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那一年,华为与极化码相遇

那一年,华为与极化码相遇

通信信息报 唐刚
2019-08-08 17:21

览潮网 8月1日讯(记者唐刚)还记得吗?去年7月26日,华为在深圳总部为5G极化码(Polar码)发现者、土耳其人埃尔达尔·阿里坎(Erdal Arikan)教授举行颁奖仪式,致敬其为人类通信事业发展所作的贡献。

当天,华为董事长梁华,轮值董事长徐直军、郭平、胡厚崑,CEO任正非等核心高管悉数到场。一个颇令人回味的细节,在仪式之前,包括华为创始人任正非在内的华为高层,为迎接阿里坎的到来,原地站立鼓掌达十分钟之久。人说,华为对科学家这是“国王般的礼遇”。

颁奖仪式上,华为创始人任正非向阿里坎教授颁发了奖牌,奖牌由巴黎造币厂设计和精制,正面雕刻胜利女神形象,嵌入了巴卡拉红水晶,寓意新的通信技术引领时代发展。

一年后的7月27日,阿里坎又到广州,在GMIC2019全球移动互联网大会上分享他对5G未来的一些看法。

阿里坎在广州GMIC2019全球移动互联网大会上

他认为,5G时代最突显的变化是数据海量增长;高性能计算会是首先受益的行业;5G应用最困难的是结合所有产业链;5G时代运营商获利更大,中国在5G执行方面领先地位……

“您未来在学术上的研究会偏向什么方向?”面对采访,阿里坎答道:“我目前想把极化码做一个延伸,不断地升华完善。”

01 

什么Polar码?

Polar码又被称作极化码,由埃尔达尔·阿里坎教授于2007年首次提出,Polar码的现世开拓了信道编码的新方向,是世界上第一类在理论上能够达到香农极限的信道编码方法。这种编码方法能够大大提升5G编码的性能,同时减小通信设计的复杂度,有效确保业务质量,对通信行业有着极为深远的意义。

2016年11月14日至18日期间,国际无线标准化机构(3GPP)无线物理层( RAN1) 第87会议在美国Reno召开,会议上,经过激烈的竞争,华为等中国企业主推的极化码(Polar Code)击败美国主推的LDPC码和法国主推的Turbo码,成为5G eMBB场景在短码上的控制信道编码方案。自此,经过两次会议的激战,在5G eMBB场景上,Polar码和LDPC码二分天下,前者为信令信道编码方案,后者为数据信道编码方案。Polar码历史性地与LDPC码一起走进蜂窝移动通信系统。

Polar码入选5G标准意味着中国通讯企业第一次迈入世界顶尖领域。

Polar码简史

2008年,通信技术专家、土耳其毕尔肯大学电气工程系埃尔达尔·阿里坎教授首次提出Polar码并发表论文。

2016年,Polar码方案成为5G控制信道eMBB场景编码最终方案,并成功进入5G基础通信框架协议。

2018年,全球第一个符合3GPP标准的、支持Polar码的5G系统正式发布。经过十年的不懈努力和投入,Polar码从理论变成了现实应用。

世界上第一个符合3GPP标准、支持Palor码的5G系统,于2018年2月22日在世界移动大会上发布,此时距离通信技术专家土耳其毕尔肯大学电气工程系埃尔达尔·阿里坎教授关于Palor码的论文发布已经过去了大约10年。

我们今天看到的只是冰山一角。在水面以下,有着数十年不间断的研究和探索。

1948年,克劳德·香农(Claude Shannon)发表了论文《通信的数学理论》,它成为信息理论的基础。

在论文中,他指出了在给定带宽上以一定质量可靠地传输信息的最大速率,这被称为香农极限。他还提出,信道编码技术提供了达到该限制的手段。因此,信道编码技术已经成为通信领域皇冠上的宝石,众多科学家不知疲倦地致力于开发和发展这项技术。

1967年,维特比解码算法被发明。它代表了第一代信道编码技术的巅峰之作。该算法使解码更简单,并在解码过程中提供了更好的性能。它使卷积码广泛用于信息和通信行业。该算法于1988年用于2G GSM网络,并用于随后的3G网络。

1991年,法国教授克劳德·贝鲁(Claude Berrou)发现了turbo码,这是第一个接近香农极限的编码方案。这为第二代信道编码技术打开了大门。1999年,3GPP采用turbo码作为3G UMTS系统的信道编码。它也被用于4G LTE系统。

基于turbo码原则,科学界对1962年由罗伯特·加拉格尔(Robert Gallager)教授发现的LDPC码有了新的理解。人们意识到,凭借现代计算能力,LDPC码也可以接近香农极限。随后数十年,LDPC码被广泛应用于存储和广播领域。

2008年,埃尔达尔·阿里坎教授发表了关于Palor码的论文。Palor码成为唯一理论证明可以达到香农极限的编码方案。它们开创了第三代信道编码技术。Palor码和LDPC都被采用为5G标准。

提出LDPC码的罗伯特·加拉格尔是香农的学生,提出极化码(Polar码)的阿里坎又是加拉格尔的学生。在麻省理工学院读博时,阿里坎的博导就是加拉格尔。

所以,现有5G标准出自一对师徒,他们分别是香农的徒子和徒孙。

(从左到右:香农、加拉格尔、阿里坎)

