5G信道编码之争

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前一段工夫，第五代挪动通讯网络5G（IMT-2020）在中国发作了一件大事情，祸起于各大问答平台，矛盾分歧指向了联想的“不爱国行为”——在确认5G信道编码规范时，没有把票投给华为的Polar码。前面经过自媒体肆意假造后，版本越传越邪乎，似乎一个通讯技术确认的面前充溢了内情，为3GPP严谨的技术制定蒙上了暗影。同一工夫，什么5G长码、短码、信道编码、控制编码等专业词汇一股脑地塞给我们，让吃瓜群众试图复原事情真相充溢了难度，接下已经是通讯人的小编给大家理清楚其中的技术细节。

3GPP作为全球通讯规范的次要制定方，每个规范确实定都是经过重复讨论、验证以及严厉审查以确保其可完成性。为了确保规范按进度完成，3GPP上面分为RAN、SA以及CT三大范畴任务组，各自傲责不同各义务，RAN次要担任无线接入网络相关的内容，SA次要担任业务和零碎概念等相关的内容，CT担任中心网和终端等相关的内容，而且还会在三大任务组下再细分几个任务组。

其中RAN1任务组担任无线接入网物理层设计，其中就包括信道编码。信道编码也叫过失控制编码，可以说是每一代挪动通讯技术中的中心要素，是一切古代通讯零碎的基石。它承当起数据纠错功用，避免你手机发送的是“不行”，而在电磁波传输进程由于各种搅扰招致数据呈现丧失，到了他人手机就变成了“行”，这样的误解可就大了，因而挪动通讯零碎普遍引入信道编码技术。

那么长短码又是什么？

其实这外面有一个天大的误解，次要是事先中兴提出了一个混合信道编码方案R1-1610607，提出同时运用LDPC+Polar编码，尔后华为也提过相似的方案R1-1610805。以数据信道数据块大小分为长码块和短码块，长码块用LDPC，短码块用Polar，但最终未被主席会所接纳。

又由于信道编码外头还划分了数据信道编码以及控制信道编码，由于数据通常码长比拟长，而控制码长十分短，不明所以然的人就误以为长码就是数据信道编码，而短码是控制信道编码，其实这是一种误读的，其实长短码都是用于描绘数据信道编码。

LDPC应用校验矩阵的稀疏性，使得译码复杂度只与码长成线性关系，在长码长的状况下依然可以无效的停止译码，因此具有更复杂的译码算法。由于LDPC可以运用高效的并行译码构架，其译码器在硬件完成复杂度和功耗方面均优于Turbo码，在应用计算机找到最优秀的LDPC码，其极限功能距香农实际限曾经减少到0.0045dB程度。

Polar码，极化码

相比于Turbo码、LDPC码有悠久历史，极化码显得相当年老，土耳其Erdal Arikan在2008年最先经过研讨信道极化景象提出了Polar Code极化码，更恰巧的是，LDPC码的创造人Robert Gallager就是Erdal Arikan的MIT导师，没想到一对师徒各自研讨出可以影响5G挪动网络格式的信道编码。

那么LDPC、Polar、Turbo三雄争霸又是什么状况？

信道编码采用谁家的方案，其实不单单表现国与国之间的比赛，其实关于我们消费者来说也是有亲密关系，信道编码方案的优势、成熟水平最终会对终端基带的复杂度、本钱形成严重影响。而且最终某一个信道编码方案成为5G规范方案，谁家拥有该专利越多，最初从中收取的专利费用就越多，这个就是触及到商业利益互博了，占大头的还能掌握住5G规范的大权，这个参考高通在CDMA制式上的超强控制才能，以及收专利费收到手软的例子。

在制定5G规范进程中，经过后期的比赛，众多编码方案经过讨论、考核后，只剩下三个比拟有出路的编码，辨别是法国电信的Turbo code、美国高通主推的LDPC Code，还有来自中国华为主推的Polar Code。而这三者都有一个共同点，那就是十分接近香农极限。

1948年Claude Shannon提出了通讯范畴十分重要的香农定理，提醒了信道信息传送速率的下限（比特每秒）和信道信噪比及带宽的关系，而且存在一个下限成绩，还可以经过信道编码的方式来完成更牢靠通讯。随着我们关于网速要求越来越高，通讯人不时在探究愈加接近香农极限的信道编码，其中比拟优秀的方案成功包围，成为5G候选规范之一。

Turbo码，涡轮码

Turbo码的降生也很神奇，创造它的人却不是通讯行业的工程师，而是两名来自法国电机工程师C.Berrou和A.Glavieux，运用了迭代译码的方法处理了困扰通讯人已久的计算复杂性成绩，创始了全新的通讯时代，这时分本来与香农极限相差2-3dBA，忽然一下子就进入到0.1-0.01dBA的程度。

