Polar碼當選5G短碼方案 5G核心技術標準中國參與制定！

【觀察者網綜合】據中國通信網11月18日報道，美國當地時間11月17日凌晨0點45分，在剛剛結束的3GPP RAN1 87次會議的5G短碼方案討論中，中國主推的Polar Code（極化碼）方案，從美國主推LDPC，法國主推Turbo2.0兩大競爭對手中脱穎而出，成為5G控制信道eMBB場景編碼方案，而LDPC碼成為數據信道的上行和下行短碼方案。此前，5G中長碼編碼確認方案為LDPC。

中國拿下5G短碼方案

中國拿下5G半壁江山

據瞭解，由於短碼的討論分為控制信道和數據信道，各公司從性能、實現複雜度，以及可行性等角度對幾個候選編碼進行了全面的分析。有媒體報道稱，會議的討論異常激烈，幾乎所有的公司都參與其中，其中中方提案支持公司有59個之多。而即便是凌晨，關注編碼方案的與會者仍然爆滿，只能站在一旁關注着這場沒有硝煙的“戰爭”。

最終對於控制信道，由於不使用HARQ避免了時延大的問題，性能優越Polar碼戰勝了LDPC和TBCC，最終成為控制信道上行和下行的編碼方案。而數據信道的上行和下行短碼方案則依然花落LDPC碼。

此前10月14日，5G中長碼編碼方案在里斯本確認，最終獲勝方案是LDPC，也標誌着3G、4G下使用的 Turbo 碼結束了其長達十幾年的統治地位。據瞭解5G 三大編碼候選技術的背後是真正的三國之戰：美國以高通領隊主推 LDPC，法國主推 Turbo2.0，以及中國主推的Polar code。

5G中長碼編碼確認方案為LDPC

在通信行業，佔據通信行業金字塔頂尖的不是設備製造能力，商用能力，而是標準，一個國家在通信標準中有了話語權也就意味着這個國家在全球通信行業中擁有了話語權以及產業鏈先發優勢，而編碼與調製在被譽為通信技術的皇冠，其也是通信技術核心的核心，體現着一個國家通信科學基礎理論的整體實力。

中國通信網稱，3G標準之爭以及商用進程的博弈給國人上了深刻的一課，國際市場WCDMA、CDMA2000的商用化加速，讓我國的TD-SCDMA遭遇到從產業鏈到市場的重重困難。

有媒體評論認為，TD-SCDMA是中國通信技術第一次跟上了世界的腳步。而TD-LTE技術的發展，中國通信技術第一次成為了世界的主流技術之一，但其中的核心長碼編碼Turbo碼和短碼咬尾卷積碼，卻不是中國原創的技術。

現在，中國主導的Polar碼最終打破了這個天花板，這既是中國在基礎通信領域多年精心研究的回報，也是中國在通信技術領域綜合實力不斷提升的寫照。

三大編碼候選技術

由於移動通信存在干擾和衰落，在信號傳輸過程中將出現差錯，故對數字信號必須採用糾、檢錯技術，即糾、檢錯編碼技術，以增強數據在信道中傳輸時抵禦各種干擾的能力，提高系統的可靠性。對要在信道中傳送的數字信號進行的糾、檢錯編碼就是信道編碼。

1948年，現代信息論的奠基人香農發表了《通信的數學理論》，標誌着信息與編碼理論這一學科的創立。根據香農定理，要想在一個帶寬確定而存在噪聲的信道里可靠地傳送信號，無非有兩種途徑：加大信噪比或在信號編碼中加入附加的糾錯碼。

香農

而Turbo碼是Claude.Berrou等人在1993年首次提出的一種級聯碼。基本原理是編碼器通過交織器把兩個分量編碼器進行並行級聯，兩個分量編碼器分別輸出相應的校驗位比特；譯碼器在兩個分量譯碼器之間進行迭代譯碼，分量譯碼器之間傳遞去掉正反饋的外信息，這樣整個譯碼過程類似渦輪（Turbo）工作。因此，這個編碼方法又被形象地稱為Turbo碼。Turbo碼具有卓越的糾錯性能，性能接近香農極限，而且編譯碼的複雜度不高。

Turbo編碼器結構

LDPC碼即低密度奇偶校驗碼（Low Density Parity Check Code，LDPC），它是由Robert G.Gallager博士於1963年提出的一類具有稀疏校驗矩陣的線性分組碼，不僅有逼近香農極限的良好性能，而且譯碼複雜度較低、結構靈活，是近年信道編碼領域的研究熱點，目前已廣泛應用於深空通信、光纖通信、衞星數字視頻和音頻廣播等領域。LDPC碼已成為無線通信系統強有力的競爭者，而基於LDPC碼的編碼方案已經被下一代衞星數字視頻廣播標準DVB-S2所採納。

極化碼是由土耳其畢爾肯大學（bilkent）Erdal Arikan教授於2008年首次提出，其論文從理論上第一次嚴格證明了在二進制輸入對稱離散無記憶信道下，極化碼可以“達到”香農容量，並且有着低的編碼和譯碼複雜度。

目前，極化碼是唯一可理論證明達到香農極限，並且具有可實用的線性複雜度編譯碼能力的信道編碼技術。極化碼構造的核心是通過“信道極化”的處理，在編碼側，採用編碼的方法使各個子信道呈現出不同的可靠性，當碼長持續增加時，一部分信道將趨向於容量接近於1的完美信道（無誤碼），另一部分信道趨向於容量接近於0的純噪聲信道，選擇在容量接近於1的信道上直接傳輸信息以逼近信道容量。在譯碼側，極化後的信道可用簡單的逐次干擾抵消譯碼的方法，以較低的實現複雜度獲得與最大自然譯碼相近的性能。

中國通信網報道稱，早在3GPP討論前，Polar Code（極化碼）便在中國IMT-2020 (5G)推進組5G第一階段外場測試中進行了測試，包括靜止和移動場景的性能。

測試結果顯示，通過極化編碼的使用和譯碼算法的動態選擇，同時實現了短包（大連接物聯網場景）和長包（高速移動場景，如自動駕駛等低時延要求）場景中穩定的性能增益，使現有的蜂窩網絡的頻譜效率提升10%，還與毫米波結合達到27Gbps的速率，實測結果證明極化碼可以同時滿足ITU的超高速率、低時延、大連接的移動互聯網和物聯網三大類應用場景需求。

更值得注意的是LDPC碼由於提出時間最早，其相關的專利已紛紛到期或接近到期，而極化碼最為年輕，它的相關專利更是中方一枝獨秀。

綜合自中國通信網等