咬尾卷積碼，卻不是中國原創(chuàng)的技術(shù)。

　　此次以華為為核心代表、由中國主導(dǎo)推動(dòng)的Polar Code碼被3GPP采納為5GeMBB控制信道標(biāo)準(zhǔn)方案，是中國在5G移動(dòng)通信技術(shù)研究和標(biāo)準(zhǔn)化上的重要進(jìn)展。

　　工信部曾在今年2月份透露，中國與國際同步啟動(dòng)5G研發(fā)工作，一是建立協(xié)同工作機(jī)制。我國的多個(gè)企業(yè)、高校和科研院所共同成立了IMT-2020（5G）推進(jìn)組，開展5G需求、技術(shù)、頻譜、標(biāo)準(zhǔn)等研究工作。二是開展5G研發(fā)，這里面有很多的企業(yè)、大學(xué)投入了大量的資源，全面開展5G各領(lǐng)域的研發(fā)。三是加強(qiáng)國際合作，目前我國的一些大學(xué)和科研院所已經(jīng)與很多的國家建立了多渠道、多層次的對(duì)接合作關(guān)系，我部將積極支持國內(nèi)外企業(yè)開展研發(fā)合作，為新一代移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展共同貢獻(xiàn)力量。根據(jù)總體的部署，中國的5G基礎(chǔ)研發(fā)試驗(yàn)將在2016年-2018年進(jìn)行，分為5G關(guān)鍵技術(shù)試驗(yàn)、5G技術(shù)方案驗(yàn)證和5G系統(tǒng)驗(yàn)證三個(gè)階段進(jìn)行。

　　預(yù)計(jì)2020年中國啟動(dòng)5G商用。愛立信、諾基亞、華為、中興、三星等企業(yè)已針對(duì)部分5G關(guān)鍵技術(shù)研制出概念樣機(jī)。

　　什么是Polar Code？

　　1948年，現(xiàn)代信息論的奠基人香農(nóng)發(fā)表了《通信的數(shù)學(xué)理論》，標(biāo)志著信息與編碼理論這一學(xué)科的創(chuàng)立。根據(jù)香農(nóng)定理，要想在一個(gè)帶寬確定而存在噪聲的信道里可靠地傳送信號(hào)，無非有兩種途徑：加大信噪比或在信號(hào)編碼中加入附加的糾錯(cuò)碼。

　�。�克勞德艾爾伍德香農(nóng)）

　　LDPC碼即低密度奇偶校驗(yàn)碼（LowDensity Parity Check Code，LDPC），它是由Robert G.Gallager博士于1963年提出的一類具有稀疏校驗(yàn)矩陣的線性分組碼，不僅有逼近香農(nóng)極限的良好性能，而且譯碼復(fù)雜度較低、結(jié)構(gòu)靈活，是近年信道編碼領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。LDPC碼之前被廣播系統(tǒng)、家庭有線網(wǎng)絡(luò)、無線接入網(wǎng)絡(luò)等通信系統(tǒng)所采用，此次是其第一次進(jìn)入3GPP移動(dòng)通信系統(tǒng)。

　　Polar碼則是編碼界新星，是由土耳其畢爾肯大學(xué)（bilkent）Erdal Arikan教授于2008年首次提出，其論文從理論上第一次嚴(yán)格證明了在二進(jìn)制輸入對(duì)稱離散無記憶信道下，極化碼可以“達(dá)到”香農(nóng)容量，并且有著低的編碼和譯碼復(fù)雜度。

　　目前，極化碼是唯一可理論證明達(dá)到香農(nóng)極限，并且具有可實(shí)用的線性復(fù)雜度編譯碼能力的信道編碼技術(shù)。極化碼構(gòu)造的核心是通過“信道極化”的處理，在編碼側(cè)，采用編碼的方法使各個(gè)子信道呈現(xiàn)出不同的可靠性，當(dāng)碼長持續(xù)增加時(shí)，一部分信道將趨向于容量接近于1的完美信道（無誤碼），另一部分信道趨向于容量接近于0的純?cè)肼曅诺溃�選擇在容量接近于1的信道上直接傳輸信息以逼近信道容量。在譯碼側(cè)，極化后的信道可用簡單的逐次干擾抵消譯碼的方法，以較低的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度獲得與最大自然譯碼相近的性能。

　　早在3GPP討論前，PolarCode（極化碼）便在中國IMT-2020 （5G）推進(jìn)組5G第一階段外場(chǎng)測(cè)試中進(jìn)行了測(cè)試，包括靜止和移動(dòng)場(chǎng)景的性能。

