给忙碌者的5G基础知识课（五）——中国通信行业的“登顶”之役

阅读前请先回顾《给忙碌者的5G基础知识课（四）——华为与高通的5G天王山之战》。

2016年8月，在5G标准还处于酝酿之中的3GPP（3GPP是啥？请参考是谁“发明”了5G？）第86次会议，美国通信阵营、中国通信阵营与欧洲通信阵营分别正式向3GPP提交了5G信道编码的候选技术（什么是信道编码？请见华为与高通的5G天王山之战）--LDPC、Polar与Turbo。

而三个阵营的牵头老大分别为美国手机芯片巨头高通、中国通信行业老大华为与欧洲老牌电信设备商爱立信。

在这次会议上，3GPP组委会提出了5G网络中信道编码使用的4种方案，分别是：

1、只用LDPC；

2、只用Polar；

3、同时使用LDPC与Polar；

4、同时使用LDCP与Turbo。

之所以能同时采用两种信道编码方式，是因为在移动通信中，同时存在两种关键的信道，一种名为数据信道，一种名为控制信道。如果将数据信道比喻成行车的道路的话（传输数据的信道），那么控制信道就是整个城市的交通灯系统（控制数据如何传输的指令传输的信道），来控制行驶在道路上的车辆，什么时候走，什么时候停。

所以两种信道既可以采用相同的信道编码方式，也可以采用不同的。

而这次投票中，只有华为一家公司选择了选项2，也就是只用Polar码，其余公司绝大多数要么选择了1要么选择了3，即要么只用LDPC码，要么同时使用LDPC与Polar码。

正是这次投票中，联想因为“站队”高通投了1，也就是只用LDPC，所以被国内媒体喷出了翔。。

其实联想作为一家需要盈利的公司，从自身角度选择投票LDPC无可厚非。毕竟联想的主力产品ThinkPad是收购自IBM，可以说其技术积累更“美系”，然鹅在这么敏感的投票上不顺道帮帮自己国家兄弟，确实有些不厚道（事实上中国其他公司都投了3，也没有说死命站华为）。

这次投票后，LDPC码明显胜出，被先行选择为数据信道编码技术（其实数据信道也分两种类型，这里不单独说了），而Turbo码基本已经大势已去，Polar码仍然保留一线生机。

那么三种信道编码方式的区别，到底在哪里呢？

1、5G三种候选信道编码技术的区别

首先，再简单回顾下信道编码的基本原理：

为了保证传输数据的准确，采用信道编码技术，在传输的有用数据上，添加一些冗余的比特，就可以做到即使数据传输时受到干扰，导致接收端收到错误的数据，也可纠正过来。（详见华为与高通的5G天王山之战）

而如何评价一种信道编码技术好还是不好呢？

一是这种信道编码技术，可以保证数据在受到比较严重的干扰传输错误时，依然可以被纠正过来。二是需要添加的冗余比特越少越好，这样才能使得传输的数据尽量都是有用信息，否则则有些本末倒置了，三是这种技术运算起来不能太复杂，要不然信息传输的时延太大了。

以上三点，简单来说就是，又想花钱少，又想传的好，还得运算少。咋的啥啥都是你的，你是特朗普啊？

而若想实现以上需求，就要靠着一堆我也看不懂的复杂的数学公式，正印证了那句名言：其实通信的本质就是数学（我说的）。

这其中，做的最好的就是上面提到的3种信道编码：LDPC、Polar与Turbo。大家不用纠结于这三种码为啥叫这个名字（没卵用），也不用纠结于这三种编码怎么实现的（能看懂怎么实现的大哥还愿意看我订阅号让我有些诚惶诚恐），请看下表：

我们之前在给忙碌者的5G基础知识课（二）——香农的诅咒这一讲中提到过，一个通信系统的极限就是达到香农极限，而采用这三种信道编码方式，理论上都可以近似或已经达到香农极限（但肯定不能超越），因此性能上差别不大。

而Turbo码作为4G网络中的信道编码方式，也就是老一辈编码技术，不但纠错能力差劲儿，而且解码的复杂度太高了，也就是说基站在相同的无线环境下传输相同的数据给你的手机，那么使用Turbo码传输准确率又低，而且手机芯片解码又慢，这可犯了5G低时延的大忌，因此必然被淘汰出局。

美国主导的技术和中国主导的技术打败上一代4G网络中欧洲主导的技术，这是不是和当今国际形势有点儿像？

而LDPC码和Polar码，可谓是各有各的长处，因此在3GPP第87次会议的投票中，Polar码得到广大厂家的支持，成为5G控制信道的编码方式。而这次投票中联想是力挺Polar码的，所以联想也挺无辜的（下图，华为亲口承认的）。

不过，之所以广大欧美日韩厂商在控制信道投票中也选择了华为主导的Polar码，其实也有些意味深长。因为天下苦高通久矣，如果数据信道、控制信道两种信道编码核心技术都投给了高通主导的技术，以后万一被高通用高专利费裹挟那可得不偿失。因此，5G信道编码技术的选择，更有种“博弈”与“均衡”的味道。

2、LDPC与Polar码的诞生

说了这么多，该回到故事发生的起点啦。

首先问大家一个问题，LDPC码与Polar码都是谁发明的？估计有人就要喷我了：这不废话吗？一个是高通一个是华为啊。

然而相信如果看过文章是谁“发明”了5G？这篇文章的读者已经猜到了答案：LDPC码不是高通发明的，Polar码也不是华为发明的。

让我们回到1962年的麻省理工学院，有一个叫做Robert Gallager的醉心于研究信息论的小伙子，在香农教授（没错，就是那个香农）的指点下，发表了一篇名为《Low Density Parity Check Codes》（就是LDPC码的英文全称）的论文，正式向世界推出了LDPC码这种竟然尼玛在半个世纪后应用于最前沿的5G网络的信道编码技术！！！人长得帅也就算了，智商还这么高！

那你可能就要问了，为啥一个50多年前提出来的信道编码技术，今天才应用，为啥不在234G里用上呢？

因为以前的芯片、基带能力不行啊，支持不了这么复杂的运算，所以LDPC码逐渐被忽略了，直到今天才被大范围应用，可谓是技术的进步带动了理论的实现。

时间转到2008年，土耳其教授Erdal Arikan在一次国际学术会议上，正式推出了极化码，也就是Polar码。

巧合的是，Erdal Arikan也是麻省理工学院毕业的，猜猜他的导师是谁？

正是LDPC码的发明者Robert Gallager！也就是说，香农提出的香农极限，被自己的徒弟Robert Gallager和徒孙Erdal Arikan分别几乎实现了，而且还分别应用在最牛X的5G网络中。

香农子子孙孙在通信领域无穷匮也啊！

而高通和华为，则是在两位信息论科学家的发现上，不断延展、不断丰富，提出了一系列专利，并将两种实验室的理论，最终转化为了5G的编码技术。

2018年，任正非在深圳为Erdal Arikan教授颁发特别奖项，致敬其为人类通信事业发展所作出的突出贡献，而中国通信行业也正是因为Erdal Arikan教授、因为一代代通信科学家、工程师的努力，实现了今天在行业内与发达国家并驾齐驱甚至领先一步的地位。

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