Polar碼非華為原創(chuàng) 為何又能讓其入選5G標準？

　　美國當?shù)貢r間11月17日，經(jīng)過3GPP RAN1 87次會議討論，中國華為公司主推的Polar Code（極化碼）方案，成為5G控制信道eMBB場景編碼方案。這標志著中國通信廠商在5G時代有了更高的話語權，也體現(xiàn)出中國通信技術實力越發(fā)強大。

　　不過我們也應該注意到，華為公司主推的Polar Code方案只是成為5G控制信道eMBB場景編碼方案，而LDPC碼成為數(shù)據(jù)信道的上行和下行短碼方案，5G中長碼編碼也確認為LDPC方案，要在5G通信標準制定中，中國通信產(chǎn)業(yè)要力壓美國通信產(chǎn)業(yè)還力有不逮。

　　什么是長碼，短碼，編碼信道、控制信道？

　　目前，中國華為公司主推的Polar Code（極化碼）方案，成為5G控制信道eMBB場景編碼方案，而LDPC碼成為數(shù)據(jù)信道的上行和下行短碼方案。5G中長碼編碼也確認為LDPC方案。那么，長碼，短碼到底是什么意思呢？

　　優(yōu)化的編碼致力于用最短的二進制位數(shù)表示一個指令，越短效率越高。在指令數(shù)量不變的情況下，越常用的指令當然越短越好，但是指令不等長將造成接收端沉重的處理負擔。然后用等長的編碼顯然會導致無效數(shù)據(jù)的大量傳輸，浪費帶寬。于是把指令編成兩個組（個別也有三個組的），常用的用相對短的二進制位數(shù)表示，不常用的用相對長的二進制位數(shù)表示。短碼代表常用的指令，長碼代表不常用的指令。

　　那么，華為力爭到的短碼控制信道和高通斬獲的編碼信道又是什么呢？

　　控制信道（CCH）是用于傳送信令或同步數(shù)據(jù)的信息通道，主要用于傳輸指令操作下級網(wǎng)絡設備。信息通過網(wǎng)絡傳輸?shù)倪^程中由于受到外界干擾可能產(chǎn)生錯誤，為了糾正這些錯誤，以及不讓錯誤信息進一步積累，對要在信道中傳送的數(shù)字信號進行的糾、檢錯編碼就是信道編碼。隨著傳輸速度的提高和同時工作的傳輸協(xié)議的種類越來越多，數(shù)據(jù)信道的數(shù)量也隨之大幅增加，信道編碼的傳輸漸漸獨立出來，由專用的信道負責，也就是編碼信道，這可以增強數(shù)據(jù)在信道中傳輸時抵御各種干擾的能力，提高系統(tǒng)的可靠性。

　　Polar Code有什么優(yōu)點？

　　信息編碼是信息傳播的核心中的核心，有點類似于人類交流要借助語言編碼，而漢語、英語就是信息的載體，而根據(jù)香農第二定理，只要信息傳輸速率小于信道容量，就存在一類編碼，可以使信息傳輸?shù)腻e誤率任意小。根據(jù)這一定理，科研人員們相繼研發(fā)出RS碼、卷積碼、Turbo碼等技術。在中國以往主推的TDS、TD-LTE等標準中，TDS的部分專利源自西門子，而TD-LTE的核心長碼編碼Turbo碼和短碼咬尾卷積碼，也不是中國原創(chuàng)的技術。

　　本次Polar Code成為5G控制信道eMBB場景編碼方案，則是中國廠商技術實力和國家綜合實力的體現(xiàn)。本次華為主推的Polar Code在理論上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”香農容量，并且有著低的編碼和譯碼復雜度。具體來說Polar Code具有三大優(yōu)點：

　　一是Polar Code相對于Turbo有更高的增益。

　　二是Polar Code的可靠性相對于Turbo更高，在5G超高可靠性業(yè)務應用中能實現(xiàn)99.999%的可靠性。

　　三是Polar Code譯碼復雜度較低，在相同負責度的情況下，對比Turbo功耗可以降低20多倍。

　　另外，華為主推的polar碼的主要優(yōu)點除了糾錯能力強外，還有這是世界上唯一一種已知的能夠被嚴格證明達到信道容量的信道編碼方法，這對于高帶寬網(wǎng)絡的規(guī)范管理具有重要的意義，而且還非常有潛力，專利壁壘也比較合適（太高的專利壁壘的技術在現(xiàn)在通信領域很難成為標準）。

　　正是因為有這些優(yōu)點，使得Polar Code誕生不足十年，但是通過信道編碼學者的不斷努力，當前Polar碼所能達到的糾錯性能超過目前廣泛使用的Turbo碼（法國主推的標準）、LDPC碼（美國主推）。

　　盡管非原創(chuàng)但無損于華為實質掌握polar碼的商用核心科技

　　有人說polar碼不是華為最早提出，所以是拾人牙慧，而且不掌握關鍵技術。但事實恰恰相反，正如CDMA也不是高通公司提出的，但這并不影響高通建立基于CDMA的通信霸權，同理，雖然polar碼不是華為最早提出的，但也無損于華為等國內通信公司實質掌握polar碼的商用核心科技，即便信道極化這種方法確實是由Arikan和Teleta兩位科學家提出來的。（ polar碼創(chuàng)始人Arikan和Teleta，在08到09年中提出來的， Polar碼誕生不足十年。）

