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5G为何采纳华为力挺的Polar码?一个通信工程师的大实话:18luck官网登录网址 | 娱乐

发布者: 18luck官网登录网址 | 娱乐发布时间:2020-08-31

18luck官网登录网址 | 娱乐-Polar字节被接纳为5GeMBB场景的掌控信道编码,这两天倒数被这条消息刷屏,连不吃瓜群众都失礼好爽。  然而,随着媒体报道的持续烘烤,真凶在口口相传中逆了形,少有高估不实之嫌,小编再一坐不住了,也想要道出点心里话,期望尽量车站在客观的角度,在这个颓废的世界里收到一点微不足道的声音,一个通信工程师的声音。  事件经过我们再行追溯一遍  2016年11月14日至18日期间,3GPPRAN1#87会议在美国Reno开会,本次会议其中一项内容是要求5G较短码块的信道编码方案,其中,明确提出了三种短码编码方案:Turbo码、LDPC字节和Polar码。

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  关于这三种编码方案之争,这早已是5G标准的第二次对决。在2016年10月14日葡萄牙里斯本举办的会议上,LDPC码战胜了Turbo字节和Polar码,被接纳为5GeMBB场景的数据信道的宽码块编码方案。  在这个背景下,这一次关于较短码块编码方案的争辩更加白热化。

因为LDPC码早已夺下一局,出于实行复杂性考虑到,整个移动通信系统使用单一的编码方案更加有利于5G部署,比如,3G和4G使用的是Turbo码,估算不会有更加多人反对LDPC码。  这样一来,主要由美国企业主导的LDPC码有可能一统5G天下,而华为等中国企业主导的Polar码将前功尽弃。  由于舍弃Turbo字节的呼声较小,在上次会议失利之后,可以说道Turbo码基本大势已去,本次5G编码之争最后演进为Polar字节和LDPC码之间的摔跤争霸赛,一场中美摔跤争霸赛。  最后,经过倒数休息时间的血战后,Polar码再一在5G核心标准上扳平一局,沦为5GeMBB场景的掌控信道编码方案。

  自此,经过两次血战,在5GeMBB场景上,Polar字节和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字节和LDPC码一起历史性的走出蜂窝移动通信系统,而在3G和4G时代陪伴我们多年的Turbo字节再行赢一局,留给了潦倒而孤独的背影。  这显然是一个令人振奋的消息,如果说用力挽狂澜来形容,我实在并不为过。

  这对于主导Polar字节的华为和中国企业意味著受到影响,却是,多年在Polar码上研发投放再一有了盼头。  但是,我们看见有些媒体的报导,恕我直言,过于过夸张。  1、不是夺下5G时代  在5GeMBB场景上,Polar为信令信道编码方案,LDPC字节为数据信道编码方案,最少叫平分秋色。同时,后面还有很多路要回头。

  我们在前文中提及的eMBB场景不过是5G应用于的其中一个场景。3GPP定义了5G三大场景:eMBB,mMTC和URLLC,eMBB对应的是3D/超高清视频等大流量移动宽带业务,mMTC对应的是大规模物联网业务,而URLLC对应的是如无人驾驶、工业自动化等必须较低时延低可信相连的业务。  本次接纳的编码方案是针对其中eMBB场景,先前还将要求URLLC场景下的信道编码方案,最后再行要求mMTC场景(估算在2017年第一季度)。

尽管此次接纳Polar字节为先前标准话语权奠定了扎实的基础,但革命还并未顺利,同志仍须要希望。  2、Polar码不是华为的,LDPC也不是高通的  这要从信道编码的历史想起。  Turbo字节是由法国科学家C.Berrou和A.Glavieux发明者。从1993年开始,通信领域开始对其研究。

随后,Turbo字节被3G和4G标准接纳。  LDPC字节是由MIT的教授RobertGallager在1962年明确提出,这是最先明确提出的迫近香农无限大的信道编码,不过,受限于当时环境,难以克服计算出来复杂性,随后被人消逝。直到1996年才引发通信领域的注目。后来,LDPC字节被WiFi标准接纳。

