After the pursuit of seventy years, the invention of polar codes indicates that we have found the first capacity-achieving coding with low complexity construction and decoding, which is the great breakthrough of the coding theory in the past two decades. In this survey, we retrospect the history of polar codes and summarize the advancement in the past ten years. First, the primary principle of channel polarization is investigated such that the basic construction, coding method, and classic successive cancellation (SC) decoding are reviewed. Second, in order to improve the performance of the finite code length, we introduce the guiding principle and conclude five design criteria for the construction, design, and implementation of the polar code in the practical communication system based on the exemplar schemes in the literature. Especially, we explain the design principle behind the concatenated coding and rate matching of polar codes in a 5G wireless system. Furthermore, the improved SC decoding algorithms, such as SC list (SCL) decoding and SC stack (SCS) decoding, etc., are investigated and compared. Finally, the research prospects of polar codes for the future 6G communication system are explored, including the optimization of short polar codes, coding construction in fading channels, polar coded modulation and HARQ, and the polar coded transmission, namely polar processing. Predictably, as a new coding methodology, polar codes will shine a light on communication theory and unveil a revolution in transmission technology.


翻译:在经历了70年的追求之后,极化码的发明表明我们找到了第一种具有低复杂度构造和译码的容量达到编码,这是过去20年编码理论的重大突破。在本次综述中,我们回顾了极化码的历史,并总结了过去十年的进展。首先,研究了信道极化的基本原理,回顾了基本构造、编码方法和经典的逐步取消(SC)译码。其次,为了提高有限代码长度的性能,我们介绍了指导原则,并总结了在文献中的示例方案基础上极化码的构造、设计和实现的五个设计标准。特别是,在5G无线系统中,我们解释了极化码嵌套编码和速率匹配背后的设计原则。此外,我们研究并比较最新技术,包括改进的SC译码算法,例如SC链表(SCL)译码和SC堆栈(SCS)译码等。最后,探讨了未来6G通讯系统中极化码的研究前景,包括短极化码的优化、在衰落信道中的编码构造、极化编码调制和HARQ,以及极化编码传输(即极化处理)。可预见的是,作为一种新的编码方法,极化码将照亮通信理论,并揭开传输技术的革命。

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