一位前华为工程师眼中的2020

这些天朋友圈又被华为刷屏了，这次3GPP的5G短码方案讨论中，由中国华为公司主推的Polar Code（极化...



这些天朋友圈又被华为刷屏了，这次3GPP的5G短码方案讨论中，由中国华为公司主推的Polar Code（极化码）脱颖而出，成为5G控制信道eMBB场景编码方案。

1. 一场没有硝烟的战争

一个月前，全球各大通信设备商、运营商和芯片商集结在美国小镇里诺（Reno），发起了对未来5G物理层信道编码的争夺战，进行着无比惨烈的较量。在轮番角逐后，最终形成三国鼎立之势，其中包括美国高通公司主推的LDPC码，欧洲Claude Berrou团队主推的Turbo2.0码，以及中国华为支持的Polar码。5G技术标准这块还没出炉的香饽饽，早就已经被各国参议代表虎视眈眈，狼牙虎爪，大家都想瓜分属于自己的那一份美羹。



对于物理层的信道编码方案，一直以来就有着非常大的争议，每家公司都会权衡自己未来实际组网的需求和对自家技术专利的保护，展开激烈的纷争。赢家往往会获得背后巨大的经济链和产业链，并且掌握着全球通信行业界的话语权，这次5G的核心技术编码方案当然也不例外。

2. 让人痴迷的香农极限

提到物理层信道编码，不能不膜拜现代信息论的这位祖师爷 -- 克劳德·艾尔伍德·香农。

1948年，当时还在贝尔实验室数学部工作的香农，发表了《通信的数学理论》，并提出了香农极限定理，随之震惊美国整个科学和工业界。该理论阐述了当传输速率低于信道容量时，存在一种信道编码使得一个足够长的传输序列可以完成任意小错误率的传输。之后的几十年，科学家们一直都在实验室里拼命计算着，设法找到这种编码，将实际的信道传输容量做到能够更加逼近理论上的香农极限。



信息以信号为载体进行传播，从发射端传输到接收端需要经过信道。信号在信道中传播不可避免地会发生扭曲和变形，信道中的噪声和干扰会降低信号质量，甚至淹没信号，导致接收端无法正常接收发射端的信息。比如一串比特流为 [0 0 1 1 0 1] 的序列经过信道之后可能会变成 [1 1 0 1 0 0]，那么整个传输过程就收到了干扰，产生了误码。

无线通信的本质就是解决信号在无线信道中传送所遇到的这些问题，因此提出了编码和调制技术。简单来讲，编码是将模拟信号转换成数字信号，并加上一些冗余数据比特，从而使得信息可以在无线环境中可靠的传送。而调制是把低频信号转变为适合无线传输的射频信号。这两个是无线通信中最为核心也是最深奥的部分，也是无数科学家都想要摘取的皇冠。



3. 极化码 -- 小荷才露尖尖角

2008年，土耳其毕尔肯大学Erdal Arikan教授提出了Polar Code（极化码）的概念，并在论文中首次证明了极化码可以达到香农容量，迅速得到了3GPP 5G标准化研发机构和学术界的强烈关注。

极化码采用的是信道的组合和分离思想，当组合信道的数量趋于无穷大时，一部分信道趋向于完美无噪声干扰，而另一部分信道则趋向于纯噪声，使得信道产生分离和两极化，从而筛选出组合信道中较好的用来传送信息数据，理论上来讲是可以达到香农极限的。



早在2009年，华为就开始5G标准的研究，投入了500名以上研发专家和大量资源。期间测试了极化码与高频段通信相结合，实现了20Gbps以上的数据传输速率。这次华为拿下5G控制信道短码方案，依靠的就是极化码超高速率、低时延的优势，满足控制信道传送信令的需求。由于不使用HARQ（混合自动重传请求），避免了时延大的问题，适用于未来物联网的大型连接和高速移动场景。同时也体现了中国通信技术的崛起，国际影响力和地位的提升。

4. 高通帝国独霸的时代宣告结束

三十年前，在通信行业流传着金句“一流企业订标准，二流企业搞技术，三流企业卖产品”，即便放在今天同样也是金科玉律。谁掌握着主流标准，谁就主宰着通信业的命脉，谁就在食物链的顶端。美国的高通公司一直就是靠着收取格外高昂的专利技术费而一家独大的，其他国家在通信领域几乎没有话语权。即使手机生产厂商不用高通的处理器芯片，也不使用高通的技术，但只要想使用3G/4G上网，就不可能回避高通的这个专利问题。

在中国销售市场，高通是这样对其专利收费划分的：对3G设备（包含多模3G/4G设备）收取5%、对4G设备（包含3模LTE-TDD设备）收取3.5%的专利费；每一种专利费的收费基础是设备销售净价的65%。以魅族Pro 6来举例，一部售价2499元的手机，就需要缴纳将近81元（2499 x 65% x 5%）的专利费用给高通公司。



华为一直力推倡导通信标准协议的去垄断化和统一化，这次在5G控制信道短码方案中拔得头筹，无疑给了美国高通公司一记响亮的耳光，也进一步确立了自己在全球通信业的领导地位。一个时代的落幕，不禁令人唏嘘，高通看着自己碗里的肉，就这么被别人给挑走了，估计现在和三星的一样，心里都奔跑着一万头草泥马吧。

5. 万物互联引领最好的时代

移动电话自1987年进入中国，从板砖一样的大哥大，历经GSM/GPRS/EDGE/WCDMA/HSPA+/LTE各个时代潮流的发展变迁，逐步演进到Pre 5G标准。也就在这短短的三十年，移动通信技术穿越了人类文明史几千年来走过的路，带来了史无前例的便捷和生产力，默默酝酿着质的飞越和升级。



展望2020年，中国5G网络开始商用。届时万众期待的万物连接将会实现，任何事物不再是单独存在的个体，而是互相的连接和关联。物联网搭载着云计算，大数据，网络虚拟和量子通信技术，势必会带来前所未有的通信便利和使用体验。5G移动宽带也将渗透到未来社会的各个领域，不断驱动着智能终端的升级和创新，带领5G概念股走势再次上扬。

最好的时代已经来到，我们的未来也将充满着无限的可能。

作者简介: 刘工匠, 旅港七年, 坐标香港, 前华为香港工程师, 香港理工大学硕士。同时也是一枚自媒体人，技术专栏作家。期待与大家以文会友，相互连接，共同生长。

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