克劳德·香农1948年提出的极限规定了数据在噪声信道上以接近零误差传输的最大速率,但五十年来,没有人找到一族能够以实际复杂度达到该极限的编码。Turbo码(1993年)和LDPC码(1963年,1990年代被重新发现)通过迭代译码在实践中接近极限,但两者都没有显式构造和容量可达的证明。

在2008年首次发布、2009年发表于《IEEE信息论汇刊》的论文中,比尔肯大学的Erdal Arikan证明了一个简单的递归变换能使信道极化:在N个独立噪声信道副本中,接近完美信道的比例趋近于信道容量I(W),其余信道则几乎无用。只在优质信道上发送数据,编码就能以O(N log N)的编译码复杂度证明逼近香农极限。

华为在2010年看到潜力,花费数年将理论构造转化为生产级的编码和译码。2016年11月,3GPP标准组织选择极化码作为5G新空口eMBB接口控制信道的信道编码,2017-2018年完成的Release 15使其成为首个全球5G标准的一部分。

对信道进行极化;只在可靠比特上发送数据

极化码是首个具有显式构造和容量证明的编码族,而不仅仅是通过迭代启发式算法表现良好。

其连续消除译码器足够简单,使得理论可以工程化到硅片上,而其他容量证明则假设了不可行的复杂度。

华为在标准出现前多年投资于2009年的学术成果,因此当5G到来时,华为拥有工程实现和大部分专利地位。

3GPP的结果表明,当单一赞助者将理论从论文带到提案时,硬核理论结果可以成为全球标准。

一个理论结果如果指明了如何构建事物——而不仅仅是存在性——才是标准机构能够放入产品中的那种。

Arikan获得了2018年克劳德·E·香农奖,并于2018年获得华为创始人任正非颁发的奖章;华为表彰了100多名推动5G的工程师。极化码现在作为控制信道编码存在于每部5G新无线电手机和基站中,与用于用户数据的LDPC码并存,并且仍然是一个活跃的研究领域。该论文是信息论领域被引用最多的论文之一,引用数千次,包括与5G相关的专利族。

从这里,追溯依据

参考来源

  1. Channel polarization: A method for constructing capacity-achieving codes for symmetric binary-input memoryless channels arxiv.org
  2. Huawei Awards Inventor of 5G Polar Codes for His Contributions to Technology everythingrf.com