对中国公众来说，土耳其比尔肯大学是一所十分陌生的高校，可说是全无概念。但是来自这所高校的一位教授，却注定与中国的通信产业乃至公众的日常生活发生难以割舍的联系。
在一定程度上，是他让中国成为了真正意义上的通信基础规则“制定者”；未来，也将有更多中国消费者在使用 5G 服务时受惠于他发明的一项技术。
他就是 5G 极化码（Polar Code）之父——埃尔达尔·阿里坎（Erdal Arikan）。
2018 年 7 月，是阿里坎在中国的一个高光时刻。在华为深圳总部，任正非、梁华、徐直军、郭平、胡厚崑等核心高管悉数到场，迎接阿里坎并为之颁奖。在仪式开始之前，华为管理层们原地站立一二十分钟等待他的到来，这样的规格并不常见。
12 月 14 日，这位对中国 5G 影响深远的学者，登上《麻省理工科技评论》EmTech China 全球新兴科技峰会发表演讲，介绍了 5G 在未来扮演的角色，以及我们面临的各种挑战。
图 | 土耳其比尔肯大学教授埃尔达尔·阿里坎（来源：EmTech China）
阿里坎认为，虽然政府和公众都对 5G 有很高的期待，很多运营商都有雄心，政府也投入了大量补贴，但 5G 部署速度可能会比较慢。他说，“5G 是很好的，但是需要更多公众、政府的支持。”
对于每一个纵深行业来说，都需要以 5G 为基础设施，它的发展规模可能会比现在大十倍、百倍。在阿里坎看来，5G 会像高速公路一样，在经济发展中扮演非常重要的角色。所有数据从业人员、应用开发人员，都是需要依赖 5G 发展的。
因此，光靠电信部门自己力量太小了，在全球经济当中可能只有百分之几是由电信部门贡献。我们想要部署 5G 技术，一定要有政府支持，这样才可以实现尽快部署的目标。
未来 10 年，5G 的部署将会非常忙碌。中国将在其中扮演重要角色，而阿里坎发明的极化码，又对中国的 5G 战略至关重要。
图 | 土耳其比尔肯大学教授埃尔达尔·阿里坎（来源：EmTech China）
这就要从阿里坎的求学和研究经历谈起。
1958 年，阿里坎出生于土耳其首都安卡拉。1981 年，他在加州理工学院获得本科学位，随后赴麻省理工学院学习，并在 1985 年获得电子信息工程专业博士学位；2013 年，阿里坎因其对信息论的贡献，尤其是极化码的提出而获得 IEEE WRG Baker 奖；2017 年 12 月，他获得了 2018 年 Richard W.Hamming 勋章；2018 年获得通信理论领域最高奖“香农奖”。
2016 年 11 月，在 3GPP 会议的 5G 短码方案讨论中，经过两轮激战，在 5G eMBB（增强型移动宽带）场景上，华为等中国企业主推的极化码和美国主推的 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。
极化码历史性地与 LDPC 码一起走进蜂窝移动通信系统。这是中国第一次实现从概念研发到标准、产品全链条参与的通信标准。
LDPC 码由香农的学生罗伯特·加拉格尔（Robert Gallager）在 1962 年提出，此前被选为 5G 数据信道编码方案。而阿里坎在麻省理工学院的博士导师就是加拉格尔。LDPC 码是一种具有稀疏校验矩阵的分组纠错码，几乎适用于所有的信道。而极化码是一种基于信道极化理论提出的一种线性信道编码方法，在 5G 标准中采用。极化码对 5G 场景的适用性非常高，主要是因为它通过简单的删除以及代码缩短机制，可以提供优异的性能。
