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El código polar, también conocido como código polar, es un esquema de codificación de corrección de errores directa (FEC) propuesto por el profesor turco Erdal Arıkan en 2008. Es un código de bloque lineal considerado como un método para lograr la capacidad del canal, especialmente en el caso de una relación señal-ruido (SNR) alta. Los códigos polares han atraído mucha atención debido a su elegancia matemática y su rendimiento extremo bajo ciertas condiciones, y han sido seleccionados como uno de los esquemas de codificación de canales de control para los estándares de comunicación 5G.
Principios básicos de los códigos polares.
La idea central de los códigos polares es "polarizar" un conjunto de canales independientes e idénticamente distribuidos (i.i.d.) en un nuevo conjunto de canales virtuales mediante una transformación específica. Algunos de estos canales virtuales tendrán muy buenas propiedades de canal (casi sin ruido), mientras que otras partes tendrán muy malas propiedades de canal (cerca de ruido puro). A través de este efecto de polarización, se pueden seleccionar buenos canales para transmitir bits de información, mientras que se pueden usar canales deficientes para transmitir bits redundantes fijos (como bits cero), logrando así una codificación eficiente.
Características clave de los códigos polares
Polarización de canales: los códigos polares utilizan tecnología de polarización de canales para identificar canales con alta capacidad de canales entre una gran cantidad de canales virtuales para transmitir información.
Escalabilidad: dado que la longitud de los códigos Polar es una potencia de 2, esto los hace fácilmente escalables según los diferentes requisitos de la aplicación.
Decodificación de baja complejidad: los códigos polares se pueden decodificar utilizando un algoritmo llamado Decodificación de probabilidad de éxito (SCD), que tiene baja complejidad.
Cerca del límite de Shannon: con una longitud de bloque y una relación señal-ruido alta, los códigos polares pueden acercarse a la capacidad del canal, es decir, el límite de Shannon.
Aplicación del Código Polar en 5G
En el estándar de comunicación 5G, se selecciona el código Polar como esquema de codificación para el canal de control, utilizado principalmente para la transmisión de paquetes pequeños. Junto con otro esquema de codificación, el código LDPC (Código de verificación de paridad de baja densidad), se utilizó para reemplazar el código Turbo utilizado en los primeros estándares de comunicación.
Los códigos polares utilizan transformaciones recursivas para polarizar subcanales en subcanales muy confiables o muy poco confiables y luego codifican solo subcanales confiables.
Los códigos LDPC utilizan una matriz dispersa para asignar bits de mensaje a bits de subcanal y luego aplican un algoritmo de decodificación iterativo para recuperar el mensaje.
Desventajas de los códigos polares
Aunque los códigos Polar tienen muchas ventajas en teoría, todavía enfrentan algunos desafíos en aplicaciones prácticas, tales como:
Longitud de bloque limitada: en sistemas reales, no se pueden utilizar palabras de código muy largas debido a limitaciones en la complejidad y latencia de la decodificación, lo que puede afectar la capacidad de los códigos polares para acercarse al límite de Shannon.
Estimación del canal: el rendimiento de los códigos Polar depende en gran medida del conocimiento preciso de la información del estado del canal (CSI), por lo que se requiere una estimación precisa del canal.
Algoritmo de decodificación: aunque el algoritmo SCD tiene baja complejidad, para mejorar aún más el rendimiento, generalmente se requieren algoritmos de decodificación más complejos, como la decodificación de listas.
Los códigos polares tienen un buen equilibrio entre rendimiento y complejidad, y son más ventajosos en el caso de códigos de longitud corta y media. En resumen, la teoría de la codificación polar puede tener amplias perspectivas de aplicación en los sistemas de comunicación reales, y hay una gran cantidad de problemas de aplicación que vale la pena estudiar, como la codificación fuente, la comunicación multiusuario, la comunicación segura en la capa física, etc. Algunas de estas cuestiones han atraído la atención de algunos académicos, pero incluso para estas cuestiones, la mayor parte de la investigación sobre ellas aún se encuentra solo en la etapa teórica. Para llevar a cabo su implementación y aplicación reales en futuros sistemas de comunicación, todavía es difícil. Se requiere mucho trabajo de investigación.
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