机器观察室:华为5G polar码是什么？
到底什么是LDPC码和极坐标码？
首先，LDPC和polar都是信道编码的一种，都是首次被选为3GPP标准。信道编码是通信行业的一个术语，广泛用于表示对编码错误的检测和纠正，常用于通信和存储领域，是通信系统的核心技术之一。简单来说，信道编码是一种数字调制方法，用于在传输过程中保护数据，并在出现错误时恢复数据。
▲信道编码相当于一个数据保护盒。
因为在无线传输的过程中，我们会把比较复杂的模拟信号(包含复杂的数据信息)转换成简单的数字信号(由0和1组成)，这样传输方便但会影响恢复数据的准确性。因为在无线数据传输的过程中，经常会出现噪声或者数据丢失的情况。信道编码就是将这些数字信号分组，接收并存储，然后反复接受，并与之前存储的数据进行比较。如果同一组的数据相同，则判定为正确。例如，如果接受存储的数据是1，经过三组比较，所有数据都是1，则判断数据传输正确。渠道编码的作用就像快递。有用的数据是你买的东西，但是为了保证东西安全送到你手里，你需要打包。原来一车能载100，现在包完只能送50，但是精度提高了。
对于5G网络，3GPP对5G网络的定义包括:eMBB(高流量移动带宽服务)、mMTC(大规模物联网)和URLLC(低时延高可靠服务，如自动驾驶)。整个5G网络覆盖的场景，对下载速率和时延的要求更加严格。因此，对于信道编码来说，在保证可靠性的前提下，效率是极其重要的。这里的效率是指接近信道容量的极限:香农极限。简单来说，香农限是指在带宽固定、噪声已知(可根据信道数据计算)的情况下，传输信道可以通过有用数据容量的上限逼近信道的最大数据容量。目前能满足5G网络要求的信道码只有LDPC和Polar。
▲典型的LDPC
LDPC码:低密度奇偶校验码。它是麻省理工学院的Gallager博士在1963中提出的，但当时因为计算复杂而被忽略。后来，经过不断努力，LDPC解码算法被简化了。后来发现LDPC码可以逼近香农极限，LDPC码又回到了大家的视野。LDPC码是一种校验矩阵稀疏的线性分组码，具有较低的误码平台、简单高效的解码过程、较低的复杂度和时延。目前已经在广播系统、有线、无线甚至航空航天等通信系统中得到应用，编解码算法也比较成熟。
▲Polar码的优点
极化码:即极化码。与已有50多年历史的LDPC码相比，极坐标码可以说是小儿科。极坐标编码是由土耳其教授埃尔达尔·阿里坎在2008年提出的。极化码基于信道极化理论。解码时将信道分为无噪信道和无噪信道，有用信息分为无噪信道，垃圾信息分为无噪信道。所以从理论速度上来说，Polar码可以有接近香农极限的无限速率。与LDPC码相比，Polar码在网络性能上更有优势，编码和中继码的复杂度也更低。
LDPC码和Polar在5G标准的选择上有什么区别？
根据3GPP RAN 1 # 87会议的最终结果，在eMBB场景下，LDPC码最终将成为eMBB和数据信道编码长码，而Polar码是控制信道短码编码方案。Polar码不是唯一的标准，而是作为控制信道的短码。所以主要问题在于数据信道和控制信道，长码和短码的区别。
简单来说，控制通道主要负责传输指令和同步参数，数据通道主要负责传输数据。比如在高速公路上，数据通道相当于主干道，传递各种主要信息，控制通道相当于应急车道，作用可想而知。所谓控制通道中的“长短码”，就是将数字信号形成的二进制指令进行分组。常用信息由相对较短的二进制数字表示，不常用信息由相对较长的二进制数字表示。这样做可以在不改变指令的情况下更快地编码(常用的代码较短，便于校对和编译，不常用的代码较长，可以快速通过，不影响数据的准确性)。
所以从会议确定的结果来看，华为不仅是所谓的“打赢5G标准”，甚至是5G的eMBB场景下唯一的编码标准。在整个5G eMMB场景中，LDPC赢的是数据信道和长码，而Polar赢的是控制信道和短码，最多不相上下。
Polar码入选5G标准意味着什么？
▲会上支持华为的企业。
关心手机的人可能听过一个笑话:高通是一家销售基带处理器的公司。这也从某些方面说明了通信专利对企业的重要性。Polar码这次入选了5G标准。经过多年的努力，以华为为首的中国通信行业终于在世界通信标准中站稳了脚跟。虽然只是5G标准建立过程中的一小部分，但最终实现了中国通信企业从无到有的一大步，在基础标准领域获得了一定的话语权。而对于主导Polar代码的华为等国内企业来说，积累的研究成果在未来有落地的可能。