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Polar Code入选5G标准,华为得到短码控制信道,这些意味着什么?

[日期:2016-11-20] 来源:雷锋网  作者: [字体: ]

  美国当地时间11月17日,经过3GPP RAN1 87次会议讨论,中国华为公司主推的Polar Code(极化码)方案,成为5G控制信道eMBB场景编码方案。这标着着中国通信厂商在5G时代有了更高的话语权,也体现出中国通信技术实力越发强大。

  不过我们也应该注意到,华为公司主推的Polar Code方案只是成为5G控制信道eMBB场景编码方案,而LDPC码成为数据信道的上行和下行短码方案,5G中长码编码也确认为LDPC方案,要在5G通信标准制定中,中国通信产业要力压美国通信产业还力有不逮。

Polar Code入选5G标准,华为得到短码控制信道,这些意味着什么?

 

  什么是长码,短码,编码信道、控制信道?

  目前,中国华为公司主推的Polar Code(极化码)方案,成为5G控制信道eMBB场景编码方案,而LDPC码成为数据信道的上行和下行短码方案。5G中长码编码也确认为LDPC方案。那么,长码,短码到底是什么意思呢?

  优化的编码致力于用最短的二进制位数表示一个指令,越短效率越高。在指令数量不变的情况下,越常用的指令当然越短越好,但是指令不等长将造成接收端沉重的处理负担。然后用等长的编码显然会导致无效数据的大量传输,浪费带宽。于是把指令编成两个组(个别也有三个组的),常用的用相对短的二进制位数表示,不常用的用相对长的二进制位数表示。短码代表常用的指令,长码代表不常用的指令。

  那么,华为力争到的短码控制信道和高通斩获的编码信道又是什么呢?

  控制信道(CCH)是用于传送信令或同步数据的信息通道,主要用于传输指令操作下级网络设备。信息通过网络传输的过程中由于受到外界干扰可能产生错误,为了纠正这些错误,以及不让错误信息进一步积累,对要在信道中传送的数字信号进行的纠、检错编码就是信道编码。随着传输速度的提高和同时工作的传输协议的种类越来越多,数据信道的数量也随之大幅增加,信道编码的传输渐渐独立出来,由专用的信道负责,也就是编码信道,这可以增强数据在信道中传输时抵御各种干扰的能力,提高系统的可靠性。

  

Polar Code入选5G标准,华为得到短码控制信道,这些意味着什么?

 

  Polar Code有什么优点?

  信息编码是信息传播的核心中的核心,有点类似于人类交流要借助语言编码,而汉语、英语就是信息的载体,而根据香农第二定理,只要信息传输速率小于信道容量,就存在一类编码,可以使信息传输的错误率任意小。根据这一定理,科研人员们相继研发出RS码、卷积码、Turbo码等技术。在中国以往主推的TDS、TD-LTE等标准中,TDS的部分专利源自西门子,而TD-LTE的核心长码编码Turbo码和短码咬尾卷积码,也不是中国原创的技术。

  本次Polar Code成为5G控制信道eMBB场景编码方案,则是中国厂商技术实力和国家综合实力的体现。本次华为主推的Polar Code在理论上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。具体来说Polar Code具有三大优点:

  一是Polar Code相对于Turbo有更高的增益。

  二是Polar Code的可靠性相对于Turbo更高,在5G超高可靠性业务应用中能实现99.999%的可靠性。

  三是Polar Code译码复杂度较低,在相同负责度的情况下,对比Turbo功耗可以降低20多倍。

  另外,华为主推的polar码的主要优点除了纠错能力强外,还有这是世界上唯一一种已知的能够被严格证明达到信道容量的信道编码方法,这对于高带宽网络的规范管理具有重要的意义,而且还非常有潜力,专利壁垒也比较合适(太高的专利壁垒的技术在现在通信领域很难成为标准)。

  正是因为有这些优点,使得Polar Code诞生不足十年,但是通过信道编码学者的不断努力,当前Polar码所能达到的纠错性能超过目前广泛使用的Turbo码(法国主推的标准)、LDPC码(美国主推)。

  尽管非原创但无损于华为实质掌握polar码的商用核心科技

  有人说polar码不是华为最早提出,所以是拾人牙慧,而且不掌握关键技术。但事实恰恰相反,正如CDMA也不是高通公司提出的,但这并不影响高通建立基于CDMA的通信霸权,同理,虽然polar码不是华为最早提出的,但也无损于华为等国内通信公司实质掌握polar码的商用核心科技,即便信道极化这种方法确实是由Arikan和Teleta两位科学家提出来的。

  polar码创始人Arikan和Teleta,在08到09年中提出来的, Polar码诞生不足十年,

  这是一种技术上比较优秀的码,华为很早就看重其技术潜力,投入大量资金进行实用化研究。通过信道编码学者的不断努力,当前Polar码所能达到的纠错性能超过目前广泛使用的Turbo码(法国主推的标准)、LDPC码。

