中信证券:技术标准当论技术,求同存异方能共赢

李倩 发表于 2018-05-15 17:32:21 收藏 已收藏
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中信证券:技术标准当论技术,求同存异方能共赢

李倩 发表于 2018-05-15 17:32:21

一、背景资料

5G(5th Generation,第五代移动通信技术)

相比于2G电话短信、3G低速上网、4G高速上网,5G定义了eMBB(增强移动宽带:4G提升)、URLLC(低时延高可靠:无人驾驶,工业自动化等)、mMTC(海量连接:物联网等)三大应用场景。本次事件涉及eMBB场景。

图1:5G应用场景

3GPP(the 3rd Generation Partner Project,第三代合作伙伴计划)

成立于1998年12月的标准化机构,最初为3G制定标准,随后延伸至4G和5G研究。其合作伙伴(Partners)保障其话语权,包括组织伙伴OPs(Organizational Partners,欧美亚7个通信标准化机构)和市场代表伙伴MRPs(Market Representation Partner);个体会员(Individual Members)具备投票权,共573家,一般隶属于组织伙伴。

图2:3GPP组织伙伴OPs与市场代表伙伴MRPs

对3GPP而言,某一技术形成标准,需反复论证和严格审查,先经过研究阶段SI(Study Item)输出研究报告TR(Technical Report)验证可行性,再通过工作阶段WI(Work Item)形成技术规范TS(Technical Specification)。工作阶段,相关会员由于立场不同往往相互争论,此时3GPP将深入研究问题,形成相对合理的方案,最后以示意投票机制来收场。本质上,标准确定方式是协商制而非民主投票制,因为科学技术往往客观单一越辩越明,政治博弈却相对主观难有定论。本次事件涉及R15标准,URLLC和mMTC将之后讨论。

图3:3GPP系统架构和空口标准

信道(Channel)

将信号由信源传输至信宿的媒介,无线信道即频段。5G NR标准包含FR1(Sub-6GHz,450MHz-6000MHz,n1-n255)和FR2(mmWave,24250MHz-52600MHz,n257-n511)两个频谱范围,未来将从中取部分作为控制信道(传输指令和同步参数,信息量小,长码无意义)和数据信道(传输数据,根据数据量选择长短码)。

表1:5G信道方案

信道编码 (Channel Coding)

由于移动通信存在干扰和衰落,故数字信号必须采用纠、检错技术(信道编码),以增强数据在信道中传输时抗干扰的能力。一般由学者原创出理论,通信厂商使之落地运用,理论到应用的过程十分复杂,许多技术需要全球通力合作。目前包含分组码、卷积码、级联码等。本次联想投票事件涉及其中Turbo码、LDPC码和Polar码。

图4:数字通信系统功能框图

Turbo(Turbo Code,涡轮码)

应用于3G和4G,由法国教授Claude Berrou等人1993年提出的一种级联码,性能接近香农极限,编译码复杂度低,如果采用将向后兼容,与3/4G协同增效。但由于其串行内部结构,迭代次数多,译码时延大,受限于5G高速率(eMBB)和低时延(URLLC)场景,基本专利在2013年8月29日已到期,产业链成熟。

LDPC(Low Density Parity Check Code,低密度奇偶校验码)

4G有力竞争者,由MIT的Robert Gallager博士1963年提出,并行内部结构,几乎适用所有信道,性能逼近香农极限,描述简单易于理论研究,译码简单适合硬件实现,1996年引起关注,目前已广泛应用于深空通信、光纤通信、卫星数字视频和音频广播等领域,包括CMMB(广电的广播电视网络标准)、WiFi标准、嫦娥二号等航天通信标准。专利方面,三星和高通排名靠前,华为也很靠前,由于提出时间早,目前核心专利多已过期,产业链也相对成熟。

Polar(Polar Code,极化码)

