Os códigos polares de Arikan atingiram o limite de Shannon e se tornaram o código do canal de controle do 5G

O limite de Claude Shannon, de 1948, diz a que velocidade os dados podem viajar por um canal ruidoso com erros próximos de zero, mas por cinquenta anos ninguém teve uma família de códigos que comprovadamente o alcançasse com complexidade prática. Os códigos turbo (1993) e os códigos LDPC (1963, redescobertos nos anos 1990) chegaram perto na prática por meio de decodificação iterativa, mas nenhum deles trazia uma prova de capacidade com construção explícita.

Em um artigo publicado pela primeira vez em 2008 e publicado no IEEE Transactions on Information Theory em 2009, Erdal Arikan, da Universidade de Bilkent, provou que uma transformação recursiva simples polariza canais: de N cópias independentes de um canal ruidoso, a fração de canais quase perfeitos se aproxima da capacidade do canal I(W), e o restante se torna quase inútil. Envie dados apenas pelos bons e o código comprovadamente se aproxima do limite de Shannon com complexidade de codificação e decodificação O(N log N).

A Huawei viu o potencial em 2010 e passou anos transformando a construção teórica em codificação e decodificação de nível de produção. Em novembro de 2016, o órgão de padronização 3GPP selecionou os códigos polares como o código de canal para os canais de controle da interface eMBB do 5G New Radio, e o Release 15, concluído em 2017-2018, os tornou parte do primeiro padrão global 5G.

Polarize o canal; transmita apenas nos bits confiáveis

Os códigos polares foram a primeira família de códigos com uma construção explícita e uma prova de capacidade, não apenas heurísticas iterativas que funcionavam bem.

Seu decodificador de cancelamento sucessivo é simples o suficiente para que a teoria pudesse ser implementada em silício, ao contrário das provas de capacidade que pressupõem complexidade impossível.

A Huawei investiu por anos em um resultado acadêmico de 2009 antes de existir qualquer padrão, de modo que dominava a engenharia e boa parte da posição de patentes quando o 5G chegou.

O resultado no 3GPP mostra que um resultado teórico sólido pode se tornar um padrão global quando um único patrocinador o leva do papel à proposta.

Um resultado teórico que especifica como construir a coisa — não apenas que ela existe — é o tipo que um órgão de padronização pode colocar em um produto.

Arikan recebeu o Prêmio Claude E. Shannon de 2018 e, em 2018, uma medalha do fundador da Huawei, Ren Zhengfei; a Huawei homenageou mais de 100 de seus próprios engenheiros pelo esforço do 5G. Os códigos polares agora estão em todos os aparelhos e estações-base do 5G New Radio como o código do canal de controle, ao lado dos códigos LDPC para dados de usuário, e continuam sendo um campo de pesquisa ativo. O artigo é um dos mais citados em teoria da informação, com milhares de citações, incluindo famílias de patentes relacionadas ao 5G.