广东智诚知识产权研究院
郑友德、王活涛、袁真富
作者介绍
郑友德：华中科技大学法学院教授、博士生导师、广东智诚知识产权研究院院长。
王活涛：深圳峰创智诚科技有限公司创始人兼ceo、首批全国知识产权领军人才。
袁真富：法学博士，上海大学知识产权学院副院长。
【前言-polar码简史】
2008年，通信技术专家、土耳其毕尔肯大学电气工程系erdalarikan教授首次提出polar码并发表论文。
2016年，polar码方案成为5g控制信道embb场景编码最终方案，并成功进入5g基础通信框架协议。
2018年，全球第一个符合3gpp标准的、支持polar码的5g系统正式发布。经过十年的不懈努力和投入，polar码从理论变成了现实应用。
信道编码简史
众所周知，3gpp于2018年6月14日正式冻结了5gnewradio的独立组网规范。这标志着5grelease15标准的正式发布。非独立组网的nr规格于去年12月发布。目前，所有功能标准化工作的第一阶段已经完成。去年12月，5ｇ极化码（polar码）被确认为5g标准的基本要素。
世界上第一个符合3gpp标准、支持palor码的5g系统，于2018年2月22日在世界移动大会上发布，此时距离通信技术专家土耳其毕尔肯大学电气工程系erdalarikan教授关于palor码的论文发布已经过去了大约10年。
我们今天看到的只是冰山一角。在水面以下，有着数十年不间断的研究和探索。
1948年，克劳德·香农（claudeshannon）发表了论文《通信的数学理论》，它成为信息理论的基础。在论文中，他指出了在给定带宽上以一定质量可靠地传输信息的最大速率。这被称为香农极限。他还提出，信道编码技术提供了达到该限制的手段。因此，信道编码技术已经成为通信领域皇冠上的宝石，众多科学家不知疲倦地致力于开发和发展这项技术。
1967年，维特比解码算法被发明。它代表了第一代信道编码技术的巅峰之作。该算法使解码更简单，并在解码过程中提供了更好的性能。它使卷积码广泛用于信息和通信行业。该算法于1988年用于2ggsm网络，并用于随后的3g网络。
1991年，法国教授克劳德·贝鲁（claudeberrou）发现了turbo码，这是第一个接近香农极限的编码方案。这为第二代信道编码技术打开了大门。1999年，3gpp采用turbo码作为3gumts系统的信道编码。它也被用于4glte系统。基于turbo码原则，科学界对1962年由罗伯特·加拉格尔（robertgallager）教授发现的ldpc码有了新的理解。人们意识到，凭借现代计算能力，ldpc码也可以接近香农极限。在随后的几十年中，ldpc码已广泛应用于存储和广播领域。
2008年，erdalarikan教授发表了关于palor码的论文。palor码成为唯一理论证明可以达到香农极限的编码方案。它们开创了第三代信道编码技术。palor码和ldpc都被采用为5g标准。
2016年底，在3gppran187次会议的5g方案讨论中，polar码方案在与ldpc和turbo2.0方案竞争中胜出，成为5g控制信道embb场景编码最终方案。自此，polar码成功进入5g基础通信框架协议。
在这段信道编码的发展历史中我们看到，三代信道编码技术中的每一代都需要10到20年才能从学术发现发展到行业标准。科学研究从理论转向实际应用是一个充满无数工程障碍的过程。
palor码——移动通信领域皇冠上的宝石
达到香农极限的polar码，有着低的编码和译码复杂度，解决了香农信息论领域尘封近60年的难题。
palor码构造的核心是通过“信道极化”的处理，在编码侧，采用编码的方法使各个子信道呈现出不同的可靠性，当码长持续增加时，一部分子信道将趋向于容量接近于1的可靠信道（无误码），另一部分子信道趋向于容量接近于0的纯噪声信道，选择在容量接近于1的子信道上直接传输信息以逼近信道容量。在译码侧，极化后的信道可用简单的逐次干扰抵消译码的方法，以较低的实现复杂度获得与最大似然译码相近的性能。
在静止和移动场景性能测试中，使用polar码的同时实现了短包和长包场景中稳定的性能增益，使现有蜂窝网络的频谱效率提升10%，与毫米波结合达到27gbps的速率，实测结果证明polar码可以同时满足itu的超高速率、低时延、大连接的移动互联网和物联网三大类应用场景需求。
polar码声明标准专利统计分析
随着5g第一个版本标准r15的冻结和封版，参与通信设备商，芯片制造商，运营商以及研究者都积极向欧洲电信标准化协会（etsi，一个非营利性的电信标准化组织，目前有来自47个国家的457名成员，涉及电信行政管理机构、国家标准化组织、网络运营商、设备制造商、专用网业务提供者、用户研究机构等，是全球标准化组织3gpp的成员之一）披露和声明自己拥有的5g标准相关专利（见《5g标准专题研究之一：5g标准专利，谁执牛耳？》），但各家在polar码领域的相关研究和布局情况又如何呢？为此，笔者对当前各公司向esti声明的5gpolar专利情况做了进一步的统计和分析（如下表）。
截至2018年7月27日，5g新空口（nr）声明标准专利累计达5970族，相对《5g标准专题研究之一：5g标准专利，谁执牛耳？》中6月14日统计数据新增声明846族；目前5g新空口声明标准专利中已有3518族有公开的专利文本。
笔者对已经公开的3518族公开专利进行人工阅读分析，结合polar码、编解码的中英文关键词，以及极化信道可靠度、信息比特、冻结比特、特有的生成矩阵等polar码特性，通过阅读摘要、权利要求、说明书，以及附图等判断出是否是polar码技术方案，获得与polar码相关的公开声明专利为76族。笔者对未公开的2452族专利信息也进行整理统计，发现还有27族专利的标题含有polarcode元素。汇总看有103族polar码的声明标准专利，区分专利权人：华为拥有51族专利，占总数的49.5%；紧随其后的是爱立信，它拥有26族专利，占总数的25.2%。
展望未来，我们清楚地意识到标准的诞生只是5g通讯时代的开始。现在及未来，包括polar码在内的5g技术必将更快、更好地为社会创造价值，为ict产业和人类社会的发展创造更多的奇迹。
广东智诚知识产权研究院
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