Turbo码很快成为了3G、4G挪动通讯技术中采用的编码技术，但它的缺陷很分明，由于它采用了两个重量译码器之间停止迭代译码，解码时长上要高于其他方案，这个关于5G愿景中超低时延要求不契合，很快就淡出思索范围之内。一种编码用三代的愿望就此落空了。

LDPC码，低密度奇偶校验码

最早在1963年由美国MIT的Robert Gallager在博士论文《Low Density Parity Check Codes》中提出，不过你可晓得Robert Gallager师承何人？正正是后面提及创始了《信息论》与香农定理的Claude Shannon。

但LDPC事先缺乏功能足够弱小的CPU来支持大规模并行运算，遭到技术限制未开展起来。但金子终会发光的，直到Turbo码被商用后，再度被通讯学家重新提及，发现其优势分明，很多行业都停止过一场轰轰烈烈的攻关研讨，用处极为普遍，你看如今很多WiFi规范、SSD固态硬盘上曾经使用上这种编码。

Polar码是首个能从数学上被严厉证明到达信道容量极限的编码方案，比起Turbo码、LDPC码愈加优秀。曾有通讯专家表示，假如不思索通讯零碎设计成绩，就单一的编码技术而已，Polar可以说曾经走到了信道编码技术“止境”，除非是找到比Polar码更低复杂水平的编码，愈加容易译码，否则Polar码能够就是编码技术的巅峰。

这也是华为看中了它的前景，在这方面花了少量工夫、人力、物力去攻关Polar码技术，掌握少量的根底专利。虽然Polar码不是出自中国之手，但是由华为主导推进并发扬光大的。

但是Polar码虽然极具潜力和优秀，目前就编解码复杂性成绩而言还是一道坎，只能应用Successive Cancelation List算法，以较低复杂度的代价完成最大似然译码，而且在硬件不合适并行计算。

其次就是Polar码真实是太年老了，历来没有使用于实践通讯零碎，不像Turbo码、LDPC码的普遍用于各种通讯零碎中，很多东西还是基于实际根底之上，落实到硬件设计、零碎设计上能否还有成绩就很难说一时半会能不能完成，毕竟5G网络商用工夫火烧眉毛，整个产业链都在等规范的落实，假如不能疾速成熟，Polar码能够会错过5G的黄金时代。

复原联想在5G信道编码投票上都干了些什么，这个能够要从三场关键性会议说起：

RAN1#86

事先的R1-16799提案就是LDPC要一统数据信道编码天下，而华为提议的R1-168040则是希望Polar码能作为数据信道的候选方案之一。不过这次会议就纯讨论、摸底性质，没有说必定的。

联想之所以会赞同LDPC方案，这个能够和联想晚期收买了摩托罗拉有很大关系，由于摩托罗拉晚期以通讯起家，更是造了全世界第一支手机，后期积聚下少量的根底专利，其中就包括了LDPC的40个规范根底专利，被收买当前就落到了联想手中，为了公司利益着想，站队LDPC码是合情合理，基本不存在什么“不爱国”行为，况且事先在会议上，中兴、Vivo、小米、北京信威通讯也都支持了LDPC。

RAN1#86b

这次还是持续上次的话题，究竟用哪个作为信道编码，但是这次联想和摩托罗拉再提议LDPC成为5G数据信道独一编码，支持名单十分奢华，清一色美欧日韩的大公司，而中国公司开端转向了华为的R1-1610850提案，就是长码用LDPC、短码用Polar。这次方案选择的火药味就更重了，联想成为一个“特殊”的存在，因而这个事情成了“联想不支持华为Polar事情”的导火索。

但是这场会议没有本质的方案被确立，大会一看，大家没有一致意见不是方法，最初组织了一场“否决投票”，你可以选择弃权，但假如你不赞同该方案，就一定要投否决票。一共有三个方案：长码LDPC，短码Turbo；长码LDPC，短码Polar；长短码都用LDPC。而这三个方案投否决的公司辨别有33、27、24家。这也是某些自媒体所说，由于联想的错误决议，招致华为的Polar码输给了高通的LDPC码，但分明这是不正确、断章取义的说法。

最初大会充沛与各方沟通，决议数据信道编码中的长码运用LDPC码，短码待定。

RAN1#87

这一次华为的R1-1613307方案要求短码运用Polar取得55家公司的支持，其中就包括了联想和摩托罗拉，也就是说他们曾经转变态度。而高通阵营的R1-1613342方案作出了退让，在特殊小码块以及控制信道下用Polar，其他短码仍用LDPC，支持者有31家。

那么华为赢了？很遗憾，3GPP会议并不是复杂地投票，而是一个求同存异、协商的进程，要思索站队的公司面前的市场重量以及技术实力，分明高通阵营更胜一筹，更有话语权。结局就是华为赞同控制信道采用Polar码，短码仍采用LDPC码，这也算是华为辛劳得回来的播种吧。
至此，关于5G非独立组网的信道编码规范曾经确立，LDPC成为了数据信道的独一编码，而Polar成为控制信道编码。