Les codes polaires d'Arikan ont atteint la limite de Shannon et sont devenus le code de canal de contrôle de la 5G

La limite établie par Claude Shannon en 1948 indique à quelle vitesse les données peuvent circuler sur un canal bruité avec des erreurs quasi nulles, mais pendant cinquante ans aucune famille de codes n'avait prouvé qu'elle l'atteignait avec une complexité pratique. Les codes Turbo (1993) et les codes LDPC (1963, redécouverts dans les années 1990) s'en sont approchés en pratique grâce au décodage itératif, mais ni l'un ni l'autre ne portait une preuve de capacité avec une construction explicite.

Dans un article publié pour la première fois en 2008 et paru dans IEEE Transactions on Information Theory en 2009, Erdal Arikan, de l'Université Bilkent, a prouvé qu'une simple transformée récursive polarise les canaux : sur N copies indépendantes d'un canal bruité, la fraction de canaux presque parfaits tend vers la capacité du canal I(W), et les autres deviennent presque inutilisables. En n'envoyant des données que par les bons canaux, le code s'approche de façon démontrable de la limite de Shannon avec une complexité d'encodage et de décodage en O(N log N).

Huawei a vu le potentiel en 2010 et a consacré des années à transformer la construction théorique en encodage et décodage de qualité industrielle. En novembre 2016, l'organisme de normalisation 3GPP a retenu les codes polaires comme code de canal pour les canaux de contrôle de l'interface eMBB de la 5G New Radio, et la Release 15, achevée en 2017-2018, les a intégrés à la première norme 5G mondiale.

Polariser le canal ; n'émettre que sur les bits fiables

Les codes polaires ont été la première famille de codes dotée d'une construction explicite et d'une preuve de capacité, et non de simples heuristiques itératives qui fonctionnaient bien.

Leur décodeur à annulation successive est assez simple pour être réalisé en silicium, contrairement aux preuves de capacité qui supposent une complexité irréalisable.

Huawei a investi pendant des années dans un résultat académique de 2009 avant qu'aucune norme n'existe, ce qui lui a donné la maîtrise de l'ingénierie et une grande partie de la position en matière de brevets lorsque la 5G est arrivée.

Le résultat de la 3GPP montre qu'un résultat théorique solide peut devenir une norme mondiale lorsqu'un unique promoteur le porte du papier à la proposition.

Un résultat théorique qui précise comment construire la chose — et pas seulement qu'elle existe — est du type qu'un organisme de normalisation peut intégrer dans un produit.

Arikan a reçu le prix Claude E. Shannon 2018 et, en 2018, une médaille du fondateur de Huawei, Ren Zhengfei ; Huawei a honoré plus de 100 de ses propres ingénieurs pour l'effort 5G. Les codes polaires équipent désormais chaque téléphone et station de base 5G New Radio comme code de canal de contrôle, aux côtés des codes LDPC pour les données utilisateur, et restent un domaine de recherche actif. L'article est l'un des plus cités en théorie de l'information, avec des milliers de citations, y compris des familles de brevets liées à la 5G.