華為主導(dǎo)的Polar碼到底是啥玩意？

　　今年7月26日，在深圳華為總部迎來了一場特別的頒獎儀式，華為創(chuàng)始人任正非親自給被譽(yù)為“Polar碼之父”的Erdal Arikan教授頒發(fā)榮譽(yù)獎牌，本次頒獎源于Erdal Arikan教授在Polar碼方面作出的開創(chuàng)性成績，以及他對通信行業(yè)發(fā)展所作出的巨大貢獻(xiàn)。

　　Polar碼成5G標(biāo)準(zhǔn)，華為多年投入終可期

　　Polar碼又被稱作極化碼，由來自土耳其的Erdal Arikan教授于2007年首次提出，Polar碼的現(xiàn)世開拓了信道編碼的新方向，是世界上第一類在理論上能夠達(dá)到香農(nóng)極限的信道編碼方法。這種編碼方法能夠大大提升5G編碼的性能，同時減小通信設(shè)計的復(fù)雜度，有效確保業(yè)務(wù)質(zhì)量，對通信行業(yè)有著極為深遠(yuǎn)的意義。

　　在2016年11月14日至18日期間，由3GPP組織的一場5G標(biāo)準(zhǔn)探討會議在美國召開，在本次會議上Polar碼被正式欽定為5G在eMBB場景應(yīng)用方面的控制信道編碼方案。在這場標(biāo)準(zhǔn)探討會議中，話題圍繞著3種短碼編碼方案開展：Turbo碼、LDPC碼和Polar碼，最終Polar碼成功戰(zhàn)勝了另外兩種編碼方案，成為本次會議的最終贏家。

　　3GPP共為5G定義了三大主要應(yīng)用場景，分別為eMBB、mMTC和URLLC。其中，eMBB對應(yīng)的是3D和超高清視頻等大流量移動寬帶業(yè)務(wù);mMTC對應(yīng)的則是大規(guī)?；锫?lián)網(wǎng)業(yè)務(wù);而URLLC對應(yīng)的則是如無人駕駛、工業(yè)自動化等需要低時延、高可靠性連接的業(yè)務(wù)。三大應(yīng)用場景均與我們的生活密切相關(guān)，潛藏的市場體量巨大。

　　Turbo碼由法國科學(xué)家C.Berrou和A.Glavieux于1993年首次提出，隨后被3G和4G標(biāo)準(zhǔn)采納，與我們當(dāng)前的日常通信息息相關(guān);LDPC碼是由MIT的教授Robert Gallager于1962年提出，這是最早提出的一種最為逼近香農(nóng)極限的信道編碼。不過，由于受到當(dāng)時技術(shù)條件的限制，這種編碼難以克服計算上的復(fù)雜性，便被長期擱置了起來。隨著技術(shù)的不斷演進(jìn)，到了1996年，這種編碼方式又重新引起通信領(lǐng)域的關(guān)注，再后來，LDPC碼被WiFi標(biāo)準(zhǔn)所采納。Polar碼由土耳其的Erdal Arikan教授于2007年首次提出，說來湊巧，Erdal Arikan教授的論文導(dǎo)師正是LDPC碼的發(fā)明人Robert Gallager教授。

　　從2010年開始，華為一直致力于推動將Polar方案作為5G編碼方案，是推行這種編碼方式的主導(dǎo)企業(yè)。多年來，華為一直保持在Polar碼技術(shù)研發(fā)上投入大量資金。5G標(biāo)準(zhǔn)選擇了Polar碼，對華為來說有著非凡意義，其長期以來的投入終于有望結(jié)出豐碩成果。Erdal Arikan教授直言是華為的努力加速了Polar碼成為一項業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)程。

　　Polar碼的意義與未來

　　對于5G的未來建設(shè)，LDPC碼和Polar碼均受到了極大關(guān)注。其實，不論是LDPC碼還是Polar碼都不是由高通和華為這些通信企業(yè)發(fā)明的，那么為什么它們會擁有如此多的相關(guān)專利?其實，高通和華為在LDPC碼和Polar碼方面的專利都是針對編碼具體設(shè)計而言的，包括編碼矩陣構(gòu)造、IR版本設(shè)計和選擇等等。

　　那么對于日常通信而言，信道編碼技術(shù)存在的意義在哪里呢?原來，數(shù)據(jù)通過無線信號在手機(jī)和基站間相互傳送，由于會受到無線信號干擾、弱覆蓋等原因影響，手機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)和基站接收到數(shù)據(jù)可能會不一致，比如，手機(jī)發(fā)送的是1 1 0 0 1，而基站接收到的卻是1 0 0 0 0，為了糾正錯誤信號，移動通信系統(tǒng)便引入了信道編碼技術(shù)。而Polar碼作為一種信道編碼被外界熟知，可以實現(xiàn)對稱二進(jìn)制輸入離散無記憶信道的容量的代碼構(gòu)造方法，具有可實用的線性復(fù)雜度編譯碼能力。

　　2016年10月，華為對外公布了在Polar碼方面取得的技術(shù)突破，在靜止和移動場景、短包和長包場景的外場測試增益穩(wěn)定、性能優(yōu)異，在與高頻毫米波頻段上的組合測試實現(xiàn)了高達(dá)27Gbps的業(yè)務(wù)速率。測試結(jié)果表明，使用Polar碼編碼技術(shù)可以同時滿足國際電信聯(lián)盟定義的高速率、低時延和多連接的5G三大類應(yīng)用需求。

　　目前，Polar碼已經(jīng)憑借著自身強(qiáng)大的性能優(yōu)勢，贏得了業(yè)界的一致認(rèn)可，5G的建設(shè)進(jìn)程正在緊張推進(jìn)中。隨著5G時代的到來，以及Polar相關(guān)技術(shù)的推進(jìn)，Polar碼技術(shù)將會更為貼近我們的生活，為5G通信時代貢獻(xiàn)出更多力量。