　　測(cè)試結(jié)果顯示，通過極化編碼的使用和譯碼算法的動(dòng)態(tài)選擇，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了短包（大連接物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景）和長包（高速移動(dòng)場(chǎng)景，如自動(dòng)駕駛等低時(shí)延要求）場(chǎng)景中穩(wěn)定的性能增益，使現(xiàn)有的蜂窩網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率提升10%，還與毫米波結(jié)合達(dá)到27Gbps的速率，實(shí)測(cè)結(jié)果證明極化碼可以同時(shí)滿足ITU的超高速率、低時(shí)延、大連接的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)三大類應(yīng)用場(chǎng)景需求。

　　中國公司對(duì)Polar碼的潛力有共識(shí)，并投入了大量研發(fā)力量對(duì)其在5G應(yīng)用方案進(jìn)行深入研究、評(píng)估和優(yōu)化，在傳輸性能上取得突破。

　　距離5G標(biāo)準(zhǔn)還有多遠(yuǎn)？

　　問題一：到底一個(gè)技術(shù)怎么就能算進(jìn)入5G標(biāo)準(zhǔn)呢？

　　簡單的說，如果在R14的SI被選中進(jìn)入TR，基本就算是這個(gè)技術(shù)進(jìn)入5G標(biāo)準(zhǔn)了。但這時(shí)還不能說某個(gè)具體公司的方案（專利）進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)了。

　　問題二：R14的TR和最終的標(biāo)準(zhǔn)差別有多大？

　　總得來說，R14的SI只選則大的技術(shù)（例如Polar和LDPC）和特別基礎(chǔ)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案（例如幀結(jié)構(gòu)、波形和多址），具體的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)（例如編碼矩陣設(shè)計(jì)、IR版本設(shè)計(jì)和選擇、ACK的反饋）都是在R15和R16的WI討論和確定的。

　　舉個(gè)例子：把5G標(biāo)準(zhǔn)比做一個(gè)人早點(diǎn)菜單，SI只定早點(diǎn)是喝咖啡還是喝茶。至于說是卡布奇諾還是藍(lán)山那就是WI階段的事情了，前提是SI階段確定早點(diǎn)喝咖啡。

　　現(xiàn)在就明白了。R14把Polar和LDPC確定為5G的信道編碼，但至于是用什么樣的設(shè)計(jì)那還為時(shí)過早。

　　問題三：是不是現(xiàn)在可以說高通或者華為的編碼方案成為5G標(biāo)準(zhǔn)呢？

　　答案是不能。因?yàn)長DPC不是高通發(fā)明的，LDPC的親爹是MIT的Robert Gallager教授，不知道老先生當(dāng)初申請(qǐng)專利沒有，就算申請(qǐng)也過期了。Polar也不是華為發(fā)明的，它的阿瑪是Arikan教授，土耳其的大學(xué)老師。包括高通和華為在內(nèi)的專利都是針對(duì)編碼的具體設(shè)計(jì)的（包括編碼矩陣構(gòu)造、IR版本設(shè)計(jì)和選擇等），但這些要到R15（17年開始）才能決定是不是被5G采納，所以現(xiàn)在不能說高通或者華為的方案就是5G標(biāo)準(zhǔn)了。

　　回到上面的例子，現(xiàn)在還不能說一定喝藍(lán)山或者卡布，因?yàn)檫@個(gè)問題還沒到討論的時(shí)間。

　　問題四：那么為什么華為還要積極的推動(dòng)Polar進(jìn)入5G標(biāo)準(zhǔn)？

　　這個(gè)涉及到一個(gè)很復(fù)雜很敏感的話題 –——必要標(biāo)準(zhǔn)專利（SEP）的許可。簡單的說，在SEP許可的時(shí)候，擁有專利的公司不會(huì)（也不可能）逐件的拿出自己的專利供對(duì)方分析，更多是靠在標(biāo)準(zhǔn)制定過程中形成的“勢(shì)”來影響對(duì)方，給對(duì)方一種“這個(gè)技術(shù)就是我做的”印象，再結(jié)合很少數(shù)量的公開SEP，就能達(dá)到許可目的。

　　這次通過成功推動(dòng)5G采用Polar Code，被不少媒體解讀為華為碾壓高通，華為拿下5G時(shí)代。其實(shí)，Polar碼不是華為的，LDPC也不是高通的。因此，這完全是一種誤解！