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11月17日，華為公司主推的Polar Code（極化碼）方案，成為5G控制信道eMBB（增強移動寬帶）場景編碼方案。此事當然是值得祝賀的事情，不過，有些文章過度把這個說成是華為原創，以及無線編碼是移動通訊的最核心技術，可能會引起一些外行的誤解。這里需要簡單作一下科普。另外，作為曾與李進良、丁守謙老師等一起深入參與過中國3G、4G通信標準戰略推動的作者本人，對此有更多的感慨，也借此機會談一下中國標準戰略問題。

一、這個技術是個什么概念？

首先指明一下，無論無線還是有線信道技術，主要是兩個方面：一是如何把信道變成數字信道，在相同頻譜資源前提下可以形成的數字信道碼率更大；二是解決數字信道如何有效傳遞數字信息的問題。

這兩個是有一定相關性的，不過前一個主要是調制解調的問題，后一個主要是編碼解碼的問題。這兩個方面從通信協議上說都是屬于“物理層”的問題。越是底層的協議，一般來說就越是基礎，改動越難。所以，華為公司此次能在物理層協議上作些文章，是值得喝彩的。當然，射頻調制解調是比編碼更基礎的協議，因此其難度和作用力才是通信中最頂級的，編碼解碼還是屬于次一級的。

二、編碼的作用是什么？

通過將信道數字化后，已經可以傳遞0、1數字信號。但是，真正在通信過程中是不能簡單地直接就這么傳的。舉個例子，如果0是0伏特、1是5伏特，這樣的數字信號傳送時會形成一個直流電壓，這是很麻煩的事情。學過模擬和數字電路的人就知道，直流會決定電路的工作狀態，如果存在一個直流輸入電壓，可能會改變電路的工作狀態。信道中也會存在不應有的多余能量損耗。因此，通信工程師們想到的一個解決辦法是用對稱的-5伏和5伏分別表達0和1，并且先對成串的0、1信息進行擾碼，這樣-5伏和5伏的脈沖數量變成基本相同的，從而就沒有直流了。

另外，在信道中會有干擾和誤碼，除了通過調制解調技術增強抗干擾能力外，通過編碼技術也可以增加抗干擾能力——這就是檢錯、糾錯等編碼技術。我們現在用的身份證號總共18位，最后一位就是校驗位，它是根據前面17位數字通過一定的計算生成一個數字。這樣如果有誤碼時，就能發現前面17位算出的數字和最后一位校碼位對不上了，從而實現誤碼的發現，這樣的編碼就是檢錯編碼。如果提供這樣的附加位，甚至可以實現把錯誤的數字糾正過來，這就是糾錯編碼。

數字電路中的干擾大多是突發性的，如果直接按信息本身順序傳遞，就會出現一連串連續誤碼，誤碼多了就沒法檢錯和糾錯了，因為任何檢錯和糾錯編碼技術都有一定的限制。所以，還有一種辦法就是把一定長度的信息分組，打散以后傳遞，接收后再重新排序。如果有干擾，接收重新排序后就會把突發性的一串連續干擾誤碼盡可能分散，從而就更加容易被檢錯和糾錯。

理論上說，檢錯和糾錯不是絕對的，例如身份證上的號碼有可能出現的數字錯誤在計算后與最后一位校驗位正好就對上了，從而發現不了錯誤。因此，一個好的編碼技術就是讓這種發現不了的錯誤幾率越少越好。同時，又能使編解碼算法消耗的計算量更少。LDPC（低密度奇偶檢驗碼）和POLAR碼等編碼技術的目的都是干這個的。因此，拿華為的POLAR編碼與TD-SCDMA技術直接相比不完全合適，因為TD-SCDMA技術有很多部分屬于射頻調制解調技術，雖然都同屬物理層，但比編碼更深一層，并且難度大多了。

三、POLAR碼來源是什么？

說POLAR編碼是華為原創，這個說法不完全準確，準確地說是華為在這個領域作了一些工作，更重要的是他們主推這個技術。可能出乎很多人意外，POLAR碼既不是中國人的原創，也不是人們想像的歐美和日本等所謂發達國家的原創，它是土耳其畢爾肯大學（Bilkent）Erdal Arikan教授2008年的原創。原始論文發表在IEEE上：“Channel polarization: a method for constructing capacity achieving codes for symmetric binary-input memoryless channels.”對搞理論科學的人來說，最想發表論文的地方是《科學》、《自然》等，而對搞電工和信息技術的人來說，最想發表文章的地方就是IEEE（全稱是Institute of Electrical and Electronics Engineers，電氣和電子工程師協會）。POLAR碼在提出后很快成為通信界的一個熱點，有很多改進方法提出。土爾其幾乎沒有任何自己的通信產業，所以，POLAR碼的實際應用也只能指望歐美和中國了。

四、什么是eMBB？

ITU已經對5G定義了三大應用場景，一是增強型移動寬帶（eMBB，Enhance Mobile Broadband）；二是海量物聯網通信（mMTC，Massive Machine Type Communication）；三是低時延、高可靠通信（uRLLC，Ultra Reliable & Low Latency Communication）。eMBB簡單來說是因為數字移動通信和數字處理技術的不斷進步而自然導致的結果，它將基站射頻信號處理中模擬部分盡可能縮短，在轉變成數字信號后，將過去信號處理中廣泛應用的快速傅立葉變換、高速加密解密等數字處理技術能加的都加上去，使在3G時代的TD-SCDMA技術中就已經開始使用的智能天線、軟件無線電等真正達到了極致。

這三大應用場景可能會讓普通人感覺缺點什么，因為過去聽到2G、3G、4G、5G技術時，主要聽到的都是帶寬從多少增加到多少。以上三大應用場景中怎么找不到帶寬是多少的信息呢？其實，隨著過去數字移動寬帶技術的發展，靠射頻技術本身進步提升帶寬已經很困難了，能提升個百分之幾十甚至十幾都很困難，相比之下，從GSM的2G轉到CDMA時，帶寬效率一下就提升了5倍多。因此，5G帶寬的提升其實主要是靠增加頻譜實現的——（這樣啊，好像技術含量不夠高噢！）所以，5G技術研發主要著力點是放在了應用場景的擴展上。mMTC會讓5G的終端不再是手機，而會出現大量攝像頭、煙霧傳感器、微波爐、冰箱、無人機……等等全新的機器類5G終端。uRLLC會讓無人駕駛汽車等采用5G來實現。