5G极化码之父:短期内5G无法满足公众的高期待

在大会期间有幸对埃尔达尔·阿里坎(Erdal Arikan )教授做了独家专访,其与投中网(CV智识)分享了当下关于5G标准、应用及极化码技术等热点话题。

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5G是今年科技领域最热门的话题,没有之一。在关于时下热门科学技术及产业发展进行交流的GMIC大会上,5G更是成为了本届大会当之无愧的主角。

图0:5G极化码之父:短期内5G无法满足公众的高期待
图左为埃尔达尔·阿里坎教授

在大会期间有幸对埃尔达尔·阿里坎(Erdal Arikan 教授做了独家专访,其与投中网(CV智识)分享了当下关于5G标准、应用及极化码技术等热点话题。

资料显示,埃尔达尔·阿里坎是麻省理工学院电气工程专业博士、毕尔肯大学电气工程系教授、5G极化码之父,曾在2018年获得香农奖(Claude E.ShannonAward)。

香农奖是通信理论领域最高奖,是为纪念克劳德·艾尔伍德·香农而设置的奖项。70年前,美国数学家克劳德·香农提出了著名的香农定理,为信息通信产业奠定了理论基础。

2008年,阿里坎提出了极化码理论,破解了香农信息论领域尘封近60年的难题,世界上第一种可以被理论证明的、逼近香农信道容量极限的编码方案由此诞生。

2018年,任正非还为阿里坎教授颁发了特别奖项,以致敬其为通信事业发展所作出的突出贡献,并称赞其的研究是对人类的贡献。且自2008年阿里坎提出之后,华为就一直在斥资研究和力推这位教授发明的“极化码(Polar Codes)”,其甚至被认为是对美国主导的“LDPC码”的直接挑战。

5G目前还没法兑现太多承诺

当下,在5G标准未完全冻结的前提下,国内外的很多专家都曾在公众场合表示,社会可能夸大了5G的作用。

对于5G过热的现象,阿里坎告诉投中网(CV智识),现在来看的确5G给公众带来了太多承诺,人们对5G的期望很高。但如果它未能及时兑现承诺,公众将会非常失望。

阿里坎认为,5G可能无法像一些公众预期的那样,立即实现所有目标。然而,随着时间的推移,5G标准将会有各种各样的升级(新版本),在某个时候,这些承诺将会逐步实现。

他举例称,如果未来5G的速度没有办法满足公众通讯的期待和要求的话,那么IEEE或行业组织可能会引入一些其他标准,这些标准针对的是相同的市场、相同的用户群体和相同的应用场景。

“还有另外一个可能性是工业行业那群人会团结起来去制定属于他们的标准。如果5G标准滞后,各替代标准化机构或行业团体总是有可能根据各自的市场和利益,主动制定自己的标准,解决自己的连接问题。”阿里坎补充道。

他举例称,“这可能类似于将WiFi作为3G/4G的替代品,我们都非常喜欢这项技术,同样的道理,如果有可替代的标准出现的话,我们也会非常欢迎它的,出于公众的利益,这个行业需要竞争。”

图1:5G极化码之父:短期内5G无法满足公众的高期待

任何的技术都有优势和劣势,那么在阿里坎看来,5G技术现在最大的缺点是什么?

在回答这个问题时,阿里坎表示很纠结,在他看来,现在5G就在延续和强化4G的一些功能,以此实现更多突破。

“首先我们会面临一个过渡期,这样过渡期里头,过去的已有的4G的设备,他们可能会再经过一点改造,用来服务5G的通讯,但其实在未来更多的是一个像共存的现在,4G跟5G是同时存在的,就不存在兼容问题,我们只是新增了一些5G的设备,像这一部手机它可以用2G、3G、4G,未来的手机也是可以2、3、4、5G共存。”