　　這是一種技術上比較優(yōu)秀的碼，華為很早就看重其技術潛力，投入大量資金進行實用化研究。通過信道編碼學者的不斷努力，當前Polar碼所能達到的糾錯性能超過目前廣泛使用的Turbo碼（法國主推的標準）、LDPC碼。

　　LDPC是由國際信息領域泰斗Gallager大約五十年前第一次提出的。優(yōu)點是經(jīng)過五十年的發(fā)展非常穩(wěn)定和高效，但是很多理念已經(jīng)不能稱之為先進。但是經(jīng)過多次擴展，依然堅挺在信息產(chǎn)業(yè)的一線陣地上。

　　與高通的技術相比，不太成熟的缺點就非常的明顯了。據(jù)稱華為10年第一次開始polar碼的預研時，還只有一個框架。華為研究兩年后解決了編碼構造、譯碼上的基礎問題（就算拼命加班這已經(jīng)非常快了）。根據(jù)最新公開14年的技術資料，IS的選擇問題，碼長問題，譯碼算法，HARQ等也沒有得到很好地解決。又經(jīng)過兩年寒暑，華為主推的標準就能打敗高通和法電的標準，說奇跡也不過分。

　　華為的成績有目共睹，這是信道編碼標準制定第一次由中國公司推動，并且?guī)ьI51家公司同簽（該項目第二名高通僅有37家），彰顯了其在通信領域強大的領導力。華為正式研究主推這一新碼僅4年就在控制信道eMBB場景編碼方案打敗超過五十年歷史的LDPC碼。證明了華為強大的研發(fā)能力。而許多歐美基站設備商（愛立信，諾基亞）以及終端設備商（三星，高通，等）這幾年對Polar的積累幾乎為零。這也意味著華為將在這些方向的市場上更加順暢。

　　當然，我們也要看到華為取得的只是短碼中控制信道的eMBB場景的標準制定權，并不是像一些媒體那樣宣傳的“華為碾壓高通，拿下5G時代”。

　　背后的博弈

　　通信標準的爭奪本質上是大國之間的博弈，這就使一些雖然具有一定技術實力，但所在國家綜合國力不濟的通信企業(yè)很難成為主導標準的玩家，愛立信、諾基亞等在5G通信標準制定中只能選邊站隊，而不是主推標準。法國的實力也不能和中美相提并論，這使得法國主推的Turbo2.0近乎成為打醬油的角色，中國和美國的通信企業(yè)則成為本次通信標準爭奪的主角。

　　對于通信標準之爭各國通信廠商之間的火藥味異常濃烈，畢竟高通憑借CDMA專利收高通稅、反專利授權的場景和歷歷在目。在之前的長碼之爭中，由于高通的方案其核心的必要專利都已經(jīng)過期了，因此獲得了三星等國力相對二流，技術實力也和一線廠商存在一定差距的中間派通信廠家的的支持，并在最終的對決中以微弱優(yōu)勢擊敗華為的方案。

　　本次華為獲得的是控制編碼，主要競爭對手是美國主推的LDPC，和法國主推的Turbo2.0。雖然法國阿爾卡特先是和朗訊合并，又以3.2億美元接手加拿大北電的3G業(yè)務，近年更是與諾基亞合并，曾經(jīng)被媒體調侃為失敗者同盟，但畢竟匯集了西方多個通信強國的通信業(yè)務，實力不容小視?？上Х▏鴩Σ粷瑲W盟貌合神離，導致在國力博弈上輸給了中美。

　　可以說，本次華為主推的Polar Code能夠成為5G控制信道eMBB場景編碼方案，很大程度上離不開中國日益增強的綜合國力，以及國內相關部門的溝通和協(xié)調——在最關鍵的投票中，華為在國內的老對頭中興給予了很大的支持，中國電信、中國移動、中國聯(lián)通、大唐電信也選擇支持華為。雖然華為海軍和粉絲與小米的粉絲和水軍在網(wǎng)上打得你死我活，但在現(xiàn)實中小米依然把選票投給了華為，在手機業(yè)務上和華為存在競爭關系的vivo、oppo、聯(lián)想、酷派也選擇支持華為，中國***的大學和通信廠商支持華為。甚至還有歐盟企業(yè)將票投給華為的——這不得不讓人感慨華為的公關聯(lián)絡能力。

　　結語

　　在幾十年前，本國通信設備市場基本被海外廠商占據(jù)，在通信標準制定上只能干瞪眼，在經(jīng)過TDS、TD-LTE的磨礪后，中國通信產(chǎn)業(yè)實力越發(fā)強大，Polar Code成為5G控制信道eMBB場景編碼方案則是中國通信工程師們奮發(fā)努力的成就。

　　對于高通斬獲長碼和短碼的數(shù)據(jù)編碼，國人不必過于介懷，畢竟在3G時代高通獨霸的陰影尚未消退，全球任何一家通信公司都不會允許再次出現(xiàn)一家獨大的情況，某種程度上講，本次華為、高通能夠有所斬獲，一方面在于自身的技術實力，更多的還是在于中美兩國的綜合國力和全球通信廠商的博弈。