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华为拿下5G时代系误读!Polar Code离5G标准还有多远?

发稿时间:2016-11-22 13:11:01 来源:米皮网

  文 / 冰川松鼠

  2016年11月18日,在美国内华达州里诺刚刚结束的3GPP RAN1#87次会议上,经过与会公司代表多轮技术讨论,国际移动通信标准化组织3GPP最终确定了5G eMBB(增强移动宽带)场景的信道编码技术方案,其中:Polar Code码作为控制信道的编码方案;LDPC码作为数据信道的编码方案。

  编码和调制是无线通信技术中最核心最深奥的部分,被誉为通信技术的皇冠。有媒体评论认为,TD-SCDMA是中国通信技术第一次跟上了世界的脚步。而TD-LTE技术的发展,中国通信技术第一次成为了世界的主流技术之一,但其中的核心长码编码Turbo码和短码咬尾卷积码,却不是中国原创的技术。

  此次以华为为核心代表、由中国主导推动的Polar Code码被3GPP采纳为5GeMBB控制信道标准方案,是中国在5G移动通信技术研究和标准化上的重要进展。

  工信部曾在今年2月份透露,中国与国际同步启动5G研发工作,一是建立协同工作机制。我国的多个企业、高校和科研院所共同成立了IMT-2020(5G)推进组,开展5G需求、技术、频谱、标准等研究工作。二是开展5G研发,这里面有很多的企业、大学投入了大量的资源,全面开展5G各领域的研发。三是加强国际合作,目前我国的一些大学和科研院所已经与很多的国家建立了多渠道、多层次的对接合作关系,我部将积极支持国内外企业开展研发合作,为新一代移动通信技术发展共同贡献力量。根据总体的部署,中国的5G基础研发试验将在2016年-2018年进行,分为5G关键技术试验、5G技术方案验证和5G系统验证三个阶段进行。

  预计2020年中国启动5G商用。爱立信、诺基亚、华为、中兴、三星等企业已针对部分5G关键技术研制出概念样机。

  1948年,现代信息论的奠基人香农发表了《通信的数学理论》,标志着信息与编码理论这一学科的创立。根据香农定理,要想在一个带宽确定而存在噪声的信道里可靠地传送信号,无非有两种途径:加大信噪比或在信号编码中加入附加的纠错码。

  LDPC码即低密度奇偶校验码(LowDensity Parity Check Code,LDPC),它是由Robert G.Gallager博士于1963年提出的一类具有稀疏校验矩阵的线性分组码,不仅有逼近香农极限的良好性能,而且译码复杂度较低、结构灵活,是近年信道编码领域的研究热点。LDPC码之前被广播系统、家庭有线网络、无线接入网络等通信系统所采用,此次是其第一次进入3GPP移动通信系统。

  Polar码则是编码界新星,是由土耳其毕尔肯大学(bilkent)Erdal Arikan教授于2008年首次提出,其论文从理论上第一次严格证明了在二进制输入对称离散无记忆信道下,极化码可以“达到”香农容量,并且有着低的编码和译码复杂度。

  目前,极化码是唯一可理论证明达到香农极限,并且具有可实用的线性复杂度编译码能力的信道编码技术。极化码构造的核心是通过“信道极化”的处理,在编码侧,采用编码的方法使各个子信道呈现出不同的可靠性,当码长持续增加时,一部分信道将趋向于容量接近于1的完美信道(无误码),另一部分信道趋向于容量接近于0的纯噪声信道,选择在容量接近于1的信道上直接传输信息以逼近信道容量。在译码侧,极化后的信道可用简单的逐次干扰抵消译码的方法,以较低的实现复杂度获得与最大自然译码相近的性能。

  早在3GPP讨论前,PolarCode(极化码)便在中国IMT-2020 (5G)推进组5G第一阶段外场测试中进行了测试,包括静止和移动场景的性能。

  测试结果显示,通过极化编码的使用和译码算法的动态选择,同时实现了短包(大连接物联网场景)和长包(高速移动场景,如自动驾驶等低时延要求)场景中稳定的性能增益,使现有的蜂窝网络的频谱效率提升10%,还与毫米波结合达到27Gbps的速率,实测结果证明极化码可以同时满足ITU的超高速率、低时延、大连接的移动互联网和物联网三大类应用场景需求。

  中国公司对Polar码的潜力有共识,并投入了大量研发力量对其在5G应用方案进行深入研究、评估和优化,在传输性能上取得突破。

  问题一:到底一个技术怎么就能算进入5G标准呢?

  简单的说,如果在R14的SI被选中进入TR,基本就算是这个技术进入5G标准了。但这时还不能说某个具体公司的方案(专利)进入标准了。

  问题二:R14的TR和最终的标准差别有多大?

  总得来说,R14的SI只选则大的技术(例如Polar和LDPC)和特别基础的系统设计方案(例如帧结构、波形和多址),具体的实现细节(例如编码矩阵设计、IR版本设计和选择、ACK的反馈)都是在R15和R16的WI讨论和确定的。

  举个例子:把5G标准比做一个人早点菜单,SI只定早点是喝咖啡还是喝茶。至于说是卡布奇诺还是蓝山那就是WI阶段的事情了,前提是SI阶段确定早点喝咖啡。

  现在就明白了。R14把Polar和LDPC确定为5G的信道编码,但至于是用什么样的设计那还为时过早。

  问题三:是不是现在可以说高通或者华为的编码方案成为5G标准呢?

  答案是不能。因为LDPC不是高通发明的,LDPC的亲爹是MIT的Robert Gallager教授,不知道老先生当初申请专利没有,就算申请也过期了。Polar也不是华为发明的,它的阿玛是Arikan教授,土耳其的大学老师。包括高通和华为在内的专利都是针对编码的具体设计的(包括编码矩阵构造、IR版本设计和选择等),但这些要到R15(17年开始)才能决定是不是被5G采纳,所以现在不能说高通或者华为的方案就是5G标准了。

  回到上面的例子,现在还不能说一定喝蓝山或者卡布,因为这个问题还没到讨论的时间。

  问题四:那么为什么华为还要积极的推动Polar进入5G标准?

  这个涉及到一个很复杂很敏感的话题 –——必要标准专利(SEP)的许可。简单的说,在SEP许可的时候,拥有专利的公司不会(也不可能)逐件的拿出自己的专利供对方分析,更多是靠在标准制定过程中形成的“势”来影响对方,给对方一种“这个技术就是我做的”印象,再结合很少数量的公开SEP,就能达到许可目的。

  这次通过成功推动5G采用Polar Code,被不少媒体解读为华为碾压高通,华为拿下5G时代。其实,Polar码不是华为的,LDPC也不是高通的。因此,这完全是一种误解!

  来源:综合于5G推进组、观察者网、5GNR、科技控等 (咔嚓私人微信:eric932225)

责任编辑:刘军
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