مقدمة

وقد أدى الطلب الذي لا هوادة فيه على ارتفاع معدلات البيانات، وانخفاض درجة الحرارة، والوصلات الواسعة النطاق إلى تطور معايير الاتصالات اللاسلكية من 4G LTE إلى 5G New Radio (NR). وفي قلب هذا التحول، يكمن الترميز في إطار رياضي يصحح الأخطاء التي أُدخلت أثناء البث على القنوات اللاسلكية المزعجة، واختيار نظام الترميز الصحيح أمر حاسم لتحقيق الأداء شبه المحدود في مجال الاتصالات المعززة

وفي 5G NR، اختار مشروع شراكة الجيل الثالث رموز منخفضة الحساسية ومستندة إلى البرتوغرافيا، ومدونات التكسير ذات الصلة ] لقناة البيانات، وحل محل رموز التنقيب المستخدمة في 4G LTE. وكان هذا القرار نتيجة لتوسع في البحث وتوحيد المعايير، مما يعكس نضج التكنولوجيا وقدرتها على الوفاء بمتطلبات الأداء الشاملة التي لا يمكن الوصول إليها.

الخلفية: تطور تدوين القنوات في المعايير اللاسلكية

وقد كان تدوين القنوات حجر الزاوية لكل جيل من أنواع الاتصالات المتنقلة، حيث اعتمدت النظم المبكرة (النظام العام لإدارة الشؤون العامة) على رموز التجمعات؛ واعتمدت 3G WCDMA و 4G LTE رموزاً للتربو، كانت بمثابة انطلاقة في التسعينات، وقد عرضت رموز توربو التزيين والأداء المتكررين بالقرب من حد شانون، ولكنها عانت من تعقيدات كبيرة وموازاة محدودة، مما جعلها غير ملائمة بالنسبة للأهداف المتعددة النواتج.

وقد تم تجاهل رموز برنامج تنمية الأراضي، التي اكتشفها روبرت غاليغر في أطروحته في عام 1963، إلى حد كبير بسبب عدم نجاحها في الحساب، وقد أعيد اكتشافها في أواخر التسعينات، وأثبتت بسرعة أنها منافسة قوية لرموز التربو، ولرموز المركز عدة مزايا نظرية: مصفوفة للتكافؤ بين الجنسين، تتيح وضع خطط للتجديد في المستويات تكون بسيطة وأكثر توازيا.

وفي 5 زاي من النص الانكليزي، اختيرت رموز بيانات LDPC لقناة البيانات (قناة التقاسم الفيزيائي، وPDSCH، وقناة التوحيد الفيزيائي، وPUSCH)، في حين اختيرت رموز الأقطاب لقنوات المراقبة، وهذا النهج المزدوج يجسد أفضلية لمختلف متطلبات الربط بين الوصلات، والتصويب المتين بالنسبة للدل المحتوي على بيانات عالية الاختراق، والتصويب.

ما هي رموز البروتوغرافيا المُحتسبة لـ دي بي سي؟

من مصفوفة التصفيق إلى بروتروج

A conventional LDPC code is defined by a sparse parity- checkPOPS H]. A protograph is a small bipartite tytytyty-tytyty in just a few different nodes and check nodes - which serves as a ]template for constructing a much larger code yield.

More[FT formal, a protograph is a small spec P of size m × n, where m

أهم الملاءمات المتعلقة بالاضطرابات غير الهيكلية

ويوفر البناء القائم على البروتوغرافي عدة فوائد قاهرة على المدونات المشيدة عشوائياً لمراكز تنمية الأراضي:

  • Design Simplicity:] A single small protograph can be lifted to produce codes of various lengths and rates, facilitating standardization. In 5G NR, the standard defines two base graphs (BG1 and BG2) that serve as the protographs.
  • Controlled Error Floor:] The deterministic structure allows designers to eliminate problematic graph structures (e.g., cycles of length 4) that degrade performance in the error floor region. This is critical for ultra-reliable links.
  • مع التصميم المناسب، يمكن جعل مصفوفة فحص التكافؤ أقل من ثلاثية، مما يتيح التشفير المباشر باستخدام هيكل المصفوفة دون تضاعف واضح لمصفوفة المولدات.
  • Parallel Decoding:] The block-circulant nature of lifted matrices facilitates high-throughput, low-latency decoders that leverage vectorized operations and multiple processing elements.
  • Flexible Rate and Length:] Rate compatibility is achieved through puncturing, shortening, and extending the protograph. This is essential for the diverse code rates and block sizes required by 5G NR.

