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　　文 / 冰川松鼠

　　2016年11月18日，在美國內(nèi)華達州里諾剛剛結束的3GPP RAN1#87次會議上，經(jīng)過與會公司代表多輪技術討論，國際移動通信標準化組織3GPP最終確定了5G eMBB（增強移動寬帶）場景的信道編碼技術方案，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。

　�。〞�議最終結論）

　　中國標準研究新進展

　　編碼和調制是無線通信技術中最核心最深奧的部分，被譽為通信技術的皇冠。有媒體評論認為，TD-SCDMA是中國通信技術第一次跟上了世界的腳步。而TD-LTE技術的發(fā)展，中國通信技術第一次成為了世界的主流技術之一，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。

　　此次以華為為核心代表、由中國主導推動的Polar Code碼被3GPP采納為5GeMBB控制信道標準方案，是中國在5G移動通信技術研究和標準化上的重要進展。

　　工信部曾在今年2月份透露，中國與國際同步啟動5G研發(fā)工作，一是建立協(xié)同工作機制。我國的多個企業(yè)、高校和科研院所共同成立了IMT-2020（5G）推進組，開展5G需求、技術、頻譜、標準等研究工作。二是開展5G研發(fā)，這里面有很多的企業(yè)、大學投入了大量的資源，全面開展5G各領域的研發(fā)。三是加強國際合作，目前我國的一些大學和科研院所已經(jīng)與很多的國家建立了多渠道、多層次的對接合作關系，我部將積極支持國內(nèi)外企業(yè)開展研發(fā)合作，為新一代移動通信技術發(fā)展共同貢獻力量。根據(jù)總體的部署，中國的5G基礎研發(fā)試驗將在2016年-2018年進行，分為5G關鍵技術試驗、5G技術方案驗證和5G系統(tǒng)驗證三個階段進行。

　　預計2020年中國啟動5G商用。愛立信、諾基亞、華為、中興、三星等企業(yè)已針對部分5G關鍵技術研制出概念樣機。

　　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)學理論》，標志著信息與編碼理論這一學科的創(chuàng)立。根據(jù)香農(nóng)定理，要想在一個帶寬確定而存在噪聲的信道里可靠地傳送信號，無非有兩種途徑：加大信噪比或在信號編碼中加入附加的糾錯碼。

　　（克勞德艾爾伍德香農(nóng)）

　　LDPC碼即低密度奇偶校驗碼（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，而且譯碼復雜度較低、結構靈活，是近年信道編碼領域的研究熱點。LDPC碼之前被廣播系統(tǒng)、家庭有線網(wǎng)絡、無線接入網(wǎng)絡等通信系統(tǒng)所采用，此次是其第一次進入3GPP移動通信系統(tǒng)。

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

　　目前，極化碼是唯一可理論證明達到香農(nóng)極限，并且具有可實用的線性復雜度編譯碼能力的信道編碼技術。極化碼構造的核心是通過“信道極化”的處理，在編碼側，采用編碼的方法使各個子信道呈現(xiàn)出不同的可靠性，當碼長持續(xù)增加時，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的純噪聲信道，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，極化后的信道可用簡單的逐次干擾抵消譯碼的方法，以較低的實現(xiàn)復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）推進組5G第一階段外場測試中進行了測試，包括靜止和移動場景的性能。

　　測試結果顯示，通過極化編碼的使用和譯碼算法的動態(tài)選擇，同時實現(xiàn)了短包（大連接物聯(lián)網(wǎng)場景）和長包（高速移動場景，如自動駕駛等低時延要求）場景中穩(wěn)定的性能增益，使現(xiàn)有的蜂窩網(wǎng)絡的頻譜效率提升10%，還與毫米波結合達到27Gbps的速率，實測結果證明極化碼可以同時滿足ITU的超高速率、低時延、大連接的移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)三大類應用場景需求。

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

　　距離5G標準還有多遠？

　　問題一：到底一個技術怎么就能算進入5G標準呢？

　　簡單的說，如果在R14的SI被選中進入TR，基本就算是這個技術進入5G標準了。但這時還不能說某個具體公司的方案（專利）進入標準了。

　　問題二：R14的TR和最終的標準差別有多大？

　　總得來說，R14的SI只選則大的技術（例如Polar和LDPC）和特別基礎的系統(tǒng)設計方案（例如幀結構、波形和多址），具體的實現(xiàn)細節(jié)（例如編碼矩陣設計、IR版本設計和選擇、ACK的反饋）都是在R15和R16的WI討論和確定的。

　　舉個例子：把5G標準比做一個人早點菜單，SI只定早點是喝咖啡還是喝茶。至于說是卡布奇諾還是藍山那就是WI階段的事情了，前提是SI階段確定早點喝咖啡。

　　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計那還為時過早。

　　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標準呢？

　　答案是不能。因為LDPC不是高通發(fā)明的，LDPC的親爹是MIT的Robert Gallager教授，不知道老先生當初申請專利沒有，就算申請也過期了。Polar也不是華為發(fā)明的，它的阿瑪是Arikan教授，土耳其的大學老師。包括高通和華為在內(nèi)的專利都是針對編碼的具體設計的（包括編碼矩陣構造、IR版本設計和選擇等），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標準了。

　　回到上面的例子，現(xiàn)在還不能說一定喝藍山或者卡布，因為這個問題還沒到討論的時間。

　　問題四：那么為什么華為還要積極的推動Polar進入5G標準？

　　這個涉及到一個很復雜很敏感的話題 –——必要標準專利（SEP）的許可。簡單的說，在SEP許可的時候，擁有專利的公司不會（也不可能）逐件的拿出自己的專利供對方分析，更多是靠在標準制定過程中形成的“勢”來影響對方，給對方一種“這個技術就是我做的”印象，再結合很少數(shù)量的公開SEP，就能達到許可目的。

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