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5G是下一代的无线通信标准,正在火热发展中

发布日期:2018-05-21  来源:admin
 
  现在我们用的4G编码,叫Turbo码,是由欧洲主导的(主要是法国电信)。为什么只有一种编码方案?因为全球要互相通信,通信企业也要互相合作。世界上铁路的轨距如果是一样的,火车就可以到处开。但由于历史因素,世界各国有几种不同制式,有时要换车头才能开,就不方便。全球国家与公司在通信技术标准上非常注意协商,自己搞一套是不太好的事。
 
  为什么现在到5G了,不能继续用这个Turbo码?其实法国电信就是这么主张的,5G还用Turbo码。但是4G和5G的技术特点不一样,5G性能要好得多,传输速率比4G要高10倍以上,还要求低延时。Turbo码的特点是,编码简单,但是解码复杂,需要的算力较高。那么到5G时代,通信基站要解码多得多的数据,又要低延时,如果还用Turbo码,需要的算力就比过去高多了,这是不经济的。显然要选择解码速度快延时低的方案,降低对硬件要求。联想2年前5G编码标准投票的历史,被旧事重提,“联想导致华为在投票中输给高通”成为群众关注焦点。在中美正在进行贸易战与技术战争的背景下,联想受到了很大的舆论压力,创始人柳传志都出来公开发声。
 
  其实5G编码2016年底就有新闻,当时的说法是华为与西方列强斗争,主导的Polar码成功成为国际编码标准。有一些了解技术的人还出来辟谣,说不是这回事,Polar码不是华为发明的,也没有象吹的那样打败了对手。没想到2018年又被翻出来,但是说法却反过来了,说华为5G编码之争失败了,是联想害的。到底真相是什么?
 
  5G是下一代的无线通信标准,正在火热发展中。无线通信要接收和发送信息,信息在传输过程中会发生丢失或者错误。错了怎么办?用编码、解码来解决。编码加上一些冗余信息,解码时如果失败,就说明传输有误,就可以要求重新传输。编码、解码都是算法过程,需要硬件设备来执行。根据各种应用不同的特点,有很多种编解码方案。
 
  人们发现,有两种编码方案是更好的选择。一种是LDPC码(低密度奇偶校验码),一种是Polar码(极化码)。LDPC码是1960年RobertGallager在博士论文中提出来的,Polar码是土耳其毕尔肯大学Erdal Arikan教授2008年提出的。而Gallager就是Arikan在美国MIT的导师。
 
  也就是说,华为支持的Polar码,并不是华为发明的。LDPC和Polar码都是源于美国的技术,这事和自主创新没有关系。那为什么华为要支持Polar码,不支持LDPC码?
 
  一个编码方案,并不能解决所有问题,还得各种软硬件实施,要并行计算加快处理效率,牵涉到非常多的细节,有很多专利。可以想见,1960年提出的LDPC,发展比较早,比华为等中国通信企业诞生都要早得多。华为也有一些LDPC相关的专利,但就不如一些业界老牌公司的多。而Polar码2008年出来时,华为已经是业界龙头公司,又注重研发,就积累了更多的专利。如果业界选择用Polar码做5G编码,华为在专利上就会比选择LDPC好。这里也有华为对Polar码作了特别投入的因素,准备了几个绝招。所以华为就和欧洲公司推Turbo一样,力推Polar码。
 
  但是LDPC毕竟发展了这么多年,比较成熟了,各种软硬件支持都好办,相当于5G编码有了一个保底的选择。新的Polar码理论上有一些优势(不然也不会提出来),是业界近年来最重要的创新之一,但毕竟年头短,应用还有待发展。一种对Polar码的疑虑是,它的解码方式叫successive cancellationlist decoding(逐次消去列表解码法),不适合硬件并行实现。Polar码的理论优势,真硬件实现起来,优势到底有没有不好说。
 
  上面说的都是数据编码,无线通信中还有一种编码需求,叫控制信道编码。控制信道是用来传输指令和同步数据,用户是不用知道的,但也是必需的。从数据量来说,控制信道码块长度一般是20-100比特,极端场景可达300比特;数据信道的码块长度是40到6000~8000比特,而且码块非常多,数据量比控制信道要高几个数量级。但是控制信道对系统性能很关键,不是说数据量少就不重要。
 
  4G的控制信道用的编码,叫TBCC(咬尾卷集码)。2016年底传出的“华为胜利了”的新闻,其实是华为成功地推动Polar码,在5G标准的控制信道中取代了TBCC。当时不少新闻连这也不清楚,就开始大说自主创新。
 
  另外,因为5G数据信道编码的争议,还产生了两个专有名词:“长码”和“短码”。控制信道编码并不是短码,长码和短码指的都是数据信道的编码。而且这也不是学术名词,是因为会议争议产生的东西。大家隐约感觉,Polar码在较小的码块传输中好象不错(正如控制信道的码块也不大),而LDPC在较大的码块传输是更好选择。就有人提出建议,为什么不折中一下,大码块(长码)用LDPC编码,小码块(短码)用Polar码?至于大块小块的分别是什么,会议没有明确定死,只是说这个分界线应该在128到1024比特之间,还没指定具体值。2016年底不少新闻误以为华为推的Polar码在短码中胜出了,这是不对的。
 
