华为主推的Polar码为什么输掉了5G第一仗？

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文|网易科技特约作者 丁傲西

在刚刚过去的11月18日，国际无线标准化机构3GPP的RAN1（无线物理层）87次会议在美国拉斯维加斯召开。经过几天几夜激烈的讨论，3GPP最终确定Polar码为5G eMBB（增强移动宽带）场景的控制信道编码方案。而在更早之前的10月14日，LDPC码战胜了Polar码被采纳为5G eMBB场景的数据信道的长码块编码方案。换句话说，Polar码终于在首战失利后迎来了转机。

这本来只是3GPP一次很普通的5G信道编码会议，然而随着网络上一篇名为《厉害了我的中国！华为碾压高通，拿下5G时代》文章的广泛传播，大量不明真相的围观群众纷纷转载并盛赞华为。在众多国内媒体的报道中，普遍把Polar码当做是中国华为公司主导的一种标准，而把LDPC码当做美国高通公司主导的一种标准。不少自媒体人甚至认为，中国终于在5G时代战胜了以高通为代表的西方国家。到了5G时代，全世界都必须使用中国标准，甚至必须给中国企业缴纳专利费。然而情况果真如此么？

不可或缺的“信道编码”

我们知道，电子产品中的所有数据都是以二进制储存的。要想将数据传输给对方，只需要传输一连串由“0”和“1”组成的数字就可以。然而在实际传输过程中，信号不可避免的受到环境中各种因素的干扰。可能原来代表“0”的信号，经过干扰变成了“1”。而代表“1”的信号，也可能因干扰而变成“0”。如果不加任何处理，最终接收到的数据就不可能是正确的。

为了克服这一问题，信道编码应运而生。为了增加数据传输的可靠性，人们在信息发送前增加必要的纠错编码。信号即使在传输过程中出现差错，也可以通过纠错码的运算在接收端发现和纠正。前面所提到的LDPC码和Polar码，都是信道编码的方法之一。

Polar 码为什么输了5G第一仗？

既然LDPC码和Polar码同样是信道编码技术，为什么Polar码会输了第一仗呢？要想弄明白这个问题，我们先来看看这两种编码技术有什么区别。

LDPC码（Low Density Parity Check Code）中文名叫“低密度奇偶校验码”，它是由Robert G.Gallager博士于1963年提出的一种信道编码技术。它最大的特点是用于纠错的“奇偶校验码”以极低的密度分散在传输信号当中，不仅在传输性能上大幅逼近“香农极限”（在指定条件下通信传输所能达到理论极限），同时还可以降低解码难度,增加纠错成功率。另一方面，由于LDPC码提出于上个世纪60年代，核心专利早已过期。因此随着软件硬件整体水平的不断提升，LDPC码也已广泛使用在包括深空通信、光纤通信、卫星数字视频和音频广播在内的诸多领域。我们常见的CMMB（广电主导的广播电视网络标准）、WiFi标准802.11n/802.11ac，甚至包括嫦娥二号在内的航天通信领域使用的都是LDPC码。

Polar码（极化码）是由土耳其毕尔肯大学的Erdal Arikan教授于2008年提出的，其最大的特点是在极低的编码和译码复杂度前提下逼近“香农极限”。根据公开的资料，Polar码可以同时满足超高速率、低时延、大连接的移动互联网和物联网三大类应用场景需求。在某些应用场景上，Polar码甚至比LDPC码拥有更好的网络性能。从某种意义上说，极化码“理论上”解决了近60年来信息论和编码领域一直想要解决的问题。（有兴趣的读者可以关注"Channel polarization: a method for constructing capacity achieving codes for symmetric binary-input memoryless channels." 这篇论文）

既然Polar码在性能上不输于LDPC码，某些场景的表现甚至还超过了LDPC码，为什么Polar码却输了第一仗呢？答案就在专利费和产业链上。一方面，由于Polar码是2008年才推出的信道编码标准，大量核心专利掌握在包括Erdal Arikan教授在内的企业和个人的手中。由于对未来可能缴纳高昂专利费用的担忧，很多企业并不愿意把赌注押在Polar码上。另一方面，使用LDPC码不仅不用缴纳高昂的专利费，同时产业链极为成熟。而Polar码由于推出的时间较晚，目前的测试仅仅停留在实验室阶段，尚未有足够多的实际案例做支持。因此更多的企业选择把赌注压在LDPC码上，Polar码输了第一仗也是必然。

5G 标准确定还为时尚早

经过几日几夜激烈的讨论，3GPP最后决定在5G eMBB场景上使用LDPC码作为数据信道编码方案，使用Polar码作为信令信道编码方案。这样的结局，除了技术的考量以外，更多的是利益平衡的需要。有了Polar码，高通收取专利费时就要考虑到Polar码专利的影响。而Polar码专利持有人收取专利费的时候，也要评估高通对此的顾虑。两者平衡，专利费就有了谈判和下降的空间。

除此之外，前文中提到的eMBB场景不过是3GPP确定的三个5G场景之一（3GPP确定的5G场景包括“移动宽带增强(eMBB)”、“大规模物联网(MassiveMTC)”、“低时延高可靠通信(Ultra-relaible and Low Latencycommunication)”三大类），后续还将决定“大规模物联网”和“低时延高可靠通信”两个场景下的信道编码方案。尽管此次3GPP采纳了华为所主推的Polar码方案，现在就说“华为碾压高通，中国拿下5G时代”显然为时尚早。

总结：

LDPC码和Polar码不过是众多信道编码方式中的两种，它们虽然不是中国提出的标准，却和中国科研人员的努力有着千丝万缕的联系。所谓“Polar码是华为的，LDPC码是高通的”本身就不正确。技术的演进是循序渐进的，没有一项技术是封闭自己而能够独自实现的。4G如此，5G也不例外。这次LDPC码和Polar码之争，表面上看是国家与国家的竞争，实际上不过是3GPP作为国际标准化组织为电信产业贡献的又一个5G特性而已。无论是LDPC码还是Polar码，都是业界众多公司和科研机构共同努力的结果。技术是没有国界的，华为、中兴之所以成功，正是归功于它们的国际化。也正因为如此，刻意将两种标准对立起来就显得毫无意义。实践是检验真理的唯一标准，只有尊重事实，抛弃偏见，才能有利于我国的通信发展。以“自主知识产权”为名的利益之争，还是少些吧！