5G核心技术：信道编码背后的小故事

大家知道，华为现在已经成为了第五代移动通信（5G）产业的领导者。特别是华为主推的极化（Polar）码成为了5G控制信道短码方案，在这背后承载了多少人的努力和令人回味的故事呢？小编整理了一下。

信道编码是5G系统中最为核心的技术之一，此方案的确立也成为国际标准化组织3GPP在5G通信标准制定过程中最受瞩目的阶段之一。2016年下半年，3GPP开始针对5G最重要的应用场景：增强型移动宽带通信（Enhanced Mobile Broadband，eMBB）场景进行技术标准化工作。在此过程中，各通信设备制造商、运营商和科研机构，对候选信道编码方案的性能、复杂度和可行性等问题展开了细致的评估和激烈的讨论。最终，在2016年10月14日举行的3GPP RAN1#86bis会议上，低密度奇偶校验（LDPC）码被确定为5G eMBB控制信道的编码方案。在一个月后举行的3GPP RAN1#87会议上，Polar码被确定为5G eMBB数据信道的编码方案。至此，备受瞩目的5G eMBB信道编码方案尘埃落定。

有趣的是，LDPC码的发明者：美国麻省理工学院（MIT）教授罗伯特·卡拉杰（Robert Gallager），正是Polar码的发明者：土耳其比尔肯（Bilkent）大学教授艾尔达尔·阿里坎（Erdal Arikan）的博士论文导师。这对师生发明出LDPC码和Polar码这两个对通信领域有着深远影响的编码技术的经历，还有一段有趣的小故事。

LDPC码的发明史：英雄出少年

卡拉杰于1953年从宾夕法尼亚大学毕业后，在贝尔实验室和美军通信兵团短暂工作了一段时间后进入MIT深造，并于1960年获得博士学位。卡拉杰在其博士论文《On Low-density Parity-check Codes》中，原创性地提出了一种新的信道编码方法LDPC码。该论文在1962年公开发表，因此获得了1998年IEEE信息论学会五十周年论文奖。

虽然LDPC码在1960年就被提出，但是由于其译码算法的复杂度大大超出了当时的硬件处理能力，因此并没有受到人们的关注。1981年，迈克尔·坦耐尔（R. Michael Tanner）提出了编码的图形结构表示方法，为LDPC译码算法的简化奠定了基础。1996年，在Turbo码巨大成功的带动下，大卫·麦凯（David MacKay）和拉德福德·尼尔（Radford Neal）在研究过程中重新发现了LDPC码。两位学者共同发表了论文“ Near Shannon Limit Performance of Low Density Parity Check Codes”，指出在编译码复杂度较低的情况下，LDPC码的纠错能力可以接近并超过Turbo码的性能，由此引发了LDPC码的研究热潮。经过十几年来的深入研究，LDPC码技术已经日趋成熟，并且被广泛应用于无线通信（WiMAX，IEEE 802.11n）、数字视频广播（DVB-S2，CMMB）、光纤通信（IEEE802.3an）和电力线通信（G.hn/G.9960）等领域。

凭借着在信息论和编码领域的突出贡献，卡拉杰教授当选为美国国家科学院院士和美国国家工程院院士。他在博士研究阶段就完成了里程碑之作，在通信界留下了一段英雄出少年的传奇故事。

卡拉杰教授在博士毕业后留在MIT任教，其初期的研究方向仍集中于信息论和编码领域，后来逐步转向对数据网络的研究，研究方向主要有分布式算法、路由与拥塞控制技术，以及随机接入技术等。正是在这一时期，阿里坎从加州理工学院本科毕业后加入了卡拉杰教授的研究小组，在MIT开始了博士生涯，从事多接入信道序贯译码算法的研究。

阿里坎在1986年获得了博士学位，随后进入美国伊利诺伊州立大学香槟分校（UIUC）担任助理教授，并在不久之后回到祖国土耳其，在土耳其著名的比尔肯大学任教。随后，阿里坎教授一直潜心研究信息论及编码技术，并在2008年取得了突破性的成果。在2008年国际信息论大会上，阿里坎教授首次提出了信道极化的概念，并基于此概念构造出了一套新的信道编码方法-Polar码。这种编码方法是被证明能够在二进制离散对称无记忆信道下严格达到香农极限，并且具有很低的编译码复杂度，因此迅速得到了学术界和工业界的广泛关注。

阿里坎教授凭借着 Polar码这一重要贡献，获得了2010年IEEE信息论学会最佳论文奖、2013年IEEE W.R.G. Baker奖等通信领域的重要奖项。