阿里坎还对投中网(CV智识)解释道,至于5G的标准化的这个过程,其实就是各方的一个妥协过程,这个标准不会是完美的,还有很多可以改善的地方。

他进一步谈到,制订标准会涉及到很多公司背后的巨大利益。市场上面的竞争已经是非常的激烈了。

阿里坎的同事曾对他直言,说非常不满意5G标准的的制定方式,因为现在有很多标准要制定,但是在制定的时候,他们却只谈了其中的一块。

在阿里坎看来,出现这种情况的原因是5G标准的设计是一步一步进行的,每进行一步都会有一些新产品进入市场。5G的愿景可能需要十年时间才能成为现实。

中国在5G执行方面处于领先地位

对于时下产业界最为关心的5G应用问题,阿里坎也与投中网(CV智识)分享了他的理解。

他认为,目前最难实现的应用在URLLC场景中,比如无人驾驶、工厂互联网等,因为这些场景对这个低延时、高可靠性的要求非常高。

图2:5G极化码之父:短期内5G无法满足公众的高期待

另外,在5G应用初期,他十分看好游戏领域和高解析度地图导航这两各领域,不管是从产品还是市场反应看,都是比较可行。上述两者可以通过eMBB服务提供,这将在最初的5G手机中可用。无论从产品准备程度还是市场需求来看,这两个5G应用领域都是可行的。其他应用也一定会跟进。

“我在演讲中就提到了这两个领域,他们展示的产品都很有信服力,让我觉得,这两个行业应该优先采用5G去发展自身的产品”。

阿里坎指出,5G应用最困难的事情不是5G技术本身,而是整个生态系统的问题,要花很长时间把所有产业链结合起来,比如把不同的数据中心给结合起来,这不仅是涉及到5G的基础设施。而其他比较难的点分别是mMTC和URLLC。mMTC场景需要新增大量的设备去满足相关要求,对于URLLC场景来说主要是它的可靠要求比较高。

至于5G会淘汰哪些行业,阿里坎表示,这其实会影响到很多行业。“以互联网为例,互联网就已经影响到了像书店这样的一些行业,书店是B2C,5G时代再加上大数据,其影响到的就不仅仅是B2B或B2C,而是各种行业。

各个行业应该使用数据简化自己的运营,通过收集的数据使得运营更高效,不然效率会逐步降低,从而丧失自己的竞争力。所有的行业都在风险之中,毕竟5G时代为我们带来了连接性,这改变了行业的生态,再加上AI、大数据,未来会大有不同。

当然,现阶段,5G也就是在延续续4G的一些功能,然后只是在功能之上,去强化它功能,可以实现更多的一些东西而已。随后,行业人士可能会团结起来去制定属于他们的标准,行业在竞争的基础上就会不断前进,从而符合他们的利益。

至于5G国别的竞争问题,阿里坎毫不犹豫地表示,中国在执行方面处于领先的地位,比如说把算法转换成芯片这个方面,有了芯片才能制作更多相关的设备给用户去使用。

他也指出,国家之间的确存在一个时间的差距,中国这种领先的地位不一定是永久性的,这要视乎于欧洲和美国国家它们是否觉得5G这个行业有利可图,是否需要投入更多去制作。

“中国毋庸置疑的确拥有自己的优势,也有很大的市场,但是未来还能保持多久,这个我不太清楚。”

没有任何一个码是永恒的

经过近10年的发展,极化码在产业应用中的核心优势是在各种码长码率下的性能均为最佳,对于5G应用的三大场景(eMBB/URLLC/mMTC)是最优的编码技术。

业内认为,极化码(Polar Codes),是一项决定着5G商用普及进程快慢的关键技术。它的颠覆性优势在于,其能够可观地减低设计复杂程度,同时确保服务的质量,提高5G编码的整体性能。

2010年,华为识别出了极化码作为信道编码技术的潜力,在阿里坎教授的研究基础上投入进一步的研究。2016年11月19日,国际移动通信标准化组织3GPP确定了极化码作为5G eMBB(增强移动宽带)场景的控制信道编码方案。

至此,5G eMBB场景的信道编码技术方案完全确定,其中极化码作为控制信道的编码方案,LDPC码(低密度奇偶校验码)作为数据信道的编码方案。

诚然,极化码被熟知是被用在eMBB场景里的。当被问到极化码在mMTC和URLLC标准中是否也会被采纳时,阿里坎表示认为,它是可以在mMTC跟URLLC场景中用于控制信道这一块的,与eMBB场景类似。

同时,他也指出,关于mMTC,2020年1月份的时候会召开一次制订相关标准的会议,到时候可能会有更多的消息。当然没有任何一个编码方案可以满足5G三大场景中的所有需求,所以在未来发展5G的过程当中,可能会需要更多的东西,也可能会有新的一些码出现,这都是不可知的。

如今极化码被看做是一项决定着5G商用普及进程快慢的关键技术。那么在最开始做研究的时候,阿里坎是否就预见了极化码会成为5G的标准呢?