  Polar字节是由土耳其比尔尼克大学教授E.Arikan在2007年明确提出,2009年开始引发通信领域的注目。  简而言之,信道编码是数学家们原创出有理论,通信就是回来数学家们跑完,在他们的理论基础上大大研究试验,使之落地于实际应用于。  为什么有些公司力挺Polar码,有些公司力挺LDPC码?这就像下赌局,看上了某种编码技术,就开始对其研究,一旦赌赢了,那么我的研究成果就能较慢落地应用于,一旦赢了,不能从头再来。比如,华为自由选择了Polar码,5G也自由选择了Polar码,这就意味著华为在5G领域极具影响力。

当然,在研究中,一定也累积了不少专利。  所以,尽管这次Polar字节输掉了,但个人以为,媒体们无法因为过于过激动而忽视了数学家们的贡献,更加无法张冠李戴,有些东西是没国界的。  3、为何5G接纳了Polar码?  这个小标题应当叫:5G为何接纳了Polar字节和LDPC码?又为何退出了Trubo码?  再行从什么叫信道编码想起。

当我们拿起手机刷朋友圈时,数据通过无线信号在手机和基站间传输。由于受到无线阻碍、很弱覆盖面积等原因影响,我们手机发送到的数据和基站接管到数据有时不会不完全一致,比如,我们手机发送到的10010,而基站接管到的毕竟11010,为了数据流,移动通信系统就引进了信道编码技术。  信道编码,非常简单的讲,就是我们在有K比特的数据块中放入校验比特,构成一个更长的码块,这个码块的长度为N比特位,NK,N-K就是用作检测和数据流的校验比特,编码亲率R就是K/N。一个好的信道编码,是在一定的编码率下,能无限终端信道容量的理论无限大。

  在过去几十年里,经常出现了两种相似容量无限大的信道编码技术:LDPC和Turbo码,分别被3G和4G通信标准和WiFi标准接纳。2007年,土耳其教授E.Arikan明确提出了Polar码,被称作是目前为止找到的唯一一类需要超过香农缩的编码方法。

  所以,这三种杰出的编码技术皆转入5G编码标准的法眼,并引起了一场争夺战赛。  为何这场争夺战赛这么白热化?都是KPI纳吉的祸。  5GNR(NewRadio)的KPI里,明确规定:峰值速率20Gbps、用户面时延0.5ms(URLLC)。

  这个KPI以定得太高,在4G基础上提高了20倍。报告领导,很差已完成。  有多难呢?5GNR的上行峰值速率拒绝是20Gbps,由于手机(或基站)接管到的每一bit都要经过信道译码器,20Gbps就相等于译码器每秒钟要处置几十亿bit数据。

  荐个例子,20Gbps就意味著译码吞吐量T为20Gbps,假设译码递归次数I为10次,处理器的时钟频率F为500MHz,那么,I*T/F=10*20G/500M=400,也就是说必须400个处理器分段工作。  (栏中:译码器是信道编码最无以构建的一环)  这也是为何很多人自由选择退出3G和4G时代用于的Turbo字节的原因之一,因为4G的仅次于速率不过1Gbps,传统Turbo码通过递归译码,本质上源自串行的内部结构,所以,有人指出Turbo碰上更高速率的5G时就遇上了瓶颈。

比如LDPC译码器是基于分段的内部结构,这意味著译码的时候可以分段同时处置,不但能处置较小的数据量,还能增加处置时延。尽管可以使用外部分段的方式,但又带给了时延问题。  对于时延,出于技术宅的本能,也请求允许我再行啰嗦一下。

  5GNR的URLLC应用于场景拒绝用户面时延为0.5ms,这是4G10ms的二十分之一。之所以拒绝这么低的时延,是因为我们在体验增强现实、远程控制和游戏等业务时,必须传输到云端处置,并动态传到,这一来返的过程时延一定要充足较低,较低到用户无法觉察到。

另外,机器对时延比人类更加脆弱,对时延拒绝更高,特别是在是5G的车联网、自动工厂和远程机器人等应用于。  空口0.5ms时延意味著物理层的时延无法多达50s,而物理层时延除了不受译码影响,还不受其它因素影响(比如实时),这就必须译码的处置时延一定要高于50s,就越较低就越好。

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  总得来说,这就只不过春节的航班,人流过于多,要把几亿中国人从南到北,从东向西移往一次,数据量过于大,这就必须多进航班,并且减缓航行速度。  航班公司5GNR回应鸭梨山大,而信道编码回应压力更大,层层传送嘛。  但是,这点压力还过于,5G回应还能外用。