02

华为与阿里坎的交集

1997年,贝尔实验室迎来一位中国访客——53岁的任正非,一家总部在中国深圳的民营企业创始人。

这一年是他创业第十年。当时华为在中国市场勉强站稳脚跟,正要从香港出发向国际化一跃。

“我年青时代就十分崇拜贝尔实验室,仰慕之心超越爱情。后来有幸成了竞争对手(指部分产品领域)。今天有机会亲自访问,十分高兴。

“我年青时听说他们每天产生一项专利,现在是每天产生4项专利。贝尔实验室现在归属朗讯,科研与预研明显的已往产品方向转移。但其科研能力在整个世界仍然十分超前。”

任正非在《我们向美国人民学习什么》文中记述这段行程时写道。

提起贝尔实验室,就不能不提香农。

克劳德•艾尔伍德•香农(laude Elwood Shannon ,1916年4月30日-2001年2月24日)美国数学家、信息论的创始人。1936年获得密歇根大学学士学位。1940年在麻省理工学院获得硕士和博士学位。1941年,香农进入美国AT&T贝尔实验室,一直工作到1972年。

香农曾提出“信道容量”概念,这是理论上的一个极限值,也被称为香农极限。真实的通信过程,要接近极限并不容易。为了对抗信道中的干扰,必须对要传递的信息进行编码。

达到香农极限的Polar码,有着低的编码和译码复杂度,解决了香农信息论领域尘封近60年的难题。实测结果证明,Polar码可以同时满足ITU的超高速率、低时延、大连接的移动互联网和物联网三大类应用场景需求。

当然,1997年任正非造访时贝尔时,香农早已不在(1972年离开,1978年退休),但华为与香农依然有缘,他们后来遇到了香农的传人。

2018年7月26日,华在深圳坂田举行了5G极化码与基础研究贡献奖颁奖大会。阿里坎被授予特别奖项。在致辞中,华为轮值 CEO 徐直军将极化码技术的成功称为“产学研紧密合作创造的奇迹”。

“今天这个相聚的邀请函,可以说是在2008年7月24日就发出了,因为这是我们最早看到Arikan(阿里坎)的Polar码论文的日子。”徐直军在华为的表彰大会上说,华为5G研究最早是从2009年开始的,恰好也就是Arikan教授关于Polar码的论文在IEEE正式发表的那一年。

(拿奖牌的为童文博士)

华为5G首席科学家童文在接受专访时表示,“当初我们决定选择了风险比较高的技术,甚至从工程角度都不是非常成熟的一个技术。所以在早期做出这样的决策并不是非常容易的事情,但是我们做出了这个决策,而且并不打算在一两年就获得收益。我们也遇到了很多的挫折,一步一个脚印才走到了现在,得到了现在的成果。”

极化码从提出到被华为采纳并研究应用落地到最终被选为 5G 控制信道编码方案,耗时数年。阿里坎近日对此表示,特别感谢中国企业的努力,把他的理论变成了现实,特别是像华为这样的企业,感谢他们看到的极化码的潜力。

一流企业做“标准”,二流企业做“品牌”,三流企业做“产品”。

近十年来,华为一直在斥资研究和力推阿里坎教授发明“极化码(polar codes)”,这种编码被认为是对美国主导的“LDPC码(low-density parity check)”的直接挑战。

福布斯杂志网站截图

5G竞赛趋于白热化,美国将其视为新的军备竞赛。

这场比赛,美国极其想赢,而中国华为一方,其撒手锏却来自一位土耳其教授。福布斯杂志网曾有过这样报道。

当被问及不少外媒称极化码是“中国5G的杀(撒)手锏”时,阿里坎透露华为把这一个理论变成产品,甚至是标准,都是双方各自独立努力所得到的结果。他个人和华为之间没有商业上的关系。华为无条件支持了他任教的土耳其毕尔肯大学,“不会要求我研究什么或告诉我该怎么做,也不会向我索取任何专利。”

1987年,43岁的任正非决定在深圳创立一家叫华为的公司;同一年,特朗普第一次以商人身份在白宫见到了当时的美国总统里根,从那时开始,他多次公开表示要竞选美国总统,虽然只是说说而已。

无人知晓的是,三十多年后,特朗普竟会真的成为美国总统。这时的他,需要举一国之力,来阻挡科技巨头华为前进的步伐。

禁令60余天,华为一天也没停产。

7月30日,华为在深圳坂田基地发布2019年上半年经营业绩。财报显示,华为今年上半年实现销售收入4013亿元人民币,同比增长23.2%,净利润率8.7%。

目前,华为已获得了50个5G商用合同,累计发货超过15万个基站。诺基亚、中兴、爱立信的5G合同分别为45份、25份和23份。竞争激烈的5G战场,在四大通讯设备商中华为匹马当先。

此前,德国专利数据公司IPlytics发布最新5G专利排名报告显示,截至6月15日,华为声明的5G SEP专利数2160个,居榜首;第二名诺基亚1516个,第三名ZTE中兴公司1424个。

紧随其后是LG、三星、爱立信,分别声明了1359、1353、1058个SEP专利,而大家熟知的高通,只有921个专利声明。

千磨万击还坚劲,任尔东西南北风!

当年,任正非在参观贝尔实验室大受触动,甚至发明了“知本主义”一词,开始大投入搞研发。

他说,“知本主义”的核心就是靠知识、靠技术,而不是靠资本,靠投机。

在茫茫文海中发现极化码论文,华为独具慧眼。大胆地投入研发,华为魄力亦是非凡。

阿里坎与华为的相互成就,终于造就了华为今天在5G领域的领先地位,一句话,缘份。阿里坎与华为都有发现未来的眼光,这才让他们有缘相遇。


本文由 融合号 编辑发布
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