汪濤：中國(guó)參與制定5G核心標(biāo)準(zhǔn)，這是理所應(yīng)當(dāng)?shù)氖虑?/h3>

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  汪濤北京數(shù)碼視訊全球投資總裁，《純電動(dòng)車拯救世界》

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2016-11-19 13:50:23 字號(hào)：A- A A+ 來(lái)源：觀察者網(wǎng)

關(guān)鍵字: 華為5G5G短碼科技創(chuàng)新編碼

11月17日，華為公司主推的Polar Code（極化碼）方案，成為5G控制信道eMBB（增強(qiáng)移動(dòng)寬帶）場(chǎng)景編碼方案。此事當(dāng)然是值得祝賀的事情，不過(guò)，有些文章過(guò)度把這個(gè)說(shuō)成是華為原創(chuàng)，以及無(wú)線編碼是移動(dòng)通訊的最核心技術(shù)，可能會(huì)引起一些外行的誤解。這里需要簡(jiǎn)單作一下科普。另外，作為曾與李進(jìn)良、丁守謙老師等一起深入?yún)⑴c過(guò)中國(guó)3G、4G通信標(biāo)準(zhǔn)戰(zhàn)略推動(dòng)的作者本人，對(duì)此有更多的感慨，也借此機(jī)會(huì)談一下中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)戰(zhàn)略問(wèn)題。

一、這個(gè)技術(shù)是個(gè)什么概念？

首先指明一下，無(wú)論無(wú)線還是有線信道技術(shù)，主要是兩個(gè)方面：一是如何把信道變成數(shù)字信道，在相同頻譜資源前提下可以形成的數(shù)字信道碼率更大；二是解決數(shù)字信道如何有效傳遞數(shù)字信息的問(wèn)題。

這兩個(gè)是有一定相關(guān)性的，不過(guò)前一個(gè)主要是調(diào)制解調(diào)的問(wèn)題，后一個(gè)主要是編碼解碼的問(wèn)題。這兩個(gè)方面從通信協(xié)議上說(shuō)都是屬于“物理層”的問(wèn)題。越是底層的協(xié)議，一般來(lái)說(shuō)就越是基礎(chǔ)，改動(dòng)越難。所以，華為公司此次能在物理層協(xié)議上作些文章，是值得喝彩的。當(dāng)然，射頻調(diào)制解調(diào)是比編碼更基礎(chǔ)的協(xié)議，因此其難度和作用力才是通信中最頂級(jí)的，編碼解碼還是屬于次一級(jí)的。

二、編碼的作用是什么？

通過(guò)將信道數(shù)字化后，已經(jīng)可以傳遞0、1數(shù)字信號(hào)。但是，真正在通信過(guò)程中是不能簡(jiǎn)單地直接就這么傳的。舉個(gè)例子，如果0是0伏特、1是5伏特，這樣的數(shù)字信號(hào)傳送時(shí)會(huì)形成一個(gè)直流電壓，這是很麻煩的事情。學(xué)過(guò)模擬和數(shù)字電路的人就知道，直流會(huì)決定電路的工作狀態(tài)，如果存在一個(gè)直流輸入電壓，可能會(huì)改變電路的工作狀態(tài)。信道中也會(huì)存在不應(yīng)有的多余能量損耗。因此，通信工程師們想到的一個(gè)解決辦法是用對(duì)稱的-5伏和5伏分別表達(dá)0和1，并且先對(duì)成串的0、1信息進(jìn)行擾碼，這樣-5伏和5伏的脈沖數(shù)量變成基本相同的，從而就沒(méi)有直流了。

另外，在信道中會(huì)有干擾和誤碼，除了通過(guò)調(diào)制解調(diào)技術(shù)增強(qiáng)抗干擾能力外，通過(guò)編碼技術(shù)也可以增加抗干擾能力——這就是檢錯(cuò)、糾錯(cuò)等編碼技術(shù)。我們現(xiàn)在用的身份證號(hào)總共18位，最后一位就是校驗(yàn)位，它是根據(jù)前面17位數(shù)字通過(guò)一定的計(jì)算生成一個(gè)數(shù)字。這樣如果有誤碼時(shí)，就能發(fā)現(xiàn)前面17位算出的數(shù)字和最后一位校碼位對(duì)不上了，從而實(shí)現(xiàn)誤碼的發(fā)現(xiàn)，這樣的編碼就是檢錯(cuò)編碼。如果提供這樣的附加位，甚至可以實(shí)現(xiàn)把錯(cuò)誤的數(shù)字糾正過(guò)來(lái)，這就是糾錯(cuò)編碼。

數(shù)字電路中的干擾大多是突發(fā)性的，如果直接按信息本身順序傳遞，就會(huì)出現(xiàn)一連串連續(xù)誤碼，誤碼多了就沒(méi)法檢錯(cuò)和糾錯(cuò)了，因?yàn)槿魏螜z錯(cuò)和糾錯(cuò)編碼技術(shù)都有一定的限制。所以，還有一種辦法就是把一定長(zhǎng)度的信息分組，打散以后傳遞，接收后再重新排序。如果有干擾，接收重新排序后就會(huì)把突發(fā)性的一串連續(xù)干擾誤碼盡可能分散，從而就更加容易被檢錯(cuò)和糾錯(cuò)。

