信道编码的前世今生

裁判很头痛，这是一场几乎无法打分的比赛。因为，之所以有争论，无非是要证明，谁才更适合未来5G用例？谁才能更好满足新的技术需求？

众所周知，2G的应用场景是语音和低速率数据业务，3G和4G的应用场景是语音和更高速率的数据业务。可以确定的是，Turbo码和LDPC码都能很好的满足3/4G，甚至是4.5G用例。

而5G用例呢？市场上还没有出现，而且很多。不管是Turbo码，还是LDPC码，都无法确定谁才是最好的选择。而且，由于两者各有优缺点，要覆盖全部5G应用，不太现实。

正当Turbo码和LDPC码打拳击赛之时，Polar码冲上了拳台，变成了一场摔角运动。

很幸运，在编码技术不断打破记录带给我们惊喜时，另一项编码领域里的激动人心的研究已浮出水面。

2007年，土耳其比尔肯大学教授E. Arikan基于信道极化理论提出的一种线性信道编码方法，即Polar码。该码字是迄今发现的唯一一类能够达到香农限的编码方法，并且具有较低的编译码复杂度，当编码长度为N时，复杂度大小为O(NlogN)。


Polar码的理论基础就是信道极化。信道极化包括信道组合和信道分解部分。当组合信道的数目趋于无穷大时，则会出现极化现象：一部分信道将趋于无噪信道，另外一部分则趋于全噪信道，这种现象就是信道极化现象。无噪信道的传输速率将会达到信道容量I(W)，而全噪信道的传输速率趋于零。Polar码的编码策略正是应用了这种现象的特性，利用无噪信道传输用户有用的信息，全噪信道传输约定的信息或者不传信息。 

这就像一个班上的同学，上学时间足够长的话，差的学生大部分会跌到谷底，好的学生大部分会飞向云巅，然后，抛弃那些学渣…

Polar码比Turbo码和LDPC码更接近信道容量，Polar码可以保证5G任何场景的高性能通信。夸张的讲，如果不考虑系统设计问题，编码技术的历史就应该到此终结了，终结在Polar码的手里。

但是，编解码的复杂性是Polar的问题，不过，在使用改进后的SCL（Successive Cancelation List）译码算法时能以较低复杂度的代价，接近最大似然译码的性能。

关键是，Polar码还是太年轻了，发明得比较晚，很多研究还建立在理论基础上，不像Turbo码和LDPC码已经广泛应用于实际场景。只有等待时间来告诉我们，Polar码到底是不是5G信道编码的王者。

回顾信道编码历史，波澜壮阔。在几十年并不漫长的岁月里，一次又一次关键技术的历史性突破，造就了今天人类通信奇迹。而当5G即将到来之时，更令人兴奋的是，我们看到了各种优秀的编码技术的涌现。毫不夸张的说，这是信道编码技术的文艺复兴时期。而开启文艺复兴之门的，不仅仅是信道编码，5G将激发无线产业史无前例的创新活力。