  支持Turbo码的欧洲公司,其实意思是长码用LDPC,短码用Turbo码。绝大多数支持Polar码的公司,意思是长码用LDPC,短码用Polar码。只有华为自己认为长码短码都用Polar码。
 
  各家公司出于自己专利、产业链之类的考虑,各自支持Turbo、LDPC、Polar码,国际社会怎么解决这个问题?难道各干各的?这不可能,那就乱套了,产品不能通用,同一种类型的设备要支持几种编码,会很麻烦,很浪费。所有公司都同意,要商量出一个编码规范,商量好了大家就一起照着做,历史证明,这是行之有效的办法。
 
  那么,这个商量的过程具体是怎么回事?这就要谈到让联想备受争议的3GPP会议了。
 
  二.3GPP技术会议是怎么回事?
 
  首先,这个3GPP是个公司之间的电信组织,理论上是没有国家存在的,各个公司说事的时候不把国家扯进来。因为有些事,国家利益与公司利益并不一致,或者说扯进来反而麻烦,对解决问题不利。还有更进一步的组织,例如IETF(国际互联网工程任务组),成员都是个人,更为独立,公司都不让进来。
 
  从国家角度说事的组织也有,叫ITU(国际电联),是联合国下面的一个机构。ITU分配无线频谱、卫星空间轨道,制定全球电信标准,向发展中国家提供电信援助,促进全球电信发展。2000年5月,TD-SCDMA正式成为ITU国际标准的组成部分,与WCDMA、CDMA2000并列成为三大3G国际标准。TD-SCDMA要到ITU去说事,这个要国家认可。实际上中国是用自己的巨大市场,将TD-SCDMA挤入标准的。理论上来说,中国不需要别的国家支持,自己内部搞TD-SCDMA就行了。
 
  为什么5G编码不到ITU说事?因为编码是一种技术实施,并不涉及频谱分配、空间分配,技术实施这种事还得由一个个行业公司具体干出来。其实对公司来说,有时更愿意在3GPP这种公司组织里谈事。中移动并不是很情愿用TD-SCDMA干3G的,有国家任务没办法。中移动一度3G干得很闷气,到4G的TD-LTE才发力了。这不是说中国不应该做TD-SCDMA,而是说,有时公司利益和国家利益并不一致。
 
  和5G编码相关的3GPP技术会议有三次,分别叫RAN1#86、RAN1#86b、RAN1#87。这种技术会议不是象世界杯奥运会那样定期开的,而是有事要解决就开会,业界相关公司就来了。如果一次开会不解决问题,就继续再开。
 
  这种会议是怎么开的呢?原则上是技术优先的,不代表国家的,各个公司理论上必须用“技术语言”来说事。3GPP会议主办者会综合各个公司的技术意见,接受各种提案,让公司们对各种提案表态。有些支持者太少的提案,当然就先放弃。例如欧洲公司说4G的Turbo码继续用到5G的提案,支持者太少,不用怎么讨论就可以直接弃了。如果是各有支持者的提案,那就充分讨论。
 
  为什么3GPP会有投票?这种投票其实是技术性摸底性质的,就是看看某种技术各有多少公司支持,或者反对。比如有23家公司支持A方案,24家公司支持B方案。大家就知道,这两种方案支持者都不少,需要继续讨论。这里有一种很大的误解,就是不存在所谓的“投票定胜负”。
 
  3GPP不会公布一个投票框架说,“这就是最后决战了,投票输了的就得听赢家的”,没有这种规矩。公司之间不能这么说事,3GPP还是主张协商解决问题,业界公司其实经常互相合作,合纵连横是常有的事,不是打仗一样PK选票。如果投票差距不大,3GPP很可能会说:看来分歧比较大,这事先不忙做决定,先把能定的定下来。这和贸易谈判有点类似,原则是找共识,不是定胜负。
 
  那为什么投票还是很重要的呢?因为支持者多、市场份额大,说事的时候就显得有道理一些。如果一个公司支持者就那么小猫两三只,还坚持说自己的方案好,就会显得不专业,好象不是来开会而是来捣乱的了。支持者多力量大,提案这边的人也就更容易坚持,说我们看法是这样,大家应该这么办事,你们应该改变看法。最后,就全体同意某个方案了,技术会议算是开成了。支持少的人可以说,我们要继续讨论,我们来说服更多公司,这也是可以的。但是,除非一拍两散自己硬去浪费人力物力强行支持某种方案,最终还是得大家一起商量。时间拖下去,对参与的公司都不利,一般也就商量出一个办法了。因为3GPP并不是让参加的公司来互相斗争定胜负,总的来说还是为了共同的利益走到一起来,把技术方案定了,大家都有钱赚。过程中各公司因为各自专利布局,公司利益可以开诚布公摆在台面上,甚至国家利益都可以暗中体现。但是无论如何,最终还是得协商解决。