5G新编码技术,由土耳其教授E. Arikan在2007年提出,迄今发现的唯一能达到香农限的编码方法,具有明确简单的编码及译码算法,纠错性能甚至可超过Turbo码、LDPC码,2009年开始引起通信领域的关注。由于推出时间晚,大量核心专利掌握在包括E. Arikan教授在内的企业和个人的手中,华为也很早就开始专利布局,目前产业链不够成熟。

表2:三种信道编码对比

二、事件始末

本次联想投票事件涉及3GPP RAN(Radio Access Network)工作组针对R15的三次会议:RAN1 #86、RAN1 #86b、RAN1 #87。

根据3GPP官网的信息,我们整理相关会议信息如下:

3GPP RAN1#86(时间:2016.8 地点:葡萄牙里斯本)

R1-167999 WF on Channel Coding Selection:Qualcomm Incorporated, Samsung, Nokia, ASB, ZTE, MediaTek, Intel, Sharp, MTI, Interdigital, Verizon Wireless, KT Corporation, KDDI, IITH, CEWiT, Reliance-jio, Tejas Networks, Beijing Xinwei Telecom Technology, Vivo, Potevio, WILUS, Sony, Xiaomi, OPPO

Proposal:LDPC should be selected for eMBB data channel to provide performance and implementation advantages at high rate and large blocklength

R1-168040WF on channel coding selection: Huawei, HiSilicon, CMCC, CUCC, Deutsche Telekom, Telecom Italia, Vodafone, China Unicom, Spreadtrum

Proposal:Polar code is a candidate channel coding technique for NR for eMBB, URLLC, mMTC

R1-168164WF on turbo code selection: LG, Ericsson, CATT, NEC, Orange, IMT

Proposal:LTE turbo code should be supported for NR for at least low throughput including eMBB, mMTC, and URLLC

Conclusion

The eMBB data channel coding scheme will be chosen at RAN1#86bis

Note that consideration of combinations of coding schemes is not precluded.

简言之,各方给出提案,形成LDPC(高通等)、Polar(华为等)、Turbo 2.0(LG等)三大技术方案。此次属于单纯的讨论,未进行投票,也不涉及到联想的表态。

表3:3GPP RAN1#86结果

3GPP RAN1#86b(时间:2016.10 地点:葡萄牙里斯本)

QuestionHow many channel coding schemes should be specified for the NR eMBB data channel:

LDPC:Ericsson, Sony, Sharp, Nokia, ASB, Samsung, Intel, QC, VzW, KT, IITH, IITM, Fujitsu, MotM, Lenovo, KDDI

Polar:HW

T+L:Accelercomm, IMT, LG, NEC, Fujitsu, Orange

L+P:ZTE, Etisalat, Mediatek, Nubia, Xiaomi, Coolpad, Neul, HW devices, OPPO, CATR, TDTech, Spreadtrum, Potevio, ITRI, IDC, DT, NTU

Possible Agreements

Alt 1:

The channel coding scheme for eMBB data is LDPC

No:HW, IDC, HiSi, DT, NEC, CMCC, LG, Spreadtrum, Neul, CATR, Xinwei, TDTech, OPPO, Coolpad, Xiaomi, HW Devices, ITRI, Mediatek, Accelercom, Nubia, IMT, Orange, ZTE, ZTE Microelectronics

Alt 2:

The channel coding scheme for eMBB data is LDPC, at least for blocks larger than X

Polar coding is supported for eMBB data for blocks smaller than X

No:Sams, NEC, Intel, QC, LG, Nokia, ASB, MotM, Lenovo, KT, Ericsson, CableLabs, ITL, Sequans, Acorn, Asustek, Mitsubishi, KDDI, Wilus, Accelercom, IMT, Orange, Sony, Sharp, Fujitsu, VzW, Docomo

Alt 3:

The channel coding scheme for eMBB data is LDPC, at least for blocks larger than X

Turbo coding is supported for eMBB data for blocks smaller than X

No:HW, IDC, HiSi, Sams, Nok, ASB, KT, QC, Asustek, Spreadtrum, Mitusbishi, CATR, Xinwei, TDTech, OPPO, Intel, Coolpad, Neul, Wilus, Xiaomi, ITRI, Mediatek, Nubia, ZTE, ZTE Microelectronics, HW Devices, CableLabs, ITL, DT, VzW, KDDI, Acorn, Docomo