Protograph-Based LDPC in 5G NR: A Detailed look

لماذا كان LDPC الاختنق على رموز توربو

وتقتضي عملية التوحيد الـ 5 زاي خطة لتدوين القنوات يمكن أن تدعم معدلات الذروة في البيانات التي تبلغ 20 غموضاً أسفل الوصلة و10 غبارات فوقية، مع وجود فواتير في خط العرض تقل عن 1 متراً لليورانيوم المتجمد الجنوبي.

خطا قاعدتان: BG1 و BG2

5G NR defines two protographs (base graphs) to cover the full range of code rates (from approximately 1/5 to 8/9) and block lengths (from 40 to 8448 bits for data transport blocks):

  • BG1] (Base Graph 1): Designed for larger block sizes and higher code rates (roughly ⁇ 0.3). It has 46 rows ( check nodes) and 68 columns (variable nodes), including 2 columns for information bits, 2 for punctured changing nodes, and the rest for parity thresholds excellent.
  • BG2] (Base Graph 2): Optimized for smaller block sizes and lower code rates (roughly ’0.3). It has 42 rows and 52 columns. BG2 is more suitable for short blocks and URLC applications due to its lower decoding latency and better performance at higher signal-to-noise ratios.

ويختار عامل الرفع الدقيق [(FLT:0]Z] من مجموعة من القيم المحددة مسبقاً (2، 4، 5، 8، 12، 16، 24، 48، 64، 96، 128، 192، 256، 384) تبعاً لحجم مجموعة النقل ومعدل البرمجيات المستهدفة. ويحدد المعيار أيضاً رمزاً للرفع الدوري يستخدم مجموعة من [الرسم البياني: 5]

دعم المطابقة والتقديرات

ولا بد من تكييف المعدل مع ظروف مختلفة من القنوات وإعادة نقله إلى الشبكة، حيث ينتج أول رمز من طراز 5G NR LDPC كلمة رمزية منهجية، ثم يخزن التعميم الأجزاء المشفرة، ويُقرأ الجزء من المنطق المُحلّل بنقطة بداية وطول محددة، مما يسمح بالتكيف مع المعدل غير المُستقر دون تغيير الرمز الأم.

وبالنسبة للشركة، فإن التكرار التدريجي يتحقق بإرسال مجموعات فرعية مختلفة من قطع التكافؤ في كل إعادة نقل، لأن البروتوغرافي الأصلي يتضمن بالفعل مجموعة قوية من عمليات التحقق من التكافؤ، ويضيف كل إعادة نقل إلى ذلك تكراراً جديداً يحسن الزينة المشتركة، ويمكن أن يجمع بين الاحتمالات من جميع الإرسالات، وبسبب رفعها بصورة منظمة، لا يلزم تفريق بين الأجهزة الأخرى.

الأداء في 5 زاي حالات الاستخدام

وتتجلى تطابق رموز المنتجات غير المبررة القائمة على البروتوغرافيا في قدرتها على تلبية مختلف متطلبات 5 زاي:

  • eMBB (Enhanced Mobile Broadband):] For longpackets (e.g., 10,000 bits or more) at high code rates (e.g., 5/6 or 8/9), BG1 operates within 0.1-0.2 dB of the Shannon capacity, enablingtom throughputs beyond 10 Gbps.
  • ()URLC (Ultra-Reliable Low-Latency Communications):) For shortpackets (e.g., 50-200 bits) with code rates as low as 1/5, BG2 is used. The design ensures an error floor below 10[FLding:2]]-5
  • mTC (Massive Machine-Type Communications): ] For sporadic shortpackets from IoT devices, the flexibility to change lifting factors and adopt smaller base graphs allows the same LDPC motor to handle tens of thousands of concur connections with moderate complexity per user.

جوانب التنفيذ: هيكليات ديكور وكفاءة

انخفاض نسبة الخصم

ولا يمكن أن يؤدي التخزين الأكثر شعبية لرموز البلدان النامية غير الساحلية في الممارسة العملية إلى استخدام نهج البرمجيات الموازية (أو التقارب الأفقي) في جميع مراحل عملية التقارب المهيكلة.