  LDPC是由国际信息领域泰斗Gallager大约五十年前第一次提出的。优点是经过五十年的发展非常稳定和高效,但是很多理念已经不能称之为先进。但是经过多次扩展,依然坚挺在信息产业的一线阵地上。

  与高通的技术相比,不太成熟的缺点就非常的明显了。据称华为10年第一次开始polar码的预研时,还只有一个框架。华为研究两年后解决了编码构造、译码上的基础问题(就算拼命加班这已经非常快了)。根据最新公开14年的技术资料,IS的选择问题,码长问题,译码算法,HARQ等也没有得到很好地解决。又经过两年寒暑,华为主推的标准就能打败高通和法电的标准,说奇迹也不过分。

  华为的成绩有目共睹,这是信道编码标准制定第一次由中国公司推动,并且带领51家公司同签(该项目第二名高通仅有37家),彰显了其在通信领域强大的领导力。华为正式研究主推这一新码仅4年就在控制信道eMBB场景编码方案打败超过五十年历史的LDPC码。证明了华为强大的研发能力。而许多欧美基站设备商(爱立信,诺基亚)以及终端设备商(三星,高通,等)这几年对Polar的积累几乎为零。这也意味着华为将在这些方向的市场上更加顺畅。

  当然,我们也要看到华为取得的只是短码中控制信道的eMBB场景的标准制定权,并不是像一些媒体那样宣传的“华为碾压高通,拿下5G时代”。

  背后的博弈

  通信标准的争夺本质上是大国之间的博弈,这就使一些虽然具有一定技术实力,但所在国家综合国力不济的通信企业很难成为主导标准的玩家,爱立信、诺基亚等在5G通信标准制定中只能选边站队,而不是主推标准。法国的实力也不能和中美相提并论,这使得法国主推的Turbo2.0近乎成为打酱油的角色,中国和美国的通信企业则成为本次通信标准争夺的主角。

  对于通信标准之争各国通信厂商之间的火药味异常浓烈,毕竟高通凭借CDMA专利收高通税、反专利授权的场景和历历在目。在之前的长码之争中,由于高通的方案其核心的必要专利都已经过期了,因此获得了三星等国力相对二流,技术实力也和一线厂商存在一定差距的中间派通信厂家的的支持,并在最终的对决中以微弱优势击败华为的方案。

  本次华为获得的是控制编码,主要竞争对手是美国主推的LDPC,和法国主推的Turbo2.0。虽然法国阿尔卡特先是和朗讯合并,又以3.2亿美元接手加拿大北电的3G业务,近年更是与诺基亚合并,曾经被媒体调侃为失败者同盟,但毕竟汇集了西方多个通信强国的通信业务,实力不容小视。可惜法国国力不济,欧盟貌合神离,导致在国力博弈上输给了中美。

  可以说,本次华为主推的Polar Code能够成为5G控制信道eMBB场景编码方案,很大程度上离不开中国日益增强的综合国力,以及国内相关部门的沟通和协调——在最关键的投票中,华为在国内的老对头中兴给予了很大的支持,中国电信、中国移动、中国联通、大唐电信也选择支持华为。虽然华为海军和粉丝与小米的粉丝和水军在网上打得你死我活,但在现实中小米依然把选票投给了华为,在手机业务上和华为存在竞争关系的vivo、oppo、联想、酷派也选择支持华为,中国台湾的大学和通信厂商支持华为。甚至还有欧盟企业将票投给华为的——这不得不让人感慨华为的公关联络能力。

  美国当地时间11月17日,经过3GPP RAN1 87次会议讨论,中国华为公司主推的Polar Code(极化码)方案,成为5G控制信道eMBB场景编码方案。这标着着中国通信厂商在5G时代有了更高的话语权,也体现出中国通信技术实力越发强大。

  不过我们也应该注意到,华为公司主推的Polar Code方案只是成为5G控制信道eMBB场景编码方案,而LDPC码成为数据信道的上行和下行短码方案,5G中长码编码也确认为LDPC方案,要在5G通信标准制定中,中国通信产业要力压美国通信产业还力有不逮。

Polar Code入选5G标准,华为得到短码控制信道,这些意味着什么?

