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科普苏州 2019-05-28 14:00:44
说起国产手机，很多人首先会想到华为。华为品牌的快速发展，也吸引到世界关注的目光。
2015年华为入选Brand Z全球最具价值品牌榜百强，2018年第一季度，华为智能手机在欧洲市场上的销量同比增长了38.6%，增长到了740万部。
前段时间，华为遭美国贸易制裁后，任正非接受媒体采访时表示，对华为的5G技术充满了信心：“华为的5G是绝对不会受影响，在5G技术方面，别的国家两三年内肯定追不上华为。”
值得一提的是，任正非在答记者问时提到，华为在5G的成就，离不开一位土耳其的科学家的贡献：“5G标准是源于十多年前土耳其的阿勒坎教授的一篇数学论文……”
那么，这位土耳其科学家是何方人物？他和华为的5G技术又有怎样的关系？
01
华为的5G技术，源于一篇论文......
这位土耳其科学家名埃达尔·阿勒坎，1958年，他出生在土耳其首都安卡拉。1981年，阿勒坎在位于加州理工学院获得本科学位，随后他去了美国的另一所名校——麻省理工学院，于1985年得到电子信息工程专业的博士学位。
ErdalArikan
值得注意的是，阿勒坎的博士生导师是美国人罗伯特·加拉格教授。而加拉格的导师，也就是阿勒坎的师祖，则是享誉四方的信息论鼻祖香农。
师出名门的阿勒坎在博士毕业，回到故乡土耳其的毕尔肯大学后，他刻苦钻研，终于在2008年大功告成，发表了主要用于5G通信编码的极化码技术方案。
他的论文发表在IEEE期刊上，23页的文章，作者只有他一人。
华为有很多一流的科学家，他们评估了阿勒坎的论文，敏锐的他们意识到这篇论文至关重要，因为其中的技术可以用于5G编码。
于是，华为与阿勒坎取得了联系，在这项技术的基础上申请了一批专利，并且以极化码为基础封锁了一批专利。（科学技术果然是第一生产力！）
而极化码是什么呢？它是一种用于讯号传输的编码方式。构造的核心是通过信道极化（channel polarization）处理，在编码侧采用方法使各个子信道呈现出不同的可靠性。
当码长持续增加时，部分信道将趋向于容量近于1的完美信道（无误码），另一部分信道趋向于容量接近于0的纯噪声信道，选择在容量接近于1的信道上直接传输信息以逼近信道容量，是目前唯一能够被严格证明可以达到香农极限的方法。（emmm是不是有些难理解？感兴趣的盆友不妨花点时间复习下通信与编码的系统知识，肯定可以看懂极化码的原理哒。）
其实，极化码本质上还是一些矩阵的乘法，比如，如果要对4个比特的[u1 u2 u3 u4]用极化码编码，那会得到另外一个4比特的信号（码字）[x1 x2 x3x4]，这等价于以下的矩阵乘法：
02
“控制信道”编码相当于通电过程
华为主推的极化码主要用于5G的控制信道编码，那么问题来了，什么是控制信道？
控制信道是用来传输指令和同步数据的，这就好像我们打开电脑时，电脑需要读取硬盘上的信息，这就需要给硬盘通电，这个通电过程就是由控制信号来传递的。
从数据量来说，控制信道的数据量要小很多，码块长度一般在20-300比特之间——这就好像你不是要传输高清的电影数据，只是要把电脑打开，不需要那么多数据量来完成开机这个事情。
而5G数据信道的码块长度更长，典型的数据量在3000~8000比特之间，而且码块非常多，其所传输的数据量比控制信道要高几个数量级。
从数据量大小来说，LDPC码更厉害一些，但这也不表示极化码没用了。对于极化码来说，长度为N的数据块，其编码的复杂度是O(N log N)。
根据祖师爷香农的判据，这已经到达了5G编码的最优极限。只有等5G大规模商用以后，我们再来评估极化码的优越性到底是不是真的好。
知名电信观察员付亮说，此次中国主导推动的极化码成为5G控制信道编码方案，是中国在5G移动通信技术研究和标准化上的重要进展。
对于控制信道，由于不使用HARQ避免了时延大的问题，性能优越Polar码战胜了LDPC和TBCC，最终成为控制信道上行和下行的编码方案。
03
师徒较量，5G标准孰优孰劣？
华为在极化码的基础上开发出5G通信技术后，迎来了极其重要的5G标准投票——若能胜出，就能掌握5G通信网络的话语权。
在去年的5G标准投票中，华为推崇的极化码，受到了美国高通公司的阻击，高通推崇的是低密度奇偶校验（LDPC）码。
而LDPC码的提出者，正是阿勒坎的导师加拉格。
可想而知，在这场5G通信标准之争的背后，是一对师徒的技术之争。当然，表面上是科技之争，背后也有国家利益的博弈。
以美国的高通为代表的通信业巨头自然倾向于用美国人提出的编码方法，但华为为代表的通信业新秀也希望在这个国际标准的制定中拥有话语权。在5G标准的制定中，经过复杂的较量与博弈，最终形成了一个折衷方案：
LDPC码成为数据信道的编码方案；极化码成为控制信道的编码方案。
现实的结果是，华为虽然没有完胜，但也没有完败。高通也一样，最后的结果就是大家一起发展5G。
如此厉害的LDPC码是怎么发展的呢？1993年贝鲁（Claude Berrou）等人发现了Turbo码并用于3G与4G通信后，受Turbo码启发，人们对LDPC码进行了改进。结果发现，LDPC码的性能比Turbo码更好。
发现Turbo码的Claude Berrou
所以，LDPC码作为一种比较成熟的老牌编码方案，效果确实受到认可。但极化码的优势是计算量小，用小规模的芯片就可以实现，更适应于5G的小基站，而且采用这种编码方法的硬件商业化后设备成本低，因此也极具竞争力。
2016年11月17日国际无线标准化机构3GPP第87次会议在美国拉斯维加斯召开，中国华为主推PolarCode（极化码）方案，美国高通主推低密度奇偶检查码（LDPC）方案，法国主推Turbo2.0方案，最终短码方案由极化码胜出。
所以，华为看好极化码的未来，因为它极富科技理论优势。而且华为已经在5G产业化上已有诸多尝试，收获了宝贵经验。因此，我们不难理解华为的底气：因为掌握了技术，即使遭遇贸易战，华为也有胜利的信心。 |
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发表于 2019-5-29 10:28:30
