“5G极化码之父”阿里坎GMIC谈5G未来

还记得去年7月26日,任正非为科学家举行的“国王”级高规格颁奖礼吗?为了迎接一位重要科学家,在仪式开始之前,包括任正非在内的华为最高管理层,在原地站立鼓掌十分钟之久。

这位科学家正是5G极化码(Polar码)之父、土耳其人埃尔达尔·阿里坎教授。为了致敬其为通信事业发展所作出的突出贡献,任正非给他颁发了特别奖项。

一年后的7月27日,阿里坎又来到广州GMIC2019全球移动互联网大会,分享了一些他对5G未来的看法。

阿里坎认为,在5G时代最突显的变化是数据海量增长。“5G时代的到来让物联网传感器无处不在,每时每秒在收集大量的数据。过去大家把数据放到数据库,大一点的放到数据中心,而数据存储的地方也跟过去不一样,数据源、数据类型以及数据的结构都会更加多样化,因此产生一种‘万象数据库’的概念。”5G时代的到来,阿里坎表示,将使得算力在跟数据存储非常近的地方完成,避免了数据海量传输,也避免了瓶颈。

“突破瓶颈后,5G将会成为通信的基础架构,界于我们和数据之间,并且界于机器和数据之间,帮助我们实现互联。”阿里坎表示,企业可以运用5G提供的这种联通性,来进一步拓展机器学习、AI以及数据分析。

5G商业化元年,阿里坎认为高性能计算会是首先受益的行业。“5G带来数据的海量增长,这意味着海量数据的分析。所有的数据分析将来会有越来越多的比例在边缘完成计算,所以这会是首先受益的行业。”

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。”

他认为,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。

对于时下产业界最为关心的5G应用问题,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。

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;其次是mMTC场景,它需要新增大量的设备去满足相关要求。而在5G应用初期,游戏和高解析度地图导航这两个领域从产品准备程度及市场需求来看目前都比较可行。

对于5G带来的挑战,他认为,人们的隐私将会消失。“因为世界互联互通,到处都有传感器,人要跟环境去互动,你做的每一件事,你的每一个东西都会被记录下来。也就是说,我们就没有隐私了,这是一个比较大的问题。”

此外,从国家角度来说,国家安全都将基于5G网络,所以需要探讨确保控制权不被丢失。对于企业来说,数据如何不被偷窃、如何保护也是非常重要的课题。

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。

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。”

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,他1958年出生在土耳其首都安卡拉。1981年在加州理工学院获得本科学位,随后他在麻省理工学院学习,于1985年获得电子信息工程专业的博士学位。他在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。按照香农理论,如果希望信号有效可靠地进行传输,传输的速率必须小于所计算出来的信道容量,现在我们所做的很多努力,都是为了能够提高传输数据的稳定性、可靠率。香农定理所描述的信道容量极限,也为无线通信技术的演进留下了一个未知的挑战。

美国MIT教授Robert Gallager在1963年提出LDPC码,1993 年两位法国电机工程师克Turbo码,以高通为代表的5G都用的LDPC码,但LDPC码和Turbo码都没有在真正意义上被证明是接近于香农的信道容量极限。

直到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,也成为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。

当时的华为,仍然是全球通信设备企业里的“挑战者”,全年销售收入仅仅为170亿元美元,仅为现在的六分之一。一方面在刚刚启动的3G市场里与欧美老大哥们“掰手腕”,另一方面华为也在加大研发力度,试图摆脱技术的束缚。

2009年,华为开始5G研究,虽然当时的技术标准有很多,但华为认为,极化码有作为优秀信道编码技术的潜力。不过,“从工程角度来看,(极化码)是不成熟的技术,因此对我们来说风险很高,但也可能是高回报,”华为首席科学家童文表示,“那时,我们只知道极化码在理论上是可能的,我们也不确定。”

华为豪赌了一把,开始斥资研究和力推这位教授和他发明的极化码。到了2013年,华为的5G研究投入达到6亿美元。

2016年11月14日至18日期间,国际无线会议在美国Reno召开,这也是中国公司第一次从概念研发介入到标准、产品全链条参与的通信标准。会议上,经过激烈的竞争,华为等中国企业主推的极化码击败美国主推的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码和LDPC码一起历史性地走进蜂窝移动通信系统。同时,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。

对于极化码会被纳入5G标准,阿里坎也多次强调是华为扮演了重要角色。去年阿里坎教授在接受颁奖后表示:“我非常荣幸获得华为颁发的这个奖项。极化码能在短短十年内就走出实验室,成为一项标准,离不开华为领导和工程师的远见卓识以及在技术方面做出的贡献。我对此感到非常高兴。作为研究人员,最大的奖励莫过于见到我们的构想成为现实。”

在GMIC2019会后采访中,被问及与华为的合作关系时,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。”

华为最早开始研究5G的当年,正好是是阿里坎关于Polar码的论文在IEEE正式发表的那一年。“当时对于Polar码只是知道一些理论成果,而后华为做了非常多的试验和试用研究,保证必须是最优的性能之外,还要考虑到实用性、可用性、可行性,因为必须用到几十亿的设备上,必须要达到各方面的要求,这样才能保障技术给最终的消费者带来受益。”华为首席科学家童文表示,过去十年,他在全球的飞行公里数达到百万公里,与阿里坎等教授沟通,花了非常多的努力。

2018年2月22日在西班牙巴塞罗那,华为公司携手Vodafone发布了全球第一个符合3GPP标准的、支持Polar码的5G系统。2018年6月,阿里坎教授也获得了信息论领域的最高荣誉——香农奖。

华为花了近十年时间和数十亿美元的研究投入,使其如今成为5G开发的引领者。可以说,极化码是华为抓住的一个机会。同时,华为也成就了阿里坎。

然而,科技从不会停止前进的步伐,阿里坎称,“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。”

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