Agreement

The channel coding scheme for eMBB data is LDPC, at least for information block size > X

FFS until RAN1#87 one of Polar, LDPC, Turbo is supported for information block size of eMBB data <= X

简言之,各方针对LDPC、Polar、L+P、L+T四种方案展开第一轮投票,LDPC以绝对优势被选为eMBB场景数据信道长码方案,仅有华为投给了纯Polar方案,包括中兴在内的中国企业都投给了LDPC+Polar方案,联想投给了纯LDPC,没有支持Polar数据信道短码方案,虽无关大局,但成为此次联想事件的舆论焦点。

表4:3GPP RAN1#86b结果

3GPP RAN1#87(时间:2016.11 地点:美国内华达)

R1-1613306 WF on hardware efficiency for 2-code eMBB data channel:Huawei, HiSilicon, AccelerComm, Alibaba, CATR, CATT, Coolpad, CMCC, China Telecom, China Unicom, Hytera, IMT, LG Electronics, Lenovo, MediaTek, Motorola Mobility, Neul, Nubia Technology, OPPO, Orange, Potevio, Spreadtrum, SRTC, Starpoint, TD-Tech, Turk Telekom, Vivo, Xiaomi, Xinwei, ZTE, ZTE Microelectronics, Coherent Logix, Skyworks,InterDigital, Etisalat

Proposal:2-code solution is supported for eMBB Data Channel

R1-1613307 WF on channel coding:Huawei, HiSilicon, Acer, ADI, Aeroflex, Alibaba, Bell Mobility, Broadcom, CATR, CATT, Coolpad, Coherent Logix, CHTTL, CMCC, China Telecom, China Unicom, Dish Network, ETISALAT, Fiberhome, Hytera, IAESI, III, Infineon, InterDigital, ITRI,  Irdeto, Lenovo, Marvell, MediaTek, Motorola Mobility, National Taiwan University, Netas, Neul, Nubia Technology, OOREDOO, OPPO, Potevio, SGS Wireless, Skyworks, Sporton, Spreadtrum, SRTC, Starpoint, STMicroelectronics, TD-Tech, Telekom Research & Development Sdn. Bhd, Telus, Toshiba, Turk Telekom, Union Telephone, Vivo, Xiaomi, Xilinx, Xinwei, ZTE, ZTE Microelectronics

Proposal:Polar is supported as the channel coding scheme for DL and UL eMBB data with information block up to 1024 bits

R1-1613211 WF on Channel Coding:Huawei, HiSilicon, Acer, ADI, Aeroflex, Alibaba, Bell Mobility, Broadcom, CATR, CATT, Coolpad, Coherent Logix, CHTTL, CMCC, China Telecom, China Unicom, Dish Network, ETISALAT, Fiberhome, Hytera, IAESI, III, Infineon, InterDigital, ITRI,  Irdeto, Lenovo, Marvell, MediaTek, Motorola Mobility, National Taiwan University, Netas, Neul, Nubia Technology, OOREDOO, OPPO, Potevio, SGS Wireless, Skyworks, Sporton, Spreadtrum, SRTC, Starpoint, STMicroelectronics, TD-Tech, Telekom Research & Development Sdn Bhd, Telus, Toshiba, Turk Telekom, Union Telephone, Vivo, Xiaomi, Xinwei, ZTE, ZTE Microelectronics

Proposal:Polar is supported as the channel coding scheme for DL and UL control channels for eMBB

Agreement:

eMBB data channels:Adopt flexible LDPC as the single channel coding scheme for small block sizes

control information for eMBB:Adopt Polar Coding

简言之,各方针对LDPC、Polar展开控制信道和数据信道短码的投票,此时联想改投L+P双码方案,明确支持Polar方案,最终Polar被选为控制信道方案,LDPC被选为数据信道短码方案。值得强调的是,数据信道短码投票中,支持Polar(51家) 会员多于LDPC(31家),但表决机制并非一家一票,我们认为, Polar码没拿到数据信道短码责任不在联想。