 

  什么是长码,短码,编码信道、控制信道?

  目前,中国华为公司主推的Polar Code(极化码)方案,成为5G控制信道eMBB场景编码方案,而LDPC码成为数据信道的上行和下行短码方案。5G中长码编码也确认为LDPC方案。那么,长码,短码到底是什么意思呢?

  优化的编码致力于用最短的二进制位数表示一个指令,越短效率越高。在指令数量不变的情况下,越常用的指令当然越短越好,但是指令不等长将造成接收端沉重的处理负担。然后用等长的编码显然会导致无效数据的大量传输,浪费带宽。于是把指令编成两个组(个别也有三个组的),常用的用相对短的二进制位数表示,不常用的用相对长的二进制位数表示。短码代表常用的指令,长码代表不常用的指令。

  那么,华为力争到的短码控制信道和高通斩获的编码信道又是什么呢?

  控制信道(CCH)是用于传送信令或同步数据的信息通道,主要用于传输指令操作下级网络设备。信息通过网络传输的过程中由于受到外界干扰可能产生错误,为了纠正这些错误,以及不让错误信息进一步积累,对要在信道中传送的数字信号进行的纠、检错编码就是信道编码。随着传输速度的提高和同时工作的传输协议的种类越来越多,数据信道的数量也随之大幅增加,信道编码的传输渐渐独立出来,由专用的信道负责,也就是编码信道,这可以增强数据在信道中传输时抵御各种干扰的能力,提高系统的可靠性。

  

Polar Code入选5G标准,华为得到短码控制信道,这些意味着什么?

 

  Polar Code有什么优点?

  信息编码是信息传播的核心中的核心,有点类似于人类交流要借助语言编码,而汉语、英语就是信息的载体,而根据香农第二定理,只要信息传输速率小于信道容量,就存在一类编码,可以使信息传输的错误率任意小。根据这一定理,科研人员们相继研发出RS码、卷积码、Turbo码等技术。在中国以往主推的TDS、TD-LTE等标准中,TDS的部分专利源自西门子,而TD-LTE的核心长码编码Turbo码和短码咬尾卷积码,也不是中国原创的技术。

  本次Polar Code成为5G控制信道eMBB场景编码方案,则是中国厂商技术实力和国家综合实力的体现。本次华为主推的Polar Code在理论上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。具体来说Polar Code具有三大优点:

  一是Polar Code相对于Turbo有更高的增益。

  二是Polar Code的可靠性相对于Turbo更高,在5G超高可靠性业务应用中能实现99.999%的可靠性。

  三是Polar Code译码复杂度较低,在相同负责度的情况下,对比Turbo功耗可以降低20多倍。

  另外,华为主推的polar码的主要优点除了纠错能力强外,还有这是世界上唯一一种已知的能够被严格证明达到信道容量的信道编码方法,这对于高带宽网络的规范管理具有重要的意义,而且还非常有潜力,专利壁垒也比较合适(太高的专利壁垒的技术在现在通信领域很难成为标准)。

  正是因为有这些优点,使得Polar Code诞生不足十年,但是通过信道编码学者的不断努力,当前Polar码所能达到的纠错性能超过目前广泛使用的Turbo码(法国主推的标准)、LDPC码(美国主推)。

  尽管非原创但无损于华为实质掌握polar码的商用核心科技

  有人说polar码不是华为最早提出,所以是拾人牙慧,而且不掌握关键技术。但事实恰恰相反,正如CDMA也不是高通公司提出的,但这并不影响高通建立基于CDMA的通信霸权,同理,虽然polar码不是华为最早提出的,但也无损于华为等国内通信公司实质掌握polar码的商用核心科技,即便信道极化这种方法确实是由Arikan和Teleta两位科学家提出来的。

  polar码创始人Arikan和Teleta,在08到09年中提出来的, Polar码诞生不足十年,

  这是一种技术上比较优秀的码,华为很早就看重其技术潜力,投入大量资金进行实用化研究。通过信道编码学者的不断努力,当前Polar码所能达到的纠错性能超过目前广泛使用的Turbo码(法国主推的标准)、LDPC码。

  LDPC是由国际信息领域泰斗Gallager大约五十年前第一次提出的。优点是经过五十年的发展非常稳定和高效,但是很多理念已经不能称之为先进。但是经过多次扩展,依然坚挺在信息产业的一线阵地上。

