業(yè)內(nèi)人士解密：5G為何采納華為的Polar碼？

　　3、為何5G采納了Polar碼?

　　這個(gè)小標(biāo)題應(yīng)該叫：5G為何采納了Polar碼和LDPC碼?又為何放棄了Trubo碼?

　　先從什么叫信道編碼說(shuō)起。當(dāng)我們拿起手機(jī)刷朋友圈時(shí)，數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線信號(hào)在手機(jī)和基站間傳送。由于受到無(wú)線干擾、弱覆蓋等原因影響，我們手機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)和基站接收到數(shù)據(jù)有時(shí)會(huì)不一致，比如，我們手機(jī)發(fā)送的1 0 0 1 0，而基站接收到的卻是1 1 0 1 0，為了糾錯(cuò)，移動(dòng)通信系統(tǒng)就引入了信道編碼技術(shù)。

　　信道編碼，簡(jiǎn)單的講，就是我們?cè)谟蠯比特的數(shù)據(jù)塊中插入冗余比特，形成一個(gè)更長(zhǎng)的碼塊，這個(gè)碼塊的長(zhǎng)度為N比特位，N>K，N-K就是用于檢測(cè)和糾錯(cuò)的冗余比特，編碼率R就是K/N。一個(gè)好的信道編碼，是在一定的編碼率下，能無(wú)限接入信道容量的理論極限。

　　在過(guò)去幾十年里，出現(xiàn)了兩種接近容量極限的信道編碼技術(shù)：LDPC和Turbo碼，分別被3G和4G通信標(biāo)準(zhǔn)和WiFi標(biāo)準(zhǔn)采納。2007年，土耳其教授E. Arikan提出了Polar碼，被稱為是迄今發(fā)現(xiàn)的唯一一類能夠達(dá)到香農(nóng)限的編碼方法。

　　所以，這三種優(yōu)秀的編碼技術(shù)均進(jìn)入5G編碼標(biāo)準(zhǔn)的法眼，并引發(fā)了一場(chǎng)爭(zhēng)奪賽。

　　為何這場(chǎng)爭(zhēng)奪賽這么激烈?

　　都是KPI惹的禍。

　　5G NR(New Radio)的KPI里，明確規(guī)定：峰值速率20Gbps、用戶面時(shí)延0.5ms(URLLC)。

　　這個(gè)KPI定的太高，在4G基礎(chǔ)上提升了20倍。報(bào)告領(lǐng)導(dǎo)，不好完成。

　　有多難呢?5G NR的下行峰值速率要求是20Gbps，由于手機(jī)(或基站)接收到的每一bit都要經(jīng)過(guò)信道譯碼器，20Gbps就相當(dāng)于譯碼器每秒鐘要處理幾十億bit數(shù)據(jù)。

　　舉個(gè)例子，20 Gbps就意味著譯碼吞吐量T為20 Gbps，假設(shè)譯碼迭代次數(shù)I為10次，處理器的時(shí)鐘頻率F為500 MHz，那么，I *T /F = 10*20G/500M=400，也就是說(shuō)需要400個(gè)處理器并行工作。

　　(備注：譯碼器是信道編碼最難實(shí)現(xiàn)的一環(huán))

　　這也是為何很多人選擇放棄3G和4G時(shí)代使用的Turbo碼的原因之一，因?yàn)?G的最大速率不過(guò)1Gbps，傳統(tǒng)Turbo碼通過(guò)迭代譯碼，本質(zhì)上源于串行的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，所以，有人認(rèn)為Turbo遇上更高速率的5G時(shí)就遇到了瓶頸。比如LDPC譯碼器是基于并行的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這意味著譯碼的時(shí)候可以并行同時(shí)處理，不但能處理較大的數(shù)據(jù)量，還能減少處理時(shí)延。盡管可以采用外部并行的方式，但又帶來(lái)了時(shí)延問(wèn)題。