理論上說(shuō)，檢錯(cuò)和糾錯(cuò)不是絕對(duì)的，例如身份證上的號(hào)碼有可能出現(xiàn)的數(shù)字錯(cuò)誤在計(jì)算后與最后一位校驗(yàn)位正好就對(duì)上了，從而發(fā)現(xiàn)不了錯(cuò)誤。因此，一個(gè)好的編碼技術(shù)就是讓這種發(fā)現(xiàn)不了的錯(cuò)誤幾率越少越好。同時(shí)，又能使編解碼算法消耗的計(jì)算量更少。LDPC（低密度奇偶檢驗(yàn)碼）和POLAR碼等編碼技術(shù)的目的都是干這個(gè)的。因此，拿華為的POLAR編碼與TD-SCDMA技術(shù)直接相比不完全合適，因?yàn)門D-SCDMA技術(shù)有很多部分屬于射頻調(diào)制解調(diào)技術(shù)，雖然都同屬物理層，但比編碼更深一層，并且難度大多了。

三、POLAR碼來(lái)源是什么？

說(shuō)POLAR編碼是華為原創(chuàng)，這個(gè)說(shuō)法不完全準(zhǔn)確，準(zhǔn)確地說(shuō)是華為在這個(gè)領(lǐng)域作了一些工作，更重要的是他們主推這個(gè)技術(shù)?？赡艹龊鹾芏嗳艘馔?，POLAR碼既不是中國(guó)人的原創(chuàng)，也不是人們想像的歐美和日本等所謂發(fā)達(dá)國(guó)家的原創(chuàng)，它是土耳其畢爾肯大學(xué)（Bilkent）Erdal Arikan教授2008年的原創(chuàng)。原始論文發(fā)表在IEEE上：“Channel polarization: a method for constructing capacity achieving codes for symmetric binary-input memoryless channels.”對(duì)搞理論科學(xué)的人來(lái)說(shuō)，最想發(fā)表論文的地方是《科學(xué)》、《自然》等，而對(duì)搞電工和信息技術(shù)的人來(lái)說(shuō)，最想發(fā)表文章的地方就是IEEE（全稱是Institute of Electrical and Electronics Engineers，電氣和電子工程師協(xié)會(huì)）。POLAR碼在提出后很快成為通信界的一個(gè)熱點(diǎn)，有很多改進(jìn)方法提出。土爾其幾乎沒(méi)有任何自己的通信產(chǎn)業(yè)，所以，POLAR碼的實(shí)際應(yīng)用也只能指望歐美和中國(guó)了。

四、什么是eMBB？

ITU已經(jīng)對(duì)5G定義了三大應(yīng)用場(chǎng)景，一是增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶（eMBB，Enhance Mobile Broadband）；二是海量物聯(lián)網(wǎng)通信（mMTC，Massive Machine Type Communication）；三是低時(shí)延、高可靠通信（uRLLC，Ultra Reliable & Low Latency Communication）。eMBB簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)是因?yàn)閿?shù)字移動(dòng)通信和數(shù)字處理技術(shù)的不斷進(jìn)步而自然導(dǎo)致的結(jié)果，它將基站射頻信號(hào)處理中模擬部分盡可能縮短，在轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)后，將過(guò)去信號(hào)處理中廣泛應(yīng)用的快速傅立葉變換、高速加密解密等數(shù)字處理技術(shù)能加的都加上去，使在3G時(shí)代的TD-SCDMA技術(shù)中就已經(jīng)開(kāi)始使用的智能天線、軟件無(wú)線電等真正達(dá)到了極致。

這三大應(yīng)用場(chǎng)景可能會(huì)讓普通人感覺(jué)缺點(diǎn)什么，因?yàn)檫^(guò)去聽(tīng)到2G、3G、4G、5G技術(shù)時(shí)，主要聽(tīng)到的都是帶寬從多少增加到多少。以上三大應(yīng)用場(chǎng)景中怎么找不到帶寬是多少的信息呢？其實(shí)，隨著過(guò)去數(shù)字移動(dòng)寬帶技術(shù)的發(fā)展，靠射頻技術(shù)本身進(jìn)步提升帶寬已經(jīng)很困難了，能提升個(gè)百分之幾十甚至十幾都很困難，相比之下，從GSM的2G轉(zhuǎn)到CDMA時(shí)，帶寬效率一下就提升了5倍多。因此，5G帶寬的提升其實(shí)主要是靠增加頻譜實(shí)現(xiàn)的——（這樣啊，好像技術(shù)含量不夠高噢?。┧?，5G技術(shù)研發(fā)主要著力點(diǎn)是放在了應(yīng)用場(chǎng)景的擴(kuò)展上。mMTC會(huì)讓5G的終端不再是手機(jī)，而會(huì)出現(xiàn)大量攝像頭、煙霧傳感器、微波爐、冰箱、無(wú)人機(jī)……等等全新的機(jī)器類5G終端。uRLLC會(huì)讓無(wú)人駕駛汽車等采用5G來(lái)實(shí)現(xiàn)。

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