  与高通的技术相比,不太成熟的缺点就非常的明显了。据称华为10年第一次开始polar码的预研时,还只有一个框架。华为研究两年后解决了编码构造、译码上的基础问题(就算拼命加班这已经非常快了)。根据最新公开14年的技术资料,IS的选择问题,码长问题,译码算法,HARQ等也没有得到很好地解决。又经过两年寒暑,华为主推的标准就能打败高通和法电的标准,说奇迹也不过分。

  华为的成绩有目共睹,这是信道编码标准制定第一次由中国公司推动,并且带领51家公司同签(该项目第二名高通仅有37家),彰显了其在通信领域强大的领导力。华为正式研究主推这一新码仅4年就在控制信道eMBB场景编码方案打败超过五十年历史的LDPC码。证明了华为强大的研发能力。而许多欧美基站设备商(爱立信,诺基亚)以及终端设备商(三星,高通,等)这几年对Polar的积累几乎为零。这也意味着华为将在这些方向的市场上更加顺畅。

  当然,我们也要看到华为取得的只是短码中控制信道的eMBB场景的标准制定权,并不是像一些媒体那样宣传的“华为碾压高通,拿下5G时代”。

  背后的博弈

  通信标准的争夺本质上是大国之间的博弈,这就使一些虽然具有一定技术实力,但所在国家综合国力不济的通信企业很难成为主导标准的玩家,爱立信、诺基亚等在5G通信标准制定中只能选边站队,而不是主推标准。法国的实力也不能和中美相提并论,这使得法国主推的Turbo2.0近乎成为打酱油的角色,中国和美国的通信企业则成为本次通信标准争夺的主角。

  对于通信标准之争各国通信厂商之间的火药味异常浓烈,毕竟高通凭借CDMA专利收高通税、反专利授权的场景和历历在目。在之前的长码之争中,由于高通的方案其核心的必要专利都已经过期了,因此获得了三星等国力相对二流,技术实力也和一线厂商存在一定差距的中间派通信厂家的的支持,并在最终的对决中以微弱优势击败华为的方案。

  本次华为获得的是控制编码,主要竞争对手是美国主推的LDPC,和法国主推的Turbo2.0。虽然法国阿尔卡特先是和朗讯合并,又以3.2亿美元接手加拿大北电的3G业务,近年更是与诺基亚合并,曾经被媒体调侃为失败者同盟,但毕竟汇集了西方多个通信强国的通信业务,实力不容小视。可惜法国国力不济,欧盟貌合神离,导致在国力博弈上输给了中美。

  可以说,本次华为主推的Polar Code能够成为5G控制信道eMBB场景编码方案,很大程度上离不开中国日益增强的综合国力,以及国内相关部门的沟通和协调——在最关键的投票中,华为在国内的老对头中兴给予了很大的支持,中国电信、中国移动、中国联通、大唐电信也选择支持华为。虽然华为海军和粉丝与小米的粉丝和水军在网上打得你死我活,但在现实中小米依然把选票投给了华为,在手机业务上和华为存在竞争关系的vivo、oppo、联想、酷派也选择支持华为,中国台湾的大学和通信厂商支持华为。甚至还有欧盟企业将票投给华为的——这不得不让人感慨华为的公关联络能力。

  

Polar Code入选5G标准,华为得到短码控制信道,这些意味着什么?

 

  结语

  在几十年前,本国通信设备市场基本被海外厂商占据,在通信标准制定上只能干瞪眼,在经过TDS、TD-LTE的磨砺后,中国通信产业实力越发强大,Polar Code成为5G控制信道eMBB场景编码方案则是中国通信工程师们奋发努力的成就。

  对于高通斩获长码和短码的数据编码,国人不必过于介怀,毕竟在3G时代高通独霸的阴影尚未消退,全球任何一家通信公司都不会允许再次出现一家独大的情况,某种程度上讲,本次华为、高通能够有所斩获,一方面在于自身的技术实力,更多的还是在于中美两国的综合国力和全球通信厂商的博弈。

  结语

  在几十年前,本国通信设备市场基本被海外厂商占据,在通信标准制定上只能干瞪眼,在经过TDS、TD-LTE的磨砺后,中国通信产业实力越发强大,Polar Code成为5G控制信道eMBB场景编码方案则是中国通信工程师们奋发努力的成就。

  对于高通斩获长码和短码的数据编码,国人不必过于介怀,毕竟在3G时代高通独霸的阴影尚未消退,全球任何一家通信公司都不会允许再次出现一家独大的情况,某种程度上讲,本次华为、高通能够有所斩获,一方面在于自身的技术实力,更多的还是在于中美两国的综合国力和全球通信厂商的博弈。

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