由于误码率接近于 0，极化码的可靠性可以达到 99.9%，这对于 5G 的超高可靠性来说是一个必要条件。因为编码简单，解码的复杂度也相对较低，所以极化码也可以降低终端能耗。这非常适合需要超低功耗的物联网应用。对于等效误码率，极化码比其他码具有更低的信噪比要求，因此可提供更高的编码增益和更高的频谱效率。
因此，多路径，灵活性和多功能性（对于多终端场景）等特点能更好地满足 5G 应用场景。要知道，编码和调制是无线通信技术的核心部分，在某种程度上甚至能体现一个国家通信科学基础理论的综合实力。这也就不难理解，为什么极化码入选之后会引起国内外这么大的舆论反响。
中国通信三十年，人们将此间演进概括为，“1G 空白、2G 跟随、3G 突破、4G 并跑、5G 引领”。3G 时代，中国自主研发了 TD-SCDMA 技术，因为背离了国际主流的 CDMA 而以失败告终；4G 时代，中国的 TD-LTE 技术有了一定突破，但其中的核心长码编码 Turbo 码和短码咬尾卷积码，仍旧不是中国原创。
由此观之，极化码取得胜利，让国外各大通信设备生产商在 5G 的通信设备中都会采用“华为的标准”，中国成了真正意义上的通信基础规则“制定者”。
追根溯源，极化码也正是阿里坎与中国缘分的起点。以下为阿里坎在 EmTech China 全球新兴科技峰会上的演讲：
大家好，今天我想给大家介绍的是机器通信挑战，以及它在 5G 时代会出现哪些变化和发展。
从昨天到今天，我一直在听大家的演讲。很多人都提到了人工智能、物联网、机器学习、虚拟现实、增强现实等等，大家介绍的很多新兴技术，还有技术趋同化的发展，这些其实都给我们带来了很多新的应用，这些应用也从概念变成了现实。
当然，这些技术是需要依赖于通信基础设施的，很多人工智能应用的研发人员都在期待 5G 时代的来临。今天我想跟大家介绍一下 5G 是否能满足大家的期待，5G 究竟是什么，以及 5G 将在这些新的应用市场中扮演何种角色。
首先，我们可以关注一下机器通信和它所应用的场景。比如说车与车之间的通信，还有车路协同、车人协同、交通管理、智慧城市、智慧电网、工业自动化、环境监测以及安保、个性化医疗服务等等。这些多样化的条目，覆盖了不同的行业领域，而且也适用于不同的技术，其中也涉及了不同的通信要求。
5G 的从业人员做了很多以任务为导向的开发项目，可以用三角形的框架来给大家展示一下 5G 扮演的角色。三角形的顶端是移动带宽，如果带宽不够，很难去做真正高质量的通信。在左下角是基于不同机器类型的通信，包括物联网的设备，其中一个非常典型的使用场景是智慧城市。而右下角要求就是超低时延以及超高可靠性的通信。
（来源：Erdal Arikan)
在三角形框架内还有一些其它的应用，有一些应用是可以归为同一个集合的，比如说有一些是依赖于无线通信，它可能覆盖不同的应用。对于通信工程来说，如果你没有标准化的工作、没有协议是不可行的。但是我们不可能单为某一个使用案例来打造出一个标准或者是协议，我们必须要把不同的使用案例结合在一起，为这一个合集开发出一个通信协议。
在这个框架中，所有的机器通信协议其实都是在信息物理系统中，在这个系统中，数据是在物理世界中提取出的，然后被输送到了数字世界中，比如说云端。这是一个循环过程，可以使用不同的分析方法，人也在这个循环之中，人在其中会去做一些决策，决策也会被传到现实世界。
那么 5G 在什么位置？实际上，5G 在这张图中就是信息物理系统的一个神经网络，它就像是我们信息世界和物理世界的架构一样。5G 是一个神经系统，它可以传输数据，同时它也可以把决策返回给现实世界。
现在我们还处在 5G 最开始的阶段，包括 eMBB，但这种超高可靠性、超低时延的服务，在目前阶段还没有办法完全实现，我认为还需要经过几个版本的更新之后，才能真正实现所有的 5G 功能。