表5:3GPP RAN1#87 结果

总之,经过对3GPP Final Report的仔细研究,我们认为,控制信道(Polar)和数据信道长码(LDPC)不存争议,联想投票事件的焦点在于数据信道的短码,RAN1#86中联想投给了LDPC,但无关大局,RAN1#87中联想投给了Polar,仍票数不够。两次会议态度的不一致,也是问题扑朔迷离耐人寻味的地方。但无论如何,Polar码没拿到数据信道短码责任并不在联想。

三、参考建议

事件并非空穴来风,情绪终需要回归理性

通过事件梳理,网络平台的旧事重提并非尽是谣言,联想华为的官方声明却也信息不全。诚然风波存在偶然成分,但发酵至今原因众多,不可不察。

外部环境方面,当初,华为Polar方案被选为eMBB控制信道方案时,"华为碾压高通占领5G时代"的夸张说法就甚嚣尘上;如今,中美贸易摩擦的大背景下,"中国芯"事件暴露出某些方面的客观事实。在部分网友"通信全面碾压"的自我良好感觉和"事实上核心元器件仍掌握在国外厂商手中"的落差之下,某些情绪需要宣泄在所难免。而联想因为在3GPP里投票的原因不可避免被推到了前台。

然而,情绪宣泄之后终究要回归理性。从专利和技术角度分析,Polar不等于华为更不等于中国,LDPC不等于高通更不等于美国。LDPC技术上与Polar码相差无几,并且产业相对成熟,3GPP最终方案相对合理;LDPC早已广泛运用于我国广电系统、WiFi和航天通信领域,并非高通独有;两个方案无论技术还是专利均涉及全球多国,并非中美独有;两个方案华为都有专利,只是Polar相对较多过期较少。

公司方面,在商言商,3GPP成员本就是从自身利益出发才形成抱团现象,国内企业也仅华为一家支持纯Polar方案,其余中国公司并没有跟投。5G标准争端的背后毫无疑问是商业利益,华为Polar布局已久,高通LDPC亦有储备,相同之处在于各方担心"高通税"再次出现,所以大都选择L+P方案避免一家独大,不同之处在于个别厂商基于自身考虑选择了不同方案。

图5:高通专利墙

技术标准当论技术,求同存异方能共赢

我们认为,基于商业利益,华为主推Polar、高通主推LDPC符合逻辑,但这绝不简单意味着"Polar是华为的,LDPC是高通的",当今时代,技术不应闭门造车,通信领域更是如此,孤立的通信标准没有价值,这在日本2G的制式发展及小灵通上已有明证。

以产业逻辑推断,通信技术发展至今,标准数目不断减少,统一趋势愈发明显,5G NR或许将成为全球首个完全统一的通信制式。这一方面体现通信技术演进过程中协商合作变得越发重要,5G将是全球通力合作的结果;另一方面表明统一标准有利于产业发展和技术进步,同时提高效率降低成本。

图6:通信标准的演进

从公司战略出发,华为、中兴之所以能一跃成为世界顶尖设备商,与其国际视野和全球合作密不可分。正是与全球相关方求同存异通力合作,才实现了我国通信技术2G起步、3G追赶、4G同步的跨越式发展,如今华为凭借Polar码与高通分庭抗礼,意味着我国通信产业的发展得到了世界的支持与认可。

图7:华为"开放、合作、共赢"战略

向未来前景展望,5G大量标准还未冻结,URLLC、mMTC两大场景仍待探索,作为万亿级的巨大产业如华为所言:做大产业和市场比做大自身份额更重要;管理合作比管理竞争更重要;不与合作伙伴争利;共享利益,团结一切可以团结的力量。唯有如此,技术研究才能更实更好,产业发展方能更快更稳。

图8:5G经济前景

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