業(yè)內(nèi)人士解密：5G為何采納華為的Polar碼？

　　對(duì)于時(shí)延，出于技術(shù)宅的本能，也請(qǐng)容許我再啰嗦一下。

　　5G NR的URLLC應(yīng)用場(chǎng)景要求用戶(hù)面時(shí)延為0.5ms，這是4G 10ms的二十分之一。之所以要求這么高的時(shí)延，是因?yàn)槲覀冊(cè)隗w驗(yàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、遠(yuǎn)程控制和游戲等業(yè)務(wù)時(shí)，需要傳送到云端處理，并實(shí)時(shí)傳回，這一來(lái)回的過(guò)程時(shí)延一定要足夠低，低到用戶(hù)無(wú)法覺(jué)察到。另外，機(jī)器對(duì)時(shí)延比人類(lèi)更敏感，對(duì)時(shí)延要求更高，尤其是5G的車(chē)聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)工廠和遠(yuǎn)程機(jī)器人等應(yīng)用。

　　空口0.5ms時(shí)延意味著物理層的時(shí)延不能超過(guò)50μs，而物理層時(shí)延除了受譯碼影響，還受其它因素影響(比如同步)，這就需要譯碼的處理時(shí)延一定要低于50μs，越低越好。

　　總得來(lái)說(shuō)，這就好比春節(jié)的航班，人流太多，要把幾億中國(guó)人從南到北，從東向西轉(zhuǎn)移一次，“數(shù)據(jù)量”太大，這就需要多開(kāi)航班，并且加快航行速度。

　　“航班公司”5G NR表示鴨梨山大，而信道編碼表示壓力更大，層層傳遞嘛。

　　但是，這點(diǎn)壓力還不夠，5G表示還能抗。

　　剛才我們講了，3GPP定義了5G三大場(chǎng)景：eMBB，mMTC和URLLC，這些場(chǎng)景對(duì)應(yīng)5G的AR、VR、車(chē)聯(lián)網(wǎng)、大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)、高清視頻等等各種應(yīng)用，較之3/4G只有語(yǔ)音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，5G可繁忙多了。

　　這就對(duì)5G信道編碼提出了更高要求，需支持更廣泛的碼塊長(zhǎng)度和更多的編碼率。比如，短碼塊應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)，長(zhǎng)碼塊應(yīng)用于高清視頻，低編碼率應(yīng)用于基站分布稀疏的農(nóng)村站點(diǎn)，高編碼率應(yīng)用于密集城區(qū)。如果大家都用同樣的編碼率，這就會(huì)造成數(shù)據(jù)比特浪費(fèi)，進(jìn)而浪費(fèi)頻譜資源，這叫編碼的靈活性。

　　另外，5G還得保障更高可靠性的通信。LTE對(duì)一般數(shù)據(jù)的空口誤塊率要求初始傳輸為10%，經(jīng)過(guò)幾次重傳后，誤塊率如果低于1%即可。但是，5G要求誤塊率要降到十萬(wàn)分之一。這就意味著，10萬(wàn)個(gè)碼塊中，只允許信道譯碼器犯一次錯(cuò)，最多只能有一個(gè)碼塊不能糾錯(cuò)。

　　綜上，決定5G采用哪種編碼方式的因素就是：譯碼吞吐量、時(shí)延、糾錯(cuò)能力、靈活性，還有實(shí)施復(fù)雜性、成熟度和后向兼容性等。

　　比較一下三種編碼的譯碼吞吐量、時(shí)延、糾錯(cuò)能力、靈活性和實(shí)施復(fù)雜性，誰(shuí)更強(qiáng)的呢?

