Polar Codes於2008年由土耳其畢爾肯大學Erdal Arikan教授首次提出,Polar Codes提出后各通信巨頭都進行了研究。2016年11月18日(美國時間2016年11月17日),在美國內華達州里諾結束的3GPP的RAN1#87會議的5G短碼方案討論中,3GPP確定了Polar碼是華為等中國公司主推PolarCodes方案作為5G 三類典型應用場景(其中包括eMBB(增強移動寬帶),mMTC(大規模物聯網)和URLLC(超高可靠超低時延通信))中的eMBB場景的控制信道編碼方案。至此,5G eMBB(增強移動寬帶)場景的信道編碼技術方案完全確定,其中PolarCodes作為控制信道的編碼方案。
2008年Erdal Arikan發表了一篇關於Polar codes的文章,講述了polar codes的原理,提出了信道極化的概念,所謂信道極化就是隨着碼長N的增加,分裂之后的信道將會向兩個極端發展,其中一部分信道的信道容量趨近於1,接近完美信道,另一部分的信道容量趨近於0,接近於全噪信道。而polar codes就是利用信道容量接近於1的信道傳輸消息比特,信道容量接近於0的傳輸冰凍比特。文章中提出了采用信道分裂 和信道聯合的思想進行編碼,其編碼結構類似於FFT結構。在碼長N確定時,編碼結構是唯一確定的。
對於給定碼長為N,消息比特為K個的時候,其編碼過程如圖(1)所示。
圖(1) polar codes比編碼
文章給出了編碼方式,同時也給出了譯碼方法(SC譯碼),並從理論上證明了polar codes可以達到信道容量。文章從信道極化的方法,信道極化程度的度量參數,譯碼的復雜度等方面全面的講述了polar codes。其中信道極化的可靠性常用三種方法:巴氏參數,密度進化,高斯近似法。