  刚才我们谈了,3GPP定义了5G三大场景:eMBB,mMTC和URLLC,这些场景对应5G的AR、VR、车联网、大规模物联网、高清视频等等各种应用于,较之3/4G只有语音和数据业务,5G可挤迫多了。  这就对5G信道编码明确提出了更高拒绝,须要反对更加普遍的码块长度和更加多的编码亲率。比如,较短码块应用于物联网,宽码块应用于高清视频,较低编码亲率应用于基站产于稠密的农村站点,低编码亲率应用于密集城区。如果大家都用某种程度的编码亲率,这就不会导致数据比特浪费,进而浪费频谱资源,这叫编码的灵活性。

  另外,5G还得确保更高可靠性的通信。LTE对一般数据的空口误块率拒绝初始传输为10%,经过几次重传后,误块亲率如果高于1%才可。但是,5G拒绝误块亲率要降至十万分之一。这就意味著,10万个码块中,只容许信道译码器罪一次拢,最多不能有一个码块无法数据流。

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  综上,要求5G使用哪种编码方式的因素就是:译码吞吐量、时延、数据流能力、灵活性,还有实行复杂性、成熟度和后向兼容性等。  较为一下三种编码的译码吞吐量、时延、数据流能力、灵活性和实行复杂性,谁更加强劲的呢?  小编查询了近18luck官网登录网址期的大量文献,结果是:被搞得晕头转向,一脸据知迫。这个问题过于简单了,公说公有理婆说婆有理。

  比如,有人指出,Turbo码超过了瓶颈,无法处置20Gbps高速率,然而,有厂家证明,基于仅有分段设计的Turbo译码器的译码吞吐量想去21.9Gbps,处置时延平均0.24s,这也能符合5GNR的20Gbps速率市场需求。  比如,如果用译码器在译码每一bit时继续执行的Max,Min和Add操作者的总次数来取决于计算出来复杂度,有人指出Polar字节和LDPC字节在计算出来复杂度上高于Turbo码。  比如,有人说道Turbo过于灵活性,然而有人认为,LTETurbo字节的码块长度从40到6144,一共有188种,可以反对有所不同的业务,而使用多个分段处理器来同时已完成码块译码的Turbo码,能更加灵活性反对有所不同的码块长度。

    小编企图从技术的角度去寻找5G自由选择Polar码或者LDPC字节的理由,然而,能力受限,把自己搞得灰头土脸。  那么,我们从成熟度和向后兼容性方面看吧。  Turbo字节被3/4G标准使用,LDPC被WiFi标准使用,而Polar码经常出现较早,在5G之前还没任何标准使用。

从这方面谈,Polar字节的成熟度较低。  然而,华为回应上告,5G编码标准之争前,海外通信圈就有一篇文章傻传,华为回应,使用Polar码构建了5G速率超过27Gbps,回应符合5G市场需求没问题。

  至于向后兼容性。5GNR是一种全新的无线技术,是更新换代,不是像2G2.5G或4G4.5G那样,现网升级才可,这是要运营商买新基站设备的,所以,只不过不必考虑到后向兼容性。  不过,对于终端就是另外一其实了。

现在的4G手机反对2G和3G,某种程度,以后5G手机也要反对3G和4G。3G和4G使用Turbo码,如果5G也使用LDPC或Polar码,这就意味著手机要使用两套硬件设计,而译码器是整个基带处理器的最重要组成部分,占有了近72%的基带处置硬件资源和功耗,这可能会造成5G终端成本略为低一点,也可能会略为变长一点5G商用化的时间。

  但是,有句老话叫磨刀不误砍柴工。如果这一编码方案充足杰出,极具潜力,那么,5G晚到一点又有什么关系呢,无非是为了更佳的体验多花一点时间而已。  所以,关于5G为何接纳Polar码,我们的结论是:  技术分析并没什么卵用。

  因为,这一场标准之争,在我们显然,早就打破了技术的边界,而是综合实力和话语权的对决。  Polar码最后需要落败,不能解释中国通信的兴起,国际地位显著提高,早就今非昔比。|18luck官网登录网址 | 娱乐。

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