阿里坎坦言,“我一开始是没有预见说Polar码会最终成为5G标准的一部分的。当然了,一开始我们都觉得Polar码它很重要,因为它弥补了实际应用跟理论之间的一个差距。后来我什么时候开始意识到这一点呢,2016年当Polar码它真的被纳入到这个标准的时候,我非常惊喜在那个时候,因为在这个把技术变为标准的过程当中,中国的企业扮演了很重要的角色。”

在谈及这个话题时,阿里坎很兴奋,仿佛回到了2016年的那个时候,多次提到惊喜这个词。

他回忆道,从极化码技术刚提出到成为标准,整整花了八年的时间,八年是很长的一段时间,在这个期间世界各地很多人都在研究极化码,不断地去发展极化码。正是如此,极化码可以去成为标准一部分的一个替代方案。

在5G标准中,LDPC和极化码同时被确定为eMBB场景中标准的一部分。

关于LDPC码跟极化码会共存的现象,阿里坎解释道,因为传输速度在不断变化,当现有技术无法满足传输速度的要求时,就需要用新技术去取代它。而在未来可能会出现新的一个其他的码,没有任何一个码是永恒的,它们都会根据用户的一个需求去进行改变,技术会更新换代。

5G时代,运营商获利更大

谈到未来,阿里坎称对5G有比较远见的人能看到未来发展的趋势:5G并不是真正的驱动者,真正的驱动者依然是大数据本身。5G只是提供了更多的大数据,并通过提供基础设施实际上来促进了大数据。5G其实促进了这一点,5G的制定只是市场要求的结果,就算现在这一套5G没有最终实现,没有达到要求,也还会有其他人制定相关的标准去做这件事情。

“5G是通讯技术设备,它会影响到大数据,影响到连接性的问题,在未来可能是人工智能、大数据等等会影响到你刚刚提到的趋势的发生。”

在采访中,阿里坎还主动谈到了运营商。他认为在5G时代运营商会获得更大的利润,在前几代通信技术的迭代中,运营商都会获得10倍的数据量,但收入还是比较平,没有太大的增长。

但在5G时代,运营商可以提供更多服务给企业、产业、云计算等等不同行业,他们能够从中获利,他们有优势所在,这跟之前是不一样的。而他们最可能分得广告行业、云计算行业、数据中心等几个环节的利润。而且在未来,去中心化非常重要,阿里坎则表示非常期待看到更多的竞争者参与其中。

图3:5G极化码之父:短期内5G无法满足公众的高期待

谈到与华为的合作关系,阿里坎称,“我跟华为之间没有直接合作的关系,是华为的科学家以及他们的研发团队挑选了我们这一项技术,并进行了多年的研发。如果没有他们坚持不懈的努力工作,就不会将我这个研究室里的理论研究最后变成了一个真真正正的产品,如果没有他们的努力,极化码也就没有办法成为5G标准的一部分。”

此外,华为也捐了一笔钱到阿里坎的大学,以供他们的科研和学生的项目使用,不过,这是5G正式把极化码纳入标准之后的事情了。

其实这也不足为奇,在全球范围内华为资助了很多不同的科研机构,阿里坎只是其中一个例子。阿里坎说:“在当时支持极化码的时候,华为可能也没有预测到极化码会带来这么大的转变。”

最后,阿里坎谈到了自己下一个阶段所关注的方向点。

未来10-15年我还会继续研究极化码,虽然我还有其他的选择,但是我还是想专注于极化码,因为关于极化码的知识还有很多需要继续探索的。未来也可能会出现新的一些标准,我们需要为此去定制一些新的算法。而且在执行的过程当中要考虑如何降低成本,如何能够通过更少的上下文内容去实现信息的传递,如何用更小的空间去做到这一点,我们还有很多很多东西要去探索。”阿里卡说。

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