未来 10 年，5G 还会有更多不一样的地方。很多国家都在打造下一代互联网，很多公司、国家都在部署下一代机器互联策略。
我认为中国也是一个有优势的国家，中国有很多互联网企业，在这个过程中可以抢占先机，利用这个新互联网的架构，打造出新一轮的应用。
现在的互联网是为人所设计的，并不是为机器所设计。未来一些互联网公司规模会比现在变得更大（可能 10 倍以上）。我认为到最后，我们会打造出一个针对机器设计的互联网，到时候会有很多产业部门从新网络架构中获益，包括车联网，以及数据驱动的决策过程。
如果 5G 能给我们提供这样一种网络基础设施，未来肯定会有很多改变、很多突破。5G 并不只是 4G 的延伸版，更是一个机器的网络架构。
新的机器类型的通讯可以为我们带来新的应用场景，从通信的角度来讲，我们也能看到一些 5G 的挑战。
（来源：Erdal Arikan)
首先就是带宽问题，带宽所指的是在数据外圈和核心之间，会有很多的数据流动，尤其是在无线网络，在边缘的无线端，只有有限的带宽资源可以使用，所以这时就会出现带宽瓶颈。我们可以让蜂窝变得更小，这样可以为我们带来更多的带宽，但这种做法也是有限制的。
还有低延迟挑战，很多应用场景都需要超低延迟。工业自动化以及有决策流程的应用场景，都需要非常小的延迟。现在的 4G 网络是没有办法提供低延迟的，5G 在设计中就可以为我们带来低延迟，基本上不到 1 毫秒。
（来源：Erdal Arikan)
还有可靠性挑战，在一些应用场景中，是不允许出现错误的。如果网络出现了问题，导致数据包丢失，最糟的情况可能导致撞车，出现致命事故。所以，对于这种技术的应用，我们一定要确保网络可以提供非常稳定、可靠的通信。
最后，AI 或新的机器通信应用，在开发时很可能面临不可避免的通讯限制，不过，5G 以及未来的通信技术，可以为我们提供非常好的通信基础设施。
5G 如何应对这些挑战？工程人员应当如何提供更好的带宽？我认为，想要提供更好的带宽，首先要更好地利用已有的频谱，也就是香农理论，我们要尽可能去使用还没有被利用的资源，把它们充分利用起来。如果可以在无线频谱中更好地使用已有的频谱，就可以增加已有的带宽。
（来源：Erdal Arikan)
还有多设备访问的问题，到时候会有几十亿物联网设备分布在全世界，它们会同时使用网络，多设备的运行速度可能会非常慢。所以我们需要去寻找一种新的多设备接入网络的计划。NoMa 是 5G 带来的一个新技术，而且 5G 也会带来新的频谱。我们可以重新去设计帧长度，可以把延时缩到更短。对于需要低延时的应用，我们也可以将更短的数据包作为解决方案。另外，我们还可以使用边缘计算，直接在边缘设备上进行数据处理，然后让数据经过核心，把指令发送出去，这样就可以减少延时。
在可靠度方面，我们需要有更好的纠错方法，由于蜂窝的体积更小，也为我们提供了更好的联通性。
（来源：Erdal Arikan)
5G 是否可以解决问题呢？我们面临着很大的挑战，机器通信的用户案例非常多样、非常广泛，所以不存在一刀切的解决方案。5G 是不可能解决所有问题的。
5G 到来之后，我们将会有一些专用的解决方案，产业组织也需要建立起新的标准。所以，在未来肯定会有很多的竞争。
但是，5G 或者其他任何的未来系统，都没有办法为我们提供一个完美的解决方案。我们需要接受这个现实，而且还需要建造一个更加完好的信息物理系统。
在未来，我们很有可能会面临着数据泛滥、不同机器类型数据造成的通信瓶颈、通信限制，以及成本问题，这些问题在我们设计信息物理系统的时候，都是需要予以考虑的。
谢谢大家的聆听，谢谢！
