“华为的5G技术，源于这种数学做法”

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写作|张华

最近，华为受到美国贸易制裁后，任正非的表现受到各新闻媒体的关注。 任正非对华为的5g技术很有信心。 华为的5g不受影响。 在5g技术方面，其他国家在两三年内将赶不上华为。

值得注意的是，任正非在采访中表示，华为在5g领域的成就与土耳其科学家的贡献分不开。 5g标准是10多年前土耳其艾伦教授的数学论文，在10年的时间里，我们把土耳其教授的数学论文变成了技术和标准。

那么，这位土耳其科学家做了什么工作？ 这和华为的5g技术有什么关联？

5g基础:极化代码

1958年，艾尔达·艾伦( erdal arikan )出生于土耳其首都安卡拉，但他的学业生活多在美国度过。 1981年，艾伦在加州理工大学获得本科学位，随后前往美国另一所名校麻省理工学院，1985年获得电子新闻工程专业博士学位。 有意思的是，艾伦的博士生导师是美国人罗伯特·加拉格( robert gallager )教授。 喀拉喀的领导人，也就是阿伦·坎的师祖，是有名的新闻论鼻祖香农。

从这个意义上来说，艾伦可以说是学术上很有名的门。 博士毕业，回到家乡土耳其的比尔肯大学后，艾伦研究了独创性的技术。

在比尔肯大学这所未计算的大学，阿伦坎钻研了10年剑，终于在2008年完成，发表了5g通信编码最重要的极化码技术方案。

他发表的论文刊登在2008年的ieee期刊上，复印件共有23页，但作者只有他一人。

华为有很多科学家、研究能力，他们对艾伦的论文进行判断，发现这篇论文很重要，因为它的技术可以用于5g编码。

任正非向艾伦颁奖，对他为人类通信事业的迅速发展做出的贡献表示敬意。 于是，华为与艾伦取得了联系，基于该技术申请了专利，同时基于阿伦的极化码屏蔽了专利。 科技公司的国际竞争既是专利之争，也是利益之争，所以必须首先着手。

极化码的数学原理是什么？ 请看下图的复印件。 如果没有通信和编码的基础知识的话就不知道。 当然如果有线性代数和群论的知识，花时间的话一定会明白极化码的原理。

其实，极化码看起来很多很复杂，但本质上是一点矩阵的乘法。 例如，如果尝试利用极化码对4位[u1 u2 u3 u4]进行编码，则获得另一个4位信号[x1 x2 x3 x4]

它等效于以下矩阵乘法。

5g标准:师徒之争

华为基于极化码开发5g通信技术后，如果能迎来重要的5g标准投票并获胜，就可以掌握5g通信网络的话语权。

在去年的5g标准投票中，华为推荐的极化码被美国的汉普顿企业阻止，汉普顿推荐的是低密度奇偶校验( ldpc )码。

而且，ldpc代码的发明者是艾伦的导师加拉格。

所以，这场5g通信标准之争的背后，是师徒的技术之争。 当然，表面上是技术之争，背后也有国家利益之争。

以美国高通为首的通信行业大公司自然倾向于使用美国人提出的编码方法，但以华为为首的通信行业新人也希望在这一国际标准的制定中占据先发的特征。 在5g标准的制定中，经过许多复杂的游戏，最终形成了折衷方案:

ldpc码成为数据信道编码方式； 极化码成为控制信道的编码方式。

所以，这是现实的结果，华为没有完胜，但没有完败。 高通也一样，后面的结果是大家文芳阁展5g，谁也别踢谁。

从技术上讲，ldpc是1963年发明的，但由于当时受限于硬件条件，缺乏可执行的解密算法，在接下来的30多年中几乎被忽视。 但是，随着技术的进步，特别是1993年贝尔等人发现了turbo码，用于3g和4g的通信后，受turbo码的启发，ldpc码得到了改进。 结果表明，ldpc码的性能优于涡轮码。

所以，ldpc代码被认为是比较成熟的老牌代码方案，效果确实不错。 但是，极化码的特点是计算量小，可以通过小规模的芯片实现，适应于比较5g的小基站，另外，采用这种编码方式的硬件由于商业化后的设备价格低，也很有竞争力。

控制信道

如上所述，中国主要推行的极化码主要用于5g控制信道编码，这是什么意思？

控制信道用于传输命令和同步数据。 这就像打开计算机时，计算机需要读取硬盘上的新闻一样，需要打开硬盘。 这个通电过程通过控制信号传播。

所以，简单来说，华为的5g极化码方案并不是传输硬盘上的电影数据的权利，而是获得了向电脑硬盘通电的管制权。

从数据量来说，控制信道的数据量相当小，代码块的长度通常为20-300位。 这不需要传输高清电影数据，只需要打开计算机，而不需要太多的数据来打开电源。 另一方面，5g数据信道的码块长度非常长，典型的数据量在3000~8000位之间，而且码块非常多，其传输的数据量比控制信道高几个数量级。

因此，从数据量的大小来说，ldpc码的胜利更大，但这也不表示极化码失败。 毕竟，极化码是一个新秀，在实践中还没有经过百炼，所以只有等5g大规模商用后，才能判断极化码的优势是否真的好。

在极化码的情况下，长度为n的数据块编码多，噪声为o(nlogn )。 而且根据祖师爷香农的判断标准，这已经达到了5g码的极限。

所以，华为看到了极化码的未来。 那是因为它富有理论特征。 而且华为已经5g产业化走得很远了。 因此，我们不容易理解华为的潜力。 因为掌握了技术，所以即使遭受贸易战，华为也有胜利的信心。