　　小編查閱了最新的大量文獻(xiàn)，結(jié)果是：被搞得暈頭轉(zhuǎn)向，一臉懵逼。這個(gè)問(wèn)題太復(fù)雜了，公說(shuō)公有理婆說(shuō)婆有理。

　　比如，有人認(rèn)為，Turbo碼達(dá)到了瓶頸，無(wú)法處理20Gbps高速率，然而，有廠家證明，基于全并行設(shè)計(jì)的Turbo譯碼器的譯碼吞吐量能到21.9 Gbps，處理時(shí)延可達(dá)0.24μs，這也能滿(mǎn)足5G NR的20Gbps速率需求。

　　比如，如果用譯碼器在譯碼每一bit時(shí)執(zhí)行的Max，Min和Add操作的總次數(shù)來(lái)衡量計(jì)算復(fù)雜度，有人認(rèn)為Polar碼和LDPC碼在計(jì)算復(fù)雜度上優(yōu)于Turbo碼。

　　比如，有人說(shuō)Turbo不夠靈活，然而有人指出，LTE Turbo碼的碼塊長(zhǎng)度從40到6144，一共有188 種，可以支持不同的業(yè)務(wù)，而采用多個(gè)并行處理器來(lái)同時(shí)完成碼塊譯碼的Turbo碼，能更靈活支持不同的碼塊長(zhǎng)度。

　　小編試圖從技術(shù)的角度去找到5G選擇Polar碼或者LDPC碼的理由，然而，能力有限，把自己搞得灰頭土臉。

　　那么，我們從成熟度和向后兼容性方面看吧。

　　Turbo碼被3/4G標(biāo)準(zhǔn)采用，LDPC被WiFi標(biāo)準(zhǔn)采用，而Polar碼出現(xiàn)較晚，在5G之前還沒(méi)有任何標(biāo)準(zhǔn)采用。從這方面講，Polar碼的成熟度較低。

　　然而，華為表示不服，5G編碼標(biāo)準(zhǔn)之爭(zhēng)前，海外通信圈就有一篇文章瘋傳，華為表示，采用Polar碼實(shí)現(xiàn)了5G速率達(dá)到27Gbps，表示滿(mǎn)足5G需求沒(méi)問(wèn)題。

　　至于向后兼容性。5G NR是一種全新的無(wú)線(xiàn)技術(shù)，是更新?lián)Q代，不是像2G—>2.5G或4G—>4.5G那樣，現(xiàn)網(wǎng)升級(jí)即可，這是要運(yùn)營(yíng)商買(mǎi)新基站設(shè)備的，所以，其實(shí)不用考慮后向兼容性。

　　不過(guò)，對(duì)于終端就是另外一回事了?，F(xiàn)在的4G手機(jī)支持2G和3G，同樣，以后5G手機(jī)也要支持3G和4G。3G和4G采用Turbo碼，如果5G也采用LDPC或Polar碼，這就意味著手機(jī)要采用兩套硬件設(shè)計(jì)，而譯碼器是整個(gè)基帶處理器的重要組成部分，占據(jù)了近72%的基帶處理硬件資源和功耗，這可能會(huì)導(dǎo)致5G終端成本稍高一點(diǎn)，也可能會(huì)稍微拉長(zhǎng)一點(diǎn)5G商用化的時(shí)間。

　　但是，有句老話(huà)叫磨刀不誤砍柴工。如果這一編碼方案足夠優(yōu)秀，極具潛力，那么，5G晚到一點(diǎn)又有什么關(guān)系呢，無(wú)非是為了更好的體驗(yàn)多花一點(diǎn)時(shí)間而已。

　　所以，關(guān)于5G為何采納Polar碼，我們的結(jié)論是：技術(shù)分析并沒(méi)有什么卵用。因?yàn)?，這一場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)之爭(zhēng)，在我們看來(lái)，早已超越了技術(shù)的邊界，而是綜合實(shí)力和話(huà)語(yǔ)權(quán)的較量。

　　Polar碼最終能夠勝出，只能說(shuō)明中國(guó)通信的崛起，國(guó)際地位明顯提升，早已今非昔比。