النواتج وأرصدة الطوارئ

ويحقق المدونون التجاريون من طراز 5G NR LDPC من خلال الناتج يتراوح بين 10 و20 Gbps على أساس واحد من معايير المحاسبة البيئية - الاقتصادية، مثلا، يمكن لكل منهم أن يفحص على نحو فوري كل مجموعة من المواد الأساسية من حيث عدد الموظفين الذين يستعملون في وقت مبكر من المرتبة 1، ويضعون حدا من عدد مرات قياسها في عدد قليل من فترات التكافؤ في الميزانية.

تنفيذ نظام المعلومات الإدارية المتكامل

كما أن الهيكل القائم على البروتوغرافيات يبسط التكفير، حيث أن مصفوفة فحص التكافؤ مصممة لتكون أقل من ثلاثية الأبعاد (بهيكل ثنائي الأبعاد لجزء التكافؤ، كما هو الحال بالنسبة لمواصفات الترددات الوطنية 5G)، يمكن للجهاز الحاسوبي أن يقارن قطع التكافؤ باستخدام التكرار الخطي، وهذا يتفادى الحاجة إلى مصفوفة مولدات كثيفة، ويستخدم تعميماً مطبقاً كنموذج مصغر.

مقارنة مع رموز توربو في 4G LTE

ومن أجل تقدير التحسن، النظر في محطة قاعدية نموذجية من طراز 4G LTE: بلغت مضاعفات التربو 150 ميغابايت لكل نواة، وكان تحقيق 1 غموزاً يتطلب العديد من النواقص الموازية ذات التعقيد الكبير، وعلى النقيض من ذلك، يمكن أن يتجاوز حجم رقائق البطاقات التي تعتمدها شركة ساميكتات المحدودة (LLDC) 10 قنابل أفضل من حيث الكفاءة في استخدام الطاقة.

الروابط الخارجية والقراءة الإضافية

وفيما يتعلق بالقراء الذين يرغبون في التعمق في الجوانب الرياضية والعملية، يوصى بتوفير الموارد الموثوقة التالية:

التحديات والاتجاهات المستقبلية

تحسين درجة الحرارة والقابلية للاعتماد

While protograph-based LDPC codes have excellent error-floor behavior for most practical applications, certain extreme conditions (e.g., very high SNR, very low code rate) can reveal residual error floors. Research continues on post- processing techniques] (e.g ordered statistics decoding or parity splitting) to flat the error below 102]

ما بعد 5 زاي: 6 زاي - الاعتبارات

وبالإضافة إلى ذلك، يجري بالفعل مناقشة اختيار الترميز في القناة 6 زاي (المتوقعة في عام 2030)، وتشمل هذه الرموز [(FLT:0]) مقترنة على نطاق واسع بمدونات LDPC (متغير رموز بروتوغرافية ذات هيكل شبيه بالثورة) و رموز التصميم غير الملزمة [المعتقدات القائمة على الدفع: 3]

تحديات التنفيذ في الخلايا الصغيرة والفولط الأبيض المتوسط

وبالنسبة لأجهزة التخصيب في السوق الجماعية، فإن استهلاك الطاقة في الدفتر هو شاغل أكبر من مجرد الناتج، وتركز البحوث على عوامل رفع صغيرة (Z = 2 و4) و] على التحديد الدقيق (4-6 أجزاء) للتقليل من القيم المثلية والتقديرية.

خاتمة

ويمثل اعتماد رموز قائمة على البروتوغرافيات لمراكز الأعمال التجارية المحلية في 5 زاي من معايير إعادة التأهيل الوطنية تُوج عقود من البحوث في مجال تدوين النظرية والتنفيذ العملي، وبإدخال إطار منظم وموسع لوضع رموز ذات كفاءة عالية في تحديد الأخطاء، قدمت مجموعة الشراكات بين الجنسين حلا يفي بمتطلبات متنوعة للغاية لخمس شبكات من الشبكات العالمية - من نظام الإبلاغ عن الأضرار البيئية المتعددة النطاق إلى نظام الإبلاغ عن الأضرار البيئية)١(.

ونظراً لأن الشبكات اللاسلكية تتطور نحو 5G-Advanced و6G، فإن المبادئ التي تستند إلى رموز البيانات القائمة على البروتوغرافيا لمدونة LDPC ستظل ذات صلة، فالقدرة على تصميم رموز ذات حدود دنيا مضمونة وتعقيد خطي، مقترنة بالهيكلينات المتوازية العالية المخرجات، تكفل عدم تخطيط رموز رموز بيانات LDPC التي تعمل في 5 محطات قاعدية، أو معدات لفهم الجيل الثاني.