華為主導(dǎo)的Polar碼到底是啥玩意？

今年7月26日，在深圳華為總部迎來(lái)了一場(chǎng)特別的頒獎(jiǎng)儀式，華為創(chuàng)始人任正非親自給被譽(yù)為“Polar碼之父”的Erdal Arikan教授頒發(fā)榮譽(yù)獎(jiǎng)牌，本次頒獎(jiǎng)源于Erdal Arikan教授在Polar碼方面作出的開(kāi)創(chuàng)性成績(jī)，以及他對(duì)通信行業(yè)發(fā)展所作出的巨大貢獻(xiàn)。

Polar碼成5G標(biāo)準(zhǔn)，華為多年投入終可期

Polar碼又被稱(chēng)作極化碼，由來(lái)自土耳其的Erdal Arikan教授于2007年首次提出，Polar碼的現(xiàn)世開(kāi)拓了信道編碼的新方向，是世界上第一類(lèi)在理論上能夠達(dá)到香農(nóng)極限的信道編碼方法。這種編碼方法能夠大大提升5G編碼的性能，同時(shí)減小通信設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，有效確保業(yè)務(wù)質(zhì)量，對(duì)通信行業(yè)有著極為深遠(yuǎn)的意義。

在2016年11月14日至18日期間，由3GPP組織的一場(chǎng)5G標(biāo)準(zhǔn)探討會(huì)議在美國(guó)召開(kāi)，在本次會(huì)議上Polar碼被正式欽定為5G在eMBB場(chǎng)景應(yīng)用方面的控制信道編碼方案。在這場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)探討會(huì)議中，話題圍繞著3種短碼編碼方案開(kāi)展：Turbo碼、LDPC碼和Polar碼，最終Polar碼成功戰(zhàn)勝了另外兩種編碼方案，成為本次會(huì)議的最終贏家。

3GPP共為5G定義了三大主要應(yīng)用場(chǎng)景，分別為eMBB、mMTC和URLLC。其中，eMBB對(duì)應(yīng)的是3D和超高清視頻等大流量移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù);mMTC對(duì)應(yīng)的則是大規(guī)?；?a target="_blank">物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù);而URLLC對(duì)應(yīng)的則是如無(wú)人駕駛、工業(yè)自動(dòng)化等需要低時(shí)延、高可靠性連接的業(yè)務(wù)。三大應(yīng)用場(chǎng)景均與我們的生活密切相關(guān)，潛藏的市場(chǎng)體量巨大。

Turbo碼由法國(guó)科學(xué)家C.Berrou和A.Glavieux于1993年首次提出，隨后被3G和4G標(biāo)準(zhǔn)采納，與我們當(dāng)前的日常通信息息相關(guān);LDPC碼是由MIT的教授Robert Gallager于1962年提出，這是最早提出的一種最為逼近香農(nóng)極限的信道編碼。不過(guò)，由于受到當(dāng)時(shí)技術(shù)條件的限制，這種編碼難以克服計(jì)算上的復(fù)雜性，便被長(zhǎng)期擱置了起來(lái)。隨著技術(shù)的不斷演進(jìn)，到了1996年，這種編碼方式又重新引起通信領(lǐng)域的關(guān)注，再后來(lái)，LDPC碼被WiFi標(biāo)準(zhǔn)所采納。Polar碼由土耳其的Erdal Arikan教授于2007年首次提出，說(shuō)來(lái)湊巧，Erdal Arikan教授的論文導(dǎo)師正是LDPC碼的發(fā)明人Robert Gallager教授。

從2010年開(kāi)始，華為一直致力于推動(dòng)將Polar方案作為5G編碼方案，是推行這種編碼方式的主導(dǎo)企業(yè)。多年來(lái)，華為一直保持在Polar碼技術(shù)研發(fā)上投入大量資金。5G標(biāo)準(zhǔn)選擇了Polar碼，對(duì)華為來(lái)說(shuō)有著非凡意義，其長(zhǎng)期以來(lái)的投入終于有望結(jié)出豐碩成果。Erdal Arikan教授直言是華為的努力加速了Polar碼成為一項(xiàng)業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)程。

Polar碼的意義與未來(lái)

對(duì)于5G的未來(lái)建設(shè)，LDPC碼和Polar碼均受到了極大關(guān)注。其實(shí)，不論是LDPC碼還是Polar碼都不是由高通和華為這些通信企業(yè)發(fā)明的，那么為什么它們會(huì)擁有如此多的相關(guān)專(zhuān)利?其實(shí)，高通和華為在LDPC碼和Polar碼方面的專(zhuān)利都是針對(duì)編碼具體設(shè)計(jì)而言的，包括編碼矩陣構(gòu)造、IR版本設(shè)計(jì)和選擇等等。

那么對(duì)于日常通信而言，信道編碼技術(shù)存在的意義在哪里呢?原來(lái)，數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線信號(hào)在手機(jī)和基站間相互傳送，由于會(huì)受到無(wú)線信號(hào)干擾、弱覆蓋等原因影響，手機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)和基站接收到數(shù)據(jù)可能會(huì)不一致，比如，手機(jī)發(fā)送的是1 1 0 0 1，而基站接收到的卻是1 0 0 0 0，為了糾正錯(cuò)誤信號(hào)，移動(dòng)通信系統(tǒng)便引入了信道編碼技術(shù)。而Polar碼作為一種信道編碼被外界熟知，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)稱(chēng)二進(jìn)制輸入離散無(wú)記憶信道的容量的代碼構(gòu)造方法，具有可實(shí)用的線性復(fù)雜度編譯碼能力。

2016年10月，華為對(duì)外公布了在Polar碼方面取得的技術(shù)突破，在靜止和移動(dòng)場(chǎng)景、短包和長(zhǎng)包場(chǎng)景的外場(chǎng)測(cè)試增益穩(wěn)定、性能優(yōu)異，在與高頻毫米波頻段上的組合測(cè)試實(shí)現(xiàn)了高達(dá)27Gbps的業(yè)務(wù)速率。測(cè)試結(jié)果表明，使用Polar碼編碼技術(shù)可以同時(shí)滿足國(guó)際電信聯(lián)盟定義的高速率、低時(shí)延和多連接的5G三大類(lèi)應(yīng)用需求。

目前，Polar碼已經(jīng)憑借著自身強(qiáng)大的性能優(yōu)勢(shì)，贏得了業(yè)界的一致認(rèn)可，5G的建設(shè)進(jìn)程正在緊張推進(jìn)中。隨著5G時(shí)代的到來(lái)，以及Polar相關(guān)技術(shù)的推進(jìn)，Polar碼技術(shù)將會(huì)更為貼近我們的生活，為5G通信時(shí)代貢